國王車訊國王學苑國王企劃 【國王學苑】剖析《Ford Focus、Kuga》EcoBoost三缸引擎(一)無心插柳 柳成蔭訂閱YT頻道
【國王學苑】剖析《Ford Focus、Kuga》EcoBoost三缸引擎(一)無心插柳 柳成蔭

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【國王學苑】剖析《Ford Focus、Kuga》EcoBoost三缸引擎(一)無心插柳 柳成蔭

▲Ford Kuga能在RAV4、CR-V雙強夾殺之下生存,優質EcoBoost直噴渦輪動力功不可沒。

先來述說一下近期「自然進氣引擎」與「渦輪增壓引擎」的擂臺格鬥故事。2019年3月,採用TNGA全新技術平台的大改款Toyota RAV4 2.0/2.5登陸台灣,搭載號稱全球量產引擎「40%」最佳熱效率的Dynamic Force引擎(自然進氣+雙供油+13.0:1高壓縮比),挑戰歐系主流「小排氣量直噴渦輪引擎」。此外更挾帶價格優勢,橫掃百萬等級SUV市場,別說Honda CR-V不敵,就連Toyota自家國產神車Altis的銷售量,也都不及日本進口的RAV4!過往RAV4從來沒有這樣的成績,新一代車型卻突飛猛進,全新Dynamic Force引擎展現無比威力。

論馬力與油耗成績,2.0升Dynamic Force引擎確實有雄霸一方的威力!將歐系車銷售量最好的VW集團1.4TSI引擎拿來相比,加速比較有力,但油耗確實沒有比較行,日系渦輪動力Honda CR-V 1.5T也是同樣的情形,難道小排氣量渦輪增壓引擎「真的不敵Dynamic Force科技」?Ford Kuga 1.5T解開了這團疑雲

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【國王學苑】剖析《Ford Focus、Kuga》EcoBoost三缸引擎(一)無心插柳 柳成蔭

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▲▲RAV4 2.0新動力表現大幅超越昔日舊引擎,不只更省油,加速也更敏捷,深受一般消費者與公務車、營業車司機的喜愛,更重要的是~向來以節能功效自豪的小排氣量增壓引擎,平均油耗竟然不敵!

靠黑科技?  終究不敵!

前驅SUV 售價 萬元 動力 車重 能源局平均油耗 0~100km/h
Toyota RAV4 95.9~104.5 2.0+CVT 173hp 1610kg 15.1km/L 官方10.7秒
Honda CR-V 94.9~113.9 1.5T+CVT 193hp 1547kg 14.0km/L 約9秒
Volkswagen Tiguan 109.8~129.8 1.4T+6AMT 150hp 1526kg 12.8km/L怠速熄火 官方9.2秒
Skoda Kodiaq 七人座129.9 1.4T+6AMT 150hp 1598kg 14.9km/L 官方9.7秒
Ford Kuga 96.9~106.9 1.5T+8AT 180hp 1565kg 15.8km/L怠速熄火 約9.5秒

在此說明一下,Tiguan未來將採用1.5TSI新引擎,原廠不再修正昔日1.4TSI動力,所以節能表現反而是晚上市的Kodiaq比較有說服力,和RAV4 2.0比較接近。從表格中不難看出Dynamic Force引擎的威力,CR-V 1.5T具備更大的馬力,但油耗方面依然看不到契機,即便CR-V的車身重量比較輕,但油耗方面依然討不到便宜。

本以為小排氣量渦輪增壓引擎之復興,就交給Volkswagen新一代1.5TFSI去處理,當中包含許多黑科技,如Porsche正在使用的可變幾何葉片渦輪增壓器、超高壓縮比、進氣汽門提前關閉的米勒循環設計。但在此必須點出一個值得深思的問題~那就是汽車界這麼多的「黑科技」,包括歐洲車廠率先發揚光大的雙離合器與渦輪直噴引擎,但是有幾項符合「產量大、很耐用、成本低」?

