导语：上世纪，汽车发动机可以说是自然吸气发动机的世纪，如今随着涡轮增压器性能的快速成熟与发展，涡轮增压发动机也“忽如一夜春风来，千树万树梨花开”！各大品牌汽车主机厂不遗余力的推广、使用涡轮增压发动机，小到1.0T、1.2T，大到2.0T、3.0T，似乎不带涡轮增压发动机的汽车就不是好汽车。而作为“大哥”的自然吸气发动机却是渐行渐远，大有退出江湖的局面，很多汽车厂家几乎对自然吸气发动机采取了一刀切的政策，像大众的全新发动机EA211、通用的第八代Ecotec发动机，无一不是全部以涡轮增压发动机为主。

可以说，经过将近一个世纪的发展，自然吸气发动机的性能突破，在现有的科技水平下，已经接近极限，虽然作为自然吸气发动机主要推崇者的日系汽车，丰田和马自达还在苦苦追寻性能提高之道以外，其他品牌也不得不转战涡轮增压发动机领域。那么，自然吸气发动机究竟还有没有性能提高的可能？未来涡轮增压发动机性能有没有继续提高的空间？

一，自然吸气发动机性能提高之惑

1，自然吸气发动机现状

自然吸气发动机，顾名思义，就是不需要外力作用，由活塞运动造成燃烧室产生负压，空气经过空气滤芯进入燃烧室和燃油混合，燃烧后热能转化为动能的发动机。自然吸气发动机具有传统的3大特点：

加速平顺。自然吸气发动机的进气量和喷油量在汽车行驶加速过程中，通过节气门的开度起到调控的目的，所以变化值相对比较稳定，加速也就比较平顺。

动力、燃油性能稳定。配合双VVT可变气门正时技术的应用，让进气和排气变得更加智能，更加精确，即在保证动力的前提下可以做到节省燃油。

生产工艺成熟，维修保养率低

。自然吸气发动机制造技术、材料使用和装配工艺上，现在已经提高到很高的阶段，配合高品质的全合成机油，自然吸气发动机可以做到1万公里以上再保养，并且发动机机械故障的发生率基本为0。

但是，传统的自然吸气发动机因受进气量的限制，所以发动机功率输出有限。突破之道，也就只有在进气系统上进行优化了。

2，自然吸气发动机之阿特金森循环和米勒循环

传统的发动机燃烧做功形式基于奥托循环，中规中矩，有好多燃料就产生多大的功率，不会多也不会少，还要前提必须在理想的空燃比14.7:1的情况下才能实现。可是理想和现实就像人类和宇宙，你能去，但不可能经常去。

为了解决这个难题，提高燃料利用率，或者叫发动机的热效率就成为自然吸气发动机提高性能的重要途径。通俗的讲，就是能不能有一种途径，可以“即要马儿跑，还要少吃草”？因为奥托循环的特点就是发动机的压缩比和膨胀比是一样的，压缩消耗功率，膨胀产生功率，两者抵消，最后真正产生的有效功率就会降低，这还不包括发动机散热带走的热量。

其实早在18世纪，就有提高发动机热效率的理论研究，1882年，英国工程师阿特金森就率先实现了膨胀比大于压缩比的阿特金森发动机循环系统，由于奥托循环在发动机进气系统上的专利，阿特金森循环只能通过复杂的连杆机构来实现。到1947年，美国工程师R.H.米勒重新取得了通过改变进气时间以控制进气量的米勒循环专利。

无论是阿特金森循环还是米勒循环，要实现的目标都是一样，就是膨胀比大于压缩比，也就是让做功阶段多于功率消耗的压缩阶段，只是在实现这一目标的方式上有所不同：

阿特金森循环需要复杂的连杆机构，所以发动机一要体积大，二就是稳定性相对较差，不适合大范围使用；

米勒循环只需要对进气系统结构进行优化，让进气门提前或者延迟关闭，就能实现膨胀行程大于压缩行程，提高发动机热效率。所以，现在是采用最多的循环模式。只是由于专利的限制，大众汽车的米勒循环是采用进气门提前关闭的方式，而丰田、马自达则是通过进气门晚关的方式来实现米勒循环。

但是米勒循环，终究只是减少了压缩行程，也就是说，进气量被刻意的减少，所以，米勒循环的实质其实就是减轻了压缩阶段的功率消耗，而凸显了膨胀行程做功的功率。就像是把天平的一侧减少了重量，而另一侧看起来是多了，但总量仍然没变。因此，米勒循环在发动机低速低负荷阶段，具有很高的燃油经济性，在发动机高速高负荷阶段，就会显得力不从心。

