技道并进 日产超变擎发动机技术

在中国古代哲学里，对于“技”与“道”的辩证关系有一些超前的理解。是驱动社会发展动因和手段，《庄子·天地》中记载：行于万物者，道也，能有所艺者，技也。所谓道，就是万物的发展规律，先知们通过观察自然和社会的发展，并预判未来的方向，而技，则是人们为了实现既定目标，不断更新和发展的手段和技术。没有道，技术就会毫无目的地野蛮生长，没有技，再宏大的理想也只是一纸空谈。有了对战争和领土的渴望，才会从冷兵器发展到火药，有了文化传播的诉求，才会从手抄发展为活字印刷，有了对西方文化的交流，才会有能航行万里的远洋大船……，一切的技术进步都来自于社会最核心的基本需求。

高效節能是内燃机技术永远追求的目标

如今技术的发展日新月异，是否可以满足社会对于“道”的需求呢？当然不会，人们对于美好生活的追求永远没有终点，而在工业社会中，绿色和低碳已经成为今后发展的主流方向。习近平总书记在第七十五届联合国大会一般性辩论会上郑重提出中国“二氧化碳排放力争于2030 年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和”。中国汽车工程学会在2020年底发布了经过第二次修订的《节能与新能源汽车技术路线图2.0》，从政策层面给节能汽车的发展指明了方向，2025年，新车百公里油耗目标（含新能源汽车）为4. 6升，2030年（含新能源汽车）达到3.2升，2035年（含新能源汽车）需达到2升。总结一点，我国汽车工业的愿景就是尽快降低整车燃油消耗目标，尽早达到碳达峰和碳中和。

我们都能看到。目前全球的汽车产业都在电动化，尤其是中国，新能源汽车的发展速度全球领先，但是我们不能忽略的一点就是，目前我国还有80%乘用车是内燃机车型，如何在传统内燃机技术领域继续突破，尽可能地达到节能减排的目标，成为了摆在众多车企面前的课题。而在消费者层面，最近几年大家的环保意识也日渐增强，不会再过度追求那些华而不实的大排量车型，反而小排量高效率的动力系统，越来越受到消费者的青睐。在不影响动力水平的前提下，更高效，更环保的发动机将是未来内燃机的发展方向。

那么，有没有这种鱼与熊掌兼得的动力组合呢？答案是肯定的，欧美和日本早在多年前就已经开始探索和普及三缸发动机，三缸发动机技术是一项成熟，稳定，高效的动力解决方案，早在上世纪七十年代，以日本为代表的车企就开始研发三缸发动机，此后随着涡轮增压技术的进步，在欧美市场出现了越来越多的三缸发动机车型，并且通过一系列的技术革新，基本解决了抖动，动力弱，噪音大的问题，成为一种更加高效的动力配置。而我国的三缸发动机技术近几年也有了长足的进步，目前已经有不少于100款搭载三缸机的产品在市场上销售，消费者的认知度也越来越高。

三缸发动机的误区需要技术进步来消除

在技术进步的同时，我们也看到市场上有一些略显消极的反映， 由于此前一些三缸机技术存在的缺陷，让消费者对于三缸机的技术存在着不小的偏见，比如认为减少一个汽缸后动力会降低，相比于四缸发动机，振动也更加明显，整车的NVH水平势必受到影响。这些现实的声音由来已久，但是我们不能总以老眼光看待新的技术，从对于三缸发动机用户的统计数据我们可以看到。他们对于动力性，噪音水平的满意度大大高于没有使用过三缸机的其他人群，这体现了非常明显的幸存者偏差，由此可见，目前市场上对于三缸机的误解并不是技术本身的问题，而是消费者形成的固有思维。

