[汽車之家 技術(shù)] 電動車、新能源技術(shù)的推廣似乎讓傳統(tǒng)動力的發(fā)展變得愈加艱難，“20XX年完全實(shí)現(xiàn)電動化……從2025年起不再銷售汽油車（荷蘭）”這些政策和趨勢似乎也在預(yù)示著燃油車末日的到來，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)動機(jī)）橫空出世，再一次將傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)推到了臺前，我們再一次感受到了機(jī)械的魅力,但也隨之帶來了一個疑問，可變壓縮比發(fā)動機(jī)是否是內(nèi)燃機(jī)最后的絕唱？畢竟就目前來看內(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，最后來到汽車人們都無限向往的“可變技術(shù)”……

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

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

　　縱觀汽車的歷史，一臺能真正量產(chǎn)的可變壓縮比發(fā)動機(jī)絕對能進(jìn)入改變汽車歷史的“名人堂”，畢竟在內(nèi)燃機(jī)發(fā)展的近百年來，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)動機(jī)結(jié)構(gòu)，才讓這臺可變壓縮比發(fā)動機(jī)的顯得尤為珍貴。當(dāng)然，可變壓縮比發(fā)動機(jī)的出現(xiàn)也不是一蹴而就，這是日產(chǎn)經(jīng)過20年，200億美元一點(diǎn)點(diǎn)積累研發(fā)出來的，這是一代代發(fā)動機(jī)從歧管噴射到直噴，從自然吸氣到增壓，從單氣門到多氣門再到雙頂置凸輪軸，一步步進(jìn)化，一代代發(fā)展來的…而最初的故事要從最早的四沖程發(fā)動機(jī)說起。

■咖啡推銷員和他的世界上首臺四沖程發(fā)動機(jī)

　　1832年6月14日，德國一個普通工匠的家庭迎來了他們的第六個孩子Nicolaus August Otto（尼古拉斯·奧托），奧托從1838年開始上學(xué)，從小便表現(xiàn)出了對科學(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，奧托這一生似乎會在銷售公司完成自己整個的職業(yè)生涯，但命運(yùn)就是這么神奇，熱愛科學(xué)和技術(shù)的奧托在1860年秋末一個偶然的機(jī)會了解到了比利時工程師勒努瓦正在設(shè)計制造一種新型的發(fā)動機(jī)。

　　奧托對勒努瓦的發(fā)明十分著迷，于是和自己的兄弟一起仿制了勒努瓦發(fā)動機(jī)，并對其進(jìn)行了改進(jìn)，使用了液體燃料，雖然最后在申請專利時被當(dāng)時的普魯士商務(wù)部拒絕了，但卻讓奧托意識到了液體燃料壓縮這個方向，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工程師的理念，這個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發(fā)動機(jī)，不過很遺憾這臺發(fā)動機(jī)只運(yùn)行了幾分鐘，但不可否認(rèn)的是，這是世界上第一臺四沖程發(fā)動機(jī)原型機(jī)。

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

　　首先活塞向下運(yùn)動使燃料與空氣的混合體通過一個或者多個氣門進(jìn)入氣缸，關(guān)閉進(jìn)氣門，活塞向上運(yùn)動壓縮混合氣體，然后在接近壓縮沖程頂點(diǎn)時由火花塞點(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，完成做功沖程，最后將燃燒過的氣體通過排氣門排出氣缸。

　　自從奧托發(fā)動機(jī)問世后，后面的事情估計大家就很熟悉了，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往復(fù)式四沖程汽油發(fā)動機(jī)。后來在1886年初夏，德國人卡爾·本茨將自己研發(fā)的二沖程汽油發(fā)動機(jī)裝在了一臺三輪車上，成為了世界上第一臺標(biāo)準(zhǔn)的汽車。

　　回到奧托循環(huán)這個話題，在奧托發(fā)明自己的發(fā)動機(jī)之前，其他的內(nèi)燃機(jī)馬力都比較小，用在汽車上基本是不可能的，但奧托發(fā)動機(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)動機(jī)上面，可以毫不夸張的說，奧托先生算是汽車發(fā)動機(jī)歷史上真正的創(chuàng)造者之一。

