撰文:編輯部,攝影:Peugeot 提供
2016/09/26,點閱 22,513

引擎,用以驅動車輛前進,可比喻為車的心臟。汽車工業走過百年歷史,至今仍是以內燃機為主要動力來源,儘管EV、PHEV、Hybrid、Fuel Cell…等各種實驗性或已經成熟量產的各式替代能源車輛,不斷地在新聞裡或生活周遭出現,但傳統汽油及柴油引擎依然是人類最熟悉、能源取得最便利的動力型式,至少在20年內,我們仍脫離不了內燃機。

不過,事實擺在眼前,汽車污染已成為溫室效應的一大殺手,且經研究報告證實,現代人罹患心臟病、癌症、呼吸道疾病的比例增高,與空污嚴重也有連帶關係,我們生存的環境不允許再被嚴重污染破壞,因此在歐美日等主要汽車工業國家,對於車輛排放的標準愈來愈嚴格,其中又以歐盟環保法規最具指標參考意義。

為了符合檢驗標準,汽車製造廠不斷思考如何打造出低污染的引擎,在汽油引擎的部份,近年來有了結果,那就是以小排量渦輪增壓引擎取代大排量引擎,於是,一股Downsizing風潮醞釀而生。小排量渦輪增壓引擎目前的發展狀況為何?對於消費者及我們生存的環境又有哪些幫助?第一步就先來研究它吧!

了解內燃機的待突破點

汽車空污問題是進入1990年代才開始受到重視,當時除了老式柴油引擎會製造大量黑煙外,汽油引擎亦是重大污染源,因此由歐盟國家聯手制定出一套廢氣排放標準,凡是在歐陸販售的車款都要通過測試,否則不予發放許可證;1992年起Euro1 歐盟一期環保法規正式運行上路,開啟汽車排放標準的歷史新頁。

從歐盟汽車廢氣排放標準推動二十多個年頭以來,目前已進化到Euro 6歐盟六期環保法規,針對每一項污染物的標準自是愈來愈嚴苛。這套標準針對轎車、商用車、重型車輛等制定專屬標準,且汽油引擎與柴油引擎自是有不同的制定方式。

內燃機引擎所排放出的CO (一氧化碳)、NOx (氮氧化合物)、HC (碳氫化合物)、PM (懸浮微粒) 是主要的有害物質,早期歐盟環保法規只針對易排放黑煙的柴油引擎監測PM數值,自五期開始汽油車也加入受檢對象,可看出標準是愈來愈嚴格,汽車製造廠非得想出解決方案,客觀來說,歐洲汽車廢氣排放標準是推動環保技術進化的搖籃。

為了減少排污、增進節能性,新世代引擎在進排氣凸輪、噴油系統、燃燒室、活塞構造等引擎周邊構件進行改良,潔淨程度已經較過往大為進步。

除了空污導致臭氧破壞外,數年前能源危機與原油價格居高不下的話題,也被討論得沸沸揚揚;雖然目前國際油價已經回穩到相對低點,中長期來說石油也不至於枯竭,但如何打造出一代比一代更省油的汽油引擎,無論是透過進排氣系統的進化、噴油方式的改變、燃燒室或壓縮比的改良等,都是每家車廠的努力目標。畢竟,節能省油不僅能降低駕駛成本,因為耗油量的減少,也等於排污量降低,此乃一體兩面知成效,從新世代汽油車不斷從每公升平均行駛15公里、18公里、到成功突破20公里的成績來看,汽油引擎未來朝著節能環保的目標邁進將是屹力不搖的趨勢。

小排量渦輪引擎誕生

有什麼追根究底的方式,能夠一併解決排污、油耗的問題?說簡單也不簡單,說難倒也不難,汽車機械專家想出了「降低排氣量」這個最淺顯易懂的方式。任何人都知道,引擎排氣量越大,就必須注入越多的混合氣才能驅動車輛前進,相對的,廢氣排放量也就跟著提高,所以大排氣量可說是「萬惡源頭」。

但是,當排氣量縮小後,性能輸出勢必大打折扣,或許對小車來說恰如其分,但如果是房車、休旅車等具備家庭使用的車輛,恐怕就無法勝任;於是,工程師想出不須增加耗油量、又可提升馬力及扭力的方式,那就是強制進氣系統–渦輪增壓器。

