神車Altis1.8在臺部署將滿20年,這顆1.8升ZZ與ZR系列引擎也服役近20個冬天,至今不但不會被淘汰,更將進一步應用在全新等級跨界休旅車卡羅拉Cross身上,預期就是一直使用到電動車一代來臨!或許有人認為都過了20年,這臺老引擎有什麼科技好談得?但話說回來,一具引擎基礎設計可以沿用20年,而且是熱銷20年還不被淘汰,研發之初顯然有不少好料在裡面。
先從1ZZFE引擎談起,若說獨門秘籍或不可一世的科技,這臺引擎一樣都沒有!當年本田的VTEC引擎二段式可變揚程系統、寶馬的連續可變氣門揚程系統、馬自達的轉子引擎、斯巴魯的水平對臥引擎才是正港黑科技。那1ZZFE引擎有么好屌的呢?答案就是設計之初已經預見未來20年的動力發展趨勢,多項設計一次到位,與其他引擎撐到不夠用再來修改的思維大相逕庭。
在詳述此引擎設計之前,先說明一下20年前的大環境~三缸、四缸乃是應用在低價車型的便宜引擎,多半是爹不疼、娘不愛會吸氣和吃飯就好的弱勢群體,以低成本為研發目的,做得再好也難以提升品牌魅力,因為中級車型都搭載六缸引擎,至於高端車型則是V8、V12優質動力(寶馬的連續可變氣門揚程系統最初就是應用在V8引擎),僅本田S2000等少數跑車受眷顧向性能看齊,車廠並不想在一般四缸引擎身上浪費時間與財力。
然而在此低迷環境,豐田工程師預見最有智能的事情,那就是四缸引擎將成為未來乘用車主流動力,率先將許多優質設計下放至1ZZFE引擎,20年來僅需細部強化不需更改初始設計。前吸氣、後排氣的引擎擺放方式在20年前稱為反置設計,近期看來非常奇怪,現在幾乎每一輛FF前橫置引擎新車都是前吸氣、後排氣設計,應該叫正置才對吧。
原來20年前多數引擎都是前排氣、後吸氣設計,這一點也不奇怪,因為引擎排氣管是動力系統最熱的一部分,朝向車頭撞風散熱對引擎溫度控制有很大幫助。然而引擎前排氣有幾個缺點,其一排氣管比較長,增加動力系統的重量,並佔用更多引擎室空間,等於壓縮了坐艙空間。其二碩大且沉重的觸媒段必須置於引擎前方,影響車身前後配重。其三當冷車啟動時,觸媒會持續撞風不容易達到工作溫度,增加冷車廢氣排放汙染問題。
所以9代Altis採用1ZZFE引擎之後,得以縮減了引擎室容積、略微增加了坐艙空間,車身尺寸沒有比同級車大,但是坐艙空間比N牌、F牌、M牌同級車更寬敞,而且車身重量也更輕盈,當時日系車型大概只有H牌能與之抗衡。當然Altis的輕量化不只這一咪咪,縮短排氣管並不能減輕太多重量。全鋁合金引擎近期鋁合金引擎一點都不稀奇,甚至連柴油引擎都可以使用鋁合金本體,但是在20年前鋁合金引擎算是稀有動物。
尤其是出現在本土化車裡,當豐田開始使用全鋁合金四缸引擎之後,其他車廠也紛紛跟進。豐田並非最早採用全鋁合金四缸引擎的車廠,雖不稀奇,但豐田很認真地鑽研鑄鋁技術,讓這臺1ZZFE引擎兼具體積小的優勢,否則早期的鋁合金引擎體積都相當龐大,但豐田並沒有讓此問題發生,近期仔細端詳1ZZFE這臺引擎,不難發現它的尺寸真的不大。
鋁合金引擎的優點就是重量輕、散熱佳,因此當1ZZFE引擎改採前吸氣、後排氣設計,並沒有發生散熱方面的問題,關鍵正是鋁合金引擎本體!現今科技看這二項設計可說是微不足道,但是當時的豐田則是引領了日本四缸引擎發展趨勢。全面輕量化上述二項設計都具備輕量化特性,但豐田仍不知足,進一步使用塑鋼吸氣歧管取代昔日金屬材質,引擎周邊機如啟動馬達、發電機、空調壓縮機、水泵、油泵,都是直接固定在引擎本體上。
省略了支架設計,部分使用不鏽鋼排氣管取代昔日厚實又沉重的鑄鐵排氣管,一點一滴慢慢偷輕!精簡引擎上座結構也是一項重要工程,凡是覺得複雜的設計,豐田都想辦法省略,如修正老式氣門間隙調整機構,取消汽門搖臂,改由桃軸直接控制汽門作動,具備減輕重量、縮減體積、降低慣性等特點,節省成本與油耗,同時減緩磨損與老化問題,確保引擎耐用度與可靠性。
還有一項罕為人知的輕量化工程,那就是油箱,以一個碗公形狀的鐵殼,直接鎖在車體上,降低鈑金使用重量,達到輕量化目的。因輕量化工程相當徹底,當時豐田原廠宣稱這臺引擎較昔日設計重量減輕20%,也就是約40kg!許多人懷疑此數據的取樣標準與計算邏輯,但相對於舊一代鑄鐵引擎,以上設計要減輕20~30kg應該沒有太大問題,總之這臺引擎真的很輕,9代Altis總重之所以輕盈,不只是鈑金與鋼梁的問題,動力系統也是關鍵。
101高壓縮比設計以近期的科技壓縮比101根本不能稱為高壓縮比,汽油引擎做到131甚至141才算稀奇。但20年前斯巴魯ImprezaGT渦輪引擎壓縮比只有8.51許多引擎還在9.0~9.51之間遊移,但1ZZFE引擎一口氣提升至10.01大幅增進燃燒效率,提升馬力與節能數據,一次打趴所有勁敵,就此展開20年的神車之旅。更誇張的是,即便1ZZFE引擎採用高壓縮比設計,想當年算是高拉。
但仍可使用92無鉛汽油沒有爆震問題,因此廣受計程車司機歡迎,燃油開銷真的便宜。然而壓縮比並不是說提高就能任意提高的設計,就像陽痿問題無法說舉就舉,有賴威而鋼藍色小玩意,Altis雖名為神車但喊水不會結冰,提高壓縮比還是要靠燃燒室高速滾流與其它微小的黑科技,詳情請見後續報導分析。