如果要以一句最精簡的話來概括一款車的好壞,這句話必然是與動力系統有關的。例如:
“這車6缸的?高級!”
“0-100km/h加速只要6.4秒?厲害!”
“百公里油耗只要4升?技術好!”
相比於車內空間、造型設計、屏幕大小等指標,動力系統對於汽車的重要性總是最高的,因為這是成本佔比最高,也是技術含量最高的一個部分。
如今,動力系統的發展進入了電動化時代,一些內燃機以往難以實現的技術指標,通過電機都可以輕鬆完成。那是否意味著,內燃機已經沒有發展空間了?
![2.0T發動機遍地都是,為何就天籟的“超變擎”能鶴立雞群](http://p2.ttnews.xyz/loading.gif)
答案顯然是否定的。看吧,在2020年的“沃德十佳”發動機榜單中,採用純內燃機動力的就有六款,而純電動只有一款,混合動力(包括MHEV和HEV)則有三款。這說明了內燃機不但沒有消沉,而且還有著極強的生命力。
能入選“沃德”的,都是當下最優秀的動力總成,但如果要找一款最能代表內燃機技術高度的,我會選日產的VC-TURBO 2.0T可變壓縮比發動機。
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繼“沃德”後再獲年度技術大獎,VC-TURBO就是與眾不同
事實上,日產VC-TURBO 2.0T發動機已在2019年、2020年連續兩次入選“沃德十佳”。前不久,它還入選了我們“Dear Car 2020”年度車評選中的"Dear Tech "年度技術大獎。
當然,要論全球範圍內的權威性和影響力,我們的“Dear Tech”大獎與“沃德十佳發動機”評選沒有可比性。但可以肯定的是,無論在哪個評選中,日產這臺發動機之所以能入選,都離不開這個理由——它是目前世界上第一款也是唯一一款實現量產的可變壓縮比發動機!
可變壓縮比其實不是一項技術,但卻是最難實現的發動機技術之一。早在上世紀80年代Saab(薩博)汽車已經開始著手開發了,但最終因技術難度過高而終止。此後,現代、標緻、豐田、保時捷都先後涉足這項技術,但無一例外,都是以失敗告終。
圖為保時捷的可變壓縮比技術方案,他們在連桿內部裝了兩個小型液壓缸以實現壓縮比的改變,該方案目前尚在研究階段。
眾多技術巨頭都失敗了,為何就日產能成功?
答案在於堅持二字。在研究可變壓縮比技術的路上,日產並非一帆風順,在1998年剛提出概念的時候,就受到了不少挑戰和質疑,但工程師還是頂住了壓力,將難關逐一攻破。在20年的研發歷程中,日產共投入了200億美元的研發經費,採用了300多項創新技術,經歷了3萬小時的臺架試驗以及300萬公里的等效道路測試,最終將可變壓縮比技術實現量產應用。
日產可變壓縮比技術歷經20年研發,投資金額超過200億美元。
日產VC-TURBO 2.0T發動機的可以輸出185kW的最大功率、380Nm的最大扭矩,搭載這款發動機的東風日產第七代天籟,0-100km/h加速時間僅為6.4秒,達到一線豪華B級轎車的高功率版車型標準,同時其百公里綜合油耗也只有6.6L/100km,只相當於一款A級家轎。
突破汽車行業的技術瓶頸,做到動力與燃油經濟性雙重兼顧,是這臺VC-TURBO 2.0T發動機最大的魅力。對此,東風日產賦予其一個全新的稱號——“超變擎”。
如何把握髮動機“命脈”?關鍵在於控制壓縮比
想必你也會問,所謂“超變擎”真有這麼厲害嗎?它的可靠性經得起考驗嗎?要解答這些問題,必須先弄清壓縮比這事兒。
一般而言,在同等條件下,發動機的壓縮比越大,它對燃料的利用率更高,動力性能和燃油經濟性就越好,這點在發動機發展過程中有著明顯的體現。
從定義上說,壓縮比就是活塞運行到下止點時最大氣缸容積,與活塞運行到上止點時最小氣缸容積的比值。
我們以近十年日系車發動機的發展為例。2010年日產天籟的2.0L發動機,壓縮比為10.0,目前在售的第七代天籟,同樣有2.0L版本,壓縮比提升到11.7。在動力輸出方面,現款天籟2.0L版最大功率為117kW、最大扭矩為208Nm,比2010款提高了17kW、18Nm。油耗方面的差異更明顯,在工信部數據的數據下,2010款天籟2.0L版綜合油耗為8.9L/100km,現款則為5.9L/100km。
我們也對比了2012款和2018款凱美瑞,2006款和2016款雅閣,結果也是相似的(見上表)。不難看出,隨著技術的不斷進步,發動機的壓縮比有了不同程度的提升,隨之而來的,是更好的動力和更低的油耗。當然了,發動機的動力和油耗不是完全由壓縮比決定的,但壓縮比這個指標就像整臺發動機的“命脈”,決定了其整體性能的發揮。
第七代天籟的VC-TURBO “超變擎”發動機壓縮比可以高達14.0
那這是否說明了發動機壓縮比越高越好?