藉由渦輪增壓器的協助,讓引擎進氣量瞬間倍增,靠著小排氣量就能發揮充沛動能,同時油耗維持出色水準,正是Downsizing引以為傲之處。

傳統自然進氣引擎是靠著汽缸進行的進氣、壓縮、爆炸、排氣四行程產生動力,如果想在此基礎下立即得到馬力及扭力上的提升,採用強制進氣是最顯著的方式。強制進氣的種類包含渦輪增壓器 (Tubocharger) 與機械增壓器 (Supercharger),目前多數渦輪車款都採用渦輪增壓系統,包含小排氣量引擎也是相同,在Turbocharger的輔助下不僅立即讓馬力、扭力明顯提升,亦不會導致油耗遽增,可說是小排量引擎的最佳夥伴。

渦輪增壓器是藉由吸入引擎廢氣形成推力,大量壓縮氣體後再強制注入引擎,達到有如大排氣量般的輸出效能,不過因處於高溫、高壓運作,需要良好的潤滑冷卻與堅固的渦輪葉片才能延長使用壽命。

渦輪增壓器安裝於引擎排氣端,內部由葉片組成,它是藉由引擎廢氣推動一端的葉片,另一側葉片則同時帶動氣流將空氣進行壓縮後,強制擠壓到引擎以營造出大量進氣的效果,宛如大排氣量引擎所輸出的大馬力及大扭力。

渦輪增壓系統的另一大妙處,在於能透過電腦進行寬廣的動力調校,以對應在各種用途不同的車型上;例如,過去一般人總認為Turbocharger是高性能車專屬,但其實也能調校成為適合一般小型車所使用,在性能、日常實用性、節能與排放、耐用度之間取得完美的平衡點,而這就是為什麼小排氣量渦輪引擎的運用越來越廣泛的原因。

渦輪引擎的馬力與扭力輸出可藉由電腦程式改寫,要調校出適合各型車輛使用並不困難。

歐系代表車款如數家珍

嚴苛的環保法規源自歐洲,理所當然地,搶先一步投入小排量渦輪增壓引擎的車廠,都是以歐系品牌為主,值得一提的是,如Toyota、Hyundai等日韓品牌為了在歐洲市場搶得一席之地,也紛紛加入Downsizing的行列之中,實為令人樂見。

在此我們闡述幾個較具代表性的例子。一直以打造小車而著名的Peugeot,就研發出1.2L PureTech三汽缸渦輪增壓引擎,已運用在208、308、2008等車款上,令人欣喜的是,這三款搭載PureTech動力的Peugeot皆已引進台灣,消費者能在第一時間享受這最新科技可說相當幸運。PureTech是一套模組化引擎,輕量、體積小,還採用低摩擦係數處理,原廠提供1.2L 110hp及1.2L 130hp兩種型式,由於130hp版本專門搭配在強調運動性的手排車款上,因此國內僅引進110hp搭配EAT六速手自排變速箱的版本。

Peugeot 1.2L PureTech運用在208、308、2008等多款車系上,最大馬力有110hp及130hp兩種設定。

Ford,也可說是Downsizing風潮的發起者,數年前就在歐洲率先推出1.0L EcoBoost引擎,同樣採三汽缸設計,不僅裝置在Fiesta小車上,甚至還搭載在Mondeo中大型房車,可見其效率非常可觀。國內在2014年導入Fiesta 1.0 EcoBoost國產,125匹馬力搭配PowerShift變速箱,頗有小鋼砲的架式。

Ford研發的1.0L EcoBoost引擎也有很高的知名度,小至Fiesta,大至Mondeo都可對應。

歐洲最大汽車集團VAG,也開發一具1.0L三汽缸渦輪增壓引擎,在國內販售的Audi A1 25 TFSI車款,就率先採用這具引擎,95hp/16.3kgm的最大輸出看似不大,但是推動0~100km/h加速僅需11.1秒,平均油耗更達到22.7km/L的水準,徹底展現Downsizing的意義。

國內販售的Audi A1 25 TFSI,搭載的正是VW集團開發的1.0L三汽缸渦輪增壓引擎,擁有不遜的95hp/16.3kgm動力輸出。
由BMW集團研發的1.5L三缸引擎,搭載在2AT、MINI等多款車上。

其他著名的例子,還有BMW集團研發1.5L三缸TwinPower Turbo引擎,使用在2 Series Active Tourer、3 Series、MINI Cooper等廣泛車型上。Toyota則在稍早也公佈了全新1.2T引擎,採用VVT-iW氣門科技,未來會搭載於新款Corolla及Auris等歐規專屬車型上,而韓國Hyundai也有1.0T三缸引擎已運用在歐陸市售車上。種種跡象顯示在Downsizing成為汽車集團一致的目標之下,小排氣量渦輪增壓引擎將是未來最具潛力的節能動力選項。

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