想要收拾Dynamic Force引擎,靠黑科技就真的不必!因為Dynamic Force引擎本身就不使用黑科技,維持豐田一貫的耐用與經濟,但Ford近期已有迎頭趕上的實力,這必須從「四缸變三缸」開始說起。

昔日Focus或Kuga EcoBoost也是採用1.6升、1.5升四缸引擎,排氣量怎麼修、缸徑與衝程怎麼改,油耗就是壓不下去,有人可能覺得將排氣量一口氣Down到1.2升總可以?結果成本沒有降到哪去,性能與油耗二者通通不行,日後用車成本也沒有比較低!因此Volkswagen終於斷言~四缸節能引擎以「1.5升」的排氣量最合適,目前已放棄1.2與1.4升四缸動力。

多年前Ford有了節能新定義,至今BMW與Volvo也都同意,因為這三者目前都採用類似的動力,但率先發難的不是那個B,而是福特先提出異議,那就是「與其在四缸引擎上放空,不如擁抱三缸引擎哭泣」!不過福特仍持續在2.0T、2.3T等四缸引擎上努力,不然野馬與Focus ST將缺乏優質動力,畢竟汽車品牌終究要靠性能維持魅力。

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▲▲為了讓Fiesta具備超低油耗、超低二氧化碳排放量等特質,符合歐洲政府相關優惠政策,Ford決定朝向三缸引擎發展,但沒想到能把1.0升EcoBoost引擎做得這麼好!

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▲BMW、Mini所使用的直列三缸引擎結構圖,不難看出活塞經常於「二下一上」的狀態,反過來就是「二上一下」,但不論如何就是沒有平衡可言!因此震動抵銷與抑制非常重要。

直列三缸引擎  缺低速平衡性

三缸引擎並非近期才出現的新興動力,20年前已有市售三缸引擎,出現在韓國品牌「大宇」,只是加速性能比125cc摩托車更沒力!測直線加速跑完400米,螢幕竟然沒出現0~100km/h成績!因為末速度不到時速100公里…無庸置疑,此車加速能力比當年的smart Fortwo還不行!

如果三缸引擎是優質動力,就不會出現「爹不疼、娘不愛」的問題,因為三缸的活塞多數情況為「二高一低」,或說是「二低一高」都可以,與四缸引擎的「二高二低」相比,三缸引擎缺乏低速運轉平衡性,容易出現惱人的左右搖擺情形,不利運轉精緻性。

至於三缸引擎的240度點火角度,綿密與慣性表現當然不如四缸引擎的180度,論性能,三缸動力當然不好發揮。雖然說三缸引擎在摩托車界乃是嚇嚇叫的動力,足以在賽場上爭光,性能不輸四缸引擎,相信重機玩家對以上三缸引擎之評論絕對不服氣。

但隔行如隔山,多數三缸摩托車都是在玩破萬轉的高轉速壓榨馬力,沒有在管「低轉速平衡性」,而且二輪領域可以設計出V3架構或不等點火間距之特殊型式,讓動力輸出更好控制。只能說摩托車的後輪抓地力與下壓力都有限,車身重量也有極大差距,引擎設計需求和汽車大不相同,比如說摩托車界罕見增壓動力,因為很大、很重、很神經、很難駕馭;反過來說,汽車四缸引擎亦罕見「十字曲軸」這種二輪界的特殊玩意。即便三缸引擎在二輪界是塊寶,但是在四輪界…以前只是塊草!

福特擁抱三缸引擎初期真的很想哭泣,但今日則是笑嘻嘻!因歐洲新環保規定,讓節能車款有極大的發展潛力,那就是車輛二氧化碳排放量若低於每公里99g,可以享有稅金優惠等相關福利,引爆福特發展1.0升小排氣量三缸引擎之契機,反正只有「小型掀背車」才有機會符合相關環保法令,這些車主對於引擎精緻度通常不會太在意,只要低轉速扭力充裕、碳排放量夠低、順利拿到補助就行!

