眼看著新能源大行其道，排放法規(guī)的越發(fā)嚴(yán)苛，到處都充斥著燃油發(fā)動機(jī)即將退出歷史舞臺的聲音。殊不知，發(fā)展已上百年的發(fā)動機(jī)，早已經(jīng)歷過無數(shù)個技術(shù)的研發(fā)與突破。在這百年的歷程中，汽車發(fā)動機(jī)擁有太多的黑科技，時至今日依然嘆為觀止。

談發(fā)動機(jī)技術(shù)之前，咱們先簡單了解一下發(fā)動機(jī)的歷史：

19世紀(jì)中葉，伴隨著第二次工業(yè)革命的發(fā)展，1876年內(nèi)燃機(jī)正式登上了歷史的舞臺。然而相比現(xiàn)在，那時的發(fā)動機(jī)還很稚嫩，比如1886年奔馳1號發(fā)動機(jī)的功率只有0.89匹馬力，最高速度也只能到16km/h。在那個時代，相比馬車就好比現(xiàn)在續(xù)航不高的電動車，不被人看好也不是很流行。

經(jīng)過一百多年的發(fā)展，燃料從當(dāng)初的煤氣變成現(xiàn)在的汽油、柴油乃至天然氣，轉(zhuǎn)速也從100rpm到如今的六七線乃至上萬，功率也從當(dāng)初的4.4Ps逐漸上升到現(xiàn)在的幾百上千馬力。隨著各式各樣的發(fā)動機(jī)電控技術(shù)紛紛出現(xiàn)，例如配氣、正時、點(diǎn)火、冷卻、啟動系統(tǒng)等。使得現(xiàn)代的發(fā)動機(jī)相比130年前整整提高了100倍。同時由于環(huán)保法規(guī)的升級，排放污染物也得到了大幅度的減少，現(xiàn)在汽車的污染物水平僅為20年前的10％不到。

接下來咱們具體探討一下燃油發(fā)動機(jī)的那些NB技術(shù)：

發(fā)動機(jī)的技術(shù)大多圍繞著如何有效組織發(fā)動機(jī)更好的工作而開展的，發(fā)動機(jī)的核心是燃燒系統(tǒng)，其余的結(jié)構(gòu)都是圍繞讓發(fā)動機(jī)更高效率燃燒而設(shè)計。其中涉及到空氣的進(jìn)氣量、氣流的組織、點(diǎn)火時刻的控制及排氣的控制。因此發(fā)動機(jī)性能開發(fā)分別涉及到了熱物理、流體力學(xué)、傳熱學(xué)、燃燒學(xué)等。

拿最基礎(chǔ)的四沖程發(fā)動機(jī)來說，發(fā)動機(jī)完成一個做功循環(huán)需要經(jīng)歷四個階段。首先是吸氣沖程?；钊刂G色箭頭向下運(yùn)動，此時氣缸頂部左側(cè)的進(jìn)氣閥門打開，混合氣被抽入燃燒室。然后進(jìn)氣門關(guān)閉，活塞開始向上運(yùn)動，將混合氣壓縮。然后在壓縮將近終點(diǎn)的時候火花塞點(diǎn)火，引燃混合氣。高溫高壓的氣體推動活塞向下運(yùn)動。在最后的排氣沖程中，頂部右側(cè)的排氣閥門打開，活塞向上運(yùn)動并將廢氣排出。至此，一整個工作流程結(jié)束，接著進(jìn)入下一輪吸氣，壓縮，做功，排氣的循環(huán)。

在此之中，四個沖程最關(guān)鍵的控制機(jī)構(gòu)就是氣門。有了氣門的開閉，才能控制氣體按照順序進(jìn)出氣缸，并完成做功過程。當(dāng)汽車發(fā)動機(jī)在低速運(yùn)轉(zhuǎn)時，氣流慣性小，若此時配氣定時保持不變，則部分進(jìn)氣將被活塞推出氣缸，使進(jìn)氣量減少，氣缸內(nèi)殘余廢氣將會增多。當(dāng)發(fā)動機(jī)在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時，氣流慣性大，若此時增大進(jìn)氣遲后角和氣門重疊角，則能增加進(jìn)氣量和減少殘余廢氣量，使發(fā)動機(jī)的換氣過程臻于完善。

