jenhaoliu
   
|
分享:
▼
x0
|
認清內燃機效率不佳的事實
首先，讀者必須了解四行程內燃機的效率其實不高，在四個運作行程中只有動力行程在做功，其他三個行程都處於消耗能源的狀態。而且當車輛遇到紅燈處於靜止，引擎呈怠速運轉狀態，車輛沒有前進可是引擎還是得持續運作不能熄火，相當浪費能源，而且怠速時的油耗及廢棄污染都相當嚴重。
再者，注入內燃機的汽油約略只有1/3的能量來產生動力，其餘1/3轉化成熱能被內燃機本體吸收，另外1/3未完全燃燒經由排氣機構釋放出去污染環境。看到這樣的數據，對許多人而言都感慨其效率之低浪費消費者的汽油錢，但是對於機械工程師而言，內燃機還存在有廣大的「壓榨」空間可以發揮。
之前，為了達到良好的引擎燃燒效率，所以發明了噴射引擎取代空燃比控制不易的化油器，加上許許多多的先進感應器及電子科技，讓引擎成為台灣「電子花車」大戰的導火線，當然這是開玩笑的說法，但是大量使用電子科技應用在汽車上非引擎科技莫屬。
當今，量產的自然吸氣引擎中單位容積燃燒效率極高的BMW車系（馬力、扭力兼具），運用了各缸獨立的節氣門以及進氣岐管直噴技術、電子節流閥、連續式可變汽門正時機構、優異的引擎管理電腦，讓M5、M3成為車迷崇拜的對象。但是在環保的努力上，同樣具有超高燃燒效率的HONDA車廠所做的研究，確實走在全世界車廠的最尖端。
普遍而言，各家車廠降低廢氣污染的措施有使用無鉛汽油、排氣管加上觸媒轉化器、油箱廢氣循環系統、曲軸箱廢氣循環系統（PCV）、引擎廢氣循環系統（EGR），較高檔的設計還有進氣預熱系統、排氣管二次進氣系統、引擎反置設計。以上所述是比較常見的設計，接下來就要進入HONDA的科技領域。
想要省油並增進效率就必須朝向稀薄燃燒及高壓縮比這兩個途徑。為了維持引擎正常運作，空燃比通常維持在14.7：1左右會有較佳的燃燒效率，調整範圍在12：1～17：1之間，超出這個範圍，燃油混合氣就不容易被引燃。油氣濃、空燃比低容易產生燃燒不完全，造成積碳及耗油、HC廢氣生成等情形。但是汽油能幫助引擎散熱的功效，所以燃油氣濃能保護引擎免於高熱危害以及減少爆震發生的可能性，對於低轉速進氣效率不彰的自然進氣引擎能改善扭力輸出。所以耐久賽及一些穩紮穩打的賽車手都選擇較低的空燃比。14.7：1的空燃比，空氣中的氧氣將充分與油氣結合產生二氧化碳與水，就不會和氮氣起作用產生有毒性的NOx。
油氣較淡、空燃比高的稀薄燃燒方式能減少汽油的消耗量，達到省油的目的。但是稀薄燃燒容易產生爆震、缸溫過高、氧氣運用不完全等情形。高溫加上燃燒後廢氣中含氧過多的結果，造成氧氣與氮氣結合產生大量的NOx，解決之道必須藉由特殊的觸媒段吸收NOx，並導入空氣，讓NOx與HC再次被觸媒催化成水及二氧化碳。第二種方法就是大量利用EGR系統引導廢氣進入進氣岐管，這樣的功效是因為燃燒後的廢氣含氧量極少，加入進氣系統中一起混合能降低油氣的氧氣比例，如此就能抑制NOx的產生。廢氣除了可以推渦輪外還有環保功效，夠神奇吧！
但是NOx吸附觸媒成本高，廢氣中含NOx越多就要用越長的特殊觸媒段來吸收，如此一來，大排氣量的引擎製造成本將會成等比上昇，市場競爭力較弱，日後的維修成本也很驚人。EGR系統要精確控制廢氣導入量並不容易，而且在怠速時、引擎負荷量大時、暖車時期（引擎未達工作溫度前）不能使用EGR，不然會造成引擎運轉不順及扭力降低，所以EGR不能完全取代特殊觸媒。最好的方法就是兩者都用，但是羊毛出在羊身上，消費者必須忍受昂貴的車價才能享有既環保又省油的引擎。
iVTEC＝VTEC＋VTC，其作動機制僅針對進氣汽門。以往VTEC作動僅能依照引擎轉速區分「動」與「不動」，當轉速到達一定程度時開始作動，能增加汽門的運作行程及開啟時間，提昇高轉速進、排氣效率，VTEC並沒有所謂「開一半」的情形，僅有兩段式設計，並非無段式。至於其他的可變汽門正時系統則相反，以改變凸輪軸相位角為主（開啟時機），至於能不能達到無段連續控制，全看系統的好壞而論。
iVTEC引擎屬於每缸四汽門設計，但其中的VTEC運作與一般DOHC VTEC不同，特殊之處在於iVTEC具有控制兩支進氣汽門單獨開啟的功能。當引擎在低負荷以及低轉速時只讓一支進氣汽門作動，中高轉速時才會讓兩支進氣汽門同時作動，夠誇張吧。
