日產(chǎn)旗下豪華品牌英菲尼迪于去年洛杉磯車展上首次推出了其全新的QX50車型，而這也是英菲尼迪首款搭載可變壓縮比技術(shù)（VCR）的車型。這項(xiàng)技術(shù)在之前量產(chǎn)的車型當(dāng)中是沒有出現(xiàn)過的, 堪稱“內(nèi)燃機(jī)黑科技”。可變壓縮比渦輪增壓（VC-T）準(zhǔn)量產(chǎn)發(fā)動機(jī)于2016年全球首秀，英菲尼迪稱之為 “燃燒發(fā)動機(jī)的設(shè)計(jì)突破”。

這款2.0 L的VC-T發(fā)動機(jī)機(jī)組能夠根據(jù)不同工況和不同工作模式調(diào)整其壓縮比，從而優(yōu)化功率和效率，使其能達(dá)到與4缸柴油機(jī)相似的輸出扭矩。英菲尼迪VC-T發(fā)動機(jī)對比QX50此前的3.7 L V6發(fā)動機(jī)，預(yù)計(jì)可使城市及高速道路行駛綜合燃油效率提升27%。VC-T發(fā)動機(jī)輸出功率達(dá)到200 kW，最大扭矩達(dá)到380 N?m，其強(qiáng)勁的動力足以使VC-T發(fā)動機(jī)在效率方面成為最好的一款發(fā)動機(jī)。

1如何做到可變壓縮比

對于日產(chǎn)來說，VC-T技術(shù)的研發(fā)已經(jīng)醞釀了20年。它不僅代表了工程師們嘔心瀝血的技術(shù)成果，也見證了其他汽車制造商曾為之瘋狂但最終還是開發(fā)失敗的歷史——即使很多汽車制造商沒有成功，但仍然會繼續(xù)推動內(nèi)燃機(jī)技術(shù)的革新。根據(jù)英尼迪日產(chǎn)動力系統(tǒng)工程總監(jiān)Shinichi Kiga的說法，VC-T發(fā)動機(jī)目前已經(jīng)可以達(dá)到40%的熱效率水平，但還需要在系統(tǒng)和設(shè)備方面進(jìn)一步研發(fā)和改進(jìn)，而可變壓縮比VCR就是其中關(guān)鍵的技術(shù)之一。

為了順應(yīng)行業(yè)發(fā)展，英菲尼迪和日產(chǎn)開始了發(fā)動機(jī)小型化的開發(fā)，將氣缸數(shù)縮小到4缸，也就是VC-T（內(nèi)部代碼為MR20 DDT型）發(fā)動機(jī)。氣缸排量可以根據(jù)需要從1.997 L到1.970 L發(fā)生變化，VCR技術(shù)可以使其壓縮比在8～14之間變化。這樣的設(shè)置意味著，在較重的加速度或較大的負(fù)重下，發(fā)動機(jī)壓縮比轉(zhuǎn)變成8;而在高速公路或負(fù)載較低的狀態(tài)下，發(fā)動機(jī)壓縮比會增加，以提升燃油效率。在高壓縮比狀態(tài)下，VC-T采用阿特金森循環(huán)，同時(shí)活塞的行程增加。壓縮比可以根據(jù)不同發(fā)動機(jī)工況進(jìn)行自由改變，總體提高發(fā)動機(jī)在不同工況下的燃燒效率。當(dāng)壓縮降低狀態(tài)時(shí)，發(fā)動機(jī)具有更好的工作特性，其熱力循環(huán)也將恢復(fù)到奧托循環(huán)。

日產(chǎn)利用雙工作循環(huán)技術(shù)讓發(fā)動機(jī)的動力特性有了質(zhì)的提升，如前面所提到的，與自然吸氣式3.5 L V6發(fā)動機(jī)相比，VC-T發(fā)動機(jī)在燃油經(jīng)濟(jì)性方面有了27%的改進(jìn)，性能也有提高。日產(chǎn)汽車技術(shù)中心的工程師認(rèn)為將VCR技術(shù)應(yīng)用到其他動力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中很容易，對于直列發(fā)動機(jī)，可以從VCR結(jié)構(gòu)體系中看到，利用控制軸操作VCR系統(tǒng)難度并不大。然而對于V型結(jié)構(gòu)發(fā)動機(jī)來說，情況有很大的不同。VC-T發(fā)動機(jī)的總質(zhì)量是137 kg，而原有3.5 L V6自然吸氣版發(fā)動機(jī)的總質(zhì)量是155kg，也就是說VCT發(fā)動機(jī)相對原V6發(fā)動機(jī)，減重了10kg。

