《Toyota RAV4 Dynamic Force引擎》科技回顧（01）淺談《高壓縮比》與《爆震》

2022-01-30 13:00:00

最新第五代RAV4熱銷靠的是優異的均衡性，不論空間、配備、操控、加速、油耗、售價、造型…想打槍真的不容易！引擎設計更是得意，不只是科技令人大吃一驚，造就驚人的「15.1km/L」驚人的油耗成績，然而多數人並不知道箇中奧秘，那就是「豐田黑科技」，先來談前傳之後再解析正傳，以下為高壓縮比以及連帶的爆震問題。

▲Toyota RAV4 Adventure

▲四行程引擎一次循環包含進氣、壓縮、動力（燃燒膨脹）、排氣四階段，圖片來源：吉寶知識系統

高壓縮比爆震危害

在閱讀本文之前，可以先閱讀這一篇「圖+文+影音」科技報導：【國王學苑】解析《Toyota》新世代動力系統 ─ Dynamic Force引擎

這篇汽車科技報導已詳細介紹全新Dynamic Force引擎（簡稱DF引擎）用了哪些新設計與新配置，本篇就儘量減少艱澀的物理和化學濃度。首先，傳統汽油引擎的熱效率只有25～30％左右（今日最高可達45％），比起柴油引擎35～50％的熱效率相去甚遠，即便大車廠紛紛在汽油引擎上裝載複雜的可變汽門、電控+水冷式廢氣循環系統，但是對於熱效率仍是以「擠牙膏」的進度匍匐前進！主因在於車用柴油引擎的壓縮比幾乎都是從16：1起跳，但車用自然進氣汽油引擎多數都是從10：1起跳，直到「缸內直噴」科技純熟之後，壓縮比可達14：1或更高的境界，終於將熱效率一口氣提升至35％以上的新高點。

然而汽油引擎為何不能將壓縮比直接提升至16：1以上，這樣不就可以和柴油引擎平起平坐？主因在於汽油在液態時燃點相當高（510～530℃），但汽油因分子結構簡單容易汽化，而且汽化後的閃燃點非常低（-50～-20℃），在極地戶外可以用打火機點燃開始汽化的汽油，但在常溫下卻無法點燃柴油。應用在引擎的難處，就是液態汽油難以直接點燃好用來做功、但卻又非常容易汽化閃燃產生爆震自廢武功。沒錯，汽油的個性，不但難以成就大事，而且又很玻璃心！讀者終於知道什麼是「汽油本色」了吧！

汽油燃點 510～530℃ / 閃燃點 -50～-20℃ 不安全容易引燃

柴油燃點 350～380℃ / 閃燃點 55℃以上相對安全不易引燃

再次強調「燃點」和「閃燃點」不一樣且沒有關係，在現實生活中可以用打火機點輕易點燃一桶汽油的「表面」，但燃燒的部分就只是汽化後的汽油，液態的汽油無法用打火機點燃，所以短時間不會發生「整桶汽油大爆炸」的壯觀景象，子彈打穿油箱不會立即爆炸也是同樣的道理。

▲壓縮比：燃燒室最大容積與最小容積的比值，圖片來源：吉寶知識系統

因特性使然，汽油引擎必須藉由「火星塞」這玩意，製造出「冬天裡的一把烈火」才能順利燃爆。但是在引擎壓縮過程中、火星塞尚未點火前，已經汽化的汽油很容易受到高溫影響而自燃，通常發生在活塞周邊，接著又引燃周圍的霧狀汽油形成無法控制且不規律的燃燒，這就是先前所提的「爆震」現象，無疑是扯自家人後腿，大幅減損扭力輸出並且會損壞引擎。

▲左邊為汽油引擎正常點火狀態、右邊為爆震現象，圖片來源：semanticscholar.org

反觀分子結構複雜的柴油燃點相對低（350～380℃），但閃燃點相對高（55℃↑），只要在高壓高溫狀態，將柴油直接噴到引擎燃燒室內就會燃燒，而且只要噴一點點柴油就能燃燒，不需要火星塞這種東西，這設計稱為Diesel Engine狄賽爾引擎，車用柴油引擎與船用重油引擎都屬於狄賽爾引擎。

如果將汽油用在柴油引擎會怎樣？在冷引擎狀態，汽油燃點太高不會被壓縮燃燒，引擎無法運作；在熱引擎狀態，因壓縮比不夠高，所以汽油噴入瞬間還是不會壓縮燃燒，但是在膨脹行程中汽油一旦開始汽化，就會發生「群起自燃」的超複雜爆震現象！因爆炸氣流過於混亂，不但沒有扭力可言，還會損壞汽門與供油系統，結論就是無法正常運作。

關於如何將汽油應用在狄賽爾引擎並非完全沒機會，如Mazda SKYACTIV-X 火星塞控制壓縮燃燒汽油引擎。