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《Toyota RAV4》路遙知馬力!《Dynamic Force》引擎拒公主病(二)

《Toyota RAV4》路遙知馬力!《Dynamic Force》引擎拒公主病(二)

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乘坐舒適
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動態操控
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內裝配備
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物有所值
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先進科技
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油耗表現
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安全配備
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《Toyota RAV4》路遙知馬力!《Dynamic Force》引擎拒公主病(二)

▲Dynamic Force引擎並沒有使用昂貴與神秘的黑科技

話說Toyota全球熱銷車款RAV4「拒絕使用小排氣量渦輪直噴引擎」,而是全車系使用Dynamic Force高壓縮比自然進氣引擎,擁有高達40%的熱效率,無疑是睥睨群雄,但相對於Mazda偏向極致的調校方式,Dynamic Force引擎則是悠哉度日!且看以下分析。

在閱讀本文之前,煩請讀者先參閱先前二篇科技報導:

【國王學苑】解析《Toyota》新世代動力系統 ─ Dynamic Force引擎

《Toyota RAV4 2.0》超省油!《Dynamic Force》引擎的省思(一)

十大革新  效率創新

《Toyota RAV4》路遙知馬力!《Dynamic Force》引擎拒公主病(二)

▲右邊為Dynamic Force引擎設計,衝程更長、缸徑更小

沒錯,這種專業科技解析報導,就算是資深汽車媒體人也未必通盤瞭解,相信許多讀者亦是鴨子聽雷。但從另一個角度來看,如果讀者肯靜下來細細思量大車廠的研發動機,將發現箇中道理其實不難也不複雜,很快地,您的思維已經超越多數汽車編輯,且能迅速摸透其他車廠的企圖心,與其坐井觀天、不如一飛衝天!

回到正題,在此不談太專業的空燃比、壓縮阻力、排氣損失、稀薄燃燒、超超臨界燃燒…,只談一個車廠的終極目標「熱效率」。舉例來說,Volkswagen用以取代昔日主力1.4TSI的新世代1.5TSI四缸引擎,熱效率達到37.5%;Honda CR-V 1.5T引擎熱效率達到38%,遠超過昔日汽油引擎30%的水準,但是Dynamic Force引擎熱效率則是達到40%!而且非Hybrid動力的Dynamic Force引擎,並未藉助米勒循環(進氣汽門延遲或提前關閉系統)、渦輪增壓、可變渦輪幾何葉片、壓電式高壓噴油嘴、汽缸間歇系統…等,但是Volkswagen 1.5TSI全都用上了!

簡單來說,Toyota和Mazda的科技思維其實有點類似,就是「善用現有科技與技術將引擎優化」,儘量避免使用上述黑科技,相信很多人會以「省成本」或「花不起」加以調侃,沒錯這也是事實。但反過來想,如果RAV4為了黑科技售價調漲15萬元,相信很多T牌粉絲立馬變粉塵,跺腳後來個急轉彎改買CX-5或森林人!

《Toyota RAV4》路遙知馬力!《Dynamic Force》引擎拒公主病(二)

▲擴大汽門夾角讓燃燒室更趨近於半圓形而非扁平的荷包蛋

然而不使用黑科技,不只是成本比較低而已,另一個附加價值乃是「耐操」。首先來看Dynamic Force引擎為了達到13:1高壓縮比而做了哪些「優化」。

1.縮減引擎缸徑、增加活塞衝程、活塞變得更小

2.進氣與排氣汽門角度加大,讓燃燒室更緊湊

3.更筆直、更低伸的進氣通道

4.特殊的進氣導流設計

5.進氣端取消汽門座(排氣端仍保留),增加進氣通道闊度

6.進氣端以雷射濺鍍銅合金做局部強化,取代傳統汽門座

7.換裝集中式噴油嘴,增進缸內燃氣滾流效應

8.應用雷射溝槽與鏡面拋光,降低活塞側邊摩擦阻力

9.進氣端使用電子控制可變汽門正時系統,不只精確還可提前作動

10.使用電子節溫器、電動水泵、容積可變機油泵

「Dynamic Force引擎的省思(一)」報導中詳細提到「汽油引擎+高壓縮比」將帶來爆震危機,所以上述十點幾乎都和爆震抑制有關。其中1、2點的功用是為了讓燃燒室變得更緊湊(指活塞位於上死點時的燃燒室形狀),所謂的緊湊就是趨近於半圓形,就像剖開的「鹹鴨蛋」。如果採用大缸徑、較小的汽門夾角,那麼燃燒室的形狀就像「荷包蛋」,邊緣位置因為氣流死角、高溫、高壓等因素,容易造成汽油自燃而產生爆震。