任何技術都有兩面性的,過高的壓縮比也會帶來弊端,最明顯就是發動機爆震,也即油氣混合物在火花塞點火前就因過高的壓力而進行非正常燃燒。這不但會導致動力下降、油耗升高,嚴重的更會影響發動機壽命。
對於渦輪增壓發動機而言,進氣壓力和溫度本來就比自吸發動機更高,在高壓縮比環境下更容易產生爆震。
可變壓縮比技術,就是為了解決這一難題而生,當車輛處於低轉速、低負載工況時,它會以14:1的最高壓縮比運行,最大程度降低燃油消耗;當車輛處於高轉速或高負載工況,也即急加速的時候,壓縮比則降至8:1的水平,讓發動機有更大的發揮餘地,同時避免高壓高溫下出現爆震。
動力性能與燃油經濟性,是內燃機最核心的指標,如何拿捏兩者的平衡,是汽車界的一大難題。如今,日產的可變壓縮比技術可以說是抓住了發動機的“命脈”,讓動力和能耗同時得到高水準的發揮,做到魚與熊掌同時兼得。
為了實現這項技術目標,日產在這臺發動機的曲軸上增加了三組連桿,通過對應的伺服電機對三組連桿的角度進行調整,從而改變活塞上下止點的位置,實現壓縮比的改變。
VC-TURBO “超變擎”發動機的曲軸連桿機構,這是其可變壓縮比技術的核心。
值得注意的是,新增的三組連桿都是採用軸、銷、襯套等最基本的汽車零件構造而來,結構和工藝並不複雜,並且可以由日產自行生產,這意味著,這一套部件的可靠性將有很大的保障。一個看似簡單的結構,就能突破了發動機領域長期以來的技術難點,這正是日產技術的精妙之處。
讓內燃機的生命力再次綻放
從自然吸氣到渦輪增壓、從化油器到缸內直噴,汽車工業的每一次進步,都離不開那些劃時代的動力系統技術。不少人認為,動力系統的未來,必將會是新能源技術的天下,筆者認為,這是一個不嚴謹的說法。
經過多年的發展,新能源車的市佔率依然處於極低的水平,並且呈現出銷量下滑的趨勢。據中國汽車工業協會統計,2019年全年新能源車銷量為120.6萬輛,同比下降4.0%,在總量為2576.9萬輛的汽車市場中,新能源車的市場佔比不到4.7%,其中純電動車的佔比更是低至3.7%。也就是說,有95%以上的汽車依然採用以內燃機為主的動力系統。
於大多數消費者而言,他們不會過於在意動力系統的種類,車子動力是否充足、夠不夠省油、耐用性如何、用起來是否方便,這才是與用戶切身相關的利益點。因此,在現有內燃機技術的基礎上再繼續進行深挖,讓用戶熟悉的技術發揮更優秀的性能,也是動力系統發展的理想路徑。
日產可變壓縮比技術技術就是最好的例子,與現有發動機相比,它的進步幅度已不僅限於“改善”,而是根本上的“突破”!更重要的是,這是一項別人難以模仿的核心技術,這使其擁有了絕對的差異化優勢。
搭載憑藉“超變擎”VC-TURBO發動機的技術加持,第七代天籟銷量持續攀升,自去年6月份開始,月銷量已持續6個月破萬,與凱美瑞、雅閣再度鼎立日系三強。也正是“超變擎”發動機在性能和能耗上的突出優勢,讓第七代天籟吸納了更多新粉絲,這整就是核心技術優勢所帶來的推動力技術魅力。
在效率和成本優先的汽車產業裡,能對一項技術的有著如此高執著程度的,似乎只有日產了。正因這份堅持,日產讓整個行業明白到,內燃機依然有著強大的生命力!
文 | 超人
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