[汽車(chē)之家 技術(shù)] 電動(dòng)車(chē)、新能源技術(shù)的推廣似乎讓傳統(tǒng)動(dòng)力的發(fā)展變得愈加艱難，“20XX年完全實(shí)現(xiàn)電動(dòng)化……從2025年起不再銷(xiāo)售汽油車(chē)（荷蘭）”這些政策和趨勢(shì)似乎也在預(yù)示著燃油車(chē)末日的到來(lái)，但事實(shí)真的如此嗎？就在今年，英菲尼迪QX50（日產(chǎn)可變壓縮比VC-TURBO發(fā)動(dòng)機(jī)）橫空出世，再一次將傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)推到了臺(tái)前，我們?cè)僖淮胃惺艿搅藱C(jī)械的魅力,但也隨之帶來(lái)了一個(gè)疑問(wèn)，可變壓縮比發(fā)動(dòng)機(jī)是否是內(nèi)燃機(jī)最后的絕唱？畢竟就目前來(lái)看內(nèi)燃機(jī)從結(jié)構(gòu)上講幾乎不可能再有大的改變……

　　這篇文章，我們從歷史上內(nèi)燃機(jī)的幾次大的技術(shù)革新講起，從米勒循環(huán)到阿特金森循環(huán)，從化油器到缸內(nèi)直噴，從自然吸氣到渦輪增壓，最后來(lái)到汽車(chē)人們都無(wú)限向往的“可變技術(shù)”……

■英菲尼迪QX50，帶來(lái)的是內(nèi)燃機(jī)的絕唱還是一個(gè)新時(shí)代的升起？

　　說(shuō)起可變壓縮比，其實(shí)過(guò)去的一些發(fā)動(dòng)機(jī)上也有應(yīng)用，比如馬自達(dá)創(chuàng)馳藍(lán)天發(fā)動(dòng)機(jī)或者豐田混動(dòng)的阿特金森發(fā)動(dòng)機(jī)等，但這些可變壓縮比技術(shù)從本質(zhì)上講是對(duì)可變壓縮比改變并不大，都是通過(guò)調(diào)整配氣程序，讓發(fā)動(dòng)機(jī)的膨脹比大于實(shí)際壓縮比來(lái)實(shí)現(xiàn)。

　　縱觀汽車(chē)的歷史，一臺(tái)能真正量產(chǎn)的可變壓縮比發(fā)動(dòng)機(jī)絕對(duì)能進(jìn)入改變汽車(chē)歷史的“名人堂”，畢竟在內(nèi)燃機(jī)發(fā)展的近百年來(lái)，物理結(jié)構(gòu)上的改變并不多，而正因?yàn)閹缀醵ㄐ偷陌l(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)，才讓這臺(tái)可變壓縮比發(fā)動(dòng)機(jī)的顯得尤為珍貴。當(dāng)然，可變壓縮比發(fā)動(dòng)機(jī)的出現(xiàn)也不是一蹴而就，這是日產(chǎn)經(jīng)過(guò)20年，200億美元一點(diǎn)點(diǎn)積累研發(fā)出來(lái)的，這是一代代發(fā)動(dòng)機(jī)從歧管?chē)娚涞街眹�，從自然吸氣到增壓，從單氣門(mén)到多氣門(mén)再到雙頂置凸輪軸，一步步進(jìn)化，一代代發(fā)展來(lái)的…而最初的故事要從最早的四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)說(shuō)起。

■咖啡推銷(xiāo)員和他的世界上首臺(tái)四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)

　　1832年6月14日，德國(guó)一個(gè)普通工匠的家庭迎來(lái)了他們的第六個(gè)孩子Nicolaus August Otto（尼古拉斯·奧托），奧托從1838年開(kāi)始上學(xué)，從小便表現(xiàn)出了對(duì)科學(xué)和技術(shù)的濃厚興趣，這種情況一直持續(xù)到高中。

