技道并進　日產超變擎發動機技術

在中國古代哲學里，對于“技”與“道”的辯證關系有一些超前的理解。是驅動社會發展動因和手段，《莊子·天地》中記載：行于萬物者，道也，能有所藝者，技也。所謂道，就是萬物的發展規律，先知們通過觀察自然和社會的發展，并預判未來的方向，而技，則是人們為了實現既定目標，不斷更新和發展的手段和技術。沒有道，技術就會毫無目的地野蠻生長，沒有技，再宏大的理想也只是一紙空談。有了對戰爭和領土的渴望，才會從冷兵器發展到火藥，有了文化傳播的訴求，才會從手抄發展為活字印刷，有了對西方文化的交流，才會有能航行萬里的遠洋大船……，一切的技術進步都來自于社會最核心的基本需求。

高效節能是內燃機技術永遠追求的目標

如今技術的發展日新月異，是否可以滿足社會對于“道”的需求呢？當然不會，人們對于美好生活的追求永遠沒有終點，而在工業社會中，綠色和低碳已經成為今后發展的主流方向。習近平總書記在第七十五屆聯合國大會一般性辯論會上鄭重提出中國“二氧化碳排放力爭于2030 年前達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和”。中國汽車工程學會在2020年底發布了經過第二次修訂的《節能與新能源汽車技術路線圖2.0》，從政策層面給節能汽車的發展指明了方向，2025年，新車百公里油耗目標（含新能源汽車）為4. 6升，2030年（含新能源汽車）達到3.2升，2035年（含新能源汽車）需達到2升。總結一點，我國汽車工業的愿景就是盡快降低整車燃油消耗目標，盡早達到碳達峰和碳中和。

我們都能看到。目前全球的汽車產業都在電動化，尤其是中國，新能源汽車的發展速度全球領先，但是我們不能忽略的一點就是，目前我國還有80%乘用車是內燃機車型，如何在傳統內燃機技術領域繼續突破，盡可能地達到節能減排的目標，成為了擺在眾多車企面前的課題。而在消費者層面，最近幾年大家的環保意識也日漸增強，不會再過度追求那些華而不實的大排量車型，反而小排量高效率的動力系統，越來越受到消費者的青睞。在不影響動力水平的前提下，更高效，更環保的發動機將是未來內燃機的發展方向。

那么，有沒有這種魚與熊掌兼得的動力組合呢？答案是肯定的，歐美和日本早在多年前就已經開始探索和普及三缸發動機，三缸發動機技術是一項成熟，穩定，高效的動力解決方案，早在上世紀七十年代，以日本為代表的車企就開始研發三缸發動機，此后隨著渦輪增壓技術的進步，在歐美市場出現了越來越多的三缸發動機車型，并且通過一系列的技術革新，基本解決了抖動，動力弱，噪音大的問題，成為一種更加高效的動力配置。而我國的三缸發動機技術近幾年也有了長足的進步，目前已經有不少于100款搭載三缸機的產品在市場上銷售，消費者的認知度也越來越高。

三缸發動機的誤區需要技術進步來消除

在技術進步的同時，我們也看到市場上有一些略顯消極的反映， 由于此前一些三缸機技術存在的缺陷，讓消費者對于三缸機的技術存在著不小的偏見，比如認為減少一個汽缸后動力會降低，相比于四缸發動機，振動也更加明顯，整車的NVH水平勢必受到影響。這些現實的聲音由來已久，但是我們不能總以老眼光看待新的技術，從對于三缸發動機用戶的統計數據我們可以看到。他們對于動力性，噪音水平的滿意度大大高于沒有使用過三缸機的其他人群，這體現了非常明顯的幸存者偏差，由此可見，目前市場上對于三缸機的誤解并不是技術本身的問題，而是消費者形成的固有思維。

