這是科技類文章,有難度、也有點冗長,煩請耐心接受,如果想要快速知道結果,從後面往前看比較容易懂。好的,科技的Nissan繼連續可變壓縮比引擎之後,再次展現其科技優勢,企圖在內燃機熱效率全面超越對手,但此回顯然沒有上一回合那麼複雜,但相對地領先幅度可能也沒有那麼大。不賣關子,全新Nissan新引擎製造科技就是「無進氣汽門座」,改以冷噴塗方式,直接在引擎的鋁合金汽缸蓋上慢慢噴上一圈耐磨損金屬環,取代昔日的鋼製汽門環套,俗稱汽門座。聽起來簡單、做起來難、而且到底有何功效?更耐磨嗎?非也!且看以下分析。首先,Nissan企圖藉由此科技,將新型直列三缸混合動力引擎之熱效率提升至42%的境界,高於Honda與Toyota所宣稱的41%。好的,這真的只是微幅領先,但是在這個節骨眼,比的可能不是誰比較省油,而是誰才是真正的龍頭!畢竟光是開車習慣就可以讓這個1%的微小差距消失殆盡,甚至胎壓的影響都大於此科技,但這1%的差距,確實能彰顯出品牌價值,從而增進銷售成績,這對Nissan當然很重要,尤其是面臨財務危機之際。明白箇中道理之後,還是要解釋一下Nissan的新科技,日產汽車集團即將發布第三代e-Power油電動力,內燃機的功能依然是純粹的發電機,不像Honda、Mitsubishi、Toyota那樣可輸出輪上扭力,意謂實際輪上動力全來自電動馬達,因此內燃機效率對於Nissan三代e-Power相對重要,因為熱效率越高就代表發電量越佳、行駛里程更長、油耗更低,這無關呼引擎馬力或扭力表現,單純就是比熱效率,也就是只觀看每滴汽油能榨出多少電力,馬力或扭力不夠大並沒有關係。


好的,那麼區區一個進氣汽門金屬墊圈(取代汽門座)又能改變什麼?這影響其實很大,關鍵不在於新的技術是否比傳統結構更耐用,而是能不能達到「超薄」的目的,好處就是不影響氣流直線行進路徑,避免紊流產生影響燃燒室的空氣滾流。是的,不只半導體在拼超微超精密的2奈米科技,內燃機同樣也要比薄比細,標榜粗壯猛男風格的美式引擎在此無用武之地!相關技術,因起步較早的關係,日系品牌目前仍在帶頭領軍。一個重要的內燃機科技概念~燃燒室的空氣滾流越強勁,就能讓空氣與燃油混合更均勻,這對高壓縮比引擎設計又特別重要,因為強勁的滾流不只能讓燃燒過程更完全,還可以降低爆震問題,意謂可以再次提升壓縮比,達到更好的熱效率。然而傳統的汽門座因為隆起幅度過大,雖然只是多凸起一點點的距離,但還是會產生進氣紊流,打亂燃燒室滾流的節奏並降低速度,意謂燃燒不完全浪費汽油,且爆震問題同時加劇,因此「拿掉傳統汽門座」成為內燃機熱效率的一門顯學。

或許有人會說為何不將傳統汽門座搞得薄一點,這樣不就不會影響氣流的順暢性?但實際狀況則是薄汽門座禁不起高溫、高壓、高速撞擊,三兩下就變形,甚至直接噴飛出去,接著就是炸掉汽缸頭報廢引擎!所以壓根不可行。引擎其實比馬達難搞非常、非常多,許多廠商可以獨立研發與製造各種高效率馬達,卻難以打造出高水準的引擎,這也是為什麼Toyota、Honda、Nissan、雙B、VW...等一線車廠能壟斷市場的原因之一。

言歸正傳,難道Toyota、Honda都不知道「拿掉傳懂汽門座」這個關鍵?當然不是,這問題哪個車廠不知道,問題是做不做得到!其實Toyota現行的Dynamic Force引擎就有此設計,確實拿掉傳統厚實的鋼製汽門座,並以類3D列印之金屬沈積技術,即雷射濺鍍成形,使用的是專業銅合金(散熱是重點),但厚度並不那麼優異,材質也略微受限,所以韌性與耐用度沒有那麼好,面對高里程數是個疑慮,如欲使用在GR Yaris等高性能車款上,還必須更換成傳統汽門座,否則...是想要製造不定時炸彈嗎?簡單說,Toyota與Honda未能完全克服此一難題。(相關影片 https://www.youtube.com/watch?v=cWHq-Qr903g )至於Nissan的新科技,將應用於即將推出的 ZR15DDTe 小排氣量Hybrid直三引擎,且與可變壓縮比黑科技大不相同,新技術將漸漸普及而不是只應用在特定族群,具備特殊的非傳統壓入式汽門座,而是以冷噴塗成形技術,直接在汽缸蓋噴上一圈汽門環,只有進氣端、排氣端不需要,因為會影響進氣滾流者就只有進氣汽門座。此科技號稱是全球首創,且與可變壓縮比黑科技大不相同,新技術將漸漸普及而不是只應用在特定族群,2020年Nissan提出申請,2025年4月順利取得專利,然而相關概念並非創新,誠如前述,Toyota早就開始應用在市售引擎,其他車廠也可能只是不說而已(或許技術是買來的緣故,噓...小聲點不要傳出去...)。然而冷噴塗汽門環確實是一種創新,重點是它的表現夠厚,而且平滑又均勻,對耐用度、可靠性有很大幫助,成本也不會太高,但能不能應用在GT-R高性能引擎?相信沒人敢打包票、但說不定真的可以!可惜GT-R已停產,Nissan原廠並不想回答此問題...
Nissan想強調的是新引擎的熱效率已達42%的新高點,硬是強壓Toyota與Honda的41%。在此述說的是市售引擎,是實驗引擎、也不是F1賽車引擎,所以請不要拿X腳比雞腿...


