技术 | 日产“超变擎”？其实就是可变压缩比的黑科技发动机

撰文 | 艾斯帝夫

VC-Turbo，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”。不过为了便于在中国市场推广传播，日产给VC-Turbo发动机取了一个中文代号：超变擎。

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，并且也有利于消费者对于VC-Turbo含义的具象理解。实际上，“超变擎”在某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。

日产动力总成开发总监

木贺新一先生分享VC-TURBO技术

“黑科技”从概念走到量产

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，负责所有汽油发动机，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，而在某种程度上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。使用可变压缩比发动机，可以实现更高的效率。在常规的内燃机发电模式下，相对于固定压缩比发动机，可以实现低压缩比、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，而固定压缩比发动机则需要达到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2.0T VC-Turbo（KR20）发动机也是实实在在的实力派，相比同排量的大众第三代EA888 2.0T和别克新一代LTG 2.0T，其技术参数都名列前茅——最大功率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。

改变压缩比，压榨燃烧效率

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年开始研究可变压缩比发动机，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，尝试改变活塞连杆长度来改变压缩比，并且其力争在2021年使其技术投入量产。甚至戴姆勒和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。

谐波驱动电机将改变两套连杆机构的长度

（电机到控制轴的连杆，控制轴到曲轴的连杆）

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，排放也相比固定压缩比发动机更有优势（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），更有利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-Turbo 2.0T发动机的缸径、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，即什么是发动机压缩比？所谓压缩比，就是发动机气缸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——和低压缩比发动机相比，同样的燃油消耗，产生的功率更大。在自然进气为王的时代，压缩比通常看作是汽油发动机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-Turbo 2.0T发动机使用了先进的“可变压缩比”技术，也意味着传统内燃机的技术突破。VC-Turbo集合了涡轮增压汽油机的动力、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。

左侧压缩比为8.0:1状态，右侧为14.0:1状态

在这台VC-Turbo 2.0T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，控制轴到曲轴的连杆）的长度，随着这套多连杆（臂）机构的角度变化，连杆机构可以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。

控制轴向左旋转，带动曲轴拉低活塞高度，

将压缩比降低到8.0:1

控制轴向右旋转，带动曲轴推高活塞，

将压缩比提升到14.0:1

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。

“超变擎”的可复制性

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的发动机工厂，亲历VC-Turbo 2.0T发动机的生产过程。根据领队透露，目前VC-Turbo 2.0T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。

可变压缩比机构的谐波驱动电机

可变压缩比的多连杆控制机构

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要求较高，所以日方还在强化本土生产的操作流程，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-Turbo 2.0T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-Turbo 1.5T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。

配气机构凸轮轴自动涂胶机

发动机周边附件预拧紧工序

机器人自动组装工序

发动机总装线

严苛的国6b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技术发动机投入国产，不仅很好地应对了排放法规的挑战，也再次强化了自己的技术形象地位。没有人会拒绝新技术，就像没有人会拒绝蓝天一样。可以预见的是，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，将会有越来越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”。