3.0T壓榨630hp竟採高壓縮比！？《Maserati》海王星V6引擎｜預燃室科技問答解惑（四）最終回

2021-12-09 14:08:00

如果不清楚本篇所討論的主題「Maserati MC20超級跑車海王星V6引擎預燃室科技」煩請從之前的相關報導看起，本回合將解釋海王星V6引擎不為人知的設計奧秘，不要懷疑，您在別的地方找不到答案！此外還有相當重要的「其它車廠為何不想也不能跟進」，後者牽扯專利與成本問題，前者就麻煩讀者詳閱內文報導，因為一言難盡…

▲一般的自然進氣V6引擎重量大約是200kg，加上渦輪增壓系統、性能化調校後當然不只這個重量。海王星V6引擎結構複雜、採用2顆大渦輪、並結合熱交換式機油冷卻系統，但重量僅220kg，輕量化設計相當到位，比較窄的汽缸頭、更短的引擎長度都是關鍵。

＃與Ferrari 296 GTB同為雙渦輪高轉速大馬力設計，海王星引擎採用高壓縮比設定為何沒有爆震疑慮？

先來看一下瑪莎拉蒂的海王星引擎壓縮比有多高

Maserati MC20：3.0L 90度V6雙渦輪、多點噴射+缸內直噴、壓縮比11.0：1、630hp＠7500rpm、74.4kgm＠3000～5000rpm、缸徑衝程88*82mm、斷油轉速8000rpm、乾式油底殼、售價1280萬、二氧化碳排放262g/km

Ferrari 488 GTB：3.9L 90度V8雙渦輪、缸內直噴、壓縮比9.4：1、661hp＠8000rpm、77.6kgm＠3000rpm、缸徑衝程86.5*83mm、斷油轉速8000rpm、乾式油底殼、售價1381萬、二氧化碳排放量260g/km

Ferrari 296 GTB：3.0L 120度V6雙渦輪（PHEV動力）、缸內直噴、壓縮比9.4：1、663hp＠8000rpm、75.5kgm＠6250rpm、缸徑衝程88*82mm、斷油轉速8500rpm、乾式油底殼、售價1688萬、二氧化碳排放量149g/km

瑪莎拉蒂的海王星V6引擎犀利之處，不只是預燃室這一項「主菜」，其實還有其它不可缺少的配菜，就像德國豬腳一定要配酸菜！不囉唆了，第一項配菜是「燃燒室形狀」，第二項配菜為「活塞頂部造型」，這些也都是瑪莎新V6引擎的精髓，否則性能不會如此犀利，預燃室科技並沒有這麼簡單。整體而言，海王星V6引擎的燃燒室造型非常奇特，並非傳統汽油引擎公認的最佳腔室「半圓形」設計，相反地，海王星引擎採用完全相反的外寬內窄「游泳圈造型」，徹底顛覆傳統內燃機設計思維。

傳統的半球形燃燒室為「中央高、四周低」，火星塞在中央，點火後，火焰傳達到整個燃燒室的速度較快，多數汽油引擎都是如此。但游泳圈燃燒室為「中央窄扁、四周寬闊」，與傳統汽油引擎之思維背道而馳，然而此設計之特點在於～更容易將燃油氣推擠進入預燃室內。預燃室雖然小，但火星塞在此處的效能相對高，加上游泳圈造型燃燒室的空氣推擠效應，能幫助預燃室內順利燃燒，達成六孔《湍流噴射點火》功效。

▲所謂的預燃室《湍流噴射點火》技術，必須將火焰射到汽缸壁反彈效能才會好，因為燃燒室周邊空間較大較空曠，所以從外向內「包圍式燃燒」最快，與傳統由中央向外燃燒的思維截然不同，因此海王星V6引擎做成游泳圈或說是甜甜圈形狀的燃燒室並不意外，如此一來，可以將大部分的燃油氣體囤積在外環部位利於燃燒。

▲游泳圈狀的燃燒室，可以讓湍流噴射點火效率更容易發揮，此外還可以抑制爆震產生，然而這種設計，完全不適合一般火星塞點火引擎，不利於火焰傳遞速度，效率反而更差。

因「湍流噴射點火」設計思維，乃是高速火焰一定要噴到主燃燒室最遠端「造成渦流回捲」效果最好，也就是火焰噴流一定要射到汽缸壁「撞牆為止」，從周圍燃燒起、再回燒至中央的概念，游泳圈造型燃燒室正好可以幫助這種燃燒型態，產生更大的推力。如果是傳統的半圓形，因燃燒室四周的燃油氣體相對少，反而會降低湍流噴射點火的效益。

重點來了，外寬中窄的游泳圈燃燒室造型，能有效抑制爆震，因為爆震經常發生位置就是燃燒室周邊，四周寬闊的游泳圈造型，氣流活動空間較為寬廣，正好能讓燃燒室周邊的燃油氣體，產生更強烈的滾流，降低瞬間高溫發生機率，藉此抑制爆震。

