未來汽油機三劍客之一——可變壓縮比技術(shù)（下篇）

在《未來汽油機三劍客——可變壓縮比技術(shù)（上篇）》中，車云菌為您介紹了保時捷欲在2017款boxster將可變壓縮比技術(shù)首度實用化的消息，如果該計劃順利付諸實施，則保時捷極有可能成為世界上首個具備可變壓縮比發(fā)動機量產(chǎn)能力的整車制造商，并借此占據(jù)占據(jù)市場的主導(dǎo)。

其實，追溯往昔我們不難發(fā)現(xiàn)，曾經(jīng)為可變壓縮比技術(shù)的落地而不懈努力的整車廠商遠(yuǎn)不止保時捷一家，被公之于眾的樣機及實現(xiàn)方案也并不止此一種，可究竟它們?yōu)楹味枷旁跉v史的洪流之中呢？我們不妨來簡要了解一下，或許能夠從中有所收獲。

熟絡(luò)此項技術(shù)的人想必清楚，如果將曾經(jīng)所提出過的所有可變壓縮比技術(shù)方案按實現(xiàn)方式進(jìn)行區(qū)分，大致可分為采用非傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的曲柄連桿機構(gòu)、改變曲軸與氣缸頂端間距以及改變活塞連桿長度三類，其中保時捷所采用的就是第三類方案。（注：這里需要特別指出的是，如阿特金森循環(huán)或米勒循環(huán)發(fā)動機也同樣具備壓縮比可變的功效，但由于其已被特指為一種循環(huán)工況，所以人們在討論可變壓縮比技術(shù)時通常會將其略去。）

當(dāng)然，這并不代表其它兩類方案就完全行不通，因為它們的理論可行性也均經(jīng)過廣泛論證，但如若非要為前人的失敗討要個說法，那恐怕就只有四個字——太過繁冗。

復(fù)雜的結(jié)構(gòu)會滋生出諸多弊病，除了制造成本會隨之水漲船高之外，一些意想不到的問題也會不時的冒出來令開發(fā)者們焦頭爛額，曾經(jīng)紅極一時的薩博SVC（薩博可變壓縮比技術(shù)）發(fā)動機及日產(chǎn)VCR（日產(chǎn)可變壓縮比技術(shù)）都因此栽了跟頭。

缸蓋可轉(zhuǎn)動的薩博SVC發(fā)動機

2000年的日內(nèi)瓦車展上，一款別具一格的“怪家伙”吸引了全世界的關(guān)注，它就是薩博SVC發(fā)動機。從結(jié)構(gòu)上來看，該機型采取了我們所講到的第一種技術(shù)方案，即改變曲軸與氣缸頂端的間距。

根據(jù)官方所給出的原理示意，薩博為了實現(xiàn)壓縮比可變，對該機型可謂是進(jìn)行了脫胎換骨式的改良。首先，其缸蓋結(jié)構(gòu)便經(jīng)過重新設(shè)計，采用了一種全新的集成式缸蓋方案，也就是將缸蓋與缸體通過液壓控制構(gòu)件連接在一起，而不是螺栓。這種設(shè)計在當(dāng)時的發(fā)動機中堪稱獨樹一幟。

SVC發(fā)動機結(jié)構(gòu)圖

其次，SVC發(fā)動機的上半部分還可以進(jìn)行偏轉(zhuǎn)。如上圖所示，SVC發(fā)動機大致由兩大部分構(gòu)成，其中，缸蓋、活塞、氣門總成我們可稱之為第一部分；而連桿、曲軸箱我們視之為第二部分。與傳統(tǒng)發(fā)動機一樣，該機型位于下方的曲軸箱在發(fā)動機運轉(zhuǎn)時保持固定不動，但上方的氣缸與活塞部分，則會以曲軸為中心，借助液壓機構(gòu)的推力發(fā)生轉(zhuǎn)動，從而使燃燒室容積發(fā)生改變。

Hydraulic Actuat（液壓推動裝置）

更具體點說，薩博在缸體與缸蓋之間安裝有楔形滑塊，且缸體通過Hydraulic Actuat（液壓推動裝置）連接在氣缸頂端，當(dāng)Hydraulic Actuat工作時，氣缸頂端就會在液力的推動下產(chǎn)生輕微偏轉(zhuǎn)（最大偏轉(zhuǎn)角度為4度）。雖然這個偏轉(zhuǎn)角度看起來很小，但當(dāng)活塞到達(dá)上止點時，其對壓縮比造成的影響卻十分巨大。據(jù)介紹，該機的壓縮比可在8:1至14:1之間連續(xù)變化。