那么从技术角度讲，三缸机的优势和领先性体现在哪呢？从内燃机的设计理论出发， 单汽缸容积在0.5升是一个最优设计， 既达到了更好的热效率，同时也会提升NVH水平， 而日产的这款VCT urbo超变擎300正是符合这样的设计思路;其次，由于减少了一个汽缸，原本四缸机无法解决的排气干涉问题，在三缸机上也大大缓解了，带来的是更快的动力响应，更低的油耗和更加美妙的发动机声浪;还有，汽缸的往复运动势必会带来更大的摩擦阻力，三缸机的摩擦副运动减少，自然做功效率也会提升。以上种种都可以证明，三缸机并不是简单地偷工减料，从设计合理性和节能性上，都有强于四缸发动机的先天优势，也正是因为这些特性，越来越多的国外品牌开始研发和使用这种高效的动力单元。

压缩比对于动力的影响

我们都知道，发动机通过压缩并点燃汽缸内的油气混合物，产生燃烧来做功驱动汽车行驶，那么相同质量的混合气体被压缩的越猛烈，燃烧后做的功越多，燃烧效率也就越大，所以压缩比越大的混合气体密度越大。那么是不是压缩比越大越好呢，当然不是，当混合气体被压缩到极限后，火花塞还没有点火就已经发生了爆炸，这种现象叫做爆燃，爆燃是无法有效做功的，还会对发动机造成不可逆的损害。而且不同的压缩比也会有不同的动力表现，比如在压缩比较低时，可以实现较高扭矩的输出，当压缩比较高时，燃烧更加充分，油耗降低。由于每一款发动机气缸行程是固定的，所以压缩比也是固定的，就很难达到动力性和经济性的双赢。

三缸發动机振动原因：

Y轴：纵向振动（往复惯性力）

由全部活塞结构不对称上下运动所产生

X轴：侧向振动（旋转惯性力）

由活塞、活塞连杆旋转惯性力所产生

VCR如何解决三缸机抖动的难题？

VC-Turbo超变擎300因为采用了多连杆技术，活塞向下垂直运动时的倾角要比普通三缸发动机更小，对汽缸冲击的侧向力也会更小，从而让原来在X轴发生的侧向振动变成了Y轴的纵向振动，通过偏心轮原理，匹配发动机运行，自适应调节整体配重，让Y轴的振动也控制在合理范围内，这一项技术可以抵消传统发动机44%的活塞侧向力，同时NVH水平提升6%。在发动机整体减振方面，采用了更大的高容量悬置，配合两个高刚性的防扭拉杆，有效地衰减了发动机带来的振动。所以我们看到，这款VC-Turbo超变擎300发动机，几乎用上了所有最尖端的减振方式来抑制三缸机天生的缺陷，同时噪音水平还有了提升，这样逆天的设计也只有技术日产可以实现了。

做三缸机并不难，难的是如何通过技术革新达到各项性能的均衡，甚至超过市面上大多数四缸发动机的水平。因为在发动机研发领域，动力性和经济性是一对天生的矛盾体，很难兼得，何况还要解决三缸机的抖动问题。这种在“道”层面的目标需要更高的“技”来实现。在三缸机领域，作为以技术见长的日产自然也不会落后，同时他们还在三缸发动机上加持了全球独一无二的VC-Turbo超变擎技术，真正让一款只有1.5升排量的三缸发动机做到了动力，噪音，燃油三方面性能的均衡提升。我们先看一下这款VC-Turbo超变擎300的技术参数，最大功率达到了150kW，最大扭矩300Nm，综合油耗只有5.8升/100km，92号汽油就可以满足。

这款三缸发动机之所以可以达到动力性与经济性的完美平衡，得益于全球独创的VC-Turbo超变擎技术，也就是可变压缩比技术。日产一直在挑战这样的物理极限，20年前就开始着眼于解决这个矛盾，尝试通过一系列的控制能够动态调整压缩比，历经四代发动机的不懈努力，终于研发成功一套稳定成熟的可变压缩比技术，称之为VC-Turbo超变擎。颠覆传统发动机的曲柄连杆结构，独创多连杆系统，实现发动机压缩比由8：1（高性能）-14：1（高效能）之间的智能随意切换，这项技术在三缸发动机领域是全球首次使用。而且在根本上解决了三缸机抖动的难题。

