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國際摘金巨作Ford EcoBoost引擎 軟硬兼施銳不可擋

Carstuff/Bear 2016.06.30 00:00

Ford EcoBoost引擎科技榮獲多項國際大獎肯定,包括EcoBoost 1251引擎連續三年蟬聯國際引擎大賞年度引擎大獎 (2012~2014),更五連霸摘金,自誕生以來在1.0L以下級距引擎競爭中所向披靡,連續五年榮獲1.0L以下最佳引擎大獎。而在最近Ford重返世界賽車大事-Le Mans利曼耐久賽時,搭載EcoBoost 3.5L六缸引擎的Ford GT也再次旗開得勝,勝過Ferrari、Porsche等超跑,制霸LM GTE Pro組別冠軍!

* 高燃油效率且高動力密度的Ford EcoBoost,一向以大馬力、低油耗、省稅金等優勢贏得車主青睞,Ford工程團隊逐項剖析其致勝關鍵。

* Ford EcoBoost引擎科技的成功秘訣在於「軟硬兼施」,不僅採用輕量高剛性材料、設計更精巧的零部件,軟體科技更是獨家配方。

* Ford EcoBoost引擎科技已獲得275項專利,並另有200項專利申請中,其中大多以軟體控制與調校專利為主。

軟硬兼施 打破CC數和馬力數迷思

Ford EcoBoost作為一具高燃油效率和動力密度的引擎,其高馬力輸出代表即使它排氣量較小,動力輸出卻能和排氣量較大的傳統引擎相提並論。以Ford Focus為例,1.5升的排氣量,就能釋出180匹最大馬力 ; 並且在相對較低的轉速-每分鐘1600轉,即可達到24.5公斤米峰值扭力,並且維持到5000轉。這樣的動力表現甚至超越2,400 c.c.傳統自然進氣引擎的表現,卻又能保有小排氣量引擎每公升15.0公里的低油耗特性,讓車主在動感操駕與節能油耗之間,找到完美的平衡。  Ford EcoBoost引擎於2009年問世,至2015年第一季全球已熱銷超過500萬輛配置EcoBoost引擎的車款。然而,許多人不知道EcoBoost成功的秘訣在於「軟硬兼施」,不僅採用輕量高剛性材料、設計更精巧的零部件,這具引擎採用的軟體科技更是獨家配方,也是Ford過去40多年來的心血結晶。

大馬力、低油耗-來自EcoBoost 引擎的精準軟體控制與調校

駕駛EcoBoost引擎車款立即能感受引擎反應敏捷,快速反饋車主加速需求,高效而即時地輸出強大馬力 ; 而在享有駕馭樂趣的同時,EcoBoost引擎車款燃油經濟性亦表現傑出,其中關鍵來自精準的軟體控制,以及軟、硬體配搭,以下逐項分析。

1. Ford EcoBoost引擎旁邊的黑色小盒子也就是引擎控制單元,掌控EcoBoost引擎平衡動力與節能效率的關鍵,裡面含有數以百萬行計的程式碼,令EcoBoost的渦輪增壓技術更為高階,1.0升引擎的渦輪轉子利用高達每分鐘248000轉的動能,比一般噴射機的渦輪轉速還高。

2. Ford EcoBoost引擎科技的缸內直噴技術應用精準的軟體控制,改善傳統渦輪增壓容易產生的爆震與渦輪遲滯的問題,以卓越的運轉精緻度成就高階的渦輪增壓表現。此外,EcoBoost軟體調校也大幅改善渦輪遲滯的問題—這表示當駕駛踩下油門後,遲滯時間能夠縮到最短,立即感受順暢而撼動人心的馬力回饋,大幅提升駕馭樂趣。

負責這項工作的EcoBoost軟體核心,由一個獨特的資料庫所組成,這個資料庫完全由Ford打造,包含引擎與傳動系統運作的相關資訊。引擎可以利用這些深度的資訊來模擬不同的駕駛情境,以替預期的駕駛需求做好萬全準備。舉例來說,假設有一位駕駛要開上高速公路,如果傳動系統預期在此時會升檔的話,軟體會告訴引擎要略微關閉節流閥,並且維持渦輪洩壓閥關閉,以維持增壓壓力,讓動力輸出能夠充分獲得應用,不會造成任何損失。

3. 缸內直噴技術除了與渦輪增壓相輔相成,也提升燃油經濟性,打造低油耗表現:從精準的燃油噴射,到持續調整的燃油噴射壓力都來自EcoBoost 軟體控制。噴射時間每秒最高會進行300次調整,以優化燃燒效率,達到更高效的水準。並且優異的軟體調校讓工程設計得以從分子層級極大化每滴燃油的使用。而精準的缸內直噴輔以優化的硬體汽缸材質,也促成高壓縮比成果,令引擎能輸出強大動能。

Ford動力總成和汽油引擎控制技術總監John Rollinger表示:「現代的引擎如果沒有軟體加持的話,將完全英雄無用武之地。」「為了要能夠從硬體當中榨出最高的效能,我們必須要結合成千上百行的電腦程式碼與相關參數。最終,我們因此開發出汽車產業界最為精密的套裝軟體,而EcoBoost引擎科技也因此應運而生。」Rollinger表示。 目前Ford EcoBoost引擎科技已獲得275項專利,並另有200項專利申請中,其中大多以軟體控制與調校專利為主,能夠充分運用如渦輪增壓器和缸內直噴等硬體技術的發展優勢,讓全球其它車廠難以望其項背。(歡迎參考背景資料附件,了解Ford引擎軟體科技進程)