　　如果按照一般的劇本，奧托這一生似乎會(huì)在銷(xiāo)售公司完成自己整個(gè)的職業(yè)生涯，但命運(yùn)就是這么神奇，熱愛(ài)科學(xué)和技術(shù)的奧托在1860年秋末一個(gè)偶然的機(jī)會(huì)了解到了比利時(shí)工程師勒努瓦正在設(shè)計(jì)制造一種新型的發(fā)動(dòng)機(jī)。

　　奧托對(duì)勒努瓦的發(fā)明十分著迷，于是和自己的兄弟一起仿制了勒努瓦發(fā)動(dòng)機(jī)，并對(duì)其進(jìn)行了改進(jìn)，使用了液體燃料，雖然最后在申請(qǐng)專(zhuān)利時(shí)被當(dāng)時(shí)的普魯士商務(wù)部拒絕了，但卻讓奧托意識(shí)到了液體燃料壓縮這個(gè)方向，如果用現(xiàn)在的眼光看，這就是燃油噴射的雛形。

　　奧托在同年也了解到了這位法國(guó)工程師的理念，這個(gè)原理與自己的壓縮燃料概念有些不謀而合，于是奧托在1861年使用了這一原理制造了一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)，不過(guò)很遺憾這臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)只運(yùn)行了幾分鐘，但不可否認(rèn)的是，這是世界上第一臺(tái)四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)原型機(jī)。

　　奧托循環(huán)是目前大部分發(fā)動(dòng)機(jī)的工作方式，工作的一個(gè)周期是由吸氣過(guò)程、壓縮過(guò)程、膨脹做功過(guò)程和排氣過(guò)程這四個(gè)沖程構(gòu)成。

　　首先活塞向下運(yùn)動(dòng)使燃料與空氣的混合體通過(guò)一個(gè)或者多個(gè)氣門(mén)進(jìn)入氣缸，關(guān)閉進(jìn)氣門(mén)，活塞向上運(yùn)動(dòng)壓縮混合氣體，然后在接近壓縮沖程頂點(diǎn)時(shí)由火花塞點(diǎn)燃混合氣體，燃燒空氣爆炸所產(chǎn)生的推力迫使活塞向下運(yùn)動(dòng)，完成做功沖程，最后將燃燒過(guò)的氣體通過(guò)排氣門(mén)排出氣缸。

　　自從奧托發(fā)動(dòng)機(jī)問(wèn)世后，后面的事情估計(jì)大家就很熟悉了，曾經(jīng)是奧托公司的工程師戴姆勒和邁巴赫制造了第一臺(tái)往復(fù)式四沖程汽油發(fā)動(dòng)機(jī)。后來(lái)在1886年初夏，德國(guó)人卡爾·本茨將自己研發(fā)的二沖程汽油發(fā)動(dòng)機(jī)裝在了一臺(tái)三輪車(chē)上，成為了世界上第一臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)的汽車(chē)。

　　回到奧托循環(huán)這個(gè)話題，在奧托發(fā)明自己的發(fā)動(dòng)機(jī)之前，其他的內(nèi)燃機(jī)馬力都比較小，用在汽車(chē)上基本是不可能的，但奧托發(fā)動(dòng)機(jī)卻可以實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，除此之外，奧托循環(huán)也將膨脹比和壓縮比的概念真正應(yīng)用到了發(fā)動(dòng)機(jī)上面，可以毫不夸張的說(shuō)，奧托先生算是汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)歷史上真正的創(chuàng)造者之一。

■混動(dòng)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)師祖——詹姆斯·阿特金森

　　阿特金森，又是一個(gè)如雷貫耳的名字。詹姆斯·阿特金森1846年出生在英國(guó)漢普斯特德，他在1882年帶來(lái)了與奧托循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)完全不同的阿特金森發(fā)動(dòng)機(jī)。

