日產(chǎn)引以為傲的VC-Turbo引擎，如今已成累贅

汽車的復雜性是個有趣的話題。

人們很容易認為復雜的就是有害的，就是麻煩的，但正是復雜性造就了如今性能卓越的汽車。關(guān)鍵不在于回避復雜性，而在于如何將其合理運用。

日產(chǎn)的可變壓縮比發(fā)動機既精妙又復雜，這套系統(tǒng)首次亮相時，人們都覺得日產(chǎn)完成了一項非凡的創(chuàng)舉。坦白說，當時確實如此。但如今，這款發(fā)動機越來越難擔起“內(nèi)燃機救星”的期望 —— 而它最初曾被寄予這樣的厚望。

Author / 酷樂汽車

世界上第一臺可變壓縮比發(fā)動機誕生于1919年，由哈里·里卡多爵士研制，目的是測定特定燃料的爆震臨界點。

里卡多打造了一臺排量為2.0升的大型單缸發(fā)動機，其獨特之處在于配備了一套可相對于曲軸升降氣缸蓋的機構(gòu)。該項目由殼牌公司資助，為我們?nèi)缃窈饬科托镣橹档姆椒ǖ於嘶A。

顯然，里卡多的可變壓縮比發(fā)動機僅適用于實驗室環(huán)境，不具備實際裝車條件。

但在該發(fā)動機研發(fā)完成后的數(shù)年里，眾多工程師都在嘗試將可變壓縮比技術(shù)推向?qū)嵱没Ｈ债a(chǎn)在這一技術(shù)上投入了20年時間研發(fā)自有版本，最終于2016年首次展示，并在2019款英菲尼迪QX（參數(shù)丨圖片）50上實現(xiàn)量產(chǎn)裝車。

可變壓縮比技術(shù)的潛在優(yōu)勢極為顯著。

發(fā)動機在高壓縮比狀態(tài)下運行時，燃油效率會更高，但壓縮比越高，爆震的風險也會隨之增加。所謂爆震，是指空氣燃油混合物在被過度壓縮后，在火花塞點火前就自行爆炸的現(xiàn)象。

對于渦輪增壓發(fā)動機而言，這種風險尤為突出。

美國汽車工程師學會（SAE）1964年發(fā)表的一篇題為《可變壓縮比發(fā)動機的研發(fā)》的論文，詳細介紹了實現(xiàn)可變壓縮比的多種技術(shù)路徑。其中一種方案是采用“活塞套活塞”的結(jié)構(gòu)：內(nèi)層活塞與連桿固定連接，外層活塞則可在特定范圍內(nèi)自由移動。

另一種方案是使用可變排量的輔助燃燒室，不過對我們而言最具參考價值的，是通過一套機構(gòu)來改變活塞相對于氣缸蓋的位置。

日產(chǎn)采用的正是最后這種方案。

日產(chǎn)工程師在2003年發(fā)表的一篇SAE論文中，將其稱為“多連桿”機構(gòu)。從結(jié)構(gòu)底部開始，首先是日產(chǎn)所謂的“控制軸”，該軸上裝有一根與電動機相連的臂桿。電動機可驅(qū)動控制軸在兩個位置之間轉(zhuǎn)動，分別對應低壓縮比和高壓縮比狀態(tài)。

每個氣缸都配有一根類似連桿的部件，其底部與控制軸螺栓連接，這就是日產(chǎn)所說的“控制連桿”。

控制連桿的頂部通過銷軸與一個形似平行四邊形下半部分的部件相連，日產(chǎn)將該部件稱為“下連桿”。下連桿與一個鏡像部件共同圍繞曲軸螺栓連接，構(gòu)成完整的平行四邊形結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可圍繞曲軸旋轉(zhuǎn)。