■混動汽車發(fā)動機(jī)師祖——詹姆斯·阿特金森

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

　　阿特金森發(fā)動機(jī)的出現(xiàn)改進(jìn)了奧托循環(huán)發(fā)動機(jī)的燃油效率，雖然每個氣缸的功率變低，但為未來的汽車工程人員提供了更多的關(guān)于解決動力和油耗這一對看起來不可調(diào)和的對手之間方式，為可變壓縮比和后來的米勒循環(huán)都帶來了深遠(yuǎn)影響，而詹姆斯·阿特金森也永遠(yuǎn)不會想到在21世紀(jì)人們會把阿特金森發(fā)動機(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)計的共同點(diǎn)是發(fā)動機(jī)的膨脹沖程比壓縮沖程長，并且通過這種方法，發(fā)動機(jī)實(shí)現(xiàn)了比傳統(tǒng)活塞發(fā)動機(jī)更高的熱效率。到了1940年，美國工程師羅爾夫·米勒（Ralph Miller）重新對不對等的膨脹比/壓縮比進(jìn)行了改進(jìn)，通過對進(jìn)氣門進(jìn)行開度時間的控制來調(diào)整壓縮比。

『奧托循環(huán)』

『米勒循環(huán)』

　　在設(shè)計之初，這種發(fā)動機(jī)有兩個技術(shù)點(diǎn)一個是機(jī)械增壓，一個是進(jìn)氣門延遲關(guān)閉。米勒循環(huán)在進(jìn)氣后的壓縮階段，進(jìn)氣門會晚一些關(guān)閉，也就是活塞在上升時，進(jìn)氣門還是處于開啟狀態(tài)，所以有部分在汽缸的氣體會重新進(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�？墒沁@樣也造成實(shí)際上的壓縮空氣沒有比進(jìn)氣時的多，而降低壓縮比。

　　雖然米勒循環(huán)發(fā)動機(jī)在發(fā)明之初并不受關(guān)注，但對后來的日本汽車產(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)動機(jī)原理。

　　從1876到1940這六十多年，汽車技術(shù)發(fā)生了翻天覆地的變化，汽車人才也是群星閃耀，這64年間基本上奠定了發(fā)動機(jī)工作的三種主要原理，同時創(chuàng)立了壓縮比、膨脹比等內(nèi)燃機(jī)概念，這對未來可變壓縮比發(fā)動機(jī)的研究打下了堅實(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)，可變正時技術(shù)以及歧管噴射和直噴等近現(xiàn)代發(fā)動機(jī)技術(shù)的故事和發(fā)展，敬請期待。（圖/文 汽車之家 冷曉陽）

　　 [汽車之家 技術(shù)] Hello，大家好，我們冷歷史的第二篇終于“千呼萬喚始出來”跟大家見面了。上一期我們已經(jīng)為大家介紹了內(nèi)燃機(jī)（乘用車領(lǐng)域）三大循環(huán)背后的奇聞軼事，這一期我們將結(jié)合汽車歷史上的大佬，給大家?guī)�來關(guān)于缸內(nèi)直噴、可變壓縮比、發(fā)動機(jī)的物理結(jié)構(gòu)等內(nèi)燃機(jī)的歷史故事，廢話不多說，我們把目光投向1882年……

■摩托車之父還有增壓技術(shù)的專利？！

　　說起德國的大發(fā)明家Gottlieb Wilhelm Daimler（以下簡稱戴姆勒）先生，大家腦海肯定會浮現(xiàn)出他與邁巴赫研究的汽車發(fā)動機(jī)和后來的戴姆勒-奔馳公司，但實(shí)際上，戴姆勒還是世界上第一個小型高速發(fā)動機(jī)的發(fā)明者。我們上篇曾經(jīng)提到過奧托先生，戴姆勒就是在奧托的公司中擔(dān)任工程師，但在研發(fā)過程中，戴姆勒和奧托曾出現(xiàn)過嚴(yán)重的分歧。

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

　　這一年，專注于研究內(nèi)燃機(jī)效率和排氣熱損失的AlfredBüchi從戴姆勒的專利中得到了靈感，他設(shè)計了一個軸向的壓縮機(jī)，通過活塞式發(fā)動機(jī)排出的廢氣來推動壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，通過壓縮機(jī)為內(nèi)燃機(jī)提供更多空氣。這個原理非常的簡單，以至于從渦輪增壓器發(fā)明以來都一直延續(xù)著這個思路，而1905年也被人們稱為渦輪增壓的元年。

　　雖然渦輪增加發(fā)動機(jī)可以帶來明顯的動力提升，但由于當(dāng)時發(fā)動機(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發(fā)動機(jī)的供應(yīng)。雖然這臺發(fā)動機(jī)停止了使用，但渦輪增壓技術(shù)徹底在車企中流傳開來。

