油價在繼續(xù)飚升，汽油發(fā)動機似乎要承擔起一切的責任，但作為最傳統(tǒng)、運用最廣泛的內(nèi)燃機，它也一直在通過各種新技術的應用來提高效率。更省油卻能釋放出更高的功率是汽車生產(chǎn)商共同努力的方向。
近幾年汽車發(fā)展所面臨的問題，主要是油價的攀升和日趨嚴格的環(huán)保法規(guī)。所以生產(chǎn)商不得不加大在動力開發(fā)上的投資，這包括短期替代的油電混合動力和長期發(fā)展的燃料電池等等。不過，傳統(tǒng)的內(nèi)燃機已有近百年的歷史，短時間內(nèi)仍有不可取代的地位，其實汽油機還有著很強的進化能力，而高效率與節(jié)能正是進化的方向。
就全球的發(fā)展趨勢來看，雖然乘用車引擎逐漸向燃費較低的柴油設計靠攏，但新一代的汽油引擎也更加省油，唯一的不利點只是油價略高而已。不過，如果把柴油車的差價也計算進去的話，開汽油車的總開銷不見得會高出多少，所以未來汽油發(fā)動機的市場占有率仍然會高于柴油發(fā)動機。
首先汽油發(fā)動機的輸出特性是高轉速大功率，這意味著其具有速度上的優(yōu)勢，另外較高的后備功率也讓汽油機可以隨時隨地的給你十足的“推背感”，這是柴油機難以達到的，因此高性能車輛一定得采用汽油機作為動力，此外低轉速可產(chǎn)生大扭矩的柴油引擎，在小型車上并無法突顯省油優(yōu)勢，所以A級以下的小排量車型也是汽油引擎的擁護者。
既然汽油引擎依舊是未來市場上的主力，這次我們就來談談有哪些新技術讓它有更高的效能。從發(fā)展趨勢來看，我們可以歸納為輕量化、可變機構控制、電子化、進氣增壓四大技術的運用。
材料革命 硅鋁技術帶來的低摩擦耗損與輕量化
談到輕量化，大家一定會馬上聯(lián)想到鋁合金缸體的普及化，鋁合金的優(yōu)點除了是重量輕以外，還有著絕佳的散熱性。不過這里所說的輕量化，主要是活塞、連桿、曲軸這些往復式機件使用鍛造品的減重措施，這樣便能減輕運轉時的轉動慣量，使反應更直接、臨界轉速也變得更高，進而能發(fā)揮最大的輸出功率，各大汽車商的新一代V8高性能汽油機便是得利于高轉速，平均升功率都達到了70千瓦以上。
要讓引擎的反應輕快、最高轉速更高，活塞、連桿、曲軸的輕量化起到關鍵性作用
同時有越來越多的高級車在缸套融入硅鋁技術，強調(diào)的重點有低摩擦、高強度、恒溫性與輕量化（每缸可減輕約500克），像的AMG的6.2L V8發(fā)動機、寶馬M系列V8發(fā)動機的缸體采用了低膨脹的全硅鋁合金材質(zhì)取代了缸套的設計，因此像前者的引擎凈重僅199公斤，對于車身的平衡也有極大幫助。值得一提的是，在沒有缸套的前提下，AMG 6.2是在缸壁采用TWAS的雙金屬絲弧形擴散覆蓋加工，M-Power則是鍍上一層硅晶材質(zhì)，這樣不但能大幅減少摩擦阻力，強度也達到了鑄鐵缸套的兩倍，甚至可以媲美F1發(fā)動機的水平了。
發(fā)動機的輕量化當然必須對每個零件都斤斤計較，回轉機構的減輕會反應在動力與油耗表現(xiàn)上，而整體的重量的控制則能使整車前后配重更理想，而提高車輛的操控性能，所以講究者還會用上局部的鎂合金。另外由于前中置設計與駕乘空間極大化的設計理念的盛行，發(fā)動機除了要輕之外體積也得小才行，這點又牽涉到發(fā)動機的高度及重心位置。
發(fā)動機的小型與輕量化除了利于車身、底盤設計外，對于前后軸荷的合理分配也有著莫大的幫助
一臺發(fā)動機的大小牽涉到缸徑與行程的設計，多缸的高性能引擎通常會以短行程的設計來達到高轉速和低重心的優(yōu)勢，這樣一來也必須克服缸體長度的問題，因此像前述的無缸套硅鋁合金引擎，相對可使各缸間距更為緊湊。另外，搭載渦輪增壓的發(fā)動機必須使用缸套來增加強度的，而缸壁離子覆蓋法讓缸套厚度僅0.15mm。
新M3的V8缸體為硅鋁合金制且取消缸套，大大降低了熱脹冷縮的現(xiàn)象
事實上更輕、更小不只是汽油引擎的發(fā)展趨勢，目前連靠高壓縮比的柴油發(fā)動機也向著全鋁合金材質(zhì)發(fā)展，且即便是鑄鐵本體皆衍生出CGI蠕墨工法，以此實現(xiàn)薄化缸壁與提高耐用性，所以材料技術絕對是引擎進化的關鍵之一。
控制革命 直噴的精準控制實現(xiàn)稀薄燃燒