　　阿特金森發(fā)動(dòng)機(jī)的出現(xiàn)改進(jìn)了奧托循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油效率，雖然每個(gè)氣缸的功率變低，但為未來(lái)的汽車(chē)工程人員提供了更多的關(guān)于解決動(dòng)力和油耗這一對(duì)看起來(lái)不可調(diào)和的對(duì)手之間方式，為可變壓縮比和后來(lái)的米勒循環(huán)都帶來(lái)了深遠(yuǎn)影響，而詹姆斯·阿特金森也永遠(yuǎn)不會(huì)想到在21世紀(jì)人們會(huì)把阿特金森發(fā)動(dòng)機(jī)改進(jìn)的如此成功。

■58年后的進(jìn)化——米勒循環(huán)

　　阿特金森設(shè)計(jì)的共同點(diǎn)是發(fā)動(dòng)機(jī)的膨脹沖程比壓縮沖程長(zhǎng)，并且通過(guò)這種方法，發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)了比傳統(tǒng)活塞發(fā)動(dòng)機(jī)更高的熱效率。到了1940年，美國(guó)工程師羅爾夫·米勒（Ralph Miller）重新對(duì)不對(duì)等的膨脹比/壓縮比進(jìn)行了改進(jìn)，通過(guò)對(duì)進(jìn)氣門(mén)進(jìn)行開(kāi)度時(shí)間的控制來(lái)調(diào)整壓縮比。

『奧托循環(huán)』

『米勒循環(huán)』

　　在設(shè)計(jì)之初，這種發(fā)動(dòng)機(jī)有兩個(gè)技術(shù)點(diǎn)一個(gè)是機(jī)械增壓，一個(gè)是進(jìn)氣門(mén)延遲關(guān)閉。米勒循環(huán)在進(jìn)氣后的壓縮階段，進(jìn)氣門(mén)會(huì)晚一些關(guān)閉，也就是活塞在上升時(shí)，進(jìn)氣門(mén)還是處于開(kāi)啟狀態(tài)，所以有部分在汽缸的氣體會(huì)重新進(jìn)入進(jìn)氣歧管，并在機(jī)械增壓的作用下保持氣壓，故下一次的進(jìn)氣沖程中可提高進(jìn)氣效率且減少泵壓損失。可是這樣也造成實(shí)際上的壓縮空氣沒(méi)有比進(jìn)氣時(shí)的多，而降低壓縮比。

　　雖然米勒循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)在發(fā)明之初并不受關(guān)注，但對(duì)后來(lái)的日本汽車(chē)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響，馬自達(dá)、豐田、本田都是米勒循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)的忠實(shí)“粉絲”，除此之外大眾的EA888 TSI也應(yīng)用了米勒循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)原理。

　　從1876到1940這六十多年，汽車(chē)技術(shù)發(fā)生了翻天覆地的變化，汽車(chē)人才也是群星閃耀，這64年間基本上奠定了發(fā)動(dòng)機(jī)工作的三種主要原理，同時(shí)創(chuàng)立了壓縮比、膨脹比等內(nèi)燃機(jī)概念，這對(duì)未來(lái)可變壓縮比發(fā)動(dòng)機(jī)的研究打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

　　本期的內(nèi)容到這里就告一段落，下一期我將著重給大家介紹增壓技術(shù)，可變正時(shí)技術(shù)以及歧管?chē)娚浜椭眹姷冉�現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的故事和發(fā)展，敬請(qǐng)期待。（圖/文 汽車(chē)之家 冷曉陽(yáng)）

　　 [汽車(chē)之家 技術(shù)] Hello，大家好，我們冷歷史的第二篇終于“千呼萬(wàn)喚始出來(lái)”跟大家見(jiàn)面了。上一期我們已經(jīng)為大家介紹了內(nèi)燃機(jī)（乘用車(chē)領(lǐng)域）三大循環(huán)背后的奇聞?shì)W事，這一期我們將結(jié)合汽車(chē)歷史上的大佬，給大家?guī)��?lái)關(guān)于缸內(nèi)直噴、可變壓縮比、發(fā)動(dòng)機(jī)的物理結(jié)構(gòu)等內(nèi)燃機(jī)的歷史故事，廢話不多說(shuō)，我們把目光投向1882年……