那么從技術角度講，三缸機的優勢和領先性體現在哪呢？從內燃機的設計理論出發， 單汽缸容積在0.5升是一個最優設計， 既達到了更好的熱效率，同時也會提升NVH水平， 而日產的這款VCT urbo超變擎300正是符合這樣的設計思路;其次，由于減少了一個汽缸，原本四缸機無法解決的排氣干涉問題，在三缸機上也大大緩解了，帶來的是更快的動力響應，更低的油耗和更加美妙的發動機聲浪;還有，汽缸的往復運動勢必會帶來更大的摩擦阻力，三缸機的摩擦副運動減少，自然做功效率也會提升。以上種種都可以證明，三缸機并不是簡單地偷工減料，從設計合理性和節能性上，都有強于四缸發動機的先天優勢，也正是因為這些特性，越來越多的國外品牌開始研發和使用這種高效的動力單元。

壓縮比對于動力的影響

我們都知道，發動機通過壓縮并點燃汽缸內的油氣混合物，產生燃燒來做功驅動汽車行駛，那么相同質量的混合氣體被壓縮的越猛烈，燃燒后做的功越多，燃燒效率也就越大，所以壓縮比越大的混合氣體密度越大。那么是不是壓縮比越大越好呢，當然不是，當混合氣體被壓縮到極限后，火花塞還沒有點火就已經發生了爆炸，這種現象叫做爆燃，爆燃是無法有效做功的，還會對發動機造成不可逆的損害。而且不同的壓縮比也會有不同的動力表現，比如在壓縮比較低時，可以實現較高扭矩的輸出，當壓縮比較高時，燃燒更加充分，油耗降低。由于每一款發動機氣缸行程是固定的，所以壓縮比也是固定的，就很難達到動力性和經濟性的雙贏。

三缸發動機振動原因：

Y軸：縱向振動（往復慣性力）

由全部活塞結構不對稱上下運動所產生

X軸：側向振動（旋轉慣性力）

由活塞、活塞連桿旋轉慣性力所產生

VCR如何解決三缸機抖動的難題？

VC-Turbo超變擎300因為采用了多連桿技術，活塞向下垂直運動時的傾角要比普通三缸發動機更小，對汽缸沖擊的側向力也會更小，從而讓原來在X軸發生的側向振動變成了Y軸的縱向振動，通過偏心輪原理，匹配發動機運行，自適應調節整體配重，讓Y軸的振動也控制在合理范圍內，這一項技術可以抵消傳統發動機44%的活塞側向力，同時NVH水平提升6%。在發動機整體減振方面，采用了更大的高容量懸置，配合兩個高剛性的防扭拉桿，有效地衰減了發動機帶來的振動。所以我們看到，這款VC-Turbo超變擎300發動機，幾乎用上了所有最尖端的減振方式來抑制三缸機天生的缺陷，同時噪音水平還有了提升，這樣逆天的設計也只有技術日產可以實現了。

做三缸機并不難，難的是如何通過技術革新達到各項性能的均衡，甚至超過市面上大多數四缸發動機的水平。因為在發動機研發領域，動力性和經濟性是一對天生的矛盾體，很難兼得，何況還要解決三缸機的抖動問題。這種在“道”層面的目標需要更高的“技”來實現。在三缸機領域，作為以技術見長的日產自然也不會落后，同時他們還在三缸發動機上加持了全球獨一無二的VC-Turbo超變擎技術，真正讓一款只有1.5升排量的三缸發動機做到了動力，噪音，燃油三方面性能的均衡提升。我們先看一下這款VC-Turbo超變擎300的技術參數，最大功率達到了150kW，最大扭矩300Nm，綜合油耗只有5.8升/100km，92號汽油就可以滿足。

這款三缸發動機之所以可以達到動力性與經濟性的完美平衡，得益于全球獨創的VC-Turbo超變擎技術，也就是可變壓縮比技術。日產一直在挑戰這樣的物理極限，20年前就開始著眼于解決這個矛盾，嘗試通過一系列的控制能夠動態調整壓縮比，歷經四代發動機的不懈努力，終于研發成功一套穩定成熟的可變壓縮比技術，稱之為VC-Turbo超變擎。顛覆傳統發動機的曲柄連桿結構，獨創多連桿系統，實現發動機壓縮比由8：1（高性能）-14：1（高效能）之間的智能隨意切換，這項技術在三缸發動機領域是全球首次使用。而且在根本上解決了三缸機抖動的難題。