可以说，自然吸气发动机即使使用了米勒循环，性能的提高也仅仅局限在了低速阶段，所以，单独存在的意义不大。其中，大众汽车的三代EA888和全新EA211发动机就是采用米勒循环和奥托循环相结合，兼顾油耗和动力；丰田则是阿特金森循环和电机相结合，形成混动动力系统。

因此，自然吸气发动机发展到今天，基本上性能已经得到充分的发挥，再要提高，必须要有更先进的科技来支撑，只是目前仍然没有出现。

二，政策法规等不了自然吸气发动机再发展

全球能源、环境严重恶化，已经出现了跷跷板效应，能源越来越少，空气质量越来越差，而在污染物的排放总量中，汽车尾气的排放占到相当大的比例，但是，总不能不让汽车上路行驶吧？现实倒逼汽车发动机必须能做到低排放、低排量、高功率，还要做到最好。

所以，汽车的发展就面对两条路可以选择：一是全部采用电力为能源，那就意味着燃油发动机将逐步被取消；二就是发动机小型化，尽量的在保证功率够用的基础上，实现小排量、小排放。而这第二条路，除了涡轮增压发动机以及涡轮增压发动机和米勒循环相结合的发动机，已经没有其他途径了。

三，涡轮增压器的“黑科技”

一将封侯万骨枯。涡轮增压发动机显然已经成为燃油汽车发展的最后一个救命稻草，至少在目前看来是。那涡轮增压器能不能肩负起历史重任呢？涡轮增压器表示：没有金刚钻不揽瓷器活！

1，可变截面

传统的涡轮增压器涡轮一侧导流叶片结构单一，往往需要较强的排气压力才可以完全启动，所以会形成涡轮迟滞，从而影响发动机的功率输出。

全新的可变截面增压器实现了发动机低速低排气量和高速高排气量不同工况下的导流叶片使用范围，使发动机的进气更加趋于合理，并且增加了涡轮的响应速度，一句话，可变截面涡轮增压器将变得更加智能。

2，电动泄压阀

液压阀的作用可以调节发动机的进气压力，让发动机始终保持在一个合理的进气状态下，以保证发动机的功率输出。不过，电动泄压阀则是通过ECU对进气压力的适时监测，更精准的掌握进气压力的变化，然后要做出迅速响应，迅速启动，迅速调整，就必须依靠电动泄压阀和废气排放阀相互配合，共同完成进气压力的控制，以维持发动机合理的进气压力，从而让发动机保持稳定的、高效的功率输出。

3，单涡轮双涡管

单涡轮双涡管就是将一个涡轮增压器的气流在经过涡管时分为两股气流，每股气流负责相对应的一侧气缸，与双涡轮相比，单涡轮的设计降低了排气脉冲相互之间的干扰，使涡轮的响应和效率进一步的得到提高，尤其在大排量发动机上的使用，将过去的双涡轮每三个气缸各自驱动一个涡轮升级为每三个气缸各自通过一个涡轮进气管道共同驱动一个涡轮，这样，高效率必然带来高性能，对发动机动力性能和燃油经济性有着举足轻重的作用。在新BMW X6和新BWM5系上就将采用这种结构形式的涡轮增压器。

四，涡轮增压发动机仍有提升空间

做个设想，涡轮增压发动机主要是通过进气量的增加而实现的发动机功率提升，并且效果明显，这里面，提高的进气量，其实就是氧气含量，而氧气在空气中含量较高，大约21%，另外的78%，则是氮气。氮气虽然性情平稳，但是在高温下，将会和氧气反应成氮氧化合物，对空气形成污染。

如果在涡轮增压发动机的进气系统中，增加一个空气分离装置，进一步提高氧气的含量或者降低氮气的含量，意义同样巨大，那么将会带来一个结果：发动机性能进一步提高，尾气排放进一步降低。当然，这只是一个设想，涡轮增压发动机有自己的路要走。

总结：自然吸气发动机目前限于科技的有限发展，能做到41%的热效率已属不易（丰田），不过，涡轮增压器的升级与发展，将使发动机性能的提高变得更有可能。将来的局面应该是：自然吸气发动机结构、强度进一步增强，涡轮增压器继续优化，强强联合，共生共存！