通過(guò)變壓縮比技術(shù),可增強產(chǎn)品設計自由度！

日產(chǎn)宣布首款擁有可變壓縮比技術(shù)（VCR - Variable Compression RaTIo）的2.0升量產(chǎn)增壓汽油機將被搭載于下一代英菲尼迪QX50。該車(chē)將于下個(gè)月的巴黎國際車(chē)展正式亮相。這是自從各大公司于上世紀末開(kāi)始研究此類(lèi)技術(shù)以來(lái)的第一款量產(chǎn)發(fā)動(dòng)機，此舉對內燃機發(fā)展方向有十分重要的意義。

該款2.0升汽油發(fā)動(dòng)機最大功率200kW（升功率數據與現在主流的90-100kW/L左右相近），最大扭矩390Nm，與目前英菲尼迪正在使用的3.5升V6發(fā)動(dòng)機數據相當，所以今后將會(huì )取代3.5升自然吸氣發(fā)動(dòng)機。

根據日產(chǎn)的數據，相比該3.5升發(fā)動(dòng)機，新的2.0升產(chǎn)品可降低油耗27%（這也同時(shí)從一個(gè)側面證明了適度小排量化帶來(lái)的改善）。為此立了大功的就是可以在8:1和14:1之間隨意變化的VCR技術(shù)。另外，這款發(fā)動(dòng)機還將配備雙噴技術(shù)（氣道噴油+缸內直噴）控制顆粒物排放。

壓縮比是自然吸氣發(fā)動(dòng)機和增壓發(fā)動(dòng)機的最核心區別之一。為了克服爆震問(wèn)題，增壓發(fā)動(dòng)機需要降低壓縮比，而這一舉動(dòng)將會(huì )降低發(fā)動(dòng)機的效率。有了VCR，就可以在低載荷時(shí)使用高壓縮比提高效率，在高載荷時(shí)降低壓縮比克服爆震。其實(shí)就像電噴，柴油共軌，可變氣門(mén)正時(shí)等技術(shù)一樣，給內燃機加入更多的智能控制系統來(lái)適應不同的場(chǎng)合，就像正式場(chǎng)合要喝葡萄酒香檳，看歐洲杯喝啤酒，擼串要喝二鍋頭。

下面這張圖對比了在同一進(jìn)氣量和噴油量時(shí)不同壓縮比帶來(lái)的影響。高壓縮比（CR）由于受到爆震限制無(wú)法達到最大效率（最高發(fā)動(dòng)機輸出載荷BMEP）。而過(guò)低的壓縮比雖然可以達到局部?jì)?yōu)化BMEP，但是低壓縮比導致BMEP的最大潛力受到局限。所以最佳壓縮比永遠是各參數取舍的結果。

壓縮比與效率取舍（來(lái)自SAE論文 2003-01-0398）

車(chē)叔認為，這一技術(shù)在汽油機上應用的潛力更大，因為柴油機壓縮比一般大致在15左右（當然，柴油機在滿(mǎn)載也會(huì )受到最大缸壓的限制，VCR仍能帶來(lái)幫助），而汽油機普遍壓縮比在10左右，改善空間更大。

這一技術(shù)的應用，將會(huì )幫助解決增壓和自吸之間的矛盾。馬自達SkyAcTIve的壓縮比在14-15左右，市面上常見(jiàn)的增壓發(fā)動(dòng)機也在10左右，這也正是日產(chǎn)確定8-14這一壓縮比范圍的目的。今后馬自達也可以安心使用增壓發(fā)動(dòng)機了（實(shí)際馬自達本來(lái)也在開(kāi)發(fā)增壓發(fā)動(dòng)機，不過(guò)暫時(shí)沒(méi)有使用VCR）。而增壓發(fā)動(dòng)機也不用再為了損失的壓縮比操心了。（媽媽們再也不用擔心工程師孩子在自吸派和增壓派之間難以取舍了）

其實(shí)，日產(chǎn)在VCR領(lǐng)域從很久以前就開(kāi)始布局了。日產(chǎn)曾早在2009年和2014年注冊相關(guān)專(zhuān)利。下面兩個(gè)圖分別是日產(chǎn)注冊的專(zhuān)利，和這次量產(chǎn)VCR技術(shù)。這兩者非常相似，靠固定在發(fā)動(dòng)機側面的電機執行器控制一套MulTI-link連桿機構來(lái)改變發(fā)動(dòng)機壓縮比。

日產(chǎn)2014年VCR專(zhuān)利

日產(chǎn)量產(chǎn)VCR技術(shù)說(shuō)明（通過(guò)改變下部連接軸角度調整壓縮比，左側為高壓縮比，右側為低壓縮比）

實(shí)際上，除了日產(chǎn)之外，奔馳，福特，標致，薩博等汽車(chē)公司都在VCR上有所嘗試。咨詢(xún)公司FEV也有相關(guān)的技術(shù)產(chǎn)品。同時(shí)，VCR技術(shù)有多種實(shí)現的形式，除了這次的MulTI-link連桿機構的方案之外，還有可變缸蓋結構，可變活塞頂結構，可變Conrod連桿結構，偏心輪等等多種方式改變壓縮比。

不過(guò)Multi-link方案的機構離高溫度高應力的燃燒室區域較遠，而且多數零件不處在高轉速區域，耐久方面相對會(huì )更可靠，同時(shí)也會(huì )保證額外的摩擦損失不增加太多。不過(guò)，缺點(diǎn)也比較明顯，就是其對內燃機整體設計的改變較大，無(wú)法像FEV可變Conrod產(chǎn)品那樣直接應用于已有發(fā)動(dòng)機上。

FEV可變壓縮比連桿技術(shù)

總之，使用VCR技術(shù)的成本比較大，但是優(yōu)勢也很明顯，5%以上的油耗改善是完全可以期待的。這次日產(chǎn)將其量產(chǎn)化也象征著(zhù)技術(shù)商業(yè)化進(jìn)程的一大步。

其實(shí)VCR和米勒及阿特金森循環(huán)有著(zhù)異曲同工之處，都是通過(guò)各種方式來(lái)改變發(fā)動(dòng)機的壓縮比或者膨脹比，從而優(yōu)化熱效率。米勒和阿特金森循環(huán)的優(yōu)勢就是實(shí)施相對簡(jiǎn)單，通過(guò)改變進(jìn)氣時(shí)間來(lái)實(shí)現不會(huì )對發(fā)動(dòng)機基礎結構帶來(lái)過(guò)大變動(dòng)（最原始的阿特金森實(shí)際也是類(lèi)似VCR的技術(shù)）。但是米勒和阿特金森最大的劣勢就是損失的缸內滾流（直接影響燃燒效率），這一影響在一些情況下甚至可以導致近一半的理論油耗改善潛能被白白喪失。

相比之下，VCR的劣勢就是成本和實(shí)施難度。也正是因此，VCR技術(shù)可能不會(huì )以極快的速度大規模普及。但是，這一技術(shù)的量產(chǎn)應用給今后汽油機發(fā)展帶來(lái)了一個(gè)非常直接的可選方案。同時(shí)，這也給FEV的技術(shù)做了鋪墊。更重要的是，VCR和米勒可以同時(shí)應用，來(lái)獲得更大的設計自由度（雖然累計改善潛力會(huì )略微降低）。