[汽車之家 發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)]  20年的研發(fā)時(shí)間，經(jīng)歷四代設(shè)計(jì)迭代優(yōu)化，日產(chǎn)2.0T VC-Turbo可變壓縮比發(fā)動(dòng)機(jī)終于在2018年正式量產(chǎn)，成為全球首款量產(chǎn)可變壓縮比發(fā)動(dòng)機(jī)。日產(chǎn)本想著以該獨(dú)步天下的發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)征戰(zhàn)市場(chǎng)能夠所向披靡。近日，國(guó)家專利局正式公布了長(zhǎng)城的一系列可變壓縮比發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)專利。日產(chǎn)此時(shí)驚訝萬(wàn)分！難道中國(guó)品牌的技術(shù)實(shí)力已發(fā)展到如此地步？幾年時(shí)間就能破譯可變壓縮比發(fā)動(dòng)機(jī)的奧義？口講無(wú)憑，我們下面來(lái)看看長(zhǎng)城的專利究竟隱藏了怎樣的黑科技！

30秒看懂本文亮點(diǎn)：

1.長(zhǎng)城和日產(chǎn)的可變壓縮比機(jī)構(gòu)有何不同？

2.長(zhǎng)城雙偏心軸可變壓縮比機(jī)構(gòu)的4種工作模式

3.長(zhǎng)城雙偏心軸可變壓縮比機(jī)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)

● 長(zhǎng)城和日產(chǎn)可變壓縮比機(jī)構(gòu)的異同

　　我們可以在國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局的官網(wǎng)上查詢到長(zhǎng)城申請(qǐng)的可變壓縮比發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)專利。這些專利中包含了多種可變壓縮比發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、控制方法以及相關(guān)零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

　　長(zhǎng)城申請(qǐng)的一系列專利中，同樣是在連桿與曲軸之間設(shè)計(jì)了一個(gè)“中間杠桿”，杠桿一側(cè)與連桿下端連接，另一側(cè)與可變壓縮比控制機(jī)構(gòu)連接，這與日產(chǎn)的設(shè)計(jì)基本一致。

　　而控制機(jī)構(gòu)方面，或許是為了規(guī)避專利侵權(quán)的原因，長(zhǎng)城采用了各種與日產(chǎn)不同的方案，如用電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)偏心軸轉(zhuǎn)動(dòng)，從而拉動(dòng)杠桿控制連桿，也有用皮帶來(lái)轉(zhuǎn)動(dòng)偏心軸的方案，還有用齒輪傳動(dòng)等方案。上述這些方案都只是在日產(chǎn)方案的基礎(chǔ)上，對(duì)控制機(jī)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)單的替換得出的方案，論創(chuàng)新程度可以說(shuō)一點(diǎn)兒也不突出。

● 一個(gè)較為獨(dú)特的可變壓縮比機(jī)構(gòu)吸引了我的注意

　　我翻閱了幾個(gè)長(zhǎng)城的專利后，一個(gè)設(shè)計(jì)頗具創(chuàng)新性的專利吸引了我的注意。雖然這個(gè)專利依然是和日產(chǎn)的設(shè)計(jì)有著一定的相似性，但細(xì)讀專利后我發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)城的這個(gè)專利確實(shí)不簡(jiǎn)單，值得我來(lái)為大家細(xì)細(xì)解讀一番。

　　部件9和7是這套控制機(jī)構(gòu)的兩條偏心軸。其中偏心軸9上有一個(gè)齒輪，該齒輪與曲軸上的齒輪嚙合，這樣曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，偏心軸9也會(huì)隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速為曲軸轉(zhuǎn)速的1/2。偏心軸7由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，能夠在一定的角度范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。

　　通過(guò)上文，各位應(yīng)該了解日產(chǎn)VC-Turbo 2.0T發(fā)動(dòng)機(jī)可變壓縮比控制機(jī)構(gòu)的工作原理了。長(zhǎng)城這套雙偏心軸可變壓縮比機(jī)構(gòu)偏心軸7的功能與日產(chǎn)VC-Turbo 2.0T發(fā)動(dòng)機(jī)可變壓縮比控制機(jī)構(gòu)的偏心軸是一樣的，能夠?qū)崿F(xiàn)活塞上、下止點(diǎn)的改變，從而改變壓縮比。

　　偏心軸9則是長(zhǎng)城這套專利的核心所在。偏心軸9是隨著曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)的一條偏心軸，它轉(zhuǎn)動(dòng)的每一瞬間，活塞上、下止點(diǎn)的位置都會(huì)發(fā)生變化。具體來(lái)說(shuō)，偏心軸每轉(zhuǎn)一圈，活塞的位置會(huì)發(fā)生高-中-低-中-高的循環(huán)變化，而在這套機(jī)構(gòu)中，活塞的高、中、低位置正好對(duì)應(yīng)的是發(fā)動(dòng)機(jī)工作循環(huán)中不同的上、下止點(diǎn)，如排氣上止點(diǎn)、進(jìn)氣下止點(diǎn)、壓縮上止點(diǎn)以及膨脹下止點(diǎn)。