■摩托車(chē)之父還有增壓技術(shù)的專(zhuān)利？！

　　說(shuō)起德國(guó)的大發(fā)明家Gottlieb Wilhelm Daimler（以下簡(jiǎn)稱戴姆勒）先生，大家腦�？隙〞�(huì)浮現(xiàn)出他與邁巴赫研究的汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)和后來(lái)的戴姆勒-奔馳公司，但實(shí)際上，戴姆勒還是世界上第一個(gè)小型高速發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)明者。我們上篇曾經(jīng)提到過(guò)奧托先生，戴姆勒就是在奧托的公司中擔(dān)任工程師，但在研發(fā)過(guò)程中，戴姆勒和奧托曾出現(xiàn)過(guò)嚴(yán)重的分歧。

　　這一年，在世界上第一臺(tái)摩托車(chē)的光環(huán)下面還有一個(gè)不為人知的專(zhuān)利：這是一個(gè)使用齒輪驅(qū)動(dòng)的泵體，它的作用是可以迫使空氣進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)。這也成為了有記載的世界上最早的將空氣主動(dòng)送入發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的增壓技術(shù)。

　　這一年，專(zhuān)注于研究?jī)?nèi)燃機(jī)效率和排氣熱損失的AlfredBüchi從戴姆勒的專(zhuān)利中得到了靈感，他設(shè)計(jì)了一個(gè)軸向的壓縮機(jī)，通過(guò)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣來(lái)推動(dòng)壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，通過(guò)壓縮機(jī)為內(nèi)燃機(jī)提供更多空氣。這個(gè)原理非常的簡(jiǎn)單，以至于從渦輪增壓器發(fā)明以來(lái)都一直延續(xù)著這個(gè)思路，而1905年也被人們稱為渦輪增壓的元年。

　　雖然渦輪增加發(fā)動(dòng)機(jī)可以帶來(lái)明顯的動(dòng)力提升，但由于當(dāng)時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)并不成熟，因此經(jīng)常出現(xiàn)故障，最終奧茲莫比爾在一年后就停止了這臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的供應(yīng)。雖然這臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)停止了使用，但渦輪增壓技術(shù)徹底在車(chē)企中流傳開(kāi)來(lái)。

　　到了近現(xiàn)代，渦輪增壓技術(shù)更得到了長(zhǎng)足進(jìn)步和升級(jí)。比如可變截面渦輪增壓、雙渦輪增壓、電動(dòng)增壓器等一系列衍生。其中可變截面渦輪增壓和電動(dòng)渦輪增壓器是目前比較有科技點(diǎn)的技術(shù)。先來(lái)看看可變截面渦輪，我們知道渦輪增壓器會(huì)在排氣量小的時(shí)候無(wú)法達(dá)到工作轉(zhuǎn)速，此時(shí)基本無(wú)法發(fā)生作用，此時(shí)渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力就會(huì)很小，那么小排量發(fā)動(dòng)機(jī)一般會(huì)用一顆小慣量渦輪，但這種渦輪增壓器在高轉(zhuǎn)速時(shí)，由于排氣截面小，會(huì)讓排氣阻力增加，從而影響發(fā)動(dòng)機(jī)功率和扭矩。

　　渦輪增壓技術(shù)是航空領(lǐng)域典型的技術(shù)下探后的產(chǎn)物，它的誕生對(duì)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響，為解決動(dòng)力和排放的平衡作出了巨大貢獻(xiàn)，在未來(lái)渦輪增壓技術(shù)也將會(huì)越來(lái)越實(shí)用和廣泛。