為何要選三缸而非四缸?因為三缸少了一活塞、一連桿與汽門、彈簧…許多機件,慣性與摩擦阻力一定比同架構的四缸引擎低,更適合發展節能車型,而且三缸引擎的體積與重量都比四缸更具優勢,對節能表現可說是「力上加力」!那為何不使用雙缸?其實有的,Fiat集團就是一例,節能方面相當優異,可惜動力輸出真的不太行,不如福特的1.0升EcoBoost引擎那麼受歡迎。

【國王學苑】剖析《Ford Focus、Kuga》EcoBoost三缸引擎(一)無心插柳 柳成蔭

▲三缸引擎可以多小?圖為Nissan Nismo的1.5升賽車引擎,本體重量44kg,只要是個「男人」沒人敢說不舉!至於運轉重量則是不超過70kg,最大馬力…400匹!

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▲三缸引擎非常適合配置在小型掀背或CUV,可以有效增進坐艙空間並降低重量,圖為Ford Puma。

先從1.0升直列三缸談起

節能引擎不是碳排放量夠低就行,加速性能還是要維持一定水平,買家又不是小兒麻痺,怎麼會開不出差異?最起碼也要符合日常生活實用性,引擎最大速扭力沒有15kgm以上對歐洲人來說真的不行!

就這樣福特開始搞三缸動力,不可否認「缸內直噴」與「渦輪增壓」救了三缸引擎一命!因缸內直噴有效增進壓縮比、渦輪增壓大幅強化低轉速扭力,解決了三缸引擎點火角度大且不連續的問題,比起昔日簡陋的自然進氣三缸引擎,扭力輸出與馬力呈現絕對是大幅躍進,節能表現也絕對沒問題,最後只剩下「平衡」是需要克服的瓶頸。

以當前的科技,「平衡」絕對不是無法解決的問題,加上「反向平衡軸」就行!此結構應用已經跨了一個世紀,功效絕對沒有疑慮,但「體積、重量、慣性、成本」都是問題,如果要符合99g/km門檻限制,車身結構可能要導入碳纖維或鋁合金!權衡之下還是花錢搞定引擎平衡設計比較實際!

別以為通過99g/km門檻很容易,今日導入48V輕油電不難搞定,但是幾年前這玩意尚未普及,只能專注於低風阻、輕量化、引擎設計。

既然反向平衡軸這個提案被否決,那工程師們只能從既有的結構下手,於是飛輪、惰輪、齒輪、曲軸、凸輪軸…所有會轉動的機件,都成為反向平衡軸的替代品,就這樣工程師們打造出許多特殊調校的平衡機件,用來抵銷三缸引擎的震動,而且成果出奇的好,但成本則是沒有大幅增加,除了先期的研發費用。

別以為修改機件與平衡測試非常容易,當年Dyson花了五年,測試了5,127個試驗原型,才研發出令人滿意的「吸力不衰減」無濾網耗材氣旋塔式吸塵器,今日有金屬3D列印技術降低實驗門檻與時間,但幾年前此科技並不普及,因此福特研發1.0升三缸引擎,最佳寫照就是「一步一腳印」,不斷計算、修正、組裝、測試…

最終這具三缸引擎的平衡性,比起四缸引擎可說是有過之而無不及,如果不多加說明,駕駛者根本不會察覺「這是一具三缸引擎」,即便是手排車頻頻拉轉速也難以感受出差異!而且低轉速運轉相當寧靜,沒有四缸引擎經常出現的排氣共鳴,可說是無心插柳柳成蔭!並於2012年起連續六年拿下國際最佳引擎,第七年終於獎落福斯,之後評審單位改變遊戲規則以免遭受非議,但福特1.0升三缸引擎整體表現實確實優異,2019年又拿下150匹馬力以下組別最佳引擎,搞得競爭對手氣噗噗:都給你比、都給你比!至於其它得獎者多半都是Audi、雙B,或是出自Ferrari的作品,因此福特能連續獲得此殊榮無疑是跌破專家眼鏡!

有好的開始,奠下福特三缸引擎發展新契機,競爭對手與豪華品牌開始關注三缸動力之發展潛力。當然,1.5升三缸引擎並非直接沿用1.0升之科技,必須注入更多的新設計,下一篇繼續分析。

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