,其VC两个字母,即“Variable Compression Ratio”技术词组的缩写,中文含义就是“可变压缩比”。
尽管念起来有些拗口,但“超变擎”与其可变压缩比的技术不谋而合,并且更有助于消费者对于VC-TURBO含义的具象理解。实际上,“超变擎”在某一种意义上也是一种默契产物,最典型的例子就是本田的Earth Dream(地球梦)和丰田的Toyota Hybrid SystemⅡ(双擎)都有对应的中文名称,所以日产出于跟上“大部队”之目的而采取的营销手法在此不言而喻。
从1998年提出“可变压缩比”概念到2016年成功投产并实现商品化,“可变压缩比”技术在日产的动力部门历经十八年的超长研发周期,其间还经过四次迭代。从提出技术可行性、解决NVH问题,到运动特性、排量的方案确立,最终破解材料、加工、表面处理等难题,整个研发流程可谓百折千回。
负责VC-TURBO发动机开发项目的是日产动力总成开发总监木贺新一,他在日产的履历堪称“资深”。1990年,木贺新一作为动力技术方向的人才加入日产汽车,并参与到了“东瀛战神”GT-R(R35)车型的开发项目中。后来在2013年成为柴油发动机的项目总监,负责发动机基础结构方面的相关开发;从2014年开始,他担任VC-TURBO项目负责人;2018年成为动力总成开发总监,负责所有,包括E-Power动力系统的开发。
在东风日产这场名为“NISSAN VC-TURBO核心技术分享会”的活动上,木贺新一为我们分析了可变压缩比技术的由来。他坦言,从动力系统改造迭代的角度来看,无非包括:1.现有动力方案的燃烧效率提升;2.清洁、高效能源的使用;3.尾气排放升级。VC-TURBO技术的诞生,无疑很好地解决了问题1和3——在国内一步跨越到严苛的国6b排放标准,而在某一些程度上VC-TURBO也兼容了问题2。
在日产的动力路线图中,后续将导入中国市场的E-Power增程式动力系统就将搭载VC-TURBO发动机,组成Zero Emission(零排放)+ICE Evolution(变革的内燃机)的黄金搭档。使用可变,能轻松实现更高的效率。在常规的内燃机发电模式下,相对于固定,能轻松实现低压缩比、高出力。比如在同一功率工作转速下,VC-TURBO只需在4000rpm便可实现,而固定则要达到5600rpm才能实现,可变压缩比技术对于改善NVH和油耗功不可没。
从技术标准来看,国产后装备在第七代天籁(Altima)上的2.0TVC-TURBO(KR20)发动机也是实实在在的实力派,相比同排量大众第三代EA888 2.0T和别克新一代LTG 2.0T,其技术参数都名列前茅——上限功率185kW(252Ps),最大扭矩380Nm。其对应天籁的性能指标也颇具说服力,0-100km/h加速仅需6.42秒,百公里油耗6.6L。这款VC-TURBO发动机经过了300万公里的道路试验,并且在北美还获得了沃德十佳发动机(Ward 10 Best Engine)称号。
实际上,在日产研发“可变压缩比”技术的同时,也有其他厂商在做同样的技术探讨研究。比如早年间通用旗下的萨博(SAAB),其研究方向是开发一种新的气缸盖来改变压缩比;而法国的MCE-5 Development公司则在1997年开始研究可变,并且和日产一样坚持以量产为最终目标,其技术路线是透过改变曲轴的运动轨迹来改变压缩比;而奥地利AVL(李斯特内燃机)则是与德国(Iwis)伊维氏展开合作,尝试改变长度来改变压缩比,并且其力争在2021年使其技术投入量产。甚至戴姆勒奥迪也都尝试过类似技术的研发,但最终都因为技术或制造难题而无法投入量产。