在動力輸出方面，由于采用了可變壓縮比技術，VC-Turbo 超變擎300 可以打破此前動力與油耗不可調和的矛盾，在高壓縮比區間，發動機處于最高的燃效效率，帶來了更加經濟的油耗表現，當需要強大扭矩輸出的時候，可以自動調整為低壓縮比工況，通過抑制爆震的產生，實現高增壓和高扭矩輸出，這種區別于所有內燃機結構的設計使得VC-Turbo 超變擎300在最高扭矩達到300Nm的條件下，還能實現5.8L/100km的燃油消耗。除了VCR 技術之外，這款發動機還搭載了高效低壓的EGR系統、輕量化活塞，高能點火系統，不銹鋼鏡面融射技術等10項業界領先的技術，其中6項還是日產獨創的。

VC-Turbo超變擎300重新定義了三缸發動機的技術標準

在發動機日趨小型化的今天，很多廠家不得不犧牲一部分性能滿足節能環保的要求，三缸發動機是一種比較成熟的解決方案，但是也正是由于少了一個汽缸，造成了先天的抖動和動力不足，成為消費者選擇時候不可繞開的魔障。日產憑借VCTurbo超變擎300上搭載的VCR可變壓縮比技術，完美地解決了抖動和動力的問題，同時還提升了NVH水平，在三缸機領域開創了獨有的技術優勢，成功地為三缸機正名。未來隨著越來越多的企業采用三缸機動力配置，這種環保，節能，又兼顧動力的驅動方式一定會得到消費者的認可，所謂路遙知馬力，日久見實力，好的技術是為了帶來更高的駕乘體驗，更好的環保訴求，沒有什么觀念是不能改變的，唯一不變的就是日產對技術不斷攀登的決心。

三缸機是過渡產品還是未來主流？

專訪

采訪嘉賓：上海交通大學汽車工程研究院院長許敏教授

VC-Turbo超變擎300發動機未來將成為全新奇駿的唯一動力配置，它如何面對消費者和同行的質疑，能否幫助奇駿延續它在SUV領域的地位，光是廠家的介紹顯然不能說明問題，此次活動我們也有幸采訪了上海交通大學汽車工程研究院院長許敏教授，聽聽他對三缸機技術和VC-Turbo超變擎300的獨到見解。

AF：三缸發動機目前的技術水平如何，目前在全球范圍的發展狀態？

許：大概在十幾年前，發動機的小型化、減缸化已經是一個趨勢了，小型發動機的起步階段主要是通過增壓的技術。實現不比大排量差的動力水平。

現在新的趨勢是發動機的熱效率要進一步的提升，油耗進一步下降，尤其是跟混合動力的完美的結合，就更需要尺寸更小的、動力性更強的發動機產品，而三缸發動機就變成不二選擇，也是最佳的一種選擇。從世界范圍看，各大主機廠都紛紛的推出最新的三缸機，中國的自主品牌也也都開始涉足于這個領域，推出了很多技術先進的三缸機產品，這種小排量的三缸機不僅是在動力性上面做的很好，關鍵是在它的經濟性方面得到提升，以及原有的振動問題也都完美的解決。

AF：目前市場上對于三缸發動機存在著很多偏見，您認為是否得到了解決？

許：我想大家最關心的問題還是三缸發動機的抖動問題，在以前傳統的三缸機上是有這個問題，那個時代的三缸機振動問題很嚴重，日產的VC-Turbo超變擎300，它除了VCR技術之外，還通過在平衡軸上面，在飛輪和皮帶輪上面采取不同的質量分布的方法，來實現扭矩的自然平衡。

另外三缸機單缸的體積里面的容積更大，更容易燃燒，從節能環保方面看反而是有優勢的。同時三缸機本身三個缸之間的氣動學角度，它沒有排氣干涉，進氣脈沖性更好，帶來的體驗就是開起來運動感更好。從各方面來講，現在的三缸機把以前大家認為的一些固有的缺陷，通過新的技術完全克服了，同時把它的優勢發揮出來。如果是動力允許的情況下的話，我覺得三缸機應該是比四缸機更適合我們使用。