汽油機的輸出能力越來越大而油耗更低的另一大功臣當然是電子控制技術的日新月異。以發(fā)動機作功最重要的供油、點火來說，現(xiàn)在因為有了順序噴射、獨立點火系統(tǒng)的助陣，各缸是在排氣門關、進氣門開的上止點前開始噴油然后立即燃爆，相對燃油混合氣可更充分燃燒產(chǎn)生最高效率。一些高性能車還采用了F1離子高壓線圈與監(jiān)控CPU，使點火更快、更準確，因此發(fā)動機的轉速、壓縮比就可以進行更高標定，從而榨出驚人的功率值。
F430采用F1離子高壓線圈與監(jiān)控CPU，點火因此更快、更準確
由于大眾汽車FSI發(fā)動機實現(xiàn)國產(chǎn)，具備稀薄燃燒能力的缸內(nèi)直噴也漸漸成了主流，但一般的缸內(nèi)直噴受汽油含硫量與噴射特性的影響，普遍都無法做到完全的稀薄燃燒，不過運用新一代柴油科技的二代直噴已有大幅改良。這主要是Piezo高壓震膜式噴油嘴的運用，相對噴油會變?yōu)榛旌?、霧化效果更佳的傘狀形式，故不論是燃燒、熱效率都有了長足進步，據(jù)說除了油耗比以前可減少10%外，動力也有更好的表現(xiàn)。
汽油缸內(nèi)直噴的稀薄燃燒特點，以往只能用在小負荷和低速狀態(tài)，所以多半還要搭配傳統(tǒng)的氣埠噴油嘴，但Piezo噴油嘴的厲害之處是在高轉速與超過120km/h的高速下仍能以理想空燃比運轉（14.7：1）。事實上第一代直噴的噴射壓力只有120bar左右，不過需要高壓作動的Piezo燃壓已達到200bar，值得一提的是汽油在如此高的壓力下將相當不穩(wěn)定，故其高壓泵后方還連接有冷卻裝置以加強散熱。
二代缸內(nèi)直噴主要是換裝Piezo噴油嘴，噴射壓力提高到了200bar
內(nèi)含Actuator Valve、為特殊陶瓷合金制成的Piezo噴油嘴，反應時間只需要百萬分之一秒，因此噴射非常快速且噴油量精確。原理是在毫秒間發(fā)生電流脈沖使閥門向外開啟，露出一個幾微米寬的環(huán)狀缺口，相形可帶來等量的中空圓錐狀噴射面，使每個動力沖程在抵達上止點前，都會送出精準的燃油和壓縮過的空氣完全混合，因此任何狀態(tài)下均能實現(xiàn)稀薄燃燒。
另外，缸內(nèi)直噴的特性非常適合搭配高壓縮比或渦輪增壓的設計，而且沒有冷卻不足的問題，唯一的要求是汽油辛烷值要到達98#，所以燃料的消耗量雖然節(jié)省，但油價卻依然是高。最后，以往的缸內(nèi)直噴引擎多半屬于經(jīng)濟導向的設計，可是現(xiàn)今在高性能車上的比例已日漸增多，這便是與環(huán)保、油耗法規(guī)妥協(xié)的產(chǎn)物。
新RS6的V10雙渦輪引擎也搭配有缸內(nèi)直噴，因此動力強悍兼顧省油
可變革命 無級可調(diào)的配氣機構讓動力更充沛
汽油發(fā)動機在可變機構的運用上非常多樣，大家所熟悉的有可變進氣歧管、可變氣門正時、可變氣門升程與可變排氣量等，其他旁支細節(jié)還有汽油泵、消音器與渦輪葉片幾何，而奔馳汽車在去年IAA車展發(fā)布的Diesotto概念引擎，也是可變壓縮比的設計進一步實踐?？勺冞M氣歧管雖然發(fā)展已相當久遠，但其效用卻不容忽視，因為它能在搭配可變正時拉大重疊角時，增加不足的負壓提供充沛扭矩輸出，所以是扮演了提高運轉順暢度的角色。
可變進氣歧管可以增加不足的負壓提供充沛扭矩輸出，所以是扮演了提高運轉順暢度的角色
至于對輸出特性有關鍵影響的可變正時、升程，分類上前者是適度延長氣門重疊時間而強化中低轉扭矩輸出，后者則為提高氣門開啟量來激發(fā)高轉速下的功率，而現(xiàn)在將兩者整合在一起的設計也日益增多，目的除了是帶來更大、更順的輸出能力外，降低油耗才是本意。
可變氣門正時搭配揚程控制已日漸普遍，這樣的設計可讓發(fā)動機的動力帶更寬
結合可變正時與升程的發(fā)動機，近來針對省油控制是在輕負載狀態(tài)下大開節(jié)氣門，以后延進氣門的關閉正時或運用氣門升程直接控制進氣量，相對吸氣阻力與進氣時間的遲滯就能減至最低，且活塞上下運動的效率也不致?lián)p失，燃燒效率自然有進一步的提升。目前的可變升程系統(tǒng)，最先進的當屬寶馬Valvetronic與英菲尼迪的VVEL系統(tǒng)，此兩者均以電機驅動控制軸與搖臂，讓凸輪軸挺舉量能隨時無級改變，這種無級可調(diào)設計也讓動力不會有所落差，未來應能成主流。