平行四邊形結(jié)構(gòu)的上半部分，以及與活塞相連的銷軸連桿，共同構(gòu)成了日產(chǎn)所說的“上連桿”。當控制軸轉(zhuǎn)動時，平行四邊形結(jié)構(gòu)會隨之旋轉(zhuǎn)，進而改變活塞相對于氣缸蓋的位置，其在高、低壓縮比模式切換時，活塞行程也會發(fā)生輕微變化。

日產(chǎn)將發(fā)動機的壓縮比控制在8.0:1至14.0:1之間。

8.0:1的壓縮比相對較低，盡管對渦輪增壓發(fā)動機而言屬于常規(guī)水平，而14.0:1的壓縮比則極高，即便是對自吸發(fā)動機來說也不常見。當駕駛員需要最大動力輸出時，多連桿機構(gòu)會切換狀態(tài)，使發(fā)動機以最低壓縮比運行。而在低負荷工況下，由于進入發(fā)動機的空氣和燃油量減少，爆震風險降低，機構(gòu)會再次切換至高壓縮比模式。

這套VC-Turbo可變壓縮比渦輪增壓發(fā)動機目前有兩個版本：一個是1.5升三缸機型，搭載于奇駿和逍客上，另一個是2.0升四缸機型，裝配在多款英菲尼迪車型、此前的天籟轎車（今年起已停產(chǎn)該配置）以及新款樓蘭上。

盡管VC-Turbo發(fā)動機最初獲得了大量正面關(guān)注，其技術(shù)成就也確實值得肯定，但情況很快急轉(zhuǎn)直下。

《Car and Driver》雜志2018年11月的一篇報道指出，新款英菲尼迪QX50的綜合油耗相比其搭載V6發(fā)動機的前代車型降低了6.5英里/加侖，其中可變壓縮比系統(tǒng)的貢獻約為2.6英里/加侖。

然而，盡管技術(shù)復雜度大幅提升，QX50在《Car and Driver》的75英里/小時高速測試中，綜合油耗僅比奧迪Q5高1英里/加侖（分別為27英里/加侖和26英里/加侖），且遠低于寶馬X3的31英里/加侖。

其對2022款奇駿的測試也顯示，其高速油耗表現(xiàn)相比搭載自然吸氣四缸發(fā)動機的前代車型令人失望，盡管換裝VC-Turbo發(fā)動機后，車輛的加速性能有所提升。

天籟VC-Turbo車型在動力性能和燃油經(jīng)濟性方面的表現(xiàn)堪稱同級別頂尖，但銷量顯然不盡如人意，日產(chǎn)最終決定停產(chǎn)該配置車型。然而VC-Turbo發(fā)動機面臨的問題遠不止于此。

2023年12月，美國國家公路交通安全管理局（NHTSA）針對2019-2021款天籟、QX50以及2021-2023款奇駿車型上VC-Turbo發(fā)動機的故障報告展開調(diào)查。在回應NHTSA的問詢時，日產(chǎn)表示故障原因在于軸承失效。

具體而言，四缸機型中出現(xiàn)了下連桿軸承和控制連桿軸承的雙重失效問題，而三缸機型則存在曲軸軸承故障。

不過，故障發(fā)生率較低。

日產(chǎn)向NHTSA透露，截至2024年2月14日，在此次調(diào)查覆蓋的454840輛車輛中，僅收到889起關(guān)于更換全新短缸體的保修或維修申請。日產(chǎn)還指出，軸承并非突然失效，而是“故障會隨時間逐漸發(fā)展，且會通過多種可聽、可見的方式向駕駛員發(fā)出警示，包括異常噪音、運行抖動、故障指示燈點亮，以及儀表盤顯示警告信息等，具體警示方式取決于故障發(fā)展程度和系統(tǒng)設計邏輯”。

日產(chǎn)報告稱，四缸機型動力中斷的發(fā)生率不超過總產(chǎn)量的0.39%，三缸機型則為0.15%。此外，日產(chǎn)表示，自該系列發(fā)動機投產(chǎn)以來，公司已對生產(chǎn)工藝進行了改進，故障發(fā)生率已有所下降，且目前尚未發(fā)現(xiàn)因這類故障導致的交通事故。