● 長(zhǎng)城雙偏心軸可變壓縮比機(jī)構(gòu)的4種工作模式

　　當(dāng)偏心軸9和曲軸之間的相位在90-150°區(qū)間時(shí)，進(jìn)氣下止點(diǎn)與膨脹下止點(diǎn)相同，排氣上止點(diǎn)低于壓縮上止點(diǎn)；進(jìn)氣行程、排氣行程小于膨脹行程、壓縮行程，膨脹比等于壓縮比。這種工作模式我在此簡(jiǎn)稱為“模式1”。

　　當(dāng)偏心軸9和曲軸之間的相位在180-250°區(qū)間時(shí)，進(jìn)氣下止點(diǎn)高于膨脹下止點(diǎn)，排氣上止點(diǎn)與壓縮上止點(diǎn)相同；進(jìn)氣行程、壓縮行程小于膨脹行程、排氣行程，膨脹比大于壓縮比。這種工作模式我在此簡(jiǎn)稱為“模式2”。

　　當(dāng)偏心軸9和曲軸之間的相位在270-330°區(qū)間時(shí)，進(jìn)氣下止點(diǎn)與膨脹下止點(diǎn)相同，排氣上止點(diǎn)高于壓縮上止點(diǎn)；進(jìn)氣行程、排氣行程大于膨脹行程、壓縮行程，膨脹比等于壓縮比。這種工作模式我在此簡(jiǎn)稱為“模式3”。

　　當(dāng)偏心軸9和曲軸之間的相位在0-60°區(qū)間時(shí)，進(jìn)氣下止點(diǎn)低于膨脹下止點(diǎn)，排氣上止點(diǎn)與壓縮上止點(diǎn)相同；進(jìn)氣行程、壓縮行程大于膨脹行程、排氣行程，壓縮比大于膨脹比。這種工作模式我在此簡(jiǎn)稱為“模式4”。

　　值得一提的是，偏心軸7的轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)使得活塞上、下止點(diǎn)同步升高或降低，能夠使發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮比和膨脹比同步增加或降低，但進(jìn)氣行程、排氣行程、膨脹行程和壓縮行程基本不變。相當(dāng)于偏心軸9用于發(fā)動(dòng)機(jī)工作模式調(diào)節(jié)，偏心軸7對(duì)特定模式下的膨脹比和壓縮比進(jìn)行微調(diào)，以適應(yīng)更多的發(fā)動(dòng)機(jī)工況需求。此外，上述每?jī)煞N模式之間都存在過(guò)渡狀態(tài)，這些過(guò)渡狀態(tài)可適應(yīng)更多的發(fā)動(dòng)機(jī)工況。

◆ HCCI均質(zhì)充氣壓燃模式（模式1）

　　上面提到的4種特征模式中，模式1對(duì)應(yīng)的是HCCI均質(zhì)充氣壓燃模式，可利用超高壓縮比和空燃比實(shí)現(xiàn)熱效率的提升以及油耗的降低。

　　HCCI工作模式的優(yōu)勢(shì)在于，可以利用高壓縮比（創(chuàng)馳藍(lán)天-X發(fā)動(dòng)機(jī)在HCCI模式下壓縮比可達(dá)18:1，目前主流自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比在13:1-14:1之間）和高空燃比（創(chuàng)馳藍(lán)天-X發(fā)動(dòng)機(jī)在HCCI模式下空燃比可達(dá)36.8:1，遠(yuǎn)高于教科書上的14.7:1理論空燃比）來(lái)提升發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率。高壓縮比有利于提升熱效率，同時(shí)也是壓燃混合氣的關(guān)鍵，而高空燃比簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是降低混合氣中的汽油含量，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)油效果。

　　長(zhǎng)城雙偏心軸可變壓縮比機(jī)構(gòu)由于能對(duì)壓縮比進(jìn)行動(dòng)態(tài)微調(diào)，在低負(fù)載工況下可以進(jìn)一步提升壓縮比來(lái)提升壓燃效率，在高負(fù)載工況下適當(dāng)降低壓縮比，降低爆震傾向，這一定程度上有利于拓展HCCI工作模式的工作范圍，從而對(duì)提升發(fā)動(dòng)機(jī)整體運(yùn)轉(zhuǎn)效率作出貢獻(xiàn)。

◆ 阿特金森循環(huán)模式（模式2）

　　模式2為阿特金森循環(huán)模式，此時(shí)膨脹比大于壓縮比，偏心軸7的轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)可以使發(fā)動(dòng)機(jī)隨負(fù)荷的升高，同步減小膨脹比和壓縮比，抑制爆震現(xiàn)象；或者隨著發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷的降低，同步增加膨脹比和壓縮比，提升發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率。

