[汽車之家 發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)] 我的同事舒寧在之前寫(xiě)了一篇《2018汽車技術(shù)最火關(guān)鍵詞》，里面提到第一個(gè)關(guān)鍵詞就是“三缸發(fā)動(dòng)機(jī)”——的確，更加嚴(yán)格的排放法規(guī)，低得變態(tài)的油耗限值，如今各種政策和強(qiáng)制規(guī)定對(duì)待汽車的態(tài)度著實(shí)不夠友好。但是，為了追求低油耗和低排放將發(fā)動(dòng)機(jī)砍掉一缸也未免有些簡(jiǎn)單粗暴，而且這樣的代價(jià)是犧牲了用戶體驗(yàn)。那么，在未來(lái)三缸發(fā)動(dòng)機(jī)是唯一的技術(shù)路線嗎？顯然，有些廠商并不這么認(rèn)為。令人慶幸的是，被許多人認(rèn)為是明日黃花的內(nèi)燃機(jī)領(lǐng)域，在2018年有了許多令人振奮，甚至可以說(shuō)是革命性的新變化。下面我們就來(lái)盤(pán)點(diǎn)一下，除了三缸發(fā)動(dòng)機(jī)，2018年那些令人印象深刻的發(fā)動(dòng)機(jī)。

追求極致：超高燃效發(fā)動(dòng)機(jī)上市

　　2018年6月，豐田小型SUV雙子星奕澤IZOA/C-HR相繼上市，這兩款車?yán)^續(xù)顛覆著人們對(duì)于豐田品牌的認(rèn)知——無(wú)論充滿肌肉感的外觀還是動(dòng)感十足的駕乘體驗(yàn)，都洋溢著青春運(yùn)動(dòng)的氣息。不僅如此，它們的心臟——來(lái)自TNGA架構(gòu)的Dynamic Force系列2.0L自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率達(dá)到了40%，是除了混動(dòng)車型以外，目前市面上熱效率最高的發(fā)動(dòng)機(jī)。

　　內(nèi)燃機(jī)從發(fā)明至今已經(jīng)有100多年的時(shí)間，在這期間內(nèi)，汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率從10%提升到了35%左右。可以說(shuō)發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)已經(jīng)非常成熟，而在此基礎(chǔ)上每提升1%都意味著巨大的投入和研發(fā)工作。從能量守恒的角度來(lái)說(shuō)，提升熱效率就意味著將每一滴燃油的能量利用到極致，比如說(shuō)提升燃燒效率、減少熱損耗、降低摩擦。

　　Dynamic Force系列發(fā)動(dòng)機(jī)的革新首先在于優(yōu)化了氣缸內(nèi)的燃燒效果：通過(guò)更大的進(jìn)/排氣閥的夾角，以及激光熔覆工藝的采用，使得進(jìn)氣阻力更加小，令混合氣體在氣缸內(nèi)實(shí)現(xiàn)高速滾流燃燒；其次新設(shè)計(jì)的D-4S燃油噴射工藝和噴油嘴布置的優(yōu)化，令燃油和空氣可以更好地混合，同時(shí)避免了燃油“濕壁”現(xiàn)象的發(fā)生；此外，可變排量油泵、電驅(qū)動(dòng)水泵、低滾阻鏈條等設(shè)計(jì)則在最大程度上減少了動(dòng)力的額外消耗。從上圖的技術(shù)細(xì)節(jié)可以看出，豐田對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)化工作都是一些技術(shù)細(xì)節(jié)，但凡事莫不如此：不積跬步無(wú)以至千里。細(xì)小的量變積累到一起，就可以實(shí)現(xiàn)跨越式的進(jìn)步。

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　　說(shuō)到高燃效發(fā)動(dòng)機(jī)，我們不得不提的是另一家以制造發(fā)動(dòng)機(jī)聞名于世的廠家——本田。在2018年8月29日，廣汽本田雅閣銳·混動(dòng)版車型正式上市。

　　盡管新能源車型勢(shì)頭迅猛，但是不容否認(rèn)的是在如今汽車市場(chǎng)上，占據(jù)銷量絕大多數(shù)的，仍然是裝備傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的車型。因此，研究如何進(jìn)一步提升燃油車型的效率，進(jìn)一步降低燃油消耗量，更具現(xiàn)實(shí)意義。

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顛覆性的設(shè)計(jì)：日產(chǎn)VC-TURBO可變壓縮比發(fā)動(dòng)機(jī)