當然，軸承失效并非這類發(fā)動機獨有的問題。

但對日產(chǎn)而言，雪上加霜的是，除了VC-Turbo發(fā)動機的性能表現(xiàn)未達預期，其故障根源恰恰指向了使其具備獨特性的核心部件組。如果故障原因是活塞環(huán)這類常規(guī)部件，情況或許還會好一些。

歸根結(jié)底，可變壓縮比系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)極為復雜，僅運動部件就數(shù)量繁多，這意味著更多的軸承，以及更多的潛在故障點。可變氣門正時與升程技術(shù)（VVT-i/VVL等）早已在內(nèi)燃機中普及，但從硬件角度來看，這類系統(tǒng)的復雜度并不算高。本質(zhì)上只是通過某種相位調(diào)節(jié)器（如液壓挺柱）來實現(xiàn)凸輪軸的前后偏移，或切換不同的凸輪輪廓而已。

而這一切都發(fā)生在日產(chǎn)正面臨生存危機的背景下。

根據(jù)外媒2024年12月4日的報道，日產(chǎn)首席執(zhí)行官內(nèi)田誠將公司的困境歸咎于混動車型的缺失，尤其是在北美市場。

不難想象，VC-Turbo發(fā)動機的研發(fā)耗時數(shù)十年，投入的資金必然極為龐大。如果日產(chǎn)能將其中一部分資金用于混動傳動系統(tǒng)的進一步研發(fā)，或許如今就能與競爭對手一較高下，而非淪落到可能被其他企業(yè)兼并的境地。

此外，盡管可變壓縮比發(fā)動機相比固定壓縮比發(fā)動機在動力和燃油經(jīng)濟性上均有提升，但其優(yōu)勢與混動技術(shù)相比仍相形見絀。

我們以2021款奇駿AWD車型為例，該車型當時同時提供2.5升四缸自然吸氣發(fā)動機和1.5升三缸VC-Turbo發(fā)動機兩種選擇。從傳統(tǒng)發(fā)動機換裝VC-Turbo發(fā)動機后，車輛的動力性能有所提升，其零百加速時間縮短了0.4秒，綜合油耗也從8.11升/百公里提升至7.13升/百公里。

這個提升幅度固然可觀，但我們不妨對比一下2021款豐田RAV4的混動版與非混動版。從基礎版升級到混動版后，RAV4的零百加速時間縮短了0.7秒，綜合油耗更是從8.4升/百公里減至 5.88升/百公里。

更重要的是，從硬件復雜度來看，豐田混動系統(tǒng)實際上更為簡單，它僅采用一塊結(jié)構(gòu)相對簡單的電池、兩臺電動機、一臺設計簡潔的內(nèi)燃機，并且省去了傳統(tǒng)的變速箱，此外，該系統(tǒng)技術(shù)已相當成熟可靠，這一點與VC-Turbo發(fā)動機形成鮮明對比。

如今，日產(chǎn)的未來前景不明，正尋求擺脫當前困境的出路，可變壓縮比技術(shù)能否繼續(xù)發(fā)展也成了未知數(shù)。當下，行業(yè)的重心已大量轉(zhuǎn)向混動和純電汽車。

對于日產(chǎn)而言，這無疑是一種喜憂參半的局面。

將可變壓縮比技術(shù)推向量產(chǎn)，本身就是一項了不起的工程成就。然而，至少在目前看來，它的優(yōu)勢似乎仍不足以抵消其劣勢。在當下的行業(yè)環(huán)境中，考慮到日產(chǎn)的現(xiàn)狀，繼續(xù)沿著這條技術(shù)路線走下去，似乎已不再具備足夠的價值。

More

今日日簽