日產驚了！聊長城可變壓縮比發動機技術

　　[汽車之家 發動機技術]  20年的研發時間，經歷四代設計迭代優化，日產2.0T VC-Turbo可變壓縮比發動機終于在2018年正式量產，成為全球首款量產可變壓縮比發動機。日產本想著以該獨步天下的發動機技術征戰市場能夠所向披靡。近日，國家專利局正式公布了長城的一系列可變壓縮比發動機技術專利。日產此時驚訝萬分！難道中國品牌的技術實力已發展到如此地步？幾年時間就能破譯可變壓縮比發動機的奧義？口講無憑，我們下面來看看長城的專利究竟隱藏了怎樣的黑科技！

30秒看懂本文亮點：

1.長城和日產的可變壓縮比機構有何不同？

2.長城雙偏心軸可變壓縮比機構的4種工作模式

3.長城雙偏心軸可變壓縮比機構的優勢

● 長城和日產可變壓縮比機構的異同

　　我們可以在國家知識產權局的官網上查詢到長城申請的可變壓縮比發動機技術專利。這些專利中包含了多種可變壓縮比發動機機構設計、控制方法以及相關零部件的結構設計。

　　長城申請的一系列專利中，同樣是在連桿與曲軸之間設計了一個“中間杠桿”，杠桿一側與連桿下端連接，另一側與可變壓縮比控制機構連接，這與日產的設計基本一致。

　　而控制機構方面，或許是為了規避專利侵權的原因，長城采用了各種與日產不同的方案，如用電機直接驅動偏心軸轉動，從而拉動杠桿控制連桿，也有用皮帶來轉動偏心軸的方案，還有用齒輪傳動等方案。上述這些方案都只是在日產方案的基礎上，對控制機構進行簡單的替換得出的方案，論創新程度可以說一點兒也不突出。

● 一個較為獨特的可變壓縮比機構吸引了我的注意

　　我翻閱了幾個長城的專利后，一個設計頗具創新性的專利吸引了我的注意。雖然這個專利依然是和日產的設計有著一定的相似性，但細讀專利后我發現長城的這個專利確實不簡單，值得我來為大家細細解讀一番。

　　部件9和7是這套控制機構的兩條偏心軸。其中偏心軸9上有一個齒輪，該齒輪與曲軸上的齒輪嚙合，這樣曲軸轉動時，偏心軸9也會隨之轉動，轉速為曲軸轉速的1/2。偏心軸7由電機驅動，能夠在一定的角度范圍內轉動。

　　通過上文，各位應該了解日產VC-Turbo 2.0T發動機可變壓縮比控制機構的工作原理了。長城這套雙偏心軸可變壓縮比機構偏心軸7的功能與日產VC-Turbo 2.0T發動機可變壓縮比控制機構的偏心軸是一樣的，能夠實現活塞上、下止點的改變，從而改變壓縮比。

　　偏心軸9則是長城這套專利的核心所在。偏心軸9是隨著曲軸轉動而轉動的一條偏心軸，它轉動的每一瞬間，活塞上、下止點的位置都會發生變化。具體來說，偏心軸每轉一圈，活塞的位置會發生高-中-低-中-高的循環變化，而在這套機構中，活塞的高、中、低位置正好對應的是發動機工作循環中不同的上、下止點，如排氣上止點、進氣下止點、壓縮上止點以及膨脹下止點。

● 長城雙偏心軸可變壓縮比機構的4種工作模式

　　當偏心軸9和曲軸之間的相位在90-150°區間時，進氣下止點與膨脹下止點相同，排氣上止點低于壓縮上止點；進氣行程、排氣行程小于膨脹行程、壓縮行程，膨脹比等于壓縮比。這種工作模式我在此簡稱為“模式1”。

　　當偏心軸9和曲軸之間的相位在180-250°區間時，進氣下止點高于膨脹下止點，排氣上止點與壓縮上止點相同；進氣行程、壓縮行程小于膨脹行程、排氣行程，膨脹比大于壓縮比。這種工作模式我在此簡稱為“模式2”。

　　當偏心軸9和曲軸之間的相位在270-330°區間時，進氣下止點與膨脹下止點相同，排氣上止點高于壓縮上止點；進氣行程、排氣行程大于膨脹行程、壓縮行程，膨脹比等于壓縮比。這種工作模式我在此簡稱為“模式3”。

　　當偏心軸9和曲軸之間的相位在0-60°區間時，進氣下止點低于膨脹下止點，排氣上止點與壓縮上止點相同；進氣行程、壓縮行程大于膨脹行程、排氣行程，壓縮比大于膨脹比。這種工作模式我在此簡稱為“模式4”。

