撰文 | 艾斯帝夫

VC-Turbo，其VC兩個(gè)字母，即“Variable Compression Ratio”技術(shù)詞組的縮寫，中文含義就是“可變壓縮比”。不過為了便于在中國市場推廣傳播，日產(chǎn)給VC-Turbo發(fā)動(dòng)機(jī)取了一個(gè)中文代號：超變擎。

盡管念起來有些拗口，但“超變擎”與其可變壓縮比的技術(shù)不謀而合，并且也有利于消費(fèi)者對于VC-Turbo含義的具象理解。實(shí)際上，“超變擎”在某種意義上也是一種默契產(chǎn)物，最典型的例子就是本田的Earth Dream（地球夢）和豐田的Toyota Hybrid SystemⅡ（雙擎）都有對應(yīng)的中文名稱，所以日產(chǎn)出于跟上“大部隊(duì)”之目的而采取的營銷手法在此不言而喻。

日產(chǎn)動(dòng)力總成開發(fā)總監(jiān)

木賀新一先生分享VC-TURBO技術(shù)

“黑科技”從概念走到量產(chǎn)

從1998年提出“可變壓縮比”概念到2016年成功投產(chǎn)并實(shí)現(xiàn)商品化，“可變壓縮比”技術(shù)在日產(chǎn)的動(dòng)力部門歷經(jīng)十八年的超長研發(fā)周期，其間還經(jīng)過四次迭代。從提出技術(shù)可行性、解決NVH問題，到運(yùn)動(dòng)特性、排量的方案確立，最終破解材料、加工、表面處理等難題，整個(gè)研發(fā)流程可謂百折千回。

負(fù)責(zé)VC-Turbo發(fā)動(dòng)機(jī)開發(fā)項(xiàng)目的是日產(chǎn)動(dòng)力總成開發(fā)總監(jiān)木賀新一，他在日產(chǎn)的履歷堪稱“資深”。1990年，木賀新一作為動(dòng)力技術(shù)方向的人才加入日產(chǎn)汽車，并參與到了“東瀛戰(zhàn)神”GT-R（R35）車型的開發(fā)項(xiàng)目中。后來在2013年成為柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的項(xiàng)目總監(jiān)，負(fù)責(zé)發(fā)動(dòng)機(jī)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)方面的相關(guān)開發(fā)；從2014年開始，他擔(dān)任VC-Turbo項(xiàng)目負(fù)責(zé)人；2018年成為動(dòng)力總成開發(fā)總監(jiān)，負(fù)責(zé)所有汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，包括E-Power動(dòng)力系統(tǒng)的開發(fā)。

在東風(fēng)日產(chǎn)這場名為“NISSAN VC-TURBO核心技術(shù)分享會(huì)”的活動(dòng)上，木賀新一為我們分析了可變壓縮比技術(shù)的由來。他坦言，從動(dòng)力系統(tǒng)改造迭代的角度來看，無非包括：1.現(xiàn)有動(dòng)力方案的燃燒效率提升；2.清潔、高效能源的使用；3.尾氣排放升級。VC-Turbo技術(shù)的誕生，無疑很好地解決了問題1和3——在國內(nèi)一步跨越到嚴(yán)苛的國6b排放標(biāo)準(zhǔn)，而在某種程度上VC-Turbo也兼容了問題2。

在日產(chǎn)的動(dòng)力路線圖中，后續(xù)將導(dǎo)入中國市場的E-Power增程式動(dòng)力系統(tǒng)就將搭載VC-Turbo發(fā)動(dòng)機(jī)，組成Zero Emission（零排放）+ICE Evolution（變革的內(nèi)燃機(jī)）的黃金搭檔。使用可變壓縮比發(fā)動(dòng)機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)更高的效率。在常規(guī)的內(nèi)燃機(jī)發(fā)電模式下，相對于固定壓縮比發(fā)動(dòng)機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)低壓縮比、高出力。比如在同一功率工作轉(zhuǎn)速下，VC-Turbo只需在4000rpm便可實(shí)現(xiàn)，而固定壓縮比發(fā)動(dòng)機(jī)則需要達(dá)到5600rpm才能實(shí)現(xiàn)，可變壓縮比技術(shù)對于改善NVH和油耗功不可沒。

從技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)來看，國產(chǎn)后裝備在第七代天籟（Altima）上的2.0T VC-Turbo（KR20）發(fā)動(dòng)機(jī)也是實(shí)實(shí)在在的實(shí)力派，相比同排量的大眾第三代EA888 2.0T和別克新一代LTG 2.0T，其技術(shù)參數(shù)都名列前茅——最大功率185kW（252Ps），最大扭矩380Nm。其對應(yīng)天籟的性能指標(biāo)也頗具說服力，0-100km/h加速僅需6.42秒，百公里油耗6.6L。這款VC-Turbo發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)過了300萬公里的道路試驗(yàn)，并且在北美還獲得了沃德十佳發(fā)動(dòng)機(jī)（Ward 10 Best Engine）稱號。