因此，氣門開閉的時間點(diǎn)對于各個轉(zhuǎn)速區(qū)間來說都是不同的，可變氣門正時系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。可變氣門技術(shù)是通過改變氣門的正時或者升程更好地組織缸內(nèi)的氣流，在這方面很多主機(jī)廠都有解決方案，例如豐田的VVT-i可變氣門正時技術(shù)、本田的i-Vtec可變氣門升程技術(shù)、寶馬的Valvetronic無極可調(diào)氣門升程技術(shù)。

那么就可變氣門這一技術(shù)，上述三家都有哪些不同點(diǎn)呢？

豐田VVT-i技術(shù)的工作原理是：當(dāng)發(fā)動機(jī)由低速向高速轉(zhuǎn)換時，電子計算機(jī)就自動地將機(jī)油壓向進(jìn)氣凸輪軸驅(qū)動齒輪內(nèi)的小渦輪，這樣，在壓力的作用下，小渦輪就相對于齒輪殼旋轉(zhuǎn)一定的角度，從而使凸輪軸在固定的范圍內(nèi)向前或向后旋轉(zhuǎn)，從而改變進(jìn)氣門開啟的時刻，達(dá)到連續(xù)調(diào)節(jié)氣門正時的目的。

本田VTEC技術(shù)的原理就是通過在發(fā)動機(jī)里預(yù)先安裝有兩種不同的凸輪軸，其中一種針對低轉(zhuǎn)速，另一種針對高轉(zhuǎn)速。然后在行駛過程中根據(jù)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速在這兩種凸輪軸之間切換。不過很可惜，雖然這種技術(shù)可以帶來突然打雞血的駕駛體驗，但也正是因為這種二段式結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致這種技術(shù)的調(diào)節(jié)精度很差，且平順性不佳。優(yōu)點(diǎn)自然就是成本低，可靠性高了。

寶馬Valvetronic技術(shù)的工作原理則是通過一個電控馬達(dá)，操控一套連桿機(jī)構(gòu)，從而控制凸輪軸到氣門之間的放大系數(shù)。從而實現(xiàn)對于氣門升程的控制。由于調(diào)節(jié)是連續(xù)可變的，因此可以針對每個轉(zhuǎn)速進(jìn)行特定的優(yōu)化，讓整個轉(zhuǎn)速攀升過程變得更順暢，而且在整個轉(zhuǎn)速區(qū)域內(nèi)都能輸出更大的扭矩。

說完了進(jìn)氣，咱們來談?wù)勁c發(fā)動機(jī)各環(huán)節(jié)相關(guān)的其它重要技術(shù)：

渦輪增壓技術(shù)： 1961年，小轎車開始試探性地安裝增壓器，但因為瞬間產(chǎn)生的巨大壓力和熱量，使安裝后效果并不理想。而來自于北歐瑞典的Saab薩博公司則是第一家把渦輪增壓器應(yīng)用到汽車產(chǎn)品上的汽車制造商，1977年問世的Saab薩博99汽車，使汽車發(fā)動機(jī)在應(yīng)用渦輪增壓技術(shù)上，真正開始走向成熟，它的到來同時宣告了汽車產(chǎn)業(yè)一個新時代的誕生。渦輪增壓技術(shù)改寫了'排量大小決定功率'的傳統(tǒng)概念。

汽油機(jī)可控預(yù)混壓燃技術(shù)：馬自達(dá)家的獨(dú)創(chuàng)科技，19年的二代創(chuàng)馳藍(lán)天發(fā)動機(jī)上就要搭載了，結(jié)合了汽油機(jī)和柴油機(jī)的工作方式，利用火花塞控制氣缸內(nèi)的壓力從而實現(xiàn)類似柴油機(jī)一樣的燃燒方式，在某些工況下熱效率高達(dá)50%，要知道以高效著稱的豐田也只能做到41%，而普通發(fā)動機(jī)只有38%左右。50%的熱效率可以說是諾貝爾獎級別的進(jìn)步了。這也是汽油機(jī)壓燃技術(shù)經(jīng)過多年的發(fā)展首次應(yīng)用到產(chǎn)業(yè)中。