游泳圈造型燃燒室既然這麼神奇，其它車廠為何不使用？因為此造型設計，相當不利於一般的火星塞點火原理！將使得火焰傳遞速度更慢、引擎效率更差，只適用於預燃室科技「湍流噴射點火」架構。當然，或許有車廠設計出其它更優秀的燃燒室造型，只是他們視為「機密」不講不說明，怕被其它廠商偷學去了，因此，法拉利就沒有公布296 GTB的引擎設計細節了！沒公布代表二種結果～不重要與非常重要…

▲海王星引擎的預燃室內並沒有供油系統，因此整體設計依然是以既有的結構加以修正，方能節省成本，並縮短研發時間，某方面來說，此概念其實和Mazda SKYACTIV-X汽油壓燃引擎與全新直六引擎相似，並非砍掉重練浪費時間與金錢。

＃預燃室設計看起來沒有很複雜，研發應該不會太困難，為何其它車廠不跟進？

如果是賽車引擎，研發經費、投注人力絕非市售引擎所能比擬，此外再考量市售引擎必須兼顧量產、模組、品質、耐用、維護、平順、噪音、成本、重量、體積、油耗、環保…。簡單來說就是牽一髮而動全身，改變任何設計，可能都會造成意想不到的故障或是毛病，即便副燃燒室並非全新科技，柴油引擎早有此一設計概念與實際應用，Honda早於1970年代就有CVCC副燃燒室市售引擎，當時還是化油器的年代！顯見這並非不可行之事。

然而今日的引擎已經進化到一個相當極致的地步，跨出任何一步其實都有風險存在，成本更是一大疑慮，賓士與BMW為了縮短「前橫置引擎+前驅技術平台」新車款的研發時間，所以分別和Peugeot與Renault合作，直接沿用法系引擎與技術平台加以調校，問題不是雙B沒有研發能力，而是從頭開始緩不濟急，將會嚴重拖累新車上市期程。

就Maserati的海王星V6引擎設計來說，研發成本與工程，其實都超出多數車廠的能耐！也可以說要不是MC20是一輛超級跑車，售價可以拉抬至千萬等級，否則如何支付海王星引擎高昂的研發成本，至於其它車廠似乎沒有本錢做這種事，不是沒錢，而是不符合投資效益。

目前唯有Honda有意願將相關預燃室技術與「專利」，應用在二輪界仿賽車高轉速引擎上面。是的，各車廠引擎不能隨便亂更動與修正的另一個問題，就是因為專利！許多創新與構思幾乎都有專利權保護，這也是車廠之間的一項激烈競賽，賺取專利或設計權利金也是一筆豐厚的收入。

▲海王星引擎上端可以明顯看出「雙供油系統」，會繞來繞去的金屬管線，就是壓力350Bar的共軌直噴系統，然而此設計與分層填充無關，此引擎依然是汽化燃燒而非霧化燃燒，不會有過多的NOx、HC、PM等高污染問題。

＃海王星V6引擎既然屬於「HC均質填充」低污染架構，那麼除了多點噴射之外，為何還要使用缸內直噴系統？同樣是脫褲子放屁？

談到海王星V6引擎的缸內直噴系統，其實是一項高成本設計，壓力高達350Bar，並且加上了更複雜的等距共軌設計，噴射壓力是一般直噴汽油引擎的3倍以上，法拉利296 GTB的缸內直噴系統也沒有這麼嗆。但此技術並不艱澀，因為Mazda SKYACTIV-X火星塞溫度控制均質壓燃汽油引擎的缸內直噴系統壓力高達1000bar，至於柴油引擎則是達到2000Bar，所以不需要過於高估海王星V6引擎。

既然已經擁有350Bar高壓共軌直噴系統，那麼海王星V6引擎為何還要使用一只壓力僅區區6Bar的多點噴射系統？因為功能不同！海王星引擎的預燃室科技精髓，就在於燃油完全汽化的「均質填充」再加上快速燃燒。達成高效率與低污染目的。至於相反設計則是燃油不完全汽化、多數為霧化狀態的「分層填充」，也就是許多缸內直噴引擎的設計原理。因分層填充會產生更多污染物質，所以不被海王星引擎接納，只因海王星引擎多了一套昂貴的高壓共軌缸內直噴系統，很容易讓人誤會。

其實這套350Bar的共軌直噴系統，是為了「瞬間加速燃燒室內的滾流」而設計，二大目的與先前所提到的燃燒室設計一樣，純粹為了「1.確保燃氣能回填至預先燃燒室內」，原理為一邊抽氣並一邊灌氣，有點複雜需要詳細說明，在此暫時說到這裡以免歹戲拖棚沒完沒了。另一點則是「2.確保燃燒室周邊具備強勁滾流不會產生爆震」，是的，光靠燃燒室造型並無法確保上述二件事，其實應該這麼說：強勁滾流的動力其實靠缸內直噴系統進行加速，其它方式都沒有缸內直噴系統「射幾發」那麼優異！

其實不只是海王星引擎這樣搞，一般相對便宜很多的四缸引擎也是如此，如Toyota RAV4的Dynamic Force引擎，而且同樣採用雙供油系統。是的，RAV4的引擎也屬於均質填充而非分層填充，並非所有直噴引擎都是分層填充。

