更新於 2023/05/17閱讀時間約 6 分鐘

高壓縮比、渦輪引擎就該用高辛烷值汽油?——別再相信各種毫無根據的說法

即便現今車壇動力系統電氣化已逐漸成為顯學,內燃機的重要性預料仍將持續一段時日,然而就實際使用層面來說,目前依舊可在網路上看到部份車主詢問,自身愛車該加多少辛烷值的汽油?雖然已有愈來愈多車迷知曉,只需翻閱車主手冊便有答案,但背後原因究竟為何?爆震與引擎型式、壓縮比到底有無關聯?本篇文章照慣例為你剖析。
(圖片來源:Toyota Motor Corporation YouTube Channel)
(圖片來源:Toyota Motor Corporation YouTube Channel)
爆震的定義及影響爆震傾向的關鍵因素
相信不少車迷應該都知道,汽油的辛烷值乃決定抗爆震性的關鍵指標,既然如此,文章一開始筆者便來聊聊,究竟什麼是「爆震」?這問題若螢幕前的你轉身去問其他車迷,可能會聽到類似「當引擎正處壓縮行程且活塞接近上死點時,火星塞跳火點燃混合氣,隨後向四面八方擴散的火焰使燃燒室溫度及壓力驟升,若是高壓縮比或渦輪引擎使用低辛烷值汽油,則相對容易使火焰波尚未抵達區域的混合氣自燃,進而造成至少兩股燃燒火焰相互衝擊的現象」的答案。
然而前述關於爆震的定義其實並不正確,主要原因為引擎是否容易發生爆震(導致需使用較高辛烷值的汽油),與自身型式(NA或渦輪)、壓縮比、供油方式(缸內直噴或歧管噴射)等都沒有關聯!這是為何?我們可以假定一個狀況,就是一具高壓縮比引擎在重負荷條件下運作時,若使某個循環的點火角度大幅推遲,究竟會發生什麼事情?答案其實不難想像,便是導致混合氣燃燒時間不足,燃燒室溫度、壓力及動力輸出均下降,而未完全燃燒的混合氣將於接下來的排氣行程,被上行的活塞推向排氣頭段,隨後因接觸高溫而自燃,這也是改裝偏時點火的原理。
▲引擎的最佳點火時機需視當下轉速、空燃比等參數決定,而在一定限度範圍內,原則上點火提前角愈大,愈能於高轉區間榨出對應的馬力,但也愈容易引發爆震(礙於文章篇幅,具體原因這裡就跳過不細說)。(圖片來源:Toyota Motor Corporation YouTube Channel)
有沒有發現什麼奇特的地方?同樣的引擎、運行轉速及空燃比,光是調整點火正時(或稱點火提前角),就能改變爆震傾向,而前述提及的「退點火角度」,也正是當今原廠工程團隊在ECU偵測到爆震時,進行抑制的直接手段之一。綜合以上內容可得知,真正影響引擎爆震傾向的關鍵因素為點火正時,也大致可看做是「調校」(車廠可將引擎整體調至相對容易爆震,或比較不易爆震)。
▲自身愛車該使用何種辛烷值的汽油?以台灣原廠手冊為準(這裡暫不考慮外匯車等自其它管道進口的車輛),原因為部份車款進口時其引擎調校可能與海外市場存在差異,另外其它國家/地區車主手冊的辛烷值標示亦可能採用不同單位(全球常見的辛烷值標示單位包含研究辛烷值法Research Octane Number, RON、馬達辛烷值法Motor Octane Number, MON及抗爆震指數Anti-knock Index, AKI,台灣所謂92、95、98的單位均屬RON,而三種標示原則上彼此間僅能大致進行對照參考)。
▲汽油的辛烷值主要與抗爆震性相關,與坊間留傳「好不好燒」一點關係都沒有(一般情況下各種辛烷值汽油彼此間並沒有容不容易點著的問題,且點火之後都是進入燃燒狀態),甚至相同環境條件下火焰速度也幾乎不會隨辛烷值改變。
容易令人混淆的「爆震」(Knocking)與「預燃」(Pre-ignition)
了解爆震相關具體概念後,接著筆者來聊聊一個頗容易與爆震混淆的現象,便是「預燃」。其實預燃與爆震只有一線之隔,簡單來說雖然兩者都屬於部份混合氣提前燃燒的不正常著火,進而產生兩股或以上的火焰波於燃燒室內相互碰撞,嚴重的話甚至可能損壞引擎,但發生的時機點不同,爆震是出現在火星塞跳火之後,預燃顧名思義則是在火星塞點火之前。此外,預燃比較難透過「引擎管理」(調控點火正時等)的手段來消弭,也相對不易預測它的發生(更偏向隨機事件),比起爆震普遍更令車廠工程團隊感到棘手。
▲預燃發生的原因主要是燃燒室受到「污染」進而生成「熱點」(Hot-spot),導致壓縮過程中提前引燃混合氣,目前業界常用來降低預燃發生機率的手段之一,為使用合乎規範的機油。(圖片來源:Liqui Moly YouTube Channel)
要求加注高辛烷值汽油才是好的引擎?
最後筆者藉此機會導正一個坊間長久以來存在的錯誤觀念,便是「好的引擎」更需使用高辛烷值汽油。在撇除高性能取向引擎的前提下,正確觀念與前述定義恰恰相反,原因為真正擁有上乘內燃機調校技術,且足夠重視後續消費者使用感受的車廠,其所推出的引擎反倒不會「強迫」車主使用高辛烷值汽油,也就是在引擎開發期間,工程團隊就選擇將各項指標以低辛烷值汽油進行設定,最終便造就出無論使用者加注哪種辛烷值的汽油,整體性能表現都不會有明顯差異的結果,這才是真正好的引擎。
接著舉個例子讓大家便於理解。若筆者手邊有A、B兩具2.0升四缸渦輪直噴引擎,彼此間燃燒效率分佈、最大動力水平都接近,A引擎原廠要求使用95無鉛以上的汽油,而B引擎官方僅標示92無鉛以上即可,試問螢幕前的你,現在還覺得A引擎優於B引擎嗎?下回購車前不妨將這個細節列入參考,或許在後續用車時會有意料之外的收獲。
▲常見車輛所需燃油辛烷值的標示大致可分為2種,其一為如圖中標註高低兩項數值,另外則是僅載明XX無鉛以上,背後所代表的意義嚴格來說有所不同,前者一般是同時標出最低需求及推薦值,所謂最低需求即長期使用仍可保證引擎不損壞(使用辛烷值低於標示的汽油所衍生之故障有可能不予保固),但推薦值則能獲得較佳的性能表現(包含動力、油耗),而後者一般僅代表最低需求,消費者加注更高辛烷值的汽油並無意義。
▲上下圖分別為現行台灣販售Honda CR-V及Ford Kuga的車主手冊節錄,後者若以1.5升動力版本來看,最高輸出水準並不及CR-V(Kuga:180hp、CR-V:193hp),然而Kuga卻要求車主使用95/98無鉛汽油,調校水平可謂造成此等結果的關鍵之一。
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