采馬達直接控制氣門開啟的Valvetronic，相對有更快、更順且適當?shù)倪M氣量
再談到可變排氣量這項設計，目前主要是運用在V型汽缸的排列組合，功能則為車輛在高速公路巡航、處于輕負載的低轉速狀態(tài)，僅以部分汽缸運轉達到省油目的。最常見的有克萊斯勒300C的5.7L HEMI V8發(fā)動機可以實現(xiàn)4缸與8缸的瞬間切換，八代雅閣的3.5L VCM V6發(fā)動機，可以實現(xiàn)3缸、4缸、6缸的瞬間切換。以5.7L HEMI V8發(fā)動機為例，4缸運轉時另外的4個氣缸將不供給燃油，只是相當于4個彈簧，進氣、壓縮空氣、釋放壓縮空氣的彈力、排氣，動力無損失，也無燃油消耗。
行文至此，大家應能了解可變機構里最具效果的還是氣門正時、升程的變化，且其不僅對小排氣量的自然吸氣發(fā)動機有極大幫助，在渦輪增壓、高性能V8等汽油機都能見到它的蹤影。
911 Turbo因搭載了VarioCam Plus，全轉速域都能展現(xiàn)強勁動能
以渦輪引擎來說，可變氣門正時能有效減輕渦輪遲滯現(xiàn)象，升程變化則能在高轉速下強化過給壓力，高性能V8汽油機要有每升突破70千瓦的實力更少不了它。再舉個例子是以往跑車引擎必備的多喉直噴，現(xiàn)在只剩下M-Power還堅持這項傳統(tǒng)，此獨立節(jié)氣門設計的沒落，就在于可變氣門正時、升程已能徹底提升了發(fā)動機的肺活量，同時不會有顧此失彼的動力落差現(xiàn)象。
增壓革命 可變?nèi)~片幾何渦輪帶來全轉速域的峰值扭矩
有了眾多科技的幫助，新一代的汽油引擎多能在中低轉速提供充沛扭力，不但使起步加速反應快捷，由于不用經(jīng)常大腳油門拉高轉速，日常行車的省油性也能兼顧。針對扭矩的要求，目前的引擎設計大致朝自然吸氣多缸化與小排量搭配進氣增壓兩大方向發(fā)展，其中后者的運用更是日益廣泛，最近其突破則是柴油車常見的VTG排氣葉片可變幾何導流，成功運用在保時捷997 Turbo身上。
可變?nèi)~片幾何渦輪的最大貢獻，就是隨時能保有最大增壓值
VTG的優(yōu)點是隨時涌現(xiàn)最大增壓，因此不但沒有遲滯的問題，廣泛的動力帶更是帶來暢快無比的加速性，保時捷997 Turbo的620Nm峰值扭力能在極低的1950轉出現(xiàn)，并一直維持到5000轉就是VTG的貢獻。在此汽油引擎需要克服的問題是，其使用VTG時排氣溫度會上升到1000度，因此Porsche是和Borg Warner Turbo System（KKK）合作，運用Space Technology開發(fā)出耐高溫的Turbine材質(zhì)，實現(xiàn)了汽油發(fā)動機結合可變渦輪量產(chǎn)化的首例。
將渦輪與頭段一體化的用意并非節(jié)省成本，主要還是為了提升熱效率
此外，最近的汽油引擎用渦輪本體，已出現(xiàn)可承受1000度排溫的技術，多數(shù)量產(chǎn)車也將Turbine、頭段采一體化超耐鋼材來維持高度熱效率，相信繼997 Turbo之后會有越來越多的Turbo車使用VTG設計，剩下就在于發(fā)動機強度與計算機控制的應對了。附帶一提的是，在第三代共軌直噴的六缸柴油引擎上，運用大小串聯(lián)雙渦輪架構的寶馬X5 3.0Sd，最大輸出可達到202kW/580Nm，而2000bar的四代共軌直噴用于2.0四缸引擎，未來的趨勢將是搭配序列雙渦輪，標定功率、扭矩水平是150kW/400Nm，不難想見柴油動力的進步緊追在汽油之后，但兩者的技術面卻相通且環(huán)環(huán)相扣。
再者，大眾的TSI雙增壓發(fā)動機也是讓人欣賞的設計，其原理是以機械增壓器實現(xiàn)低轉速產(chǎn)生大扭矩，高轉速則切換為渦輪增壓器提升功率輸出，所以全轉速域都能提供高額動力輸出且有低油耗表現(xiàn)。1.4TSI雙增壓可以達到2.5L NA發(fā)動機的輸出水平，而油耗只相當于1.8L的水平。不過，這種互補式的強制進氣雖然創(chuàng)意很好，但過高的制造成本未來并不會成為主流。
