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之前的講堂講了好多期混合動力，是不是現在廠家都不怎麼研究內燃機了？畢竟混合動力簡單粗暴，加個電池電機油耗刷刷往下掉。並不是，至少還有許多技術控正在努力提高內燃機的自我修養。就說最近要國產的那款全新英菲尼迪QX50吧，它用的發動機就堪稱黑科技。

爲什麼可變壓縮比是黑科技?

內燃機要發展，突出一個“變”字，從可變氣門正時開始，工程師們讓發動機各個部分一一變的可動了，可變歧管、可變幾何渦輪、可變氣門升程、噴油方式也要變，從歧管噴射變到缸內直噴還不夠，要混合噴射，兩個一起來。甚至點火方式也要可變，汽油機傳統的火花塞點火、柴油機傳統的壓燃，都要整合到一起換着花兒樣用。

爲什麼要可變呢？因爲汽車的駕駛環境多變，進而對其唯一的動力來源——發動機也提出了很高的要求。既要求運行穩定，可靠性高，又要爆發力強，輸出猛，還要效率高，省油並且排放低，這麼多疊加甚至相悖的要求，不可能通過某種固定的設計來滿足。因此我們可以看到有的發動機注重性能，但油耗高了，而有的發動機油耗低了，動力不夠，另外NVH又做不好了。介於這種現狀，各種可變技術應運而生。

這回我們的主角VC-Turbo發動機，就把“可變”運用到了極致，它連壓縮比都可變了。其實汽車發動機領域，可變壓縮比技術的研究歷史並不短（後文我們會對此介紹），但由於解決方案諸多，而且不同程度地增加機械結構複雜性，這讓很多品牌在此前功盡棄。之所以說英菲尼迪應用了這項黑科技，最爲重要的原因是其解決方案成熟有效。當然，在解決技術難題之後更重要的是，實現了量產！

首先，壓縮比是什麼？

活塞往復式汽油發動機的工作原理是：依靠汽油和空氣在汽缸中燃燒推動活塞往復運動。當活塞運動到汽缸的最低點，此時的位置被稱爲活塞下止點，這時汽缸容積最大，包含燃燒室容積和汽缸工作容積，即汽缸總容積。當活塞向上運動，到達最高點位置時，即活塞上止點，此時所形成的容積爲燃燒室容積，它是整個活塞運動時形成容積最小的狀況。壓縮比就是汽缸總容積與燃燒室容積的比值。

那麼，壓縮比大和小都有什麼用？

一般來說，壓縮比大的發動機扭矩高，效率高。初中時都學過理想氣體方程，什麼查理定律、蓋·呂薩克定律、波義耳定律吧，還記得那個公式嗎——P1V1/T1=P2V2/T2。壓縮比大了，自然壓縮後的壓力和溫度也會越大。

壓力溫度越高，混合氣中的汽油分子能量就越高，越活躍，能夠與空氣充分混合（專業點叫霧化更好），輸出能力就對應提高。而且，依據奧托循環理論熱效率公式，隨着壓縮比的提高發動機的效率也會提高。

而另一方面，壓力之下除了爆發，還有可能造成“精神分裂”。汽油並不安分，如果壓縮比太高會產生爆震，少部分汽油不等點火被提前壓燃，類似柴油發動機工作原理。但和柴油發動機不同，汽油發動機這種因爲壓縮比過大導致的壓燃是不可控制的，並且產生強烈的衝擊和振動，不僅造成發動機運行平穩性下降，還會對發動機缸體和活塞造成嚴重損壞，縮短髮動機壽命。

尤其是對於增壓發動機，壓縮比的重要性更是凸顯，在增壓發動機中，往往爲了高轉速，增壓壓力大時防止爆震，其設計壓縮比一般低於自然吸氣發動機，這就導致其在低轉速，增壓壓力低時發動機效率下降，同時扭矩上升也很緩慢。

怎麼辦？那就讓壓縮比變起來，低轉速以及低負荷巡航時提高壓縮比，彌補因渦輪遲滯造成的動力缺失，並且提高效率減少油耗；而高轉速、高負荷時減小壓縮比，防止爆震，讓增壓器更放心大膽地加壓空氣，提高發動機的動力輸出。

可變壓縮比的研究歷史

壓縮比對於車輛性能的影響很早就被發現，因此可變壓縮比的概念出現很早，1947年誕生的米勒循環，以及現在多用於混合動力的阿特金森循環發動機就採用了提前關閉進氣門的方法減小有效壓縮比，而保持膨脹比不變的方法提高發動機的效率。

而真正從結構上改變壓縮比的探索從柴油機開始。美國大陸公司於1961年開始研究的用於坦克動力的AVCR1360-2可變壓縮比柴油機，採用了可變壓縮比活塞，壓縮比可在9:1~16:1之間變動，改善了起動性能和低速工作性能。

我國西安交大的王志達先生於20世紀70年代末研製成可變壓縮比擺盤柴油機，這種柴油機將擺盤設計成可以沿軸向移動的結構，通過控制擺盤的軸向位置來改變活塞的上下止點位置，使擺盤柴油機的壓縮比成爲可變的和可以調節控制的。

前蘇聯在20世紀80年代就由拖拉機研究所車拉賓斯克分所做了可變壓縮比柴油機的試驗研究，其達到了在相同的增壓條件下提高功率，提高部分負荷的經濟性，並降低發動機零部件熱應力和機械應力的目的。