混合噴射技術(shù)：在直噴發(fā)動機(jī)特別是直噴增壓發(fā)動機(jī)越來越多的今天，低速、低負(fù)荷情況下由于新鮮空氣滾流強(qiáng)度較差會導(dǎo)致汽油和空氣的混合較差，非常容易出現(xiàn)積碳，這里就要點(diǎn)名下本田的地球夢了，雖然性能出色但是積碳問題卻是老大難。為了解決這個問題豐田在發(fā)動機(jī)上采用了雙噴射系統(tǒng)，即部分工況下使用進(jìn)氣道噴射部分工況下使用缸內(nèi)直噴，這樣就很大程度上避免了積碳的問題。

FSI缸內(nèi)分層噴射技術(shù)：其主要是利用一個高壓泵，使燃油通過一個分流軌道到達(dá)電磁控制的高壓噴油器。特點(diǎn)是在進(jìn)氣道中產(chǎn)生可變渦流，使進(jìn)氣流形成最佳的渦流形態(tài)進(jìn)入燃燒室內(nèi)，以分層填充的方式推動，通過缸內(nèi)空氣的運(yùn)動在火花塞周圍形成易于點(diǎn)火的濃混合氣，外層逐漸稀薄，濃混合氣點(diǎn)燃后，燃燒迅速波及外層，這樣不但能夠使氣缸內(nèi)燃燒更充分同時可以提高發(fā)動機(jī)的動力響應(yīng)并節(jié)省燃油。

可變壓縮比技術(shù)：日產(chǎn)為此研發(fā)了近20年，該技術(shù)可以在8:1到14:1之間任意轉(zhuǎn)換壓縮比，根據(jù)不同工況來調(diào)整最佳壓縮比例，從而保證動力性能和燃油經(jīng)濟(jì)性皆可達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)。對比相同功率的V6發(fā)動機(jī)提升27%燃油經(jīng)濟(jì)性，油耗遠(yuǎn)低于2.0T及1.5L，動力遠(yuǎn)超2.0L發(fā)動機(jī)水平，媲美3.0L甚至3.5L發(fā)動機(jī)性能。通過與其它多個可變技術(shù)的配合，使追求高壓縮比高燃效同時，能夠不犧牲加速時的動力性能，兼顧高效、經(jīng)濟(jì)與動力性能。

有成功的技術(shù)，必然也有失敗的經(jīng)歷：

以馬自達(dá)的轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)為代表，轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)將可燃?xì)獾娜紵蛎浟D(zhuǎn)化為了驅(qū)動扭矩，連接在轉(zhuǎn)子上的輸出軸會隨著轉(zhuǎn)子本身的轉(zhuǎn)動一起轉(zhuǎn)動。取消了無用的直線運(yùn)動，使得相比同等功率傳統(tǒng)汽油發(fā)動機(jī)，它的零件總數(shù)約少20%，體積約小30%，自重降低近一半，震動和噪聲也更低。

然而，萊洛三角形之于轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)雖然在機(jī)械工程領(lǐng)域，它的作用和使用率遠(yuǎn)不及圓形，但恰到好處的美妙真能讓人心潮澎湃。且由于轉(zhuǎn)子尖角易磨損的問題，嚴(yán)重降低了使用壽命，和一般的四沖程發(fā)動機(jī)相比，轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)沒有高壓縮比，并且燃燒不夠充分，所以會導(dǎo)致油耗偏高，其獨(dú)特的機(jī)械結(jié)構(gòu)也造成這類引擎較難維修，再加上排放的問題，不得以退出歷史舞臺。

其實發(fā)動機(jī)雖已是一個多世紀(jì)之前的產(chǎn)物，但是經(jīng)過不斷的發(fā)展，工程師們通過各種新奇的手段和想法，將原本看似不可能實現(xiàn)的功能變成現(xiàn)實。在此之中，充滿了各種嘗試和失敗，好在經(jīng)過所有人共同努力之后，一種又一種解決方案得以問世。同時后人在借鑒前人研發(fā)的經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，不斷改良，推出性能更好且結(jié)構(gòu)更簡單的全新方案。

人類在汽車發(fā)動機(jī)140多年的發(fā)展歷史中一直在不斷探索和超越，這些里程碑式的技術(shù)突破，推動了發(fā)動機(jī)性能的飛躍，也推動了汽車工業(yè)的發(fā)展，讓汽車從少數(shù)人的玩具變成了一種重要的交通載體。在當(dāng)前新能源大趨勢下，未來是采用更高效的能源來促進(jìn)發(fā)動機(jī)的發(fā)展還是采用純電動電機(jī)的結(jié)構(gòu)，誰也說不準(zhǔn)，但值得期待。