　　如果說(shuō)前文提到的發(fā)動(dòng)機(jī)都是在原有發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)行的精細(xì)優(yōu)化，那么接下來(lái)說(shuō)到的這款發(fā)動(dòng)機(jī)，則是從發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)著手，對(duì)傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了大刀闊斧的改動(dòng)和創(chuàng)新——它就是來(lái)自日產(chǎn)的VC-TURBO可變壓縮比發(fā)動(dòng)機(jī)。按照官方的說(shuō)法，通過(guò)革新，這臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)將低油耗、高動(dòng)力以及媲美6缸發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)平衡性結(jié)合在了一起。

　　我們知道，通常來(lái)說(shuō)發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮比越高，整體運(yùn)轉(zhuǎn)效率越高。但是在一些工況下（比如高轉(zhuǎn)速、高負(fù)載條件下）過(guò)高的壓縮比就可能導(dǎo)致氣缸內(nèi)的混合氣體過(guò)早點(diǎn)燃，導(dǎo)致爆燃的情況發(fā)生。如果能夠改變發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比，那就實(shí)現(xiàn)了低油耗和高動(dòng)力的兼顧，無(wú)疑是許多發(fā)動(dòng)機(jī)工程師的夢(mèng)想。然而囿于發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)的限制，這一想法被擱置了數(shù)十年。

　　而日產(chǎn)的工程師則另辟蹊徑：將一套設(shè)計(jì)巧妙的多連桿裝置將曲軸同活塞連桿相連，通過(guò)改變連桿角度實(shí)現(xiàn)了壓縮比的變化。

　　上圖為VC-TURBO發(fā)動(dòng)機(jī)可變壓縮比機(jī)構(gòu)的主要結(jié)構(gòu)。我們看到，當(dāng)需要改變發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮比時(shí)，諧波齒輪驅(qū)動(dòng)裝置可以轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，從而改變這套多連桿裝置的幾何結(jié)構(gòu)，使活塞連桿同曲軸的相對(duì)位置發(fā)生改變，實(shí)現(xiàn)壓縮比的變化。目前這款VC-TURBO發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比可以從8：1（高性能）到14:1（高燃效）之間無(wú)級(jí)變化，相應(yīng)地，排量也從1991mL（8:1）到1970mL（14:1）之間變化。

　　采用可變壓縮比結(jié)構(gòu)的這款發(fā)動(dòng)機(jī)效果立竿見(jiàn)影：它的最大功率為272馬力，最大扭矩380�！っ�，動(dòng)力輸出在同級(jí)別中達(dá)到了優(yōu)秀水準(zhǔn)；其次燃油效率較之前的6缸動(dòng)機(jī)降低了30-35%（視不同驅(qū)動(dòng)形式而定）。

　　可能很多人在質(zhì)疑：多出來(lái)的這套連桿裝置會(huì)增加發(fā)動(dòng)機(jī)的體積和重量嗎？事實(shí)上，這款結(jié)構(gòu)復(fù)雜的發(fā)動(dòng)機(jī)較傳統(tǒng)的2.0T發(fā)動(dòng)機(jī)在重量和體積上并無(wú)區(qū)別。秘訣就在于這套連桿由于巧妙的設(shè)計(jì)，令其活塞在做功行程幾乎是垂直向下運(yùn)動(dòng)，這樣一來(lái)就極大地降低了發(fā)動(dòng)機(jī)整體的振動(dòng)，從而省去了普通4缸發(fā)動(dòng)機(jī)的平衡軸設(shè)計(jì)，很好地控制了整體重量和體積。

　　除此之外，當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域的諸多先進(jìn)技術(shù)也出現(xiàn)在它的身上。比如它采用了歧管噴射/缸內(nèi)直噴兩種燃油噴射方式，以及奧托/阿特金森兩種循環(huán)方式，配合不同的壓縮比，將發(fā)動(dòng)機(jī)的潛力發(fā)揮到極致。

　　在高壓縮比狀態(tài)下，發(fā)動(dòng)機(jī)采用阿特金森循環(huán)配合燃油直噴，最大程度地提升燃效，并且避免爆震；在低圧縮比狀態(tài)下，發(fā)動(dòng)機(jī)則切換至奧托循環(huán)，從而實(shí)現(xiàn)更好的動(dòng)力輸出。此外，冷卻循環(huán)控制、鏡面涂層技術(shù)以及變排量油泵的設(shè)計(jì)則進(jìn)一步減少了不必要的能量消耗。

