解析可變壓縮比發(fā)動機（VCR）以及優(yōu)劣勢

　　八月，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。該車將已于九月的巴黎國際車展正式亮相。這是自從各大公司于上世紀末開始研究此類技術(shù)以來的第一款量產(chǎn)發(fā)動機，此舉對內(nèi)燃機發(fā)展方向有十分重要的意義。

　　英菲尼迪Q50該款2.0升汽油發(fā)動機最大功率200kW（升功率數(shù)據(jù)與現(xiàn)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)動機數(shù)據(jù)相當，所以今后將會取代3.5升自然吸氣發(fā)動機。

　　根據(jù)日產(chǎn)的數(shù)據(jù)，相比該3.5升發(fā)動機，新的2.0升產(chǎn)品可降低油耗27%（這也同時從一個側(cè)面證明了適度小排量化帶來的改善）。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)動機還將配備雙噴技術(shù)（氣道噴油+缸內(nèi)直噴）控制顆粒物排放。

　　什么是可變壓縮比發(fā)動機

　　壓縮比是自然吸氣發(fā)動機和增壓發(fā)動機的最核心區(qū)別之一。為了克服爆震問題，增壓發(fā)動機需要降低壓縮比，而這一舉動將會降低發(fā)動機的效率。有了VCR可變壓縮比（Variable Compression RaTIo），就可以在低載荷時使用高壓縮比提高效率，在高載荷時降低壓縮比克服爆震。其實就像電噴，柴油共軌，可變氣門正時等技術(shù)一樣，給內(nèi)燃機加入更多的智能控制系統(tǒng)來適應不同的場合，就像正式場合要喝葡萄酒香檳，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氣量和噴油量時不同壓縮比帶來的影響。高壓縮比（CR）由于受到爆震限制無法達到最大效率（最高發(fā)動機輸出載荷BMEP）。而過低的壓縮比雖然可以達到局部優(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(shù)取舍的結(jié)果。

　　壓縮比與效率取舍（來自SAE論文 2003-01-0398）小編認為，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，柴油機在滿載也會受到最大缸壓的限制，VCR仍能帶來幫助），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，市面上常見的增壓發(fā)動機也在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)動機了（實際馬自達本來也在開發(fā)增壓發(fā)動機，不過暫時沒有使用VCR）。而增壓發(fā)動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，日產(chǎn)在VCR領(lǐng)域從很久以前就開始布局了。日產(chǎn)曾早在2009年和2014年注冊相關(guān)專利。下面兩個圖分別是日產(chǎn)注冊的專利，和這次量產(chǎn)VCR技術(shù)。這兩者非常相似，靠固定在發(fā)動機側(cè)面的電機執(zhí)行器控制一套MulTI-link連桿機構(gòu)來改變發(fā)動機壓縮比。

　　日產(chǎn)2014年VCR專利

　　日產(chǎn)量產(chǎn)VCR技術(shù)說明（通過改變下部連接軸角度調(diào)整壓縮比，左側(cè)為高壓縮比，右側(cè)為低壓縮比）實際上，除了日產(chǎn)之外，奔馳，福特，標致，薩博等汽車公司都在VCR上有所嘗試。咨詢公司FEV也有相關(guān)的技術(shù)產(chǎn)品。同時，VCR技術(shù)有多種實現(xiàn)的形式，除了這次的Multi-link連桿機構(gòu)的方案之外，還有可變缸蓋結(jié)構(gòu)，可變活塞頂結(jié)構(gòu)，可變Conrod連桿結(jié)構(gòu)，偏心輪等等多種方式改變壓縮比。

　　不過Multi-link方案的機構(gòu)離高溫度高應力的燃燒室區(qū)域較遠，而且多數(shù)零件不處在高轉(zhuǎn)速區(qū)域，耐久方面相對會更可靠，同時也會保證額外的摩擦損失不增加太多。不過，缺點也比較明顯，就是其對內(nèi)燃機整體設計的改變較大，無法像FEV可變Conrod產(chǎn)品那樣直接應用于已有發(fā)動機上。

　　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)化也象征著技術(shù)商業(yè)化進程的一大步。

　　VCR的優(yōu)劣勢

　　其實VCR和米勒及阿特金森循環(huán)有著異曲同工之處，都是通過各種方式來改變發(fā)動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)勢就是實施相對簡單，通過改變進氣時間來實現(xiàn)不會對發(fā)動機基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)帶來過大變動（最原始的阿特金森實際也是類似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(nèi)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施難度。也正是因此，小編大膽猜測，VCR技術(shù)可能不會以極快的速度大規(guī)模普及。但是，這一技術(shù)的量產(chǎn)應用給今后汽油機發(fā)展帶來了一個非常直接的可選方案。同時，這也給FEV的技術(shù)做了鋪墊。更重要的是，VCR和米勒可以同時應用，來獲得更大的設計自由度（雖然累計改善潛力會略微降低）。