　　長(zhǎng)城這套可變壓縮比機(jī)構(gòu)的亮點(diǎn)在于，可在全工況下保持阿特金森循環(huán)模式正常運(yùn)轉(zhuǎn)，通過(guò)微調(diào)物理壓縮比來(lái)優(yōu)化不同工況下性能表現(xiàn)。目前主流的阿特金森循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)進(jìn)氣門遲閉也能改變實(shí)際壓縮比，但由于活塞上止點(diǎn)位置固定，燃燒室容積固定，降低壓縮比意味著進(jìn)氣量的減少，這會(huì)降低發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輸出性能。相比起來(lái)，長(zhǎng)城這套可變壓縮比機(jī)構(gòu)在不改變進(jìn)氣量的前提下，直接調(diào)整壓縮比，在動(dòng)力輸出性能上會(huì)更有優(yōu)勢(shì)。

◆ 改善冷啟動(dòng)性能和排放的模式（模式4）

　　模式4會(huì)在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)采用，此時(shí)膨脹比小于壓縮比，在偏心軸7的調(diào)節(jié)下，隨著發(fā)動(dòng)機(jī)溫度升高，發(fā)動(dòng)機(jī)的膨脹比和壓縮比會(huì)隨之減小，以改善發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)和排放性能。

　　專利并沒(méi)有對(duì)模式3這種膨脹比等于壓縮比、壓縮比相對(duì)較低的工作模式進(jìn)行詳細(xì)解析。我猜測(cè)該模式是用于配合高渦輪增壓值，實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)動(dòng)力輸出的模式。更準(zhǔn)確的應(yīng)用場(chǎng)景只有等廠家進(jìn)行技術(shù)解密時(shí)揭曉了。

● 長(zhǎng)城雙偏心軸可變壓縮比機(jī)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)：

　　仔細(xì)閱讀專利后，我對(duì)長(zhǎng)城的新型可變壓縮比發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)有了更深入的了解。上面詳細(xì)介紹的雙偏心軸可變壓縮比技術(shù)相比日產(chǎn)VC-Turbo 2.0T發(fā)動(dòng)機(jī)上搭載的可變壓縮比技術(shù)，其優(yōu)勢(shì)在于除了能動(dòng)態(tài)調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比外，還能夠?qū)崿F(xiàn)不同的工作模式，從而在動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性、排放等方面實(shí)現(xiàn)更好的平衡。

● 要實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，耐久性和控制策略是兩道坎：

　　雖然長(zhǎng)城的這套雙偏心軸可變壓縮比機(jī)構(gòu)的功能強(qiáng)大，但不可否認(rèn)的是，為實(shí)現(xiàn)更多的功能，這套機(jī)構(gòu)也引入了更多的零部件，如位于曲軸位置的齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，隨著曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)的偏心軸，額外的連桿機(jī)構(gòu)，調(diào)節(jié)偏心軸相位的電機(jī)等。對(duì)于高速運(yùn)轉(zhuǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)而言，更多的零部件意味著更大的耐久性能考驗(yàn)。長(zhǎng)城雙偏心軸可變壓縮比發(fā)動(dòng)機(jī)能否走向量產(chǎn)，我認(rèn)為最大的考驗(yàn)還是在機(jī)構(gòu)的耐久性上。此外，更復(fù)雜的功能需要更高效的控制策略來(lái)支撐，否則量產(chǎn)后很可能淪為結(jié)構(gòu)很高級(jí)，性能很平庸的產(chǎn)品。

● 全文總結(jié)：

　　長(zhǎng)城這兩年申請(qǐng)的可變壓縮比發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)構(gòu)專利有不少都與日產(chǎn)可變壓縮比發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)構(gòu)有相似之處，只在可變壓縮比控制機(jī)構(gòu)部分作出了自己的創(chuàng)新。但長(zhǎng)城的雙偏心軸可變壓縮比機(jī)構(gòu)則有著相當(dāng)大的創(chuàng)新性，相比日產(chǎn)的設(shè)計(jì)，它擁有更多的發(fā)動(dòng)機(jī)工作模式，從而有望實(shí)現(xiàn)更好的綜合性能。但長(zhǎng)城這款雙偏心軸可變壓縮比發(fā)動(dòng)機(jī)要真正走向量產(chǎn)，還要走相當(dāng)長(zhǎng)的路，首當(dāng)其沖的就是保證耐久性以及實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化控制策略。日產(chǎn)的可變壓縮比發(fā)動(dòng)機(jī)從設(shè)計(jì)走向量產(chǎn)用了20年時(shí)間，不知道長(zhǎng)城以中國(guó)速度來(lái)推進(jìn)這個(gè)項(xiàng)目要用幾年呢？讓我們拭目以待！（圖/文/汽車之家 常慶林）