汽缸的怒吼

李爾欣

作為一種現代動力機械，內燃機（internal combust ionengine）的歷史至少可追溯到17世紀—那時歐洲的宮廷花園就已經在使用以火藥為燃料的活塞式水泵。但若只需滿足“內部燃燒”跟“提供動力”兩項條件即可視為內燃機，其源頭還可再往前推至12世紀，畢竟彼時中國北宋的軍人已為箭矢綁上火藥筒用以提升射程。

而隨著瑞士工程師 Fran?ois Isaac de Rivaz在1808年給農業工具車裝上以氫氧混合氣體為燃料的燃氣發動機，以及德國工程師Karl Benz打造的那款汽油動力三輪馬車于1886年獲得注冊專利，由內燃機驅動的車輛便開始進入人類的日常生活。

如是等到20世紀初，汽車在發達國家全面接手馬車的“工作”之后，內燃機又憑借著輕便與實用的優勢，先后超越蒸汽機、電動機等競爭對手，成為汽車動力體系的主角。既然擁有難以撼動的地位，同時又無燃油或排放規則之限制，汽車發動機的研制便開啟了野蠻生長并瘋狂內卷的模式。

例如，早在1913年就已有賽車裝過排量9.0升、最大功率150千瓦，來自飛機的V12發動機。又比如，20世紀20～30年代的汽車制造商敢讓日常使用的轎車或卡車的發動機裝配當時技術及工藝尚不成熟的機械增壓器甚至是渦輪增壓器。

不僅如此，當年的豪華品牌跟奢侈品牌更是熱衷于推出夸張的大排量自然吸氣發動機。像Cadillac V-16搭載的V型十六缸發動機，以及Bugatti Type41 Royale配備的12.7升直列八缸發動機等“巨獸”便是那個年代的代表作品。但在經歷二戰的消耗后，除個別性能車制造商外，多數汽車廠商均已轉而生產更貼近消費市場的發動機。

二戰后，歐美的主流廠商不約而同地開始研制新世代內燃機。只是，當20世紀70年代石油危機正式爆發時，美國廠商剛經歷過燃氣輪機、渦輪增壓器等技術嘗新的失敗，而歐洲廠商則恰好推出BMW 2002 Turbo等搭載小排量發動機的明星車型。再加上歐洲和北美的可用能源儲備有所差異，因此今日歐美廠商在研發動力系統時會采用截然不同的策略。但雙方的目標卻是一致的：追求更強勁的動力。

事實上，哪怕在油耗性能成為重要的購車參考指標后，汽車廠商也寧可費力完善渦輪增壓、氣門正時、輕量化等技術，并為汽缸、噴油等部件研發更為智能的控制系統，都不愿放棄對于動力性能的追求，大眾甚至在21世紀初分別為同集團的奧迪和布加迪推出W型十二缸跟W型十六缸兩款超級發動機。

其實，今日的汽車發動機之所以全面轉向小型化、節能型發展，并非由于燃料儲量正面臨枯竭，相反，除汽油和柴油外，地球上多的是可供內燃機使用的各種天然或者合成的燃料，而真正掐滅汽車發動機未來的，是日益嚴苛的排放標準。

受20世紀40～60年代爆發的“洛杉磯光化學煙霧事件”“倫敦霧霾事件”等著名環境公害事件的影響，美國和英國先后推出諸如《清潔空氣法案》等用以治理大氣環境的國家級法律，并成立相應的環保法規制定機構和污染控制管理機構。美國加州更自1961年起強制執行車輛排放控制辦法。而從1992年起，歐盟也開始實施歐I排放標準，并以四年為周期逐級提升標準限值。為此，各大車廠在加速淘汰老舊技術的同時，也在持續優化內燃機的性能，以期跟上日益嚴苛的排放法規。

于是，相關廠商開始為汽油發動機引入缸內直噴、分層燃燒等技術，并著手改善柴油發動機的均質化燃燒性能，以期提升內燃機的熱效率。包括改用生物乙醇燃料，乃至直接使用氫內燃機，其首要目的，也都是為降低碳排放，然后才是順帶減少對傳統燃油的消耗。

但是，四沖程活塞發動機受其工作原理所限，在提升熱效率方面，存在明顯的瓶頸。即使投入大量人力、財力等成本將汽油機與柴油機的熱效率分別提升40%及50%以上，所獲得的減排效果要跟上新標準拉升的閾值也相當吃力。也正因為如此，大眾才會做出在排放測試中作弊的蠢事，以至于在2015年爆出“排放門”事件而大傷元氣。

此外，2008年爆發的金融危機也讓這些傳統廠商徹底錯失按部就班地為內燃機尋找環保燃料的機會，不得不走上電氣化的捷徑，以便在生存危機面前贏得喘息的機會。于是，除精通油電混合動力系統的豐田，以及積累多年增程式電動系統應用經驗的通用等早有準備的廠商外，不少曾經堅守內燃機陣營的歐美廠商也轉身去試水48V輕混系統等電氣化動力系統。

但隨著多個國家陸續發布禁售燃油車乃至搭載內燃機之動力系統的時間表，部分歐美廠商再也無心戀戰內燃機動力系統，轉手便宣布將于21世紀20年代內停止銷售燃油車。與此同時，幾乎所有傳統汽車制造商也先后啟動各自的“純電”戰略。至此，內燃機已注定將退出主流汽車動力系統的行列，只是時間的早晚而已。

但這并不意味著內燃機驅動汽車的歷史將迎來終結。相反，仍有不少廠家在努力地為其續命。比如，豐田、斯巴魯、馬自達、雅馬哈、川崎等5家日本廠商就在聯手研發可使用氫、生物柴油等清潔燃料的量產型內燃機，既不消耗化石燃料，又能實現碳中和。目前，雅馬哈已在豐田跟川崎的支持下，分別完成對汽車發動機和摩托車發動機的改造，推出可使用純氫燃料的內燃機，并已裝上對應的原型車進行試驗。

與此同時，超跑車廠也在盡力保留內燃機的火種。比如Ferrari 296 GTB與McLaren Artura就不約而同地基于全新120度夾角的V6渦輪增壓發動機構建出各自的混合動力系統。此外更有堅持使用純燃油動力系統的Ferrari Purosangue跟PaganiUtopia。

也正是有這些傳統廠商的堅持與努力，才讓人愿意相信，即便內燃機不再是汽車動力系統里的主角，但就像那些高端機械表一樣，這些底蘊深厚的精品不僅能在碳中和時代繼續生存，并有望成為彰顯身份的奢侈品。事實上，在2022年仍堅持使用V12發動機的Ferrari Purosangue跟Pagani Utopia就全部采用限量生產。對此，廠商也明確表示，這是為保證“稀有性”。

至于內燃機本身，那更是遠未到謝幕的時候，畢竟對于航空、船舶等其他交通工具，以及在非道路應用領域，內燃機仍大有用武之地，并將繼續往綠色、智能的方向發展進化。