AF：您對這款VC-Turbe超變擎300三缸發動機的印象和評價如何？

許：我覺得首先日產的VCR技術是業界領先的技術，而且也是世界首發，只有日產現在能做到，可變壓縮比技術對我們搞發動機專業的人，是百年來的夢想。

日產這款發動機通過可變壓縮比解決了動力與油耗平衡的問題，需要經濟性的時候發動機會選擇高壓縮比模式，最大可能地提升熱效率，在需要扭矩輸出的時候采用較低的壓縮比，保證足夠高的動力性，這個技術的確是個革命性的變化。而且因為多連桿的結構，活塞在里面受力是垂直的，減小了側向力，敲缸和磨損會大大的減輕，這樣它本身的震動還要比四缸機小。其次三缸機的摩擦損失本來就比四缸機小，多連桿技術讓活塞與缸壁之間的摩擦減少，發動機的做功效率也會提升，發動機的油耗就更低。

由于采用了可變壓縮比，這款發動機可以輸出300Nm的扭矩，驅動奇駿這款1.6噸的SUV一點問題都沒有。我剛才試駕過之后感覺沒有任何動力問題，可以說是個絕配，把小型化的發動機搭載到大車上，也是為市場做出了榜樣，可以讓消費者對三缸機更有信心。

專訪

采訪嘉賓：中國汽車工程學會副秘書長張旭明先生

節能減排和碳中和已經成為目前中國經濟發展的重要方向，從政策層面國家一直鼓勵更加節能環保的內燃機技術發展，作為行業政策和標準的制定者，中國汽車工程學會的領導對三缸機未來的前景如何定義呢？

AF：2020年學會頒布了《節能與新能源汽車技術路線圖2.0》，里面對于內燃機節能技術如何規劃？

張：中國汽車工程學會在2020年底發布了經過第二次修訂的《節能與新能源汽車技術路線圖2.0》，受到了國內外產業界的高度關注，技術路線圖2.0進一步研究確認了全球汽車技術“低碳化、信息化、智能化”發展方向，提出了面向2035年我國汽車產業發展的六大目標，即：我國汽車產業碳排放將于2028年左右先于國家碳減排承諾提前達峰，至2035年，碳排放總量較峰值下降20%以上;

同時路線圖2.0也從政策層面給節能汽車的發展指明了方向，2025年，新車百公里油耗目標（含新能源汽車）為4.6升，2030年（含新能源汽車）達到3.2升，2035年（含新能源汽車）需達到2升。除了混動技術之外，如何在傳統內燃機技術領域繼續突破成為了擺在眾多車企面前的課題。

AF：目前消費者對于三缸機的偏見，從學會角度如何引導公眾正確認識這項技術？

張：此前公眾對于三缸機確實存在著一些偏見，認為三缸發動機是一種廉價的簡配方案，造成了現在很多企業對于推廣三缸機的技術還有一些顧慮，擔心市場的認可度和消費者的接受程度，所以中國汽車工程學會在今年聯合日產，大眾，吉利，福特等多家知名車企，啟動了關于三缸發動機技術普及和推廣的課題，在此期間我們也深入調研和了解了我國目前三缸機技術發展的現狀，從技術層面已經不存在一些消費者和媒體所顧慮的問題，目前三缸機技術最大的障礙在于如何引導用戶接受這項新技術，通過實際體驗感受到它的動力性，經濟性，NVH水平。

AF：您認為日產這款VC-Turbo超變擎300給您最深的印象是什么？

張：很高興能夠參加東風日產新奇駿的技術品鑒會，幫助日產推廣這款技術含量很高的三缸發動機，這也代表了東風日產在低碳化和節能減排上的努力和決心。我們也了解到，這款三缸發動機搭載了多項先進技術，很多在全球都處于領先水平，比如全球獨創實現壓縮比可變的多連桿結構，真正達到了提升動力，降低油耗，屏蔽噪音，節能環保的目標。全新奇駿是東風日產SUV陣營中最重要的車型，我們也相信隨著新奇駿的上市，這款發動機將被越來越多的消費者所接受，同時我們也希望越來越多的廠家能夠在傳統內燃機領域有新的技術突破，助力中國汽車產業能夠在路線圖2.0的指引下盡早完成碳中和的環保目標。