　　值得一提的是，偏心軸7的轉動會使得活塞上、下止點同步升高或降低，能夠使發動機壓縮比和膨脹比同步增加或降低，但進氣行程、排氣行程、膨脹行程和壓縮行程基本不變。相當于偏心軸9用于發動機工作模式調節，偏心軸7對特定模式下的膨脹比和壓縮比進行微調，以適應更多的發動機工況需求。此外，上述每兩種模式之間都存在過渡狀態，這些過渡狀態可適應更多的發動機工況。

◆ HCCI均質充氣壓燃模式（模式1）

　　上面提到的4種特征模式中，模式1對應的是HCCI均質充氣壓燃模式，可利用超高壓縮比和空燃比實現熱效率的提升以及油耗的降低。

　　HCCI工作模式的優勢在于，可以利用高壓縮比（創馳藍天-X發動機在HCCI模式下壓縮比可達18:1，目前主流自然吸氣發動機的壓縮比在13:1-14:1之間）和高空燃比（創馳藍天-X發動機在HCCI模式下空燃比可達36.8:1，遠高于教科書上的14.7:1理論空燃比）來提升發動機的熱效率。高壓縮比有利于提升熱效率，同時也是壓燃混合氣的關鍵，而高空燃比簡單來說就是降低混合氣中的汽油含量，從而實現節油效果。

　　長城雙偏心軸可變壓縮比機構由于能對壓縮比進行動態微調，在低負載工況下可以進一步提升壓縮比來提升壓燃效率，在高負載工況下適當降低壓縮比，降低爆震傾向，這一定程度上有利于拓展HCCI工作模式的工作范圍，從而對提升發動機整體運轉效率作出貢獻。

◆ 阿特金森循環模式（模式2）

　　模式2為阿特金森循環模式，此時膨脹比大于壓縮比，偏心軸7的轉動調節可以使發動機隨負荷的升高，同步減小膨脹比和壓縮比，抑制爆震現象；或者隨著發動機負荷的降低，同步增加膨脹比和壓縮比，提升發動機熱效率。

　　長城這套可變壓縮比機構的亮點在于，可在全工況下保持阿特金森循環模式正常運轉，通過微調物理壓縮比來優化不同工況下性能表現。目前主流的阿特金森循環發動機通過進氣門遲閉也能改變實際壓縮比，但由于活塞上止點位置固定，燃燒室容積固定，降低壓縮比意味著進氣量的減少，這會降低發動機的動力輸出性能。相比起來，長城這套可變壓縮比機構在不改變進氣量的前提下，直接調整壓縮比，在動力輸出性能上會更有優勢。

◆ 改善冷啟動性能和排放的模式（模式4）

　　模式4會在發動機啟動時采用，此時膨脹比小于壓縮比，在偏心軸7的調節下，隨著發動機溫度升高，發動機的膨脹比和壓縮比會隨之減小，以改善發動機的啟動和排放性能。

　　專利并沒有對模式3這種膨脹比等于壓縮比、壓縮比相對較低的工作模式進行詳細解析。我猜測該模式是用于配合高渦輪增壓值，實現增強動力輸出的模式。更準確的應用場景只有等廠家進行技術解密時揭曉了。

● 長城雙偏心軸可變壓縮比機構的優勢：

　　仔細閱讀專利后，我對長城的新型可變壓縮比發動機技術有了更深入的了解。上面詳細介紹的雙偏心軸可變壓縮比技術相比日產VC-Turbo 2.0T發動機上搭載的可變壓縮比技術，其優勢在于除了能動態調整發動機的壓縮比外，還能夠實現不同的工作模式，從而在動力性、燃油經濟性、排放等方面實現更好的平衡。

● 要實現量產，耐久性和控制策略是兩道坎：

　　雖然長城的這套雙偏心軸可變壓縮比機構的功能強大，但不可否認的是，為實現更多的功能，這套機構也引入了更多的零部件，如位于曲軸位置的齒輪傳動機構，隨著曲軸轉動的偏心軸，額外的連桿機構，調節偏心軸相位的電機等。對于高速運轉的發動機而言，更多的零部件意味著更大的耐久性能考驗。長城雙偏心軸可變壓縮比發動機能否走向量產，我認為最大的考驗還是在機構的耐久性上。此外，更復雜的功能需要更高效的控制策略來支撐，否則量產后很可能淪為結構很高級，性能很平庸的產品。

● 全文總結：

　　長城這兩年申請的可變壓縮比發動機機構專利有不少都與日產可變壓縮比發動機機構有相似之處，只在可變壓縮比控制機構部分作出了自己的創新。但長城的雙偏心軸可變壓縮比機構則有著相當大的創新性，相比日產的設計，它擁有更多的發動機工作模式，從而有望實現更好的綜合性能。但長城這款雙偏心軸可變壓縮比發動機要真正走向量產，還要走相當長的路，首當其沖的就是保證耐久性以及實現最優化控制策略。日產的可變壓縮比發動機從設計走向量產用了20年時間，不知道長城以中國速度來推進這個項目要用幾年呢？讓我們拭目以待�。▓D/文/汽車之家 常慶林）