　　到了近現(xiàn)代，渦輪增壓技術(shù)更得到了長足進(jìn)步和升級。比如可變截面渦輪增壓、雙渦輪增壓、電動增壓器等一系列衍生。其中可變截面渦輪增壓和電動渦輪增壓器是目前比較有科技點(diǎn)的技術(shù)。先來看看可變截面渦輪，我們知道渦輪增壓器會在排氣量小的時候無法達(dá)到工作轉(zhuǎn)速，此時基本無法發(fā)生作用，此時渦輪增壓發(fā)動機(jī)動力就會很小，那么小排量發(fā)動機(jī)一般會用一顆小慣量渦輪，但這種渦輪增壓器在高轉(zhuǎn)速時，由于排氣截面小，會讓排氣阻力增加，從而影響發(fā)動機(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，它的誕生對汽車發(fā)動機(jī)技術(shù)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響，為解決動力和排放的平衡作出了巨大貢獻(xiàn)，在未來渦輪增壓技術(shù)也將會越來越實(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)直噴的專利是與V8發(fā)動機(jī)一起誕生的。1902年夏天，法國飛機(jī)設(shè)計師和發(fā)明家LéonLevavasseur在制造飛機(jī)發(fā)動機(jī)的時候，研制出了一款V型的8缸發(fā)動機(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)動機(jī)最大功率能達(dá)到222Ps，不過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)搞起來了？

　　改善燃燒方式、優(yōu)化進(jìn)氣效率同時減少摩擦、降低熱量損壞是提高發(fā)動機(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)動機(jī)技術(shù)特點(diǎn)，下面我們再看看燃燒方面。在燃燒方面比較有顛覆性也是目前車企都在研發(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年代就被提出并開始試驗(yàn)，但當(dāng)時電子技術(shù)并不成熟，現(xiàn)在隨著電子技術(shù)的發(fā)展HCCI開始被我們熟知，這也是未來內(nèi)燃機(jī)研究的一個重要方向。

■日產(chǎn)可變壓縮比發(fā)動機(jī)問世，內(nèi)燃機(jī)終結(jié)還是新生？

　　來到了最后一節(jié)，我們終于要聊到可變壓縮比技術(shù)�？赡芸次覀冞@個系列文章的朋友有些疑問，當(dāng)我們在聊可變壓縮比發(fā)動機(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)動機(jī)的技術(shù)亮點(diǎn)都是可變壓縮比發(fā)動機(jī)的基礎(chǔ)，而對于可變壓縮比發(fā)動機(jī)這也是發(fā)動機(jī)再發(fā)明后這么多年來唯一的一次在結(jié)構(gòu)方面的改變，展望未來，發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)上的改變就目前的技術(shù)儲備來說基本是“前無古人后無來者”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)動機(jī)是否會成為內(nèi)燃機(jī)絕唱？”

　　 當(dāng)時日產(chǎn)也對這個技術(shù)進(jìn)行了立項(xiàng)，跟其他車企一樣，日產(chǎn)在初期也遇到了很多了困難，當(dāng)時誰都沒把這種前瞻性技術(shù)當(dāng)成一回事，甚至還質(zhì)疑為什么進(jìn)行可變壓縮比的開發(fā)。

　　 其他的幾種方案，日產(chǎn)認(rèn)為都無法對變量進(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)曾做過相關(guān)研究，但由于此處在發(fā)動機(jī)啟動后溫度較高，對于機(jī)構(gòu)的控制比較困難，同時制造工藝也無法滿足。

　　 其中多連桿機(jī)構(gòu)是設(shè)計最復(fù)雜也是最精妙的地方。在開發(fā)初期，這套多連桿結(jié)構(gòu)體量比較大，當(dāng)裝配到發(fā)動機(jī)上后，發(fā)動機(jī)不但沒有變小，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L型連桿進(jìn)行了縮小，減小它的變形量，另一個是將連桿的長度縮短。

　　有了這套多連桿機(jī)構(gòu)再配合雙噴射系統(tǒng)，日產(chǎn)的這臺可變壓縮比發(fā)動機(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)動模式下發(fā)動機(jī)會進(jìn)入低壓縮比模式，大約在8:1，此時燃燒室變大，扭矩變大。在實(shí)際駕駛情況下，這種壓縮比的切換是“無級”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)動機(jī)領(lǐng)域上百年來的夢想，想要發(fā)動機(jī)動力上來，熱效率就肯定會高，但問題是壓縮比大也容易發(fā)生爆震，這樣對發(fā)動機(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。當(dāng)然，這也與日產(chǎn)對技術(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)動機(jī)任何情況下滿足動力要求的時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管理實(shí)現(xiàn)。而至于日產(chǎn)可變壓縮比發(fā)動機(jī)的出現(xiàn)是否是發(fā)動機(jī)最后的光芒，我認(rèn)為恰恰相反，這絕對不是最后一臺可變壓縮比發(fā)動機(jī)，肯定會有更多廠商進(jìn)入這個領(lǐng)域，與混動車相比，誰笑到最后還不一定。

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