未來汽油機三劍客之一——可變壓縮比技術（下篇）

在《未來汽油機三劍客——可變壓縮比技術（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)動機量產能力的整車制造商，并借此占據(jù)占據(jù)市場的主導。

其實，追溯往昔我們不難發(fā)現(xiàn)，曾經為可變壓縮比技術的落地而不懈努力的整車廠商遠不止保時捷一家，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。

熟絡此項技術的人想必清楚，如果將曾經所提出過的所有可變壓縮比技術方案按實現(xiàn)方式進行區(qū)分，大致可分為采用非傳統(tǒng)結構的曲柄連桿機構、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時通常會將其略去。）

當然，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。

復雜的結構會滋生出諸多弊病，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，曾經紅極一時的薩博SVC（薩博可變壓縮比技術）發(fā)動機及日產VCR（日產可變壓縮比技術）都因此栽了跟頭。

缸蓋可轉動的薩博SVC發(fā)動機

2000年的日內瓦車展上，一款別具一格的“怪家伙”吸引了全世界的關注，它就是薩博SVC發(fā)動機。從結構上來看，該機型采取了我們所講到的第一種技術方案，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，對該機型可謂是進行了脫胎換骨式的改良。首先，其缸蓋結構便經過重新設計，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件連接在一起，而不是螺栓。這種設計在當時的發(fā)動機中堪稱獨樹一幟。

SVC發(fā)動機結構圖

其次，SVC發(fā)動機的上半部分還可以進行偏轉。如上圖所示，SVC發(fā)動機大致由兩大部分構成，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，借助液壓機構的推力發(fā)生轉動，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Hydraulic Actuat工作時，氣缸頂端就會在液力的推動下產生輕微偏轉（最大偏轉角度為4度）。雖然這個偏轉角度看起來很小，但當活塞到達上止點時，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，因此工程師必須為其設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，并用橡膠件進行密封，可如若橡膠件長久往復工作，就極易因為受力疲勞而發(fā)生開裂，進而導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，所以其無論軟件還是硬件方面都要比傳統(tǒng)內燃機復雜上很多。尤其是軟件方面，當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。故直至其破產，這款發(fā)動機也未被投入實際使用。

采用非傳統(tǒng)曲柄連桿結構的日產VCR發(fā)動機

日產的VCR發(fā)動機同樣被復雜的結構所擊敗，而且輸?shù)母鼮閺氐住槭裁催@么說呢？我們先來看看其是如何實現(xiàn)壓縮比可變的。

日產VCR發(fā)動機核心部件圖

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

簡單來說，該機構在原有的曲柄連桿機構上又額外增加了一套VCR（可變壓縮比）連桿機構及一根控制軸。其中VCR連桿機構由轉動曲柄銷杠桿及其一端與控制軸的連接連桿構成。當控制軸轉動時，控制軸連桿會帶動曲柄銷回轉，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。

或許有人會質疑，這套結構看上去并沒有薩博的偏轉缸蓋復雜，確實，表面看的確如此?？扇绻罹肯氯?，其內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，多連桿結構的還存在加大發(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車型來說，過大的體積所造成的最終結果就是這臺發(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，進而引發(fā)共振及異響現(xiàn)象的出現(xiàn)。

根據(jù)日產的技術合作伙伴雷諾當時的推算，如果日產一心想把該技術付諸實用，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VCR發(fā)動機的最終命運，便是因結構所導致的研發(fā)成本上升而無限延期，黯然地暫別了歷史舞臺。

車云小結：

在可變壓縮比技術發(fā)展的百年間，與薩博及日產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，難道保時捷的量產之路就真的一片坦途了嗎？也不盡然。有人就曾提出質疑，保時捷的方案雖然硬件結構簡單，軟件上也做了取舍，可要想真正實現(xiàn)量產，恐怕還要跨過匹配關。如若與變速箱匹配不當，可能會適得其反。這種擔憂是否會成為現(xiàn)實，只有等到新款boxster宣告上市的那一天才能一見分曉。