改變壓縮比，壓榨燃燒效率

實(shí)際上，在日產(chǎn)研發(fā)“可變壓縮比”技術(shù)的同時(shí)，也有其他廠商在做同樣的技術(shù)研究。比如早年間通用旗下的薩博（SAAB），其研究方向是開發(fā)一種新的氣缸蓋來改變壓縮比；而法國的MCE-5 Development公司則在1997年開始研究可變壓縮比發(fā)動(dòng)機(jī)，并且和日產(chǎn)一樣堅(jiān)持以量產(chǎn)為最終目標(biāo)，其技術(shù)路線是透過改變曲軸的運(yùn)動(dòng)軌跡來改變壓縮比；而奧地利AVL（李斯特內(nèi)燃機(jī)）則是與德國（Iwis）伊維氏展開合作，嘗試改變活塞連桿長度來改變壓縮比，并且其力爭在2021年使其技術(shù)投入量產(chǎn)。甚至戴姆勒和奧迪也都嘗試過類似技術(shù)的研發(fā)，但最終都因?yàn)榧夹g(shù)或制造難題而無法投入量產(chǎn)。

諧波驅(qū)動(dòng)電機(jī)將改變兩套連桿機(jī)構(gòu)的長度

（電機(jī)到控制軸的連桿，控制軸到曲軸的連桿）

在這邊方面，日產(chǎn)幾乎是領(lǐng)跑者的姿態(tài)，也對“技術(shù)日產(chǎn)”的Slogan進(jìn)行了很好地回應(yīng)。日產(chǎn)動(dòng)力總成開發(fā)總監(jiān)木賀新一介紹說，VC-Turbo發(fā)動(dòng)機(jī)的主要優(yōu)勢是控制性能更好，壓縮比切換過渡自然，并且執(zhí)行機(jī)構(gòu)的零件可靠性高、附加值高（NVH和動(dòng)力），最主要是解決了量產(chǎn)問題。實(shí)際上VC-Turbo發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)勢遠(yuǎn)不止這些，譬如說它的振動(dòng)更小，排放也相比固定壓縮比發(fā)動(dòng)機(jī)更有優(yōu)勢（燃燒效率高），同時(shí)其體積更小，高度得到了降低（比相同排量的機(jī)器降低了25mm），更有利于解決發(fā)動(dòng)機(jī)蓋的行人保護(hù)設(shè)計(jì)問題。木賀新一甚至透露，VC-Turbo 2.0T發(fā)動(dòng)機(jī)的缸徑、行程比達(dá)到了2.0:1，其最高熱效率（瞬間）可達(dá)到45%。

回到問題的根本，即什么是發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮比？所謂壓縮比，就是發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸總?cè)莘e和壓縮后的氣缸容積比值。簡單而言，壓縮比越高的發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)化程度就越高，其做功的能力就越好——和低壓縮比發(fā)動(dòng)機(jī)相比，同樣的燃油消耗，產(chǎn)生的功率更大。在自然進(jìn)氣為王的時(shí)代，壓縮比通?？醋魇瞧桶l(fā)動(dòng)機(jī)性能高低的一項(xiàng)重要參數(shù)。早先有PSA集團(tuán)的EW10A 2.0升汽油機(jī)，壓縮比高達(dá)11:1，后來有馬自達(dá)的Skyactiv-G 2.0升汽油機(jī)，壓縮比達(dá)到了14:1（國產(chǎn)版13:1）。

而現(xiàn)在，VC-Turbo 2.0T發(fā)動(dòng)機(jī)使用了先進(jìn)的“可變壓縮比”技術(shù)，也意味著傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的技術(shù)突破。VC-Turbo集合了渦輪增壓汽油機(jī)的動(dòng)力、排放性能，以及柴油渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩和燃油效率。前面我們提到了它的體積更小，相比經(jīng)典的VQ35，KR20減輕了18kg，并且工程部門優(yōu)化了的NVH性能，使得2.0T的L4（直列4缸）發(fā)動(dòng)機(jī)能達(dá)到V6發(fā)動(dòng)機(jī)的特性。

左側(cè)壓縮比為8.0:1狀態(tài)，右側(cè)為14.0:1狀態(tài)

在這臺VC-Turbo 2.0T發(fā)動(dòng)機(jī)的內(nèi)部，裝有一個(gè)獨(dú)特的諧波驅(qū)動(dòng)電機(jī)來改變兩套連桿機(jī)構(gòu)（電機(jī)到控制軸的連桿，控制軸到曲軸的連桿）的長度，隨著這套多連桿（臂）機(jī)構(gòu)的角度變化，連桿機(jī)構(gòu)可以調(diào)整活塞的上止點(diǎn)停止位置，從而改變壓縮比——控制軸在低位，連桿推動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)，活塞到達(dá)高位，實(shí)現(xiàn)14:1高壓縮比；反之，則實(shí)現(xiàn)8:1低壓縮比。