在这边方面,日产几乎是领跑者的姿态,也对“技术日产”的Slogan进行了很好地回应。日产动力总成开发总监木贺新一介绍说,VC-TURBO发动机的主要优势是控制性能更好,压缩比切换过渡自然,并且执行机构的零件可靠性高、附加值高(NVH和动力),最主要是解决了量产问题。实际上VC-TURBO发动机的优势远不止这些,譬如说它的振动更小,排放也相比固定更有优势(燃烧效率高),同时其体积更小,高度得到了降低(比相同排量的机器降低了25mm),更加有助于解决发动机盖的行人保护设计问题。木贺新一甚至透露,VC-TURBO2.0T发动机缸径、行程比达到了2.0:1,其最高热效率(瞬间)可达到45%。
回到问题的根本,即什么是?所谓压缩比,就是总容积和压缩后的气缸容积比值。简单而言,压缩比越高的发动机强化程度就越高,其做功的能力就越好——和低相比,同样的燃油消耗,产生的功率更大。在自然进气为王的时代,压缩比通常看作是性能高低的一项重要参数。早先有PSA集团的EW10A 2.0升汽油机,压缩比高达11:1,后来有马自达的Skyactiv-G 2.0升汽油机,压缩比达到了14:1(国产版13:1)。
而现在,VC-TURBO2.0T发动机使用了先进的“可变压缩比”技术,也代表着传统内燃机的技术突破。VC-TURBO集合了机的动力、排放性能,以及柴油涡轮发动机的扭矩和燃油效率。前面我们提到了它的体积更小,相比经典的VQ35,KR20减轻了18kg,并且工程部门优化了的NVH性能,使得2.0T的L4(直列4缸)发动机能达到V6发动机的特性。
在这台VC-TURBO2.0T发动机的内部,装有一个独特的谐波驱动电机来改变两套连杆机构(电机到控制轴的连杆,控制轴到曲轴连杆)的长度,随着这套多连杆(臂)机构的角度变化,连杆机构能调整活塞的上止点停止位置,从而改变压缩比——控制轴在低位,连杆推动曲轴旋转,活塞到达高位,实现14:1高压缩比;反之,则实现8:1低压缩比。
其次,这台机器具有阿特金森和奥托两种循环模式,在阿特金森循环下燃料膨胀体积大,活塞行程更长,发动机在高压缩比的模式下运转,提供更好的巡航能力(经济模式,涡轮增压值小)。随着车辆工况改变,发动机负荷变大,ECU则会让机器恢复到常规奥托循环,从而使压缩比下降,切换到运动模式,而此时涡轮的增压值则上升。
在这场“NISSAN VC-TURBO核心技术分享会”的活动上,东风日产的工作人员还带领我们参观了位于郑州发动机工厂,亲历VC-TURBO2.0T发动机的生产的全部过程。根据领队透露,目前VC-TURBO2.0T的国产化率为22%,意味着仅有部分外观管件和装饰部分实现了国产,而包括凸轮轴活塞连杆缸盖等部件都采取进口模式,而未来发动机工厂有计划提升国产化率到70-80%,要实现铸造、加工、装配全链条的落地生产。
根据领队工作人员介绍,由于日方对于可靠性的要求和保障,目前可变压缩比机构(谐波电机、连杆、控制轴)在日本组装。由于这部分对于工艺技术要求较高,所以日方还在强化本土生产的操作的过程,预计在2020年4月能实现可变压缩比的国产。
根据规划,VC-TURBO系列发动机将逐步取代日产现有的自然进气发动机,并且还将与E-Power形成动力组合。在2020-2021年之间,东风日产将导入4款搭载VC-TURBO发动机的新车。具体到细节,在不久的将来,VC-TURBO2.0T将取代2.5升自然进气发动机,而随后2020年9月在郑州投产的新一代VC-TURBO1.5T将取代2.0升自然进气发动机。这是一台直列3缸结构的1.5T,同样具有可变压缩比技术,并且在不使用双平衡轴的基础上,也能实现很好的NVH特性。
发动机总装线b时代到来,预示着汽车主机厂将在动力系统上面投入更多,而日产将“超变擎”VC-TURBO
VC-TURBO“可变压缩比”技术尽管现阶段只有日产在领跑,但在接下来的几年里,将会有更多的厂商加入到这个行列。百花齐放的时代,才是真正的技术服务于“人·车·生活”。