锦程说车 | 一切源于1998年,内燃机的一场革命已经悄然而至

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以下谈到的这项技术,是内燃机的一场革命。

可变压缩比?稍为懂引擎知识的朋友都觉得是不可思议。坦白说当我第一次看到日产VC-TURBO引擎为了可变压缩比设计的复杂的曲轴连杆时,对这件事情更是抱有怀疑态度:未来这副引擎的可靠性怎么样?不会是一拍脑袋想出来的“黑科技”吧。

VC-TURBO的开发人茂木克也先生茂木克也先生

上海交通大学汽车工程研究院院长许敏

日产引擎方面的高级工程师,也是VC-TURBO的开发人茂木克也先生给我们上了一节非常专业的技术课。就是那种让门外汉一听就会呼呼大睡或者马上离开,但汽车爱好者们却兴奋无比的技术课。

首先,折腾压缩比有什么好处?

一句话,压缩比越高的引擎效率更高,你给它一点点油就能干更多的事情。但压缩比越高反作用就是引擎的扭力会变差,也就是动力会差一些。引擎动力的根本就是在短时间内让它烧更多的油,但压缩过程太厉害燃油温度会升高,温度太高那么极有可能火花塞还没开始点火,气缸里的燃油就自己烧起来,这就是爆震。

爆震是一件非常危险的事情,它会损坏引擎。所以全世界的引擎工程师都在纠结一个问题,设计一款引擎时应该采用什么样的压缩比?

以热效率达到40%的丰田凯美瑞引擎为例,它的压缩比达到了14,而马自达创驰蓝天引擎在国内达到了13,在油品好的国外也达到了14。但注定它们俩是一副注重省油,但提速度和瞬间爆发力很一般的引擎。

奔驰A45 AMG压缩比只有8.6:1

另一处极端是奔驰A45 AMG那副2.0T输出高达381马力和450Nm,但它的压缩比只非常低的8.6。这个设计与当年三菱红头4G63的路子一样,就是靠大涡轮和大喷油量来提升动力,大喷油量注定就是不省油的灯。如果你猛一点去开它——不在加油站,就在去加油站的路上。

所以全世界的引擎工程师都有一个梦想,如果引擎的压缩比可以变化,那很多问题都会迎刃而解。因为你想在城市代步或高速巡航时不需要高输出时,可以选择高的压缩比,而突然需要强大动力时,可以随意调低压缩比。

也有一些品牌作过这方面的尝试,例如丰田和已经倒闭的萨博,但它们的产品仍是实验室阶段,距离真正的量产还有时间。

英菲尼迪QX50

2019款日产Altima

全球第一款量产VC-TURBO可变压缩比引擎,已经由日产开发成功,最先用在直列4缸2.0T涡轮增压引擎上,目前这副KR20DDT引擎已经搭载在英菲尼迪QX50上面,在北美已经用在2019款日产Altima上,Altima也就是很快会国产的东风日产全新一代天籁。

多连杆结构是技术核心

普通引擎内部有一个部年是百年不变的,就是推动气缸活动的连杆以及下方的曲轴箱——活塞在气缸内往复运动,每一次的行程都是固定的。一百多年前引擎改进就像是搞房子装修,而这个气缸的行程就相当于房子的面积,怎么装修面积都变不了。

控制器看推动多连杆实现最高14:1的 高压缩比

8:1的 低压缩比提升动力

日产工程师在这个连杆上打起了主意,用一个复杂的多连杆代替了普通的固定式连杆,然后4个气缸一共4个连杆统一由一个电动机驱动的控制器去控制。当控制器工作的时候,气缸到达上止点最多有6mm的行程可以改变。

别小看这6mm的变化,这足以让压缩比从8:1变化到14:1,实现在高性能和高效率之间最佳的平衡,而且这个变化可以是自动无级调节的。

另外还有一些非常大的好处是,普通引擎的连杆直接连接曲轴,与活塞之间形成一定夹角;而使用了多连杆后,连杆的机械运动可以实现完全的垂直。完全垂直的降低了活塞与气缸壁之间受力,从而降低了摩擦。

同时VC-TURBO也因此实现了低振动,普通直列4缸引擎需要加装平衡轴,而VC-TURBO并不需要平衡轴。

源于1998年,历时20年开发

茂木克也谈及VC-TURBO的开放过程,这完全就是一部描述日本匠人精神的教科书案例——VC-TURBO的核心部件构想和专业启于1998年,至今已经20年历史。

在这20年间,茂木克也与及他的团队经历了无数次试验,终于解决包括控制器小型化、量产化等技术难题,实现了全球第一副可变压缩比引擎的量产化。可以想像,近年来日产在涡轮增压引擎方面动作比慢,甚至旗下英菲尼迪还要借用奔驰的2.0T引擎。

原来日产在等这副VC-TURBO引擎研发成功,讨论会上有媒体问到:日产VC-TURBO与奔驰2.0T有什么技术参考?茂木克也先生回答:“两者没有一个零部件相同。”

关于VC-TURBO的疑惑

任何新技术都不是完美的,它都有一个进化的过程。对于革命性的VC-TURBO引擎我仍然有几点疑问:

一、VC-TURBO会增加多少制造成本,非豪华使用性价比如何?
二、实战效率如何,真的会省油、好动力么?
三、如果复杂的结构,可靠性和耐用度怎么样?

目前采用VC-TURBO技术的,只有日产的直列4缸涡轮增压的KR20DDT引擎,这副引擎已经搭载在英菲尼迪QX50上面,在北美已经用在2019款日产Altima上,Altima也就是很快会国产的东风日产全新一代天籁。

QX50定价并没有因为VC-TURBO而提高,而既然在天籁这一级别的车型上可以大方应用,成本问题应该可以放心了。

油耗方面日产宣称对比相同功率的V6引擎提升27%燃油经济性,油耗远低于2.0T及1.5L。而动力远超2.0L引擎水平,媲美3.0L甚至3.5L引擎性能,而且加速响应更快。不过实战效果怎么样,期待以后的正式试驾才能证明。

可靠性和耐用度怎么样?茂木克也谈到引擎技术核心——精度是性能与耐久性的源头。

VC-TURBO为何选择多连杆结构?多连杆是由轴、销、轴承、衬套等一般机械要素构成,原因是机械加工设备主要以旋转切削为主,圆孔(轴承)与圆筒(轴)的加工精度较容易做到。如果一般的加工都能轻松做到要求的精度,那副引擎的可靠性就更加有保证。

最后还是强调那一句,任何新技术是否真的优秀,都有待时间的考验。

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