採用輕量高剛性材料 精簡重量與尺寸

硬體方面,Ford為EcoBoost設計更精簡的尺寸與重量,如排氣量1000c.c.的EcoBoost 125引擎,重量只有97公斤。此外,Ford採用輕量高剛性材料、設計更精巧的零部件,為EcoBoost引擎減重、提升運轉效率 ; 而零件的特殊表面處理,也降低機械結構摩擦阻力,提升運作效能。下圖以搭載於Ford Mustang的EcoBoost 320引擎 (2.3升) 為例介紹。

EcoBoost引擎縱橫五大車系 提供豐富多樣的選擇

高燃油效率且高動力密度的Ford EcoBoost,一向以大馬力、低油耗、省稅金等優勢贏得車主青睞。在台灣市場,Ford逐步壯大EcoBoost引擎家族編成,提供了EcoBoost 125、EcoBoost 180、EcoBoost 240、EcoBoost 320多種排氣量選擇,搭載於Ford Fiesta、Ford Focus、Ford Mondeo、Ford Kuga與Ford Mustang五大車系,全方位為車主提供豐富的選擇。

Ford引擎軟體科技進程

1970年代中期發生能源危機,消費者開始更重視車輛的燃油經濟性。在滿足消費者對油耗表現的要求時,Ford工程團隊仍以安全品質和駕馭樂趣為前提。因此,除了特別研究先進、輕量又更安全材質,Ford更專注於研發動力密度更大、更有效率的引擎科技。

Ford工程團隊很快發現,要達到這個目標最好的方式,就是透過軟體解決方案。在70年代,為了以更精準的軟體控制達成效能提升,Ford推出第一款電動引擎控制器 (EEC),也就是引擎控制單元 (ECU) 的雛形-也就是每一具引擎旁側的小黑盒子。前三代的電動引擎控制器讓福特車款能夠控制重要的引擎元素,包括電子燃油噴射、火星塞控制和空氣燃油比。

記憶體發展帶動軟體控制 促成引擎效能發展

1980年代中期,軟體處理能力出現重大突破,唯讀記憶體容量的成長帶動了高階程式碼的應用,促進引擎運轉效率。舉例來說,Ford EEC-IV和EEC-V這兩代控制器推出的時間只相差一年,EEC-IV以一個只有64K唯讀記憶體 (ROM)1的處理器為中心所打造的。但是科技成長一日千里,不到一年的時間,EEC-V就擁有了1MB的唯讀記憶體。Ford軟體工程團隊因此開始得以使用高階程式碼,讓引擎能夠運轉地更強、更快。  在此同時,車載診斷系統 (OBD) 的發展也開始起飛。儀表板上的引擎燈號是80年代末期的一個重要轉捩點。軟體開始被用來偵測故障,並且讓車主知悉任何可能的問題或者車子需要保養的訊息。  到了90年代中期,引擎已經來到完全電子控制的時代。運算軟體的功用已經不止於引擎控制,而進一步拓展到車載診斷系統、傳動系統和燃料管理等領域,帶來更為順暢且節能的操控體驗。  2003年,Ford再次展現革命性的突破,推出電傳線控系統。這意味著駕駛不再是透過機械物理的方式與引擎建立連結,相反地,油門的輸入被送到直接控制引擎的電子控制單元當中。因此,工程師可以調校每一套系統,讓操控體驗在動力輸出與油耗經濟性方面都能夠達到更高的效率。  Ford動力總成和汽油引擎控制技術總監John Rollinger表示:「在接下來的幾年當中,我們在軟體方面的創新頻率越來越快。Ford在監控引擎方面做出了長足的進展,我們也開始在燃油效率方面進行更為積極的實驗,為EcoBoost的發展奠定了穩固的基礎。」

EcoBoost:奠基於軟體的引擎科技

此後,超過100位並仍在擴編的Ford軟體控制工程師團隊繼續研究,以先進的引擎控制軟體模組結合新世代科技,達成Ford EcoBoost引擎科技三大關鍵技術:缸內直噴、雙可變汽門正時系統與渦輪增壓。試圖在降低排氣量、且不減操控樂趣的前提下,達成前所未見的燃油效率水準,並大幅提升性能輸出,兼顧環保、性能、與駕馭樂趣。  為了達到新世代引擎的動力與節能水準,卓越的精確度是必要的先決條件。從超精準的燃油噴射到持續調整的燃油噴射壓力都是由軟體進行控制。舉例而言,噴射時間每秒最高會進行300次調整,以優化燃燒效率,達到更高效的水準。並且優異的軟體調校讓工程設計得以從分子層級極大化每滴燃油的使用。   「為了要能夠從硬體當中榨出最高的效能,我們必須要結合成千上百行的電腦程式碼與相關參數。最終,我們因此開發出汽車產業界最為精密的套裝軟體,而EcoBoost引擎科技也因此應運而生。」  目前Ford EcoBoost引擎科技已獲得275項專利,並另有200項專利申請中,其中大多以軟體控制與調校專利為主,能夠充分運用如渦輪增壓器和缸內直噴等硬體技術的發展優勢,讓全球其它車廠難以望其項背。

*唯讀記憶體 (ROM) 是一種能夠在電子裝置上永久儲存資料的記憶體類型。它含有啟動電子裝置所需的程式,執行主要的輸入/輸出工作,並且儲存程式或軟體指示。

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