[汽車之家 發動機技術] 我的同事舒寧在之前寫了一篇《2018汽車技術最火關鍵詞》，里面提到第一個關鍵詞就是“三缸發動機”——的確，更加嚴格的排放法規，低得變態的油耗限值，如今各種政策和強制規定對待汽車的態度著實不夠友好。但是，為了追求低油耗和低排放將發動機砍掉一缸也未免有些簡單粗暴，而且這樣的代價是犧牲了用戶體驗。那么，在未來三缸發動機是唯一的技術路線嗎？顯然，有些廠商并不這么認為。令人慶幸的是，被許多人認為是明日黃花的內燃機領域，在2018年有了許多令人振奮，甚至可以說是革命性的新變化。下面我們就來盤點一下，除了三缸發動機，2018年那些令人印象深刻的發動機。

追求極致：超高燃效發動機上市

　　2018年6月，豐田小型SUV雙子星奕澤IZOA/C-HR相繼上市，這兩款車繼續顛覆著人們對于豐田品牌的認知——無論充滿肌肉感的外觀還是動感十足的駕乘體驗，都洋溢著青春運動的氣息。不僅如此，它們的心臟——來自TNGA架構的Dynamic Force系列2.0L自然吸氣發動機熱效率達到了40%，是除了混動車型以外，目前市面上熱效率最高的發動機。

　　內燃機從發明至今已經有100多年的時間，在這期間內，汽油發動機的熱效率從10%提升到了35%左右。可以說發動機的設計已經非常成熟，而在此基礎上每提升1%都意味著巨大的投入和研發工作。從能量守恒的角度來說，提升熱效率就意味著將每一滴燃油的能量利用到極致，比如說提升燃燒效率、減少熱損耗、降低摩擦。

　　Dynamic Force系列發動機的革新首先在于優化了氣缸內的燃燒效果：通過更大的進/排氣閥的夾角，以及激光熔覆工藝的采用，使得進氣阻力更加小，令混合氣體在氣缸內實現高速滾流燃燒；其次新設計的D-4S燃油噴射工藝和噴油嘴布置的優化，令燃油和空氣可以更好地混合，同時避免了燃油“濕壁”現象的發生；此外，可變排量油泵、電驅動水泵、低滾阻鏈條等設計則在最大程度上減少了動力的額外消耗。從上圖的技術細節可以看出，豐田對于發動機的優化工作都是一些技術細節，但凡事莫不如此：不積跬步無以至千里。細小的量變積累到一起，就可以實現跨越式的進步。

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　　說到高燃效發動機，我們不得不提的是另一家以制造發動機聞名于世的廠家——本田。在2018年8月29日，廣汽本田雅閣銳·混動版車型正式上市。

　　盡管新能源車型勢頭迅猛，但是不容否認的是在如今汽車市場上，占據銷量絕大多數的，仍然是裝備傳統內燃機的車型。因此，研究如何進一步提升燃油車型的效率，進一步降低燃油消耗量，更具現實意義。

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顛覆性的設計：日產VC-TURBO可變壓縮比發動機

　　如果說前文提到的發動機都是在原有發動機結構基礎上進行的精細優化，那么接下來說到的這款發動機，則是從發動機結構著手，對傳統的設計進行了大刀闊斧的改動和創新——它就是來自日產的VC-TURBO可變壓縮比發動機。按照官方的說法，通過革新，這臺發動機將低油耗、高動力以及媲美6缸發動機的運轉平衡性結合在了一起。

　　我們知道，通常來說發動機壓縮比越高，整體運轉效率越高。但是在一些工況下（比如高轉速、高負載條件下）過高的壓縮比就可能導致氣缸內的混合氣體過早點燃，導致爆燃的情況發生。如果能夠改變發動機的壓縮比，那就實現了低油耗和高動力的兼顧，無疑是許多發動機工程師的夢想。然而囿于發動機結構的限制，這一想法被擱置了數十年。

　　而日產的工程師則另辟蹊徑：將一套設計巧妙的多連桿裝置將曲軸同活塞連桿相連，通過改變連桿角度實現了壓縮比的變化。

　　上圖為VC-TURBO發動機可變壓縮比機構的主要結構。我們看到，當需要改變發動機壓縮比時，諧波齒輪驅動裝置可以轉動一個角度，從而改變這套多連桿裝置的幾何結構，使活塞連桿同曲軸的相對位置發生改變，實現壓縮比的變化。目前這款VC-TURBO發動機的壓縮比可以從8：1（高性能）到14:1（高燃效）之間無級變化，相應地，排量也從1991mL（8:1）到1970mL（14:1）之間變化。