控制軸向左旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)曲軸拉低活塞高度，

將壓縮比降低到8.0:1

控制軸向右旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)曲軸推高活塞，

將壓縮比提升到14.0:1

其次，這臺機(jī)器具有阿特金森和奧托兩種循環(huán)模式，在阿特金森循環(huán)下燃料膨脹體積大，活塞行程更長，發(fā)動(dòng)機(jī)在高壓縮比的模式下運(yùn)轉(zhuǎn)，提供更好的巡航能力（經(jīng)濟(jì)模式，渦輪增壓值?。?。隨著車輛工況改變，發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷變大，ECU則會(huì)讓機(jī)器恢復(fù)到常規(guī)奧托循環(huán)，從而使壓縮比下降，切換到運(yùn)動(dòng)模式，而此時(shí)渦輪的增壓值則上升。

“超變擎”的可復(fù)制性

在這場“NISSAN VC-TURBO核心技術(shù)分享會(huì)”的活動(dòng)上，東風(fēng)日產(chǎn)的工作人員還帶領(lǐng)我們參觀了位于鄭州的發(fā)動(dòng)機(jī)工廠，親歷VC-Turbo 2.0T發(fā)動(dòng)機(jī)的生產(chǎn)過程。根據(jù)領(lǐng)隊(duì)透露，目前VC-Turbo 2.0T的國產(chǎn)化率為22%，意味著僅有部分外觀管件和裝飾部分實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)，而包括凸輪軸、活塞、連桿、缸蓋等部件都采取進(jìn)口模式，而未來發(fā)動(dòng)機(jī)工廠有計(jì)劃提升國產(chǎn)化率到70-80%，要實(shí)現(xiàn)鑄造、加工、裝配全鏈條的落地生產(chǎn)。

可變壓縮比機(jī)構(gòu)的諧波驅(qū)動(dòng)電機(jī)

可變壓縮比的多連桿控制機(jī)構(gòu)

根據(jù)領(lǐng)隊(duì)工作人員介紹，由于日方對于可靠性的要求和保障，目前可變壓縮比機(jī)構(gòu)（諧波電機(jī)、連桿、控制軸）在日本組裝。由于這部分對于工藝要求較高，所以日方還在強(qiáng)化本土生產(chǎn)的操作流程，預(yù)計(jì)在2020年4月能實(shí)現(xiàn)可變壓縮比的國產(chǎn)。

根據(jù)規(guī)劃，VC-Turbo系列發(fā)動(dòng)機(jī)將逐步取代日產(chǎn)現(xiàn)有的自然進(jìn)氣發(fā)動(dòng)機(jī)，并且還將與E-Power形成動(dòng)力組合。在2020-2021年之間，東風(fēng)日產(chǎn)將導(dǎo)入4款搭載VC-Turbo發(fā)動(dòng)機(jī)的新車。具體到細(xì)節(jié)，在不久的將來，VC-Turbo 2.0T將取代2.5升自然進(jìn)氣發(fā)動(dòng)機(jī)，而隨后2020年9月在鄭州投產(chǎn)的新一代VC-Turbo 1.5T將取代2.0升自然進(jìn)氣發(fā)動(dòng)機(jī)。這是一臺直列3缸結(jié)構(gòu)的1.5T，同樣具有可變壓縮比技術(shù)，并且在不使用雙平衡軸的基礎(chǔ)上，也能實(shí)現(xiàn)很好的NVH特性。

配氣機(jī)構(gòu)凸輪軸自動(dòng)涂膠機(jī)

發(fā)動(dòng)機(jī)周邊附件預(yù)擰緊工序

機(jī)器人自動(dòng)組裝工序

發(fā)動(dòng)機(jī)總裝線

嚴(yán)苛的國6b時(shí)代到來，預(yù)示著汽車主機(jī)廠將在動(dòng)力系統(tǒng)上面投入更多，而日產(chǎn)將“超變擎”VC-Turbo技術(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)投入國產(chǎn)，不僅很好地應(yīng)對了排放法規(guī)的挑戰(zhàn)，也再次強(qiáng)化了自己的技術(shù)形象地位。沒有人會(huì)拒絕新技術(shù)，就像沒有人會(huì)拒絕藍(lán)天一樣?？梢灶A(yù)見的是，VC-Turbo“可變壓縮比”技術(shù)盡管現(xiàn)階段只有日產(chǎn)在領(lǐng)跑，但在接下來的幾年里，將會(huì)有越來越多的廠商加入到這個(gè)行列。百花齊放的時(shí)代，才是真正的技術(shù)服務(wù)于“人·車·生活”。