关于发明创造的小故事为了在保证动力输出的同时,满足更为严格的(2)
当然,仅仅改变压缩比是不够的。通过可变气门控制系统,VC-Turbo 可以在高效率的阿特金森循环和常规的奥托循环之间无缝切换。另外,工程师还为这台发动机配备了两套喷油装置,其中缸内直喷系统可以提高燃油效率和性能,并且避免发动机在高压缩比状态下产生爆震;而进气歧管端的多点燃油喷射,可以提前混合燃油和空气,在发动机低负荷状态下获得更好的燃烧,从而提高燃油效率。两套燃油系统在发动机高负荷工况下,可以协同工作。因为采用了小直径的单涡轮增压器,发动机的热能和排气压力损失也得以降低。这台发动机还采用了缸盖集成排气歧管设计,进而可以为三元催化器创造一条更短的废气通路,促使催化器在冷启动后尽快进入工作状态。
VC-Turbo 发动机的其他新技术还包括,有助于降低 44% 气缸摩擦损耗的“镜面喷涂”技术(通过等离子将硬化金属涂层涂覆到气缸壁上)。而通过被称作 ATR 主动扭矩杆的主动式发动机支架减振系统,搭载VC-Turbo 发动机的 QX50 车型,相比使用 V6 发动机的老款 QX50,发动机噪音降低了 9 分贝。当然,这一点也要得益于 VC-Turbo 发动机自身优秀的 NVH 控制。因为附带的多连杆系统, VC-Turbo 不需要像其他 4 缸发动机一样设计两根额外的平衡轴,而特殊的连杆结构,也使得活塞在往复工作过程中,连杆产生的横向摆动更小,减轻了发动机整体的振动,它的振动噪音仅为 10 分贝,相比常规的 4 缸发动机低了 20 分贝。
根据日产官方公布的数字,VC-Turbo 发动机可以输出 200 千瓦(272 马力)/5600 转/分的最大功率,峰值扭矩为 380 牛•米/4400 转/分。相比过去的 6 缸发动机,VC-Turbo 发动机在前驱系统中可以将燃油效率提高 35%,而在后驱系统中则提高了 30%。不过就像前面说到的,凡事皆有两面性。因为取消了平衡轴,发动机的横向宽度得以控制,进而抵消了增加多连杆系统带来的影响,但发动机整体高度却因为多连杆机构而增加。另外,来自重量的影响也必须考虑,虽然采用了大量的轻量化材料,但与过去的 3.5 升 6 缸 VQ 系列发动机相比,2.0 升的 VC-Turbo 发动机只轻了 18 公斤。但最重要的问题是 VC-Turbo 发动机的制造成本并不能得到良好的控制,由此带来的额外成本也必然转嫁到新车销售价格上。
相对日产工程师的执着,倡导工程师文化的德国人,在这一点上要更加聪明。皮耶希执掌大众的时代,大众集团工程师给人的印象是“有困难要上,没有困难,制造困难也要上。”不过这次他们并没有直接对机械结构动手,转而打起了循环方式的主意。近年来,德国人将之前强调的 Downsizing 发动机小型化策略过渡到了 Rightsizing 适合排量。尽管小型化加强制进气装置的方式获得了一定的成功,但对于某些车型来说,小型化的发动机并不能够起到很好的节能减排效果。相反,适当排气量的发动机,通过对循环方式的控制,反而能达到在保证动力输出的同时,降低燃油消耗的目的。
以目前奥迪使用的 2.0 升第三代 EA888 发动机为例,凭借奥迪的 AVS 气门升程控制系统,它能够在传统的奥托循环与 B 循环之间进行切换,从而达到类似可变发动机压缩比的目的。注意这里的 B 循环,并非之前媒体报道中提及的米勒循环。其实无论阿特金森循环、米勒循环还是 B 循环,达到提高燃油效率的手段,都是采用比压缩行程更长的膨胀(做功)行程,区别在于阿特金森循环的进气行程小于排气行程,米勒循环的进气行程大于排气行程。而米勒循环与 B 循环之间的区别是,米勒循环通过晚关进气门的方式,引起进气充量减少,改变发动机实际压缩比,改善发动机的热效率,降低燃油消耗,B 循环采用早关进气门的方式,引起进气充量减少,改变发动机实际压缩比,改善发动机的热效率,降低燃油消耗。尽管只是进气门关闭一早一晚的关系,但由于 B 循环直接进入气缸内的空气更少,活塞的运行阻力更小,从而在提升热效率的同时,降低了机械损耗。
通过 B 循环,在部分负荷工况下,2.0TFSI 发动机的实际进气量仅相当于 1.4TFSI 发动机,发动机可以使用更少的燃油消耗,维持正常运转,而在高负荷或全负荷时,发动机会切换回传统的奥托循环,为车辆提供最大动力。
看到这里,你可能会问,德国人比日本人聪明吗?并不是,日产想要让 VC-Turbo 发动机成为能够在各种工况下均具备出色动力性能的可变压缩比发动机,而德国人要的是一台在需要的时候可以输出最高性能的发动机。尽管技术路线存在差异,但条条大路通罗马。也许就实际性能和 NVH 控制效果,日产的 VC-Turbo 是胜利者,但从生产成本和实际应用的角度出发,奥迪的 EA888 才会笑到最后。
从汽车行业的发展趋势来看,活塞式发动机终将被电气化时代击败,但作为人类的伟大发明,活塞式发动机仍然堪称人类历史上最精密、机巧的奇迹之一。相比电动机的嗡嗡作响,如果你仔细聆听活塞式发动机的呼吸,就会意识到它们的温度和生命。
但是作为演员