比创驰蓝天更牛，将搭载于新一代天籁 日产VC-TURBO可变压缩比发动机技术详解

对于汽车行业那些工程师，我一直心存敬意，如当年马自达的“转子之父”山本健一和他的47勇士、本田NSX的那群开...



对于汽车行业那些工程师，我一直心存敬意，如当年马自达的“转子之父”山本健一和他的47勇士、本田NSX的那群开发工程师、雷克萨斯的传奇超跑LFA的总工程师棚桥春彦和他的团队、马自达的创驰蓝天之父人见光夫......正因为他们，怀着一颗匠人的极致之心和不妥协的精神，才让我们看到了那么多展现机械魅力的经典之作。

在纯电动、插电混动大行其道且要成为未来汽车主要动力的当下，我以为在继创驰蓝天之后，汽车行业很难会再有令人震撼的极致产品诞生，直到它的出现----来自日产的世界首款量产可变压缩比发动机，我意识到，这将又是一款载入汽车史册的经典之作。而且很幸运的是，我还亲历了它的三大发明人之一时年53岁的茂木克也先生，为我们解析这台发动机的技术。VC-TURBO发动机从1998年即开始立项，日产用了20年时间，终于将它进行了量产装车，而它的三大发明人之一茂木克也也由一个刚刚三十而立的青年变成了一个慈祥、白发丛生已过半百老头。正如当时同在现场的上海交通大学教授许敏称“日产的这台VC-TURBO发动机是具有革命性意义的，想让压缩比可变是所有搞发动机的人几十年，甚至上百年，自从发动机发明以来最大的梦想之一，甚至说最大的梦想也不为过。”

压缩比是指活塞在气缸内下止点（BDC）时气缸最大容积与活塞在气缸内上止点（TDC）时燃烧室最小容积之比，一直以来发动机压缩比都是恒定不变的，压缩比越高，混合气更易点燃且燃烧速度更快更充分,热效率更高排放降低，但同时也带来爆震、容易过热、动力偏弱等问题。反之，压缩比降低，虽然爆震、动力偏弱等问题解决了，但是伴随着的是燃油效率下降和排放增加。而可变压缩比就是发动机可以自行根据工况需求调节发动机的压缩比，在低负荷时自动增大压缩比以达到改善排放，降低油耗提升的目的，在高负荷时降低压缩比来提升发动机的动力输出。实现动力与燃油经济性相兼顾。对于可变压缩比发动机的研究，日产并非是唯一一个。在2000年，萨博就曾推出第三代（前两代的样机因为没有达到所设想的要求没有量产）可变压缩比发动机，采用上下分体式设计，缸盖与缸体为上半部分，曲轴箱为下半部分，中间通过橡胶密封件与支撑杆连接，工作时，曲轴箱位置不变，通过偏心凸轮的转动改变缸盖与缸体的位置，从而改变了燃烧室的容积，实现了在8~14的压缩比之间自由调节。当时这台排量仅为1.5L的机械增压发动机其最大功率高达225马力，最大扭矩达到了304牛米，数据直逼现在不少的2.0T发动机，但是遗憾的是这款发动机还能未来得及量产，萨博却已经没了。2009年，标致也推出了自己的可变压缩比发动机VCRi，这台发动机采用了区别于传统发动机的活塞与连杆一体式连接，通过同步轮带动活塞连杆做上下往复运动推动曲轴转动，其次在活塞连杆的一侧增加一组液压控制机构，液压控制机构通过中间的杠杆与活塞连杆相连接，当液压控制机构做上下运动时，活塞连杆做相反方向上下运动，从而实现了压缩比可变。而且惊人的是，这台排量为1.5L双涡轮增压发动机的压缩比可调范围达到了7~20，并拥有217匹的最大马力和420Nm的最大扭矩，而百公里油耗仅为6.7L。

当然，除此之外、研究可变压缩比的还有丰田、现代、保时捷等等在内的车企，但遗憾的是，或因为成本、或因为结构太复杂等等原因，它们都没能量产成功，一直到日产，可变压缩比才终于实现量产化。日产VC-TURBO的压缩比被设定在8~14之间，和标致一样，日产还是通过改变发动机内部连杆机构实现压缩比可变，日产在原有的曲柄机构上再增加了一组复杂的多连杆结构，通过驱动电机精确控制，在需要高压缩比的情况下电机会驱动连杆以及曲轴，将它的位置定位下放，实现高压缩比，反之则上移实现低圧缩比。活塞和连杆位置的整体大约6mm左右的上下位移空间，从改变了燃烧室的容积，实现了压缩比连续可变。

通过下表可以看到，和马自达的创驰蓝天、丰田最新的Dynamic Force发动机最高热效率只存在特定范围不同，VC-TURBO的高压缩比也就是高热效率区间可以涵盖日常最常用的转速区间。此外，由于内部增加了多连杆结构，VC-TURBO发动机的活塞运动情况相对于传统的发动机，它的轨迹更接近正玄曲线，避免传统发动机工作过程中因为上止点运动快，下止点运动缓慢而产生二次振动，同时还由于VC-TURBO发动机的推杆几乎处于直立的状态，大幅度减少活塞在运动过程当中的摩擦，因此VC-TURBO发动机相比传统的四缸发动机运行要更加平顺、稳定。当然，除了可变压缩比这项牛逼的技术外，这台VC-TURBO发动机还运用了阿特金森与奥托双循环技术，阿特金森循环可以有效的提升发动机热效率，奥托循环则可以压榨动力输出，此外还有日产的歧管+缸内直喷双喷射技术，歧管喷射可以有效降低发动机在低负荷下因燃烧不充分产生的废气排放和气门积碳现象，缸内直喷则可以更精准的控制喷油量，提升燃烧效果和动力输出，以及可变排量机油泵、可变多路径水冷控制、集成式排气歧管等技术。

而这台集诸多黑科技于一身的VC-TURBO发动机实际所达到的效果又是怎样的呢？从开发之初，日产对于它的动力性能对标目标便是3.5L V6发动机，这台发动机也已经搭载在海外的Altima上面，即将上市的新一代天籁也会搭载。从Altima的输出参数来看，发动机的最大输出马力为250匹，最大扭矩为380牛米。在同排量的发动机当中处于佼佼者的存在，即便是面对豪华品牌的奔驰的M274、宝马最新的B48和奥迪的第三代EA888高功版都有着一定的优势。

当然，对于这台可变压缩比发动机的可靠性，日产也做了大量的测试与验证。茂木克也表示，这台发动机经历了超过3万小时试验台测试，超过300万公里道路测试；近600辆测试车在美国以及全球范围内对于不同气候与天气进行测试；发动机在每分钟20000转下来确认和隔离振动等。

此外，关于大家比较关心的油品方面，茂木克也也表示，由于可变压缩比技术，所以日产的这台VC-TUBRO相比传统的发动机，也有更好的油品适应性，完全可以适应90、92、95以及一些地方还存在的93、97甚至乙醇汽油，不过他还是推荐大家使用95号汽油，这样可以更好的发挥出发动机的燃油经济性和动力。

纯电动驱动替代传统燃油动力，似乎已经成为了不可逆转的趋势，在创驰蓝天、Dynamic Force以及VC-TURBO上，我们看到了这群工程师们对于传统燃油动力的坚守。但是，在政策之下，这或许也将是我们能在国内看到的最后为数不多的一款具有革命意义的发动机了。

    关注 球叔教你买车