或許讀者會認為VTEC加入VTC的功能對引擎的動力性能會有很大的幫助，事實則不盡然。iVTEC的訴求在於經濟、環保、性能三者兼顧，VTC的作動機制主要是針對引擎在低負荷時精確控制進氣汽門的開啟時機，藉此發揮EGR之功效；當引擎處於高負荷時，又能適時解除EGR功用；中高轉速時又能提前進氣汽門啟動時機增進引擎動力。
HONDA認為要讓燃油效率充分發揮，必須具有高壓縮比、高進排氣效率的引擎設計方能達成目標，所以VTEC、iVTEC誕生。而且進氣效率佳，低轉速狀態下不須提高供油濃度來搾出汽缸內所有氧氣的燃燒效益，這樣會增加油耗及HC的排放。相反的，HONDA在供油上盡量以低燃油濃度來達成，能省則省，只要不發生爆震或爆引擎就好，加上HONDA引擎耐用度佳，對高轉速及高溫的適應性良好，在iVTEC引擎上，活塞的造型也經過特殊設計，除了四周有避免敲擊到汽門的缺口設計，中央還有類似缸內直噴引擎的凹槽設計，具有導引混合氣及降低爆振的功效。優異的整體引擎表現，HONDA動力機構廣為賽車界歡迎，並贏得消費者口碑。
iVTEC出現在量產的七代Civic 2.0身上，以1410㎏的車重，平均油耗達14.2㎞/l，具有154hp/6500rpm、19.0㎏m/4000rpm的動力水準。平名化的車價享有高科技、低污染的功效。以BMW的自然進氣引擎科技而言，應該也有這樣的實力，但必須利用許多高科技、高價位配備來達成，短期內應該很難「平名化」。
在iVTEC的發展過程中，其實是充滿艱辛的，因為汽門的開啟行程、開啟時間、開啟時機等變因是環環相扣的，當引擎的負荷及轉速變化時，這三者應如何變化是需要長時間測試，加上供油、進氣岐管設計、可變岐管的細微角度變化、噪音控制、溫度控制、整體動力輸出搭配、耐用度等等都是牽一髮而動全身，是門艱澀的經驗科學，但這也是HONDA的資產及秘密武器。如果研發過程沒有這麼困難，國內早就自行研發出DOHC VTEC。
iVTEC的汽門控制必須非常精準，所以HONDA將正時皮帶機構改成鏈帶設計，具有精確、耐用的特質，但是運轉噪音比較大。對於iVTEC之中的VTEC機構，設計上並非採用B16C引擎的DOHC VTEC設計，而是採用S2000身上那具F20C的「同軸VTEC」，S2000使用同軸VTEC的理由是那高達9000rpm的轉速必須藉由此特殊機械設計降低汽門作動的慣性，才能更精確控制進排氣效率。iVTEC為了要搭配VTC機制，所以也需要精準的同軸VTEC設計。 偉大
iVTEC天下無敵？其實每缸單、雙進氣門切換設計，HONDA絕非第一名，可控制氣門正時、揚程、開啟時間三合一者尚有TOYOTA VVTL-i科技。但是能將複雜的機構通通整合起來，平價化並應用在非性能車型之2.0直四引擎，加上整體設計優異，並有反向平衡軸抑制震動，讓市售車擁有全轉速區域扭力均衡、省油、環保、寧靜、低震動、體積小、重量輕、高耐用度等特質樣樣不缺，這就很了不起。其它車廠只有在運動化車款上才可能出現複雜的可變氣門正時機構，所以說iVTEC是C/P值非常高的好引擎。
但iVTEC只有2.0、2.4直四兩顆引擎，未普及到V6等大排氣量設計，其控制核心尚未針對排氣機構做VTC設計，未來還有發展空間。
小而美、小而省
嚴格來說，世上有全方位省油的引擎嗎？答案是否定的。只要您開車時習慣大腳油門衝刺，以現今的高科技引擎而言水準都差不多，就算是iVTEC也省不了多少。以缸內直噴引擎而言，省油設計是在低負荷時期（雖然其壓縮比相當高，但是您聽過日本MITSUBISHI GDI引擎實際行車狀況很省油的報導嗎？顯示這項科技實際運用與理論還有一段差距），其它設計如iVTEC也是，SVC也是如此，大概只有米勒循環引擎比較能兼顧高負荷時的油耗，但是成本及調校尚未成熟化，所以這具引擎也沒有造成很大的轟動。要省油，開車時油門就不要踩太重，上述設計的引擎才能發揮省油的功效。
如果要全方位省油，只有減輕車重一途是最直接、有效的方式。所以沒有高度需求就不要開大車子；加速、油耗、廢氣污染都比小車嚴重。操控要靈活，長軸距的車子更不容易辦到，車體剛性方面也是小車的抗扭曲能力較強，「小而美、小而省」正是小車的寫照。至於要多小才是小車？這須視個人需求而論，但國人普遍有「小車及沒屁股的車不安全」心結，短期內不奢望能改變國人的購車理念。
|