　　采用可變壓縮比結構的這款發動機效果立竿見影：它的最大功率為272馬力，最大扭矩380牛·米，動力輸出在同級別中達到了優秀水準；其次燃油效率較之前的6缸動機降低了30-35%（視不同驅動形式而定）。

　　可能很多人在質疑：多出來的這套連桿裝置會增加發動機的體積和重量嗎？事實上，這款結構復雜的發動機較傳統的2.0T發動機在重量和體積上并無區別。秘訣就在于這套連桿由于巧妙的設計，令其活塞在做功行程幾乎是垂直向下運動，這樣一來就極大地降低了發動機整體的振動，從而省去了普通4缸發動機的平衡軸設計，很好地控制了整體重量和體積。

　　除此之外，當前發動機領域的諸多先進技術也出現在它的身上。比如它采用了歧管噴射/缸內直噴兩種燃油噴射方式，以及奧托/阿特金森兩種循環方式，配合不同的壓縮比，將發動機的潛力發揮到極致。

　　在高壓縮比狀態下，發動機采用阿特金森循環配合燃油直噴，最大程度地提升燃效，并且避免爆震；在低圧縮比狀態下，發動機則切換至奧托循環，從而實現更好的動力輸出。此外，冷卻循環控制、鏡面涂層技術以及變排量油泵的設計則進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缸發動機的平順性，日產VC-TURBO發動機將諸多看似矛盾的特點集成在了一起。其獨創可變壓縮比的多連桿結構，則打破了內燃機在100多年以來固定的設計，我不禁要為這種大膽而巧妙的創新點贊。

“理想的內燃機”：馬自達SKYACTIV-X

    在18年的洛杉磯車展上，馬自達發布了旗下全新一代馬自達3：同概念車幾乎相同的，由復雜型面包裹的車身下，隱藏了馬自達對于發動機的全新定義。

　　關于這套動力系統開起來如何，我的同事李博旭已經在去年體驗了裝載它的原型車，也就是披著老款外衣的新款馬自達3，大家有興趣可以點擊這里。

　　為解決這個問題，馬自達的工程師想到了一個特殊的辦法來提升壓縮比：利用火花塞點燃小部分混合氣，在燃燒室內制造一個“虛擬的活塞”，這樣一來就可以達成壓燃的條件。

　　使用壓燃帶來的效果立竿見影：壓燃可以實現稀薄燃燒，按照馬自達的設計，在壓燃狀態下氣缸內的空燃比為36.8:1，為點燃狀態下理想空燃比（14.7：1）的兩倍多。簡而言之，就是既省油又有勁兒。

　　這臺發動機的節油潛力有多大？馬自達宣稱，裝備SKYACTIV-X發動機的車型油耗媲美當今最先進的混動系統。

　　說到當今效率最高的混動系統，它們的設計邏輯大同小異：通過混動結構設計，令發動機盡可能運轉在高效區間，而電力系統充當“緩沖池”來協助發動機一起驅動車輛前進。這樣從能量守恒的角度來說，發動機運轉在高效區間的工況越多，就意味著用更少的燃料創造了更多的能量。簡而言之，混動系統存在的意義，是為了彌補內燃發動機的天然缺陷。

　　發動機性格大變之后，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，這樣一來就可以讓變速箱更加激進地令發動機停留在高轉速區間，這樣可以帶來更好的動力響應，而且是在不損失燃油經濟性的前提下。我非常期待全新馬自達3的表現：如果SKYACVTIV-X發動機能夠實現馬自達之前宣傳的承諾，那么毫無疑問它對于發動機行業來說是顛覆性的，說它是未來的發動機也毫不為過。

全文總結：

　　盡管技術路線不同，但是我們可以發現，之前我們提到的發動機有著共同的特點，那就是既省油又有勁，相較3缸渦輪增壓發動機來說，它們又在振動和響應特性上來說有著先天的優勢，絲毫沒有影響用戶體驗。雖然唱衰聲不斷，但是不得不承認，存在了100多年的內燃機，又煥發出了前所未有的生機。（文/汽車之家 王興宇）

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