　　低油耗、高輸出，并且還有媲美6缸發(fā)動(dòng)機(jī)的平順性，日產(chǎn)VC-TURBO發(fā)動(dòng)機(jī)將諸多看似矛盾的特點(diǎn)集成在了一起。其獨(dú)創(chuàng)可變壓縮比的多連桿結(jié)構(gòu)，則打破了內(nèi)燃機(jī)在100多年以來(lái)固定的設(shè)計(jì)，我不禁要為這種大膽而巧妙的創(chuàng)新點(diǎn)贊。

“理想的內(nèi)燃機(jī)”：馬自達(dá)SKYACTIV-X

    在18年的洛杉磯車展上，馬自達(dá)發(fā)布了旗下全新一代馬自達(dá)3：同概念車幾乎相同的，由復(fù)雜型面包裹的車身下，隱藏了馬自達(dá)對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)的全新定義。

　　關(guān)于這套動(dòng)力系統(tǒng)開(kāi)起來(lái)如何，我的同事李博旭已經(jīng)在去年體驗(yàn)了裝載它的原型車，也就是披著老款外衣的新款馬自達(dá)3，大家有興趣可以點(diǎn)擊這里。

　　為解決這個(gè)問(wèn)題，馬自達(dá)的工程師想到了一個(gè)特殊的辦法來(lái)提升壓縮比：利用火花塞點(diǎn)燃小部分混合氣，在燃燒室內(nèi)制造一個(gè)“虛擬的活塞”，這樣一來(lái)就可以達(dá)成壓燃的條件。

　　使用壓燃帶來(lái)的效果立竿見(jiàn)影：壓燃可以實(shí)現(xiàn)稀薄燃燒，按照馬自達(dá)的設(shè)計(jì)，在壓燃狀態(tài)下氣缸內(nèi)的空燃比為36.8:1，為點(diǎn)燃狀態(tài)下理想空燃比（14.7：1）的兩倍多。簡(jiǎn)而言之，就是既省油又有勁兒。

　　這臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的節(jié)油潛力有多大？馬自達(dá)宣稱，裝備SKYACTIV-X發(fā)動(dòng)機(jī)的車型油耗媲美當(dāng)今最先進(jìn)的混動(dòng)系統(tǒng)。

　　說(shuō)到當(dāng)今效率最高的混動(dòng)系統(tǒng)，它們的設(shè)計(jì)邏輯大同小異：通過(guò)混動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，令發(fā)動(dòng)機(jī)盡可能運(yùn)轉(zhuǎn)在高效區(qū)間，而電力系統(tǒng)充當(dāng)“緩沖池”來(lái)協(xié)助發(fā)動(dòng)機(jī)一起驅(qū)動(dòng)車輛前進(jìn)。這樣從能量守恒的角度來(lái)說(shuō)，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)在高效區(qū)間的工況越多，就意味著用更少的燃料創(chuàng)造了更多的能量。簡(jiǎn)而言之，混動(dòng)系統(tǒng)存在的意義，是為了彌補(bǔ)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的天然缺陷。

　　發(fā)動(dòng)機(jī)性格大變之后，也增加了變速箱的匹配的靈活性：由于高效區(qū)間非常寬泛，所以變速箱可以選擇的速比范圍更加靈活，這樣一來(lái)就可以讓變速箱更加激進(jìn)地令發(fā)動(dòng)機(jī)停留在高轉(zhuǎn)速區(qū)間，這樣可以帶來(lái)更好的動(dòng)力響應(yīng)，而且是在不損失燃油經(jīng)濟(jì)性的前提下。我非常期待全新馬自達(dá)3的表現(xiàn)：如果SKYACVTIV-X發(fā)動(dòng)機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)馬自達(dá)之前宣傳的承諾，那么毫無(wú)疑問(wèn)它對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)行業(yè)來(lái)說(shuō)是顛覆性的，說(shuō)它是未來(lái)的發(fā)動(dòng)機(jī)也毫不為過(guò)。

全文總結(jié)：

　　盡管技術(shù)路線不同，但是我們可以發(fā)現(xiàn)，之前我們提到的發(fā)動(dòng)機(jī)有著共同的特點(diǎn)，那就是既省油又有勁，相較3缸渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，它們又在振動(dòng)和響應(yīng)特性上來(lái)說(shuō)有著先天的優(yōu)勢(shì)，絲毫沒(méi)有影響用戶體驗(yàn)。雖然唱衰聲不斷，但是不得不承認(rèn)，存在了100多年的內(nèi)燃機(jī)，又煥發(fā)出了前所未有的生機(jī)。（文/汽車之家 王興宇）

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