在动力输出方面，由于采用了可变压缩比技术，VC-Turbo 超变擎300 可以打破此前动力与油耗不可调和的矛盾，在高压缩比区间，发动机处于最高的燃效效率，带来了更加经济的油耗表现，当需要强大扭矩输出的时候，可以自动调整为低压缩比工况，通过抑制爆震的产生，实现高增压和高扭矩输出，这种区别于所有内燃机结构的设计使得VC-Turbo 超变擎300在最高扭矩达到300Nm的条件下，还能实现5.8L/100km的燃油消耗。除了VCR 技术之外，这款发动机还搭载了高效低压的EGR系统、轻量化活塞，高能点火系统，不锈钢镜面融射技术等10项业界领先的技术，其中6项还是日产独创的。

VC-Turbo超变擎300重新定义了三缸发动机的技术标准

在发动机日趋小型化的今天，很多厂家不得不牺牲一部分性能满足节能环保的要求，三缸发动机是一种比较成熟的解决方案，但是也正是由于少了一个汽缸，造成了先天的抖动和动力不足，成为消费者选择时候不可绕开的魔障。日产凭借VCTurbo超变擎300上搭载的VCR可变压缩比技术，完美地解决了抖动和动力的问题，同时还提升了NVH水平，在三缸机领域开创了独有的技术优势，成功地为三缸机正名。未来随着越来越多的企业采用三缸机动力配置，这种环保，节能，又兼顾动力的驱动方式一定会得到消费者的认可，所谓路遥知马力，日久见实力，好的技术是为了带来更高的驾乘体验，更好的环保诉求，没有什么观念是不能改变的，唯一不变的就是日产对技术不断攀登的决心。

三缸机是过渡产品还是未来主流？

专访

采访嘉宾：上海交通大学汽车工程研究院院长许敏教授

VC-Turbo超变擎300发动机未来将成为全新奇骏的唯一动力配置，它如何面对消费者和同行的质疑，能否帮助奇骏延续它在SUV领域的地位，光是厂家的介绍显然不能说明问题，此次活动我们也有幸采访了上海交通大学汽车工程研究院院长许敏教授，听听他对三缸机技术和VC-Turbo超变擎300的独到见解。

AF：三缸发动机目前的技术水平如何，目前在全球范围的发展状态？

许：大概在十几年前，发动机的小型化、减缸化已经是一个趋势了，小型发动机的起步阶段主要是通过增压的技术。实现不比大排量差的动力水平。

现在新的趋势是发动机的热效率要进一步的提升，油耗进一步下降，尤其是跟混合动力的完美的结合，就更需要尺寸更小的、动力性更强的发动机产品，而三缸发动机就变成不二选择，也是最佳的一种选择。从世界范围看，各大主机厂都纷纷的推出最新的三缸机，中国的自主品牌也也都开始涉足于这个领域，推出了很多技术先进的三缸机产品，这种小排量的三缸机不仅是在动力性上面做的很好，关键是在它的经济性方面得到提升，以及原有的振动问题也都完美的解决。

AF：目前市场上对于三缸发动机存在着很多偏见，您认为是否得到了解决？

许：我想大家最关心的问题还是三缸发动机的抖动问题，在以前传统的三缸机上是有这个问题，那个时代的三缸机振动问题很严重，日产的VC-Turbo超变擎300，它除了VCR技术之外，还通过在平衡轴上面，在飞轮和皮带轮上面采取不同的质量分布的方法，来实现扭矩的自然平衡。

另外三缸机单缸的体积里面的容积更大，更容易燃烧，从节能环保方面看反而是有优势的。同时三缸机本身三个缸之间的气动学角度，它没有排气干涉，进气脉冲性更好，带来的体验就是开起来运动感更好。从各方面来讲，现在的三缸机把以前大家认为的一些固有的缺陷，通过新的技术完全克服了，同时把它的优势发挥出来。如果是动力允许的情况下的话，我觉得三缸机应该是比四缸机更适合我们使用。

