十年前爆紅的「無凸輪軸科技」 最後為何無疾而終？
記者：Alegna 2025-11-28 | |
還記得Auto Online在將近10年前，曾經報導過一項由Koenigsegg子公司FreeValve研發的「無凸輪軸引擎」技術嗎？這項令人驚嘆的工程傑作，曾被吹捧為顛覆性的動力革命，觀致汽車還把它裝在一輛Qoros 3對外展示，而Koenigsegg後來也把它應用在超跑Gemera當作最大賣點，在台灣巡展期間，不少媒體還以「外星黑科技」來形容它。10年過去了，當大家以為從此可以享受新技術帶來的動力進化，然而真正的現實卻是，走在時代尖端的新科技，根本不敵傳統V8引擎的魅力，始終未能投入量產。
Freevalve到底做錯了什麼，為什麼創新科技會被車廠放生？
為解決傳統缺陷而生的概念
▲Freevalve的無凸輪軸技術原本可望改變世界，不過最後卻落得沒人愛的下場。
首先先來溫習一下無凸輪軸技術到底好在哪裡。簡單說來，它是利用電磁控制，直接取代原本四行程引擎在汽門正時機構必要的機械元件，也就是凸輪軸，讓引擎以更完美的方式來控制進氣和排氣。
▲Freevalve以電液結合氣動執行器，搭配先進偵測技術取代傳統的凸輪軸機構。
傳統用來決定進排氣閥門開啟時間或時機(角度)與程度(揚程)的凸輪軸，出廠後造型就不能改變，然而引擎在怠速、低速巡航和高速全油門時，對於新鮮空氣的需求截然不同。追求馬力就要犧牲油耗和環保，要求低速扭力就無法在高速時擁有高效率的掃氣脈衝。
▲PHEA以氣動提供作動力量、液壓用於阻尼和鎖定閥門位置，電動作為控制氣動和液壓組件，並監測閥門運動，直接取代傳統的凸輪軸。
Freevalve無凸輪軸技術則是宣稱，它能完全擺脫受制於固定凸輪形狀導致的兩難；它拿掉了所有的凸輪軸，每組汽門都改換上一種稱為Pneumatic Hydraulic Electric Actuators(PHEA)的氣動液壓複合執行器，以氣動提供作動力量、液壓用於阻尼和鎖定閥門位置，電動作為控制氣動和液壓組件，並監測閥門運動。透過閥門控制系統，發送電訊號精準控制每個閥門的開啟、保持和關閉，達到完全可變閥門時程，讓汽門的揚程、持續時間、重疊時間擁有無限調整的可能，引擎因此在所有轉速域下都都擁有最完美輸出與反應，還不會增加廢氣排放量。
▲Freevalve系統的引擎在任何狀況下，進氣和排氣的時機都能獨立調整。系統會根據駕駛條件「決定」如何操作閥門，以得到性能最大化、油耗最小化或調整廢氣排放的性能。
Freevalve系統的引擎在任何狀況下，進氣和排氣的時機都能獨立調整。系統會根據駕駛條件「決定」如何操作閥門，以得到性能最大化、油耗最小化或調整廢氣排放的性能。這套系統可以完全控制燃燒循環，這種程度的控制和可靠性，在目前市面上任何其他的可變汽門作動系統都做不到；Freevalve系統的進氣和排氣閥都能在任何期望的曲軸角度開啟和關閉，並達到任何想要的揚程高度。如此靈活的特性，讓引擎能夠提供低燃料消耗和排放數字，同時仍提供足夠的扭力和馬力。
▲傳統引擎的汽門系統，為了避免爆震並兼容低辛烷燃料，只能妥協降低壓縮比、犧牲性能潛力，Freevalve則有不同的解決之道。
傳統引擎的汽門系統，為了避免滿載負荷和高溫下的爆震，必須降低壓縮比、犧牲性能潛力。但Freevalve這套系統能以Miller或Atkinson循環運作，降低壓縮前汽缸內的空氣量，具有動態調整有效壓縮比的設計；它不需要妥協，引擎的壓縮比既可以為高辛烷值燃料(如100%酒精)進行最佳化，又能使用低辛烷值燃料(如汽油)實現滿載運轉。在使用100%酒精作為燃料時，廢氣排放量極低，幾乎不會產生任何微粒副產物，甚至有機會達到淨零排放。