然而此科技之影響,真的有內燃機革命的可能性?目前就只是Nissan在講、在豪洨,實際上還是要等到 ZR15DDTe 新引擎量產問世才知道,確定會使用在2027年第四代Rogue(X-Trail)身上,就看實車是否真的那麼強悍、省油表現有那麼厲害!然而冷噴塗技術對Nissan而言確實會是一個新局面,甚至是個救贖!怎說?其一,全新的 ZR15DDTe 引擎或許可以將壓縮比提升至一個全新的境界;其二,Nissan有機會放下高複雜、高成本、高體積、高重量、高內耗的連續可變壓縮比引擎,只要擁抱冷噴塗汽門環單一技術就好。畢竟連續可變壓縮比技術在賺大錢之前,已先賠掉許多,花很多時間不說,其他還包括高昂的研發費用,以及後續的召回行動,而且應用上仍不夠廣泛,價格也不夠親民,這樣怎麼賺錢?一如Mazda的火星塞控制壓縮點火汽油引擎或是低壓縮比引擎等黑科技,結果都是雷聲大雨點小,並且倉促下台一鞠躬。

在述說關鍵結論前,要先瞭解「冷噴塗」,原理乃是將粉末狀金屬噴到汽缸蓋的汽門座位置,不需要高能量高耗電的雷射技術增溫聚熱,而是以特殊的銅合金粉末,以超音速狀態直接噴在鋁合金表面,藉由高速撞擊力高溫擠壓成形,好處是可以層層堆疊,且不影響強度與韌性,實際厚度可達1mm以上。反觀雷射濺鍍技術,厚度累積是個疑慮,因為在增厚的過程當中,高溫容易使基底潰崩「疊不上去」,即便疊上去了,強度可能也會有疑慮,精度也可能受限制。其實Nissan很早就有汽缸壁鏡面熔射技術,並率先應用在GT-R高性能車款,證明其高強度、耐用性、散熱佳等特質,直接取代傳統鋼製汽缸套,既然如此,為何不直接沿用在汽門環?答案就是成形厚度僅0.2mm,耐磨但不耐撞,難以承受汽門長時間連續高速衝擊,散熱性也沒那麼良好。

然而以冷噴塗方式成形的汽門環,材質乃是散熱優異的銅合金,並非傳統的合金鋼材,這樣的設計與賽車引擎專用的鈹銅合金汽門座非常類似,耐衝擊且散熱優異,同時也不容易產生爆震問題。因汽門與汽門座歷經長時間撞擊後會產生高溫,此點就容易引發爆震,然而銅金屬優異的散熱,可以降低爆震疑慮,此時就可以再次提升壓縮比,達到更優異的熱效率。(註:金屬導熱排名~銀、銅、金、鋁、碳化矽、鎢、石墨、鋅、鈉、鉬...鐵排在很後面,所以高檔引擎會使用鎢鋼汽門座強化耐用與散熱,但終究不及銅的導熱表現,加入鈹金屬是為了增加強度,然而Nissan的冷噴塗到底使用何種銅合金?這是關鍵技術不能公布)Nissan的連續可變壓縮比科技,設計用意就是當發生爆震時,得以降壓縮比恢復正常燃燒,然而在高壓縮比狀態如果都不會爆震,還需要降嗎?如此一來,就不需使用複雜、昂貴、龐大、沉重、增加阻力的可變壓縮比結構!意謂新引擎成本更低、體積更小、重量更輕,但效率則是更佳,這不就是內燃機革命?但誠如前述,這就只是42%與41%的差距,換個節能胎,或是把車上多餘用不到的累贅物品清乾淨,可能就能抵上這樣的效益…


所以不要過於期盼Nissan新引擎、新油電動力是否能帶來全新朝氣,基本上可能就只是「油耗微幅領先」之優勢,其他還有耐用、震動、噪音、加速性、售價...等表現需要評比,更何況進入電動車世代之後,這些科技將漸漸失去用武之地。或許還有轉寰餘地,那就是氫燃料、酒精燃料、合成燃料仍需要傳統引擎,還可另闢戰場也說不定。不過Nissan近期想靠此冷噴塗技術引爆動力革命就真的太樂觀,但是冷噴塗如果能進化至汽缸壁成形,大幅改善燃燒室散熱問題,再次提升壓縮比,將熱效率提升至45%~50%,相信這真的會引爆內燃機革命,甚至有機會實踐Mazda未能完成的「壓燃式汽油引擎」超級黑科技,創建內燃機新雛形!否則按照目前的進化程度,不就是Intel CPU當年的擠牙膏把戲?只看得到跑分、實際運作感受不到加分...