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《Toyota RAV4》路遙知馬力!《Dynamic Force》引擎拒公主病(二)

▲應用更直、更低斜的進氣通道,下方具備氣流導引設計

第3、4、5、6、7點是一體的概念,看似有點複雜,但最終目的就是為了「加速燃燒室空氣滾流效應」。在燃燒室內製造快速的燃氣滾流有幾種好處:第一點,讓燃油與空氣混合得更平均、燃燒更完全,不容易積碳以及產生HC排放污染;第二點,讓燃燒室周圍溫度與壓力更平均,降低爆震機率;第三點,加快燃燒速度(也就是火焰傳導速度),能有效提升馬力,兼抑制爆震現象。為何「加快燃燒速度」能抑制爆震?因為燃燒速度越快,就能在燃燒室周邊發生爆震前,先把所有的燃氣通通燒光。若將爆震現象視為邊疆諸侯叛變,那麼「燃燒速度快」就意味著朝廷大軍搶先一步衝到邊疆卸除諸侯的武裝,叛變就不會發生!

第8點的訴求很簡單也很制式化、普及化,就是降低摩擦力、減少摩擦熱、增進耐用度。第9點的功用就非常多,而多數讀者也都知道,可變汽門正時機構設計用意在於「調節汽門重疊時機」,增進進氣效率,兼顧高、低各種轉速下的扭力輸出。但另一方面,為著節能與環保著想,原廠可以透過「進氣汽門提前開啟」,將燃燒室內部分燒完的廢氣反向逆推至進氣歧管,讓含氧量低的廢氣與新鮮空氣混合降低燃燒室內的含氧量,進而降低NOx氮氧化合物的生成。然而面對性能與環保等截然不同的需求,可變汽門正時機構的調整範圍必須非常大,為了達到快速與精確目的,許多大廠都將可變汽門正時機構改為電子控制,取代昔日的穩定性較差的油壓設計。

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▲強化燃燒室燃氣滾流效應有許多好處,包含抑制爆震

沒錯,第9點看似與爆震沒有直接關係,但若牽扯到Toyota慣用的Atkinson cycle阿金森循環(就科技觀點叫做Miller cycle米勒循環),也就是進氣汽門延後關閉技術,降低進氣行程壓縮比、動力行程壓縮比不變,那就和爆震有絕對關係,不過RAV4 2.0與2.5原廠並沒有提到阿金森循環,但是RAV4 Hybrid則具備此一技術,壓縮比提升至14:1,熱效率微幅提升至41%。

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▲取消進氣汽門座之後,改以雷射濺鍍金屬技術局部強化

如果結合上述三種進氣汽門變化:提前開啟、延後關閉、大幅度延後關閉,為了應付超廣域的汽門正時變化,所以Dynamic Force引擎直接將VVT-iE納入標準設計,不論是單純引擎或Hybrid動力。至於第10點也不用太多解釋,穩定且精確控制引擎溫度並確保潤滑無虞,當然可以抑制爆震問題,亦是效率、壽命、大功率的後盾與保證。

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▲右方的高速滾流讓燃燒反應更迅速,降低爆震發生機率

從上述十項設計來看,不難發現Dynamic Force引擎並沒有使用昂貴或是稀有的高科技,甚至沒有應用「分層燃燒」技術,與Volkswagen 1.5TSI引擎分屬二個極端,讓RAV4車主可以用相對低的價格享受到高效率節能動力,且事實證明RAV4 2.0的15.1km/L平均油耗成績確實有二把刷子而非紙上談兵。

編輯觀點

在樸實的優化過程中,不難發現Dynamic Force引擎並沒有出現任何冒險、極端、邊緣的設計,即便是高壓縮比,以自然進氣13:1的程度來看並不算激進,除了柴油不行,92、95、95+、98等汽油隨便加通通可以,沒有「嬌滴滴」的問題!因此論及維護費用及故障率,Dynamic Force引擎沒有渦輪故障問題,噴油嘴非超高壓與超精密設計,少了衰退與短命疑慮,至今也沒傳出吃機油的焦慮,充分展現T牌動力妥當耐操的實力!

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