▲對比傳統引擎的沒有作為，Freevalve系統在引擎冷啟動階段可進行預加溫，以極短時間為進氣加溫，讓啟動過程更順利，也大幅改善低溫環境的燃燒效率。
傳統有凸輪軸的內燃機引擎，在剛啟動的前20秒左右會排放大量廢氣，這是因為燃燒室和觸媒轉化器的溫度過低，以及怠速時的油氣混合效果不理想所造成的。考量到酒精在低溫時比汽油更難汽化，一般車廠的作法是加入汽油改善不易啟動的問題。Koenigsegg的解決方法則是透過預加熱並在進氣和排氣閥門之間來回激發混合油氣的湍流，在冷啟動和暖車期間關閉部份汽缸增加混合氣，後續燃燒過程中再次啟動EGR，利用前次燃燒的餘熱將燃料汽化，最後，引擎的可變壓縮比會透過Miller循環進行調整。引擎在冷啟動的狀況下，可以在點火前讓活塞在「預啟動加熱模式」循環中來回多次，將空氣輸送至進氣口，送進來的空氣只要2秒就能升溫30度C，因此不需要引擎預熱器，或是添加汽油到酒精，即使在瑞典的冰天雪地也能讓酒精燃料的引擎輕鬆發動。透過這樣大幅改善低溫環境的燃燒效率，也催使觸媒化轉化器更快加熱，讓冷啟動的排放比同樣排氣量的傳統引擎減少約60%，可以說Freevalve基本上已經解決了現代內燃機引擎在這方面的缺陷。
不是先驅，卻是迄今最完美的方案
▲Koenigsegg將無凸輪軸三缸引擎置入Gemera原型車，性能十分驚人，但最後無人買單。
當然，用電磁閥取代凸輪軸，Freevalve絕對不是第一個想到的，因為早在Koenigsegg的Freevalve氣動/液壓系統出現之前，1990年代末至2000年代初，包括BMW、Fiat、Valeo、Ricardo或Lotus這些車廠或工程公司，就已經積極投入電磁驅動或電液驅動方式的無凸輪技術，而像Renault更在1999年深入探討電磁/液壓驅動取代凸輪軸的可能性。
▲觀致汽車的Qamfree是Freevalve唯一合作推出的外廠成果，只在概念車上短暫出現。
不過這些公司最終都因為無法克服成本、或技術上的複雜性障礙而沒有實際成果，直到後來Fiat的MultiAir(液壓)將進氣側電子化，非機械式汽門控制技術才開始接近商業化，而Koenigsegg的Freevalve則沒有採用這些前輩的類型，而以電液結合氣動執行器，搭配先進偵測技術克服了其他無凸輪技術所面臨的難題。
▲這張示意圖顯示出一般公路駕駛中燃料能量的利用與消耗，顯然，內燃機的效率是其中最大關鍵。
▲Freevalve的前身Cargine公司，早在2008年就在一輛SAAB 9-5 2.3t上面安裝了無凸輪軸的進氣端機構。
說到商業化，Freevalve的前身Cargine公司，早在2008年就在一輛SAAB 9-5 2.3t上面安裝了無凸輪軸的進氣端機構，算是這家公司第一次的實作。至於全新設計的無凸輪技術推出後兩年，也將它植入Qoros 3概念車，並在2016年廣州車展中展出。
▲Qoros 3 Qamfree Concept成為第一輛搭載Freevalve無凸輪軸技術的車型，不過最後也沒有量產。
Koenigsegg也確實曾經把這套無凸輪軸動力系統放進他們的
Gemera油電超跑上面，在2020年公開的原型車，搭載的就是2.0升三缸雙渦輪增壓引擎、三組馬達和單檔變速箱的動力配置，一舉創造出1700hp的綜效馬力，只要20秒就能完成0-400km/h的加速過程。
▲Koenigseggg實際推出的量產車搭載的是傳統V8引擎，並沒有導入原本計畫的Freevalve系統。