那為何這種看似十分巧妙的方案卻最終擱淺了呢？問題就出在了集成缸蓋上面，這點恐怕連薩博的工程師們也始料未及。

首先由于這種集成缸蓋可以發(fā)生偏轉(zhuǎn)，因此工程師必須為其設(shè)計一套獨立的冷卻系統(tǒng)。該系統(tǒng)的冷卻油道與缸體相連接，并用橡膠件進(jìn)行密封，可如若橡膠件長久往復(fù)工作，就極易因為受力疲勞而發(fā)生開裂，進(jìn)而導(dǎo)致整個冷卻油道出現(xiàn)泄漏。

再者，因該機型加入了液壓推動裝置及以連續(xù)可變壓縮比作為開發(fā)目標(biāo)，所以其無論軟件還是硬件方面都要比傳統(tǒng)內(nèi)燃機復(fù)雜上很多。尤其是軟件方面，當(dāng)時的薩博尚未掌握一套成熟可靠的控制邏輯，以確保在連續(xù)可變壓縮比時發(fā)動機能夠穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。故直至其破產(chǎn)，這款發(fā)動機也未被投入實際使用。

采用非傳統(tǒng)曲柄連桿結(jié)構(gòu)的日產(chǎn)VCR發(fā)動機

日產(chǎn)的VCR發(fā)動機同樣被復(fù)雜的結(jié)構(gòu)所擊敗，而且輸?shù)母鼮閺氐?。為什么這么說呢？我們先來看看其是如何實現(xiàn)壓縮比可變的。

日產(chǎn)VCR發(fā)動機核心部件圖

如圖所示，日產(chǎn)VCR發(fā)動機的所采用的方案與薩博、保時捷均不一致，其核心技術(shù)為一套特殊結(jié)構(gòu)的多連桿曲柄連桿機構(gòu)（該結(jié)構(gòu)與奧迪、寶馬及PSA等廠商的可變壓縮比方案如出一轍），這種設(shè)計在普通發(fā)動機中是絕對不曾見到的。

簡單來說，該機構(gòu)在原有的曲柄連桿機構(gòu)上又額外增加了一套VCR（可變壓縮比）連桿機構(gòu)及一根控制軸。其中VCR連桿機構(gòu)由轉(zhuǎn)動曲柄銷杠桿及其一端與控制軸的連接連桿構(gòu)成。當(dāng)控制軸轉(zhuǎn)動時，控制軸連桿會帶動曲柄銷回轉(zhuǎn)，并使杠桿發(fā)生擺動。由此便促使活塞的上止點位置出現(xiàn)上下移動，實現(xiàn)了壓縮比的可變。

或許有人會質(zhì)疑，這套結(jié)構(gòu)看上去并沒有薩博的偏轉(zhuǎn)缸蓋復(fù)雜，確實，表面看的確如此?？扇绻罹肯氯?，其內(nèi)在問題卻足以讓開發(fā)人員喝上好幾壺。

其一，這套系統(tǒng)的連桿數(shù)量頗多，由此便會引發(fā)發(fā)動機的整體摩擦損失增大，如果發(fā)動機過度磨損，顯然壽命上就無法被市場所接受。

其二，多連桿結(jié)構(gòu)的還存在加大發(fā)動機的總體尺寸，使整車布置難度上升，尤其是對于布置空間本就捉襟見肘的前置前驅(qū)車型來說，過大的體積所造成的最終結(jié)果就是這臺發(fā)動機根本沒地方放。

其三，連桿數(shù)量的增多還會使發(fā)動機的振動變得更加難以控制，進(jìn)而引發(fā)共振及異響現(xiàn)象的出現(xiàn)。

根據(jù)日產(chǎn)的技術(shù)合作伙伴雷諾當(dāng)時的推算，如果日產(chǎn)一心想把該技術(shù)付諸實用，則所需耗費的金錢將數(shù)以億計，這一數(shù)字無論對于哪家企業(yè)來說，都必須慎之又慎。果不其然，正如雷諾所言，日產(chǎn)VCR發(fā)動機的最終命運，便是因結(jié)構(gòu)所導(dǎo)致的研發(fā)成本上升而無限延期，黯然地暫別了歷史舞臺。

車云小結(jié)：

在可變壓縮比技術(shù)發(fā)展的百年間，與薩博及日產(chǎn)相仿的例子還有很多很多，在此車云菌就不一一列舉了。雖然這些方案無一例外，均未實現(xiàn)落地，但其在探索中所積累的寶貴經(jīng)驗，無疑為后來者最終邁向成功指明了方向。

不過以史為鑒，菌菌我不免會心生疑問，難道保時捷的量產(chǎn)之路就真的一片坦途了嗎？也不盡然。有人就曾提出質(zhì)疑，保時捷的方案雖然硬件結(jié)構(gòu)簡單，軟件上也做了取舍，可要想真正實現(xiàn)量產(chǎn)，恐怕還要跨過匹配關(guān)。如若與變速箱匹配不當(dāng)，可能會適得其反。這種擔(dān)憂是否會成為現(xiàn)實，只有等到新款boxster宣告上市的那一天才能一見分曉。