■從缸外到缸內(nèi)再混合，看糾結(jié)的燃油噴射歷史

　　缸內(nèi)直噴的專(zhuān)利是與V8發(fā)動(dòng)機(jī)一起誕生的。1902年夏天，法國(guó)飛機(jī)設(shè)計(jì)師和發(fā)明家LéonLevavasseur在制造飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的時(shí)候，研制出了一款V型的8缸發(fā)動(dòng)機(jī)，它的燃油供給系統(tǒng)就是一套缸內(nèi)直噴機(jī)構(gòu)。

　　這套缸內(nèi)直噴系統(tǒng)由博世公司提供，發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率能達(dá)到222Ps，不過(guò)需要注意的這套缸內(nèi)直噴系統(tǒng)是機(jī)械噴射，而不是我們現(xiàn)在的電噴。

　　進(jìn)入20世紀(jì)90年代，缸內(nèi)直噴取得了重大進(jìn)步，各大主機(jī)廠都推出了缸內(nèi)直噴的車(chē)型，但盡管缸內(nèi)直噴已經(jīng)成為主流，傳統(tǒng)的進(jìn)氣道噴射卻依然有生命力，因?yàn)楦變?nèi)直噴在低速狀態(tài)下容易積碳，進(jìn)氣道噴射則是容易燃燒不充分，聰明的工程師想到了將兩者進(jìn)行結(jié)合。

■大眾、奧迪玩不下去的稀薄燃燒又讓馬自達(dá)搞起來(lái)了？

　　改善燃燒方式、優(yōu)化進(jìn)氣效率同時(shí)減少摩擦、降低熱量損壞是提高發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率的主要技術(shù)路線，前面我們已經(jīng)講了進(jìn)氣效率等方面的發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)特點(diǎn)，下面我們?cè)倏纯慈紵�方面。在燃燒方面比較有顛覆性也是目前車(chē)企都在研發(fā)的重點(diǎn)就是HCCI（均質(zhì)壓燃）。

　　HCCI是解決“稀薄燃燒”的重要關(guān)鍵，它的出現(xiàn)可以對(duì)每一滴燃油的壓榨更純粹。這項(xiàng)技術(shù)雖然在90年代就被提出并開(kāi)始試驗(yàn)，但當(dāng)時(shí)電子技術(shù)并不成熟，現(xiàn)在隨著電子技術(shù)的發(fā)展HCCI開(kāi)始被我們熟知，這也是未來(lái)內(nèi)燃機(jī)研究的一個(gè)重要方向。

■日產(chǎn)可變壓縮比發(fā)動(dòng)機(jī)問(wèn)世，內(nèi)燃機(jī)終結(jié)還是新生？

　　來(lái)到了最后一節(jié)，我們終于要聊到可變壓縮比技術(shù)�？赡芸次覀冞@個(gè)系列文章的朋友有些疑問(wèn)，當(dāng)我們?cè)诹目勺儔嚎s比發(fā)動(dòng)機(jī)我們到底在聊什么？其實(shí)第一篇和第二篇的這些影響了發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)亮點(diǎn)都是可變壓縮比發(fā)動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)，而對(duì)于可變壓縮比發(fā)動(dòng)機(jī)這也是發(fā)動(dòng)機(jī)再發(fā)明后這么多年來(lái)唯一的一次在結(jié)構(gòu)方面的改變，展望未來(lái)，發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)上的改變就目前的技術(shù)儲(chǔ)備來(lái)說(shuō)基本是“前無(wú)古人后無(wú)來(lái)者”了，因此最后一節(jié)我們回到文章最初提到的“可變壓縮比發(fā)動(dòng)機(jī)是否會(huì)成為內(nèi)燃機(jī)絕唱？”