然而海王星引擎乃是「高轉速+大馬力」非普通動力的概念：噴油時間非常短暫、供油需求量相當大、滾流速度必須特別強勁、而且直噴燃油還必須完全汽化，於是350Bar的高壓共軌噴射系統就此登場。是的，Ferrari 296 GTB的缸內直噴系統也不過160Bar左右，由此不難看出海王星V6引擎的缸內直噴系統有多重要，同樣是預燃室科技不可或缺的命脈。

▲為了確保預燃室內也吃得到新鮮的燃油氣，方能提供「預燃」的可能性，此時必須藉助非常強勁的滾流，光靠游泳圈式燃燒室造型絕對辦不到，必須藉由缸內直噴系統來達成，但是與分層填充無關，並非所有缸內直噴引擎都要配合分層填充與燃燒。

▲近期最犀利的引擎，當屬瑪莎拉蒂的海王星V6引擎，其次是法拉利與麥拿倫的120度大開角V6引擎，此外還有Nissan的可變壓縮比引擎，而且下放置國民車款上，一般人都享用得到。

＃之前說過Honda等車廠也有類似科技，既然這麼犀利為何沒有市售化？是不是有副作用或耐用度方面的問題？

最後，必須說明一個相當重要的關鍵與盲點，那就是燃燒室內開任何的小孔或是腔室，對於穩定性與耐用度來說，都是充滿疑慮的一件事！沒錯，這就是多數車廠不願意發展副燃燒室引擎的重要原因。具有副燃燒室的引擎使用一段時間之後，工作效率就開始不斷下滑，相當不利於長時間、高里程使用，除非經常拆引擎進行除碳或更換副燃燒室等維護工程。

引擎再如何要求完全燃燒這件事，都還是會有積碳問題存在，因為不可能真的將燃氣完完全全燒乾淨，汽油成分沒有這麼單純（甲烷相對優異、氫氣更佳）。所以說，只要是汽油引擎，就一定會有積碳問題，積碳絕對會影響海王星V6引擎副燃燒室與六個噴射孔的容積、溫度、孔徑、通道光滑、氣流順暢性、噴流的強弱與方向。

因此，積碳到何種程度會影響引擎效能？此時需不需要進行任何除碳工程？需要拆引擎除碳？還是採用目前最新科技氫氣除碳？或是採用藥水灌注方式進行除碳？還是經常使用引擎除碳藥水灌注於油箱當中就可以？或是瑪莎拉蒂預燃室表面都有特殊金屬或陶瓷塗層（像是不沾鍋那樣），能抑制積碳生成或是降低積碳厚度，長時間使用不影響燃燒效能？或是海王星引擎銅質預燃室工作溫度極高「可以直接將積碳燒掉」不會有此疑慮？

▲昔日在賓士的高壓共軌直噴技術發展純熟之前，許多柴油引擎都有預燃室設計，容易造成積碳阻塞，影響火焰噴流的方向、角度、強度，引擎效能日漸低下，沒力、噴黑煙、高震動等問題越來越嚴重。因此今日只會在大型柴油引擎上面才會見到副燃燒室設計，一般柴油引擎早就視副燃燒室為虎豹豺狼避之唯恐不及。

▲Honda計畫將F1賽車的預燃室科技，下放至性能二輪上面，其一，Honda NSX下台一鞠躬、超跑斷根沒搞頭了；其二，摩托車界的仿賽車轉速高達一萬轉左右，搭配此科技很有賣點，至於其它原因請看下面分析。

總之，如果無法克服積碳、效率恆常性、壽命耐久性等問題，沒有廠商敢發展副燃燒室引擎，砸了招牌、毀了品牌形象的可能性非常高！

如果我有這樣的引擎與跑車（純粹想像），有幾件事最好不要做：其一，開著超跑在車陣中塞車，加速積碳生成；其二，把超跑當計程車開，累積高里程加速引擎效能劣化；其三，沒有經常拉轉速的習慣，促使引擎老化；其四，不按時保養，造成機油劣化加速引擎積碳；其五，只顧著把妹、開車習性溫吞，浪費一具優質高轉速引擎。

由此不難看出，因為MC20是超級跑車，相對適合預燃室引擎科技，如果是一般的國民車款，上述五點絕對是經常犯，難保預燃室引擎的工作效率不會退化。基於此，還有人覺得XX車廠會跟進預燃室引擎嗎？雖然說Honda會使用，不過應用範圍乃是二輪界的仿賽車（約一萬轉的高轉速引擎），原因為何不難理解。

目前四輪界會推出預燃室引擎的車廠，大概只有法拉利吧。畢竟法拉利有辦法幫瑪莎拉蒂設計新引擎，之後Ferrari研發自家更犀利的預燃室引擎相信不是難事，但不保證此事一定會發生，說不定研發純電超跑還比較實際！只能說，目前油電與純電都還有進步空間，而且狀態稍嫌不明，任何新科技可能都是槓桿點，如何權衡與抉擇既困難又關鍵，讀者消費者只能靜觀其變。