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内燃机发展新高峰 全球首款量产可变压缩比VC-TURBO2.
汽车大学 63浏览 2019-05-17

如果要评选今年汽车发动机行业发展的热点,来自日产的VC-TURBO 2.0T发动机,必然要被提及。作为全球首款量产的可变压缩比发动机,VC-TURBO登上了传统内燃机发展的一个新巅峰。

对比目前主流的2.0T发动机不难发现,日产VC-TURBO 2.0T不仅实现了动力性能的全面提升,同时还在节油上,做到了顶尖水平。

日产VC-TURBO是如何做到的?

可变压缩比的最终量产

什么样的女人堪称完美?「上得厅堂,下得厨房」。什么样的男人是女人的理想伴侣?「帅气多金,温柔体贴还专一」。无论是人还是物,要达到理想状态,一定是全面的优秀。但在现实生活中,理想往往只能是理想。个中曲直,各位自有感悟。

人是如此,物亦同理。就说在发动机的性能上,动力的强弱,和油耗与排放就是一对矛盾体,很难做到两相宜。

但也不是完全没有可能,发动机工程师们拥有一把万能钥匙——可变。只要你稍微懂一些汽车技术,你至少应该听过VVT可变气门正时,或者VVL可变气门升程。再深入一些,还有可变进气歧管、可变排量机油泵、发动机闭缸技术(发动机排量的可变)等等。

种种可变技术的诞生,目标都是为了让发动机能够在更多的使用工况下,处于理想的状态。就拿VVT技术来说,在需要强动力时,延长气门打开的时间,使更多的空气和燃油进入气缸;而不需要动力很强时,反其道而行之,从而节省燃油。

以上笔者提到的种种可变技术,都已经基本普及,但有一种可变,却还是新鲜事物,它就是可变压缩比。

压缩比的大小,与发动机的性能有直接关系。但要改变压缩比,其难度不亚于改造一个人的性格——江山易改、本性难移啊!

目前市场上在售的量产发动机中,马自达的创驰蓝天技术是最早称为可变压缩比的发动机。但是究其根本原理,实际上还是进气门开闭上的功夫。而日产VC-TURBO发动机之所以被称之为首款量产可变压缩比发动机,是因为它是在机械结构上,真正实现了压缩比的可变。

从机械结构上实现压缩比的可变,这个概念并不新鲜。萨博、奔驰、福特、日产等世界级大厂,以及德国FEV、法国Development这样的发动机工程供应商等,都曾经发布过相关的技术设想,甚至造出了测试样机。但坚持研发并最终实现量产的,日产VC-TURBO是第一家。

通过对曲柄连杆机构的重新设计,日产VC-TURBO发动机实现了连杆运行高度的变化,从而实现了排量和压缩比的变化。其排量在1970ML和1997ML之间变化,而压缩比则是在8-14之间变化。

压缩比改变之后,带来的好处显而易见,在需要强动力时,降低压缩比,从而能够在燃烧更多燃油的同时,还能避免爆震的发生;而在不需要强动力时,提高压缩比,实现稀薄燃烧,从而实现节油的目标。

VC-TURBO发动机的压缩比在1.2秒的时间内,完成从8:1到14:1的调整,调整速度很快。而这也意味着两点:其一,如果电脑判断当前需求压缩比在这个范围之间,其压缩比的调整会比1.2秒更快;其二,其压缩比是在8:1到14:1之间连续可变的,而不只是两极选择。

正如上文所述,发动机变压缩比的想法并不新鲜,但最终实现却只有日产做到了,这说明要实现这个技术,难点并不仅仅在于机械结构的精妙,更在于整个发动机系统的配合。

改变后的结构件强度是否能够达到强度和耐久度要求?结构的改变如何能够不导致发动机变得更重,或者体积更大,或者带来多余的振动?更高压缩比的情况下,燃油系统、点火系统等是否能完全支持?

正因为有这些问题需要解决,才使日产VC-TURBO发动机从1998年就提出了概念,20年后才最终量产、也只有日产一家实现量产的原因。这也是为什么,业界将VC-TURBO发动机誉为具有革命性意义的内燃机。

VC-TURBO是各种可变技术的集大成者

尽管日产VC-TURBO发动机的机械可变压缩比堪称燃油内燃机的一次革命,但这款发动机的杰出性能,却并不是这一项技术就能够实现的。

汽车燃油发动机发展到今天,为了提升燃油效率,只能在各种细节上不断优化才能实现。对日产VC-TURBO发动机同样如此,翻开它的新技术清单,你会发现「可变」二字,几乎已经渗透到每个角落。

可变压缩比上文已经详述,而除此之外,在燃油供给系统中,它有歧管喷射和缸内喷射两种喷射方式,灵活使用;在气门正时系统上,它有可变气门正时系统,实时改变气门相位;在冷却系统上,它有可变路径水冷控制,既能以更快的速度实现热机,又能在热机状态下实现良好的冷却;在润滑系统上,它有可变排量机油泵,保证润滑的前提下,还能减小机油泵的功率损失;在进气系统上,它有单涡流涡轮增压技术,用轻量化的涡轮叶片实现更快的低速涡轮响应,减小迟滞现象……

内燃机的五大系统和两大机构,日产VC-TURBO发动机几乎都实现了可变控制,这才是这款发动机具有顶级表现的核心。而机械可变压缩比,可称之为这款发动机最后的画龙点睛之笔。

总结:传统内燃机再一次焕发青春

近年来,汽车动力电气化已经公认为必然趋势,所以在很多人看来,传统内燃机已无继续深挖的必要。但实际上,国际汽车厂商大多数都在两条腿走路,一方面继续研发传统内燃机,保持自身优势;另外一方面在电气化上也同步进行,及早把握未来。

日产是两条腿走路的代表性企业,其电动车LEAF早已上市,应该说,在动力电气化上,它同样是领先的。而VC-TURBO发动机的正式量产,体现了日产在传统内燃机上依然在孜孜不倦的追求更新的技术,更高的综合性能。这款优异发动机的问世,让传统内燃机再次焕发了青春,也是「技术日产」的最佳注脚。

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