　　 當(dāng)時(shí)日產(chǎn)也對(duì)這個(gè)技術(shù)進(jìn)行了立項(xiàng)，跟其他車(chē)企一樣，日產(chǎn)在初期也遇到了很多了困難，當(dāng)時(shí)誰(shuí)都沒(méi)把這種前瞻性技術(shù)當(dāng)成一回事，甚至還質(zhì)疑為什么進(jìn)行可變壓縮比的開(kāi)發(fā)。

　　 其他的幾種方案，日產(chǎn)認(rèn)為都無(wú)法對(duì)變量進(jìn)行精確把控，尤其是在氣缸蓋進(jìn)行調(diào)節(jié)的方案，日產(chǎn)曾做過(guò)相關(guān)研究，但由于此處在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后溫度較高，對(duì)于機(jī)構(gòu)的控制比較困難，同時(shí)制造工藝也無(wú)法滿足。

　　 其中多連桿機(jī)構(gòu)是設(shè)計(jì)最復(fù)雜也是最精妙的地方。在開(kāi)發(fā)初期，這套多連桿結(jié)構(gòu)體量比較大，當(dāng)裝配到發(fā)動(dòng)機(jī)上后，發(fā)動(dòng)機(jī)不但沒(méi)有變小，反而體積有所增加，所以首先進(jìn)行是小型化研究。工程師先對(duì)L型連桿進(jìn)行了縮小，減小它的變形量，另一個(gè)是將連桿的長(zhǎng)度縮短。

　　有了這套多連桿機(jī)構(gòu)再配合雙噴射系統(tǒng)，日產(chǎn)的這臺(tái)可變壓縮比發(fā)動(dòng)機(jī)基本上是完成了壓縮比可變的硬件配置。那么在實(shí)際情況下是如何工作的呢？

　　 如果在運(yùn)動(dòng)模式下發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)進(jìn)入低壓縮比模式，大約在8:1，此時(shí)燃燒室變大，扭矩變大。在實(shí)際駕駛情況下，這種壓縮比的切換是“無(wú)級(jí)”進(jìn)行的，全部由電腦根據(jù)傳感器進(jìn)行智能切換。

　　編輯總結(jié)：壓縮比可變是發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域上百年來(lái)的夢(mèng)想，想要發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力上來(lái)，熱效率就肯定會(huì)高，但問(wèn)題是壓縮比大也容易發(fā)生爆震，這樣對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)肯定是有損壞的，因此又想壓縮比高又不想爆震，還要有好的加速和大扭矩，這種“魚(yú)和熊掌兼得”的好事只有壓縮比可變才能解決。

　　上一期的三大燃燒循環(huán)，這一期的渦輪增壓、直噴以及稀薄燃燒等技術(shù)都是為發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，可變壓縮比的成功出現(xiàn)可謂是站在巨人的肩膀上，一步步走來(lái)。當(dāng)然，這也與日產(chǎn)對(duì)技術(shù)孜孜不倦的研發(fā)息息相關(guān)。壓縮比的隨心所欲意味著發(fā)動(dòng)機(jī)任何情況下滿足動(dòng)力要求的時(shí)候都能夠讓我們的油耗比處于最佳狀態(tài)，這種情況只能靠可變壓縮比主動(dòng)管理實(shí)現(xiàn)。而至于日產(chǎn)可變壓縮比發(fā)動(dòng)機(jī)的出現(xiàn)是否是發(fā)動(dòng)機(jī)最后的光芒，我認(rèn)為恰恰相反，這絕對(duì)不是最后一臺(tái)可變壓縮比發(fā)動(dòng)機(jī)，肯定會(huì)有更多廠商進(jìn)入這個(gè)領(lǐng)域，與混動(dòng)車(chē)相比，誰(shuí)笑到最后還不一定。

　　另外透露一句，我今年曾經(jīng)在東風(fēng)汽車(chē)試驗(yàn)室見(jiàn)到過(guò)東風(fēng)的可變壓縮比樣機(jī)，已經(jīng)進(jìn)行試驗(yàn)。（汽車(chē)之家 圖/文 冷曉陽(yáng)）