早期可變壓縮比研究主要集中在柴油機領域，因爲畢竟它有高壓縮比的基礎，而汽油機的可變壓縮比實用化研究則晚的多，20世紀初，薩博開發了一臺1.6L可變壓縮比發動機SVC，壓縮比可在8:1~14:1之間變化。最大功率168kW，而百公里油耗僅爲8.3L。德國FEV開發了一臺壓縮比8:1~16:1之間可變的1.8L發動機，法國PSA則有MCE-5，壓縮比可在7:1~20:1之間無級調節。

雖然技術雛形誕生早，可這麼多年始終沒有一家公司能夠將其量產化。直到本文的主角，第一款搭載可變壓縮比Variable Compression-Turbo發動機的量產車：英菲尼迪QX50於2017年發佈，可變壓縮比技術纔算是修得正果，實現量產。這可是從1998年開始，經過接近20年的攻關。

可變壓縮比的實現方案

根據壓縮比的定義，可變壓縮比的實現手段大致有三種：1.改變氣缸蓋結構；2.改變缸體結構；3.改變活塞及曲柄連桿機構。

方案1爲薩博SVC發動機採用的方案，將氣缸和氣缸蓋設計成一個整體，缸體和氣缸蓋通過一組搖臂動態連接，使其能夠相對曲軸移動一定位置，改變燃燒室容積，進而改變壓縮比。

方案2是藉助於氣缸蓋裏面的副活塞或氣門來改變燃燒室形狀進而改變壓縮比，福特曾研究過這個方案。

方案3利用具有特殊結構且壓縮高度可變的活塞來改變燃燒室容積進而改變壓縮比。代表是由英國內燃機研究協會研發的BICERA可變壓縮比活塞，其結構由內、外活塞，上、下油腔和兩個止回閥以及限壓閥和節流閥等組成，內、外活塞之間構成上、下油室，通過液力耦合可相對移動，改變上、下油室體積，從而改變活塞的壓縮高度。戴姆勒-奔馳的可變壓縮比發動機也採用這種可變活塞高度設計。

方案4利用一個偏心的曲柄銷或一根長度可變的連桿通過改變活塞高度來改變燃燒室容積進而改變壓縮比。

方案5的曲軸支承在一個偏心器上，利用特定手段使偏心器旋轉一個角度，就能改變曲軸在豎直方向上的位置，進而使活塞沿氣缸中心線移動，燃燒室容積隨之改變，這樣也實現了改變壓縮比。

方案6的曲軸也支承在一個偏心器上，與方案5不同的是，它藉助於齒條推動的傳力方式而不是偏心器使曲軸移位進而改變壓縮比。

方案7、方案8、方案9都是藉助於多連桿方式並且加設一根操縱桿而實現可變壓縮比的，日產便是採用了這樣的方案。

VC-Turbo技術詳解

如圖所示，英菲尼迪VC-Turbo發動機在傳統的發動機基礎上取消了平衡軸，改爲一套多連桿機構，相當於在曲柄和曲軸之間加入了一根L-Link，L-Link和U-Link一同承擔了原先曲柄的作用，通過L-Link的角度，就可以改變曲柄的長度，從而實現了壓縮比的可變。整套系統由執行電機控制，因此，可以實現無級調節壓縮比。

這臺可變壓縮比機構還有其他兩個優點。第一個優點是活塞的往復運動幾乎接近正弦曲線; 第二個優點是顯著降低了活塞的敲缸聲。前者使直列4 缸發動機特有的慣性二次振動接近於零，而後者由於增加連桿而導致摩擦增加也相互抵消。這些優點是經過數億次對連桿配置進行計算機仿真所獲得的結果。

這張圖清楚地展示了同樣達到上止點時，活塞高度的差異

看上去是不是沒什麼難的？的確，從機械設計角度，這套多連桿機構並沒有什麼難度，但千萬不要忘了，這套系統可不是僅僅實現“動起來”就夠了，這可是曲軸，一臺發動機中受力最大的地方，它必須要承受氣缸內巨大的衝擊、高溫惡劣的工作環境、每分鐘數千次的應力循環、而且還得保證在壓縮比變化過程中始終處於動平衡、增加的控制裝置不能太複雜、這麼多的可動部件效率、可靠性又如何保證？就算上面都解決了，成本，體積、重量呢？全都是問題。

FEV倒在了動平衡之下，MCE-5倒在了開發成本上、SVC倒在了巨大的交變應力和輕量化下，他們都沒能夠實現量產化。只有英菲尼迪，在經歷了4次迭代、大量仿真測試、幾何、材料優化之後，花了將近20年，終於解決了這一系列的問題。呈現在我們眼前的就是這一臺VC-Turbo發動機。

啓動時，減少暖機時間，使發動機快速進入狀態。低負荷時，ECU控制發動機採用高壓縮比，提高燃油經濟性；高負荷時，比如深踩油門加速時，迅速切換至低壓縮比，建立較高增壓的值，帶來高輸出。在此過程中，中控還會實時顯示發動機的工作狀態，讓駕駛者親眼和親身體會到科技的作用。

這臺發動機還不僅僅有可變壓縮比，它可變的還多着呢。直噴和進氣歧管多點噴射可變、進排氣正時可變、奧托/阿特金森燃燒循環可變、機油泵排量可變……還有缸蓋集成排氣歧管、氣缸內壁鏡面處理、多路徑水冷控制閥、主動式發動機減振降噪支架等等先進技術共同打造了一套輕量化、低排放、強動力的發動機。

即將國產的全新英菲尼迪QX50上，我們就能夠親身體驗到這樣一款黑科技滿滿的2.0T發動機，最大功率200kW，最大扭矩390牛米，油耗降低30%的同時平順性還媲美V6，嗯~~啥時候上市？真希望越快越好啊。

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