2內(nèi)燃機(jī)的一大進(jìn)步

自1996年以來，日產(chǎn)一直致力于其VC-Turbo技術(shù)。但是復(fù)雜的結(jié)構(gòu)體系，必然需要增加發(fā)動機(jī)的尺寸和體積，而對于空間布置有著更高的難度；同時(shí)，連桿數(shù)量的增多，會進(jìn)而引發(fā)各部件產(chǎn)生共振及異響，從而對NVH的控制要求會更高，工件的加工精度要求也更高。多連桿機(jī)構(gòu)是VCR技術(shù)實(shí)施的關(guān)鍵，它于20年前發(fā)明，增加的驅(qū)動電機(jī)額外增加了動力總成的質(zhì)量，但同時(shí)也可以為發(fā)動機(jī)提供質(zhì)量平衡。

在VC-T發(fā)動機(jī)的開發(fā)過程中，移除了2個平衡軸，而通過增加驅(qū)動電機(jī)和1個控制軸來達(dá)到發(fā)動機(jī)的動態(tài)平衡。

日產(chǎn)創(chuàng)新的多連桿機(jī)構(gòu)可以靈活的調(diào)整活塞行程，根據(jù)汽車的實(shí)際駕駛條件快速調(diào)整到最合適的壓縮比。當(dāng)需要改變壓縮比時(shí)，驅(qū)動電機(jī)在發(fā)動機(jī)底部旋轉(zhuǎn)控制軸，進(jìn)而調(diào)整多連桿系統(tǒng)，改變多連桿角度，以調(diào)整活塞的高度，從而平滑的改變壓縮比和發(fā)動機(jī)排量，通過對多連桿機(jī)構(gòu)和偏心軸的控制，能夠改變所有氣缸活塞的行程位置。

除此之外，VC-T發(fā)動機(jī)的技術(shù)亮點(diǎn)還包括與Denso和Bosch聯(lián)合開發(fā)的缸內(nèi)直接、多點(diǎn)電噴燃油噴射系統(tǒng)，以及與Denso聯(lián)合開發(fā)的多回路發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)、可變排量機(jī)油泵、雙可變氣門正時(shí)VVT等。

而VC-T發(fā)動機(jī)應(yīng)用的氣缸內(nèi)壁鏡面級涂覆工藝，使活塞與氣缸壁的摩擦減少了44%——由于連桿和多連桿結(jié)構(gòu)的有限橫向運(yùn)動導(dǎo)致活塞與氣缸壁的摩擦加強(qiáng)。這一技術(shù)最初在英菲尼迪VR30 DDT V6上得到了應(yīng)用，目前這一發(fā)動機(jī)應(yīng)用的技術(shù)涉及到雷諾賽車一級方程式車隊(duì)，涉及到頂尖的工程材料應(yīng)用和應(yīng)對超高轉(zhuǎn)速發(fā)動機(jī)工況下的專業(yè)性發(fā)動機(jī)技術(shù)。

3量產(chǎn)試驗(yàn)和測試

對于即將面世的QX50中級跨界車。英菲尼迪已開始測試發(fā)動機(jī)在真實(shí)環(huán)境工況下的運(yùn)行狀況。大約200個測試原型正在完善VCR這項(xiàng)技術(shù)，包括3萬公里的等效道路測試和3萬小時(shí)的測試臺架試驗(yàn)。日產(chǎn)在小批量試車階段同時(shí)投放600輛樣車，在美國本土就有300輛樣車用于關(guān)鍵數(shù)據(jù)的測試與反饋，另外300輛樣車在日本、迪拜和歐洲等地進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。這些樣車主要作為發(fā)動機(jī)測試用。在試驗(yàn)過程中，計(jì)算機(jī)輔助工程和模擬在整個開發(fā)流程中同樣重要。在開發(fā)過程中，模擬的迭代過程中有許多重要的突破，包括電子控制單元的設(shè)計(jì)開發(fā)。英菲尼迪首席動力工程師認(rèn)為未來混合動力車型設(shè)計(jì)運(yùn)用VCR將會有革命性的改變。汽油機(jī)應(yīng)用于混和動力時(shí)，發(fā)動機(jī)不需要高轉(zhuǎn)速運(yùn)行，但它需要同時(shí)具備較小扭矩和較高扭矩及時(shí)轉(zhuǎn)變的能力，因此在混動車型中運(yùn)用VCR將是一個很好的方案。無論如何，日產(chǎn)在當(dāng)今的技術(shù)條件下推出VCR發(fā)動機(jī)，并將在2019 QX50車型即將面市之時(shí)，能夠做到CV-T發(fā)動機(jī)的“量產(chǎn)”，這一點(diǎn)就已是意義非凡。