AF：您对这款VC-Turbe超变擎300三缸发动机的印象和评价如何？

许：我觉得首先日产的VCR技术是业界领先的技术，而且也是世界首发，只有日产现在能做到，可变压缩比技术对我们搞发动机专业的人，是百年来的梦想。

日产这款发动机通过可变压缩比解决了动力与油耗平衡的问题，需要经济性的时候发动机会选择高压缩比模式，最大可能地提升热效率，在需要扭矩输出的时候采用较低的压缩比，保证足够高的动力性，这个技术的确是个革命性的变化。而且因为多连杆的结构，活塞在里面受力是垂直的，减小了侧向力，敲缸和磨损会大大的减轻，这样它本身的震动还要比四缸机小。其次三缸机的摩擦损失本来就比四缸机小，多连杆技术让活塞与缸壁之间的摩擦减少，发动机的做功效率也会提升，发动机的油耗就更低。

由于采用了可变压缩比，这款发动机可以输出300Nm的扭矩，驱动奇骏这款1.6吨的SUV一点问题都没有。我刚才试驾过之后感觉没有任何动力问题，可以说是个绝配，把小型化的发动机搭载到大车上，也是为市场做出了榜样，可以让消费者对三缸机更有信心。

专访

采访嘉宾：中国汽车工程学会副秘书长张旭明先生

节能减排和碳中和已经成为目前中国经济发展的重要方向，从政策层面国家一直鼓励更加节能环保的内燃机技术发展，作为行业政策和标准的制定者，中国汽车工程学会的领导对三缸机未来的前景如何定义呢？

AF：2020年学会颁布了《节能与新能源汽车技术路线图2.0》，里面对于内燃机节能技术如何规划？

张：中国汽车工程学会在2020年底发布了经过第二次修订的《节能与新能源汽车技术路线图2.0》，受到了国内外产业界的高度关注，技术路线图2.0进一步研究确认了全球汽车技术“低碳化、信息化、智能化”发展方向，提出了面向2035年我国汽车产业发展的六大目标，即：我国汽车产业碳排放将于2028年左右先于国家碳减排承诺提前达峰，至2035年，碳排放总量较峰值下降20%以上;

同时路线图2.0也从政策层面给节能汽车的发展指明了方向，2025年，新车百公里油耗目标（含新能源汽车）为4.6升，2030年（含新能源汽车）达到3.2升，2035年（含新能源汽车）需达到2升。除了混动技术之外，如何在传统内燃机技术领域继续突破成为了摆在众多车企面前的课题。

AF：目前消费者对于三缸机的偏见，从学会角度如何引导公众正确认识这项技术？

张：此前公众对于三缸机确实存在着一些偏见，认为三缸发动机是一种廉价的简配方案，造成了现在很多企业对于推广三缸机的技术还有一些顾虑，担心市场的认可度和消费者的接受程度，所以中国汽车工程学会在今年联合日产，大众，吉利，福特等多家知名车企，启动了关于三缸发动机技术普及和推广的课题，在此期間我们也深入调研和了解了我国目前三缸机技术发展的现状，从技术层面已经不存在一些消费者和媒体所顾虑的问题，目前三缸机技术最大的障碍在于如何引导用户接受这项新技术，通过实际体验感受到它的动力性，经济性，NVH水平。

AF：您认为日产这款VC-Turbo超变擎300给您最深的印象是什么？

张：很高兴能够参加东风日产新奇骏的技术品鉴会，帮助日产推广这款技术含量很高的三缸发动机，这也代表了东风日产在低碳化和节能减排上的努力和决心。我们也了解到，这款三缸发动机搭载了多项先进技术，很多在全球都处于领先水平，比如全球独创实现压缩比可变的多连杆结构，真正达到了提升动力，降低油耗，屏蔽噪音，节能环保的目标。全新奇骏是东风日产SUV阵营中最重要的车型，我们也相信随着新奇骏的上市，这款发动机将被越来越多的消费者所接受，同时我们也希望越来越多的厂家能够在传统内燃机领域有新的技术突破，助力中国汽车产业能够在路线图2.0的指引下尽早完成碳中和的环保目标。