可惜Gemera在量產前夕，Koenigsegg發現絕大部分買家都不愛三缸引擎，或許是這具引擎科技儘管頂尖，最高轉速不過才4500rpm，聲浪遠比不上可以直上8500rpm的V8引擎高調。所以後來推出的正式量產版本，配置的是有凸輪軸的傳統5.0升V8引擎和油電系統，Freevalve的無凸輪軸技術就這樣曇花一現，再也沒有後續量產的消息。
▲Gemera搭載的是2.0升三缸雙渦輪增壓引擎、三組馬達和單檔變速箱的動力架構。
錯過就是錯過了
▲Freevalve這套技術標榜能夠縮小引擎本體，讓車輛爭取更多空間。
所以，這麼完美的技術，為什麼沒辦法成為主流，甚至連量產都做不到？用一句話來解釋就是：它太晚出現、太過複雜，且生錯時代。如今電動化浪潮早已直接封死新內燃機技術的所有發展道路，就像現在即使出現了功能、容量和音質都超乎想像的光碟系統，也不會讓大家想要把CD主機裝回車上一樣的道理。歐洲許多國家，燃油車最快可能在2035~2040年左右就會面臨停止銷售命運，就算車廠不願全面轉型電動車，要他們花費5至7年時間和數十億歐元來來研發一個註定很快就會被淘汰的全新引擎架構，等於是為自己提前送終。
另一個沒有量產的原因，是牽涉到可靠性的隱憂。Freevalve把凸輪軸拿掉，宣稱這能讓系統變得更簡單，不過站在用車維護的角度看來，其實反而是把它變得更複雜！傳統的凸輪軸，只要按時保養，單純的機械結構幾乎不會出現什麼大問題；然而電子裝置就很難講了，它必須依賴各種電子訊號處理一切，還要有高壓氣泵推動汽門，不只維修難度上升，萬一感應器故障，甚至是單純的漏氣或軟體當掉，就可能出現災難性的後果。
另一個很重要的原因是，原廠所宣稱的巨大領先優勢，在其他車廠看起來，根本太過浮誇了。Freevalve以唯一合作搭載無凸輪軸系統的Qoros 3 Qamfree概念車為例，聲稱這具1.6升4缸引擎「比傳統引擎省油15%、馬力增加45%、扭力47%」。這些數據比較的對象是誰令人好奇，因為光看它的省油訴求，油耗能省15%的差異實在缺乏吸引力，看在任何一部油電車眼裡，大概只能得到冷笑兩聲的回應。再來是性能提升的訴求，根據官方公佈，Qoros 3 Qamfree的最大馬力是230hp，而在同一個年代、10年前就已經停產的Peugeot RCZ R，排氣量同樣是1.6L，最大馬力卻高達270hp，更不用說現在的Toyota GR Corolla 1.6L三缸引擎，輸出已經更飆升到300hp，Freevalve面對這些真正的性能車，幾乎毫無招架之力。就算是Gemera這部超跑，2.0升引擎的淨輸出可達600hp，但這是在2.0 bar增壓和8500rpm的前提下才辦得到，只要有足夠的錢打造強化腹內，拿過去的Honda K20引擎打高增壓也能達到類似程度，當然耐用性如何那是另外一回事，但重點是不必花Gemera的170萬美元就可以達成。
現代引擎透過多段噴射、精密的觸媒和成熟的可變汽門技術，排放控制已經非常優秀。打著性能口號的無凸輪軸技術，面對這些對手已經沒有明顯的優勢可言。隨著汽車科技的演進，Freevalve如今能帶來的額外進步空間可能只剩4~5%，已經不值得為此付出幾十或幾百倍的成本。
▲這種外星科技或許最終仍有可能出現在稀有超跑上讓富豪用來炫耀，不過想在一般家庭的車庫看到它，就不用有太多期待了。
單純以工程技術的角度來看，Freevalve的無凸輪軸技術沒有畫大餅，具有可行性，確實無可匹敵，是內燃機動力相當完美的解決方案。然而在內燃機已發展至頂峰，逐漸被電動車取代的今日，很遺憾，Freevalve已經錯過可以改變世界的時間點，原本的無限商機，早已因為高昂的成本和薄弱的邊際效應，已經剩餘沒有太多價值了。這種外星科技或許最終仍有可能出現在稀有超跑上讓富豪用來炫耀，不過想在一般家庭的車庫看到它，就不用有太多期待了。
