'內燃機的頂級Battle，日產可變壓縮比和馬自達壓燃汽油機誰更牛？'

可變壓縮比發動機和壓燃式汽油機是內燃機工程師幾十年來的兩個夢想，在如今電氣化風起雲湧，內燃機行業深刻變革的時代，我們突然看到兩個夢想突然被日產和馬自達在2018年不約而同的實現了，讓人不勝感慨。

今天我們一起來看看日產的VC Turbo 和馬自達最新的創馳藍天Skyactive X壓燃式汽油機技術的創新之處。

▍技術日產的進擊

可變壓縮比技術在內燃機行業不是一個新話題，在說到日產的可變壓縮比發動機之前，我們先看看可變壓縮比的前輩SAAB薩博。

薩博在2000年的日內瓦車展上公佈過他們的可變壓縮比概念驗證發動機，薩博稱之為SVC (Saab Variable Compression薩博可變壓縮比)。

看看那時候的薩博發動機設計還是很有想法的：1.6L，直列5缸，機械增壓，可變壓縮比。

薩博採用的可變壓縮比結構和日產不同，日產的方案是改變連桿的槓桿比來實現可變壓縮比，薩博的方案是移動缸體實現，最終由於成本和開發費用太高，薩博的SVC沒有堅持下來，項目停止了。

我們都知道，汽油發動機效率無法進一步提高的主要原因之一就是無法加大壓縮比。

目前主流奧托循環的汽油機壓縮比的上限一般認為在11左右，否則會引起爆震，對於增壓發動機尤其嚴重。

研究表明，如果在部分負荷壓縮比從10提高到14的話發動機熱效率會提高2%-3%。

內燃機工程師一直在尋找是否可以使壓縮比可變，從而在部分負荷使用高壓縮比來實現高的熱效率，在全負荷採用低的壓縮比來避免爆震的技術方案，這樣可以做到性能和油耗的完美平衡。

由於可變壓縮比從結構上比較難以實現，因此工程師提出了各種結構方案，比如，日產VC TURBO發動機的可變壓縮比解決方案。

日產採用的是一種比較複雜和困難的結構方案：改變連桿和曲軸的連接方式來實現VCR。

這樣的好處是可以實現連續可變壓縮比，日產2.0 VC turbo發動機壓縮比可以在8-14之間連續調整。

此方案結構非常複雜，日產通過20年的努力才做到量產。

日產的可變壓縮比方案

日產可變壓縮比技術20年的開發歷史

下圖裡有一個德國FEV的研究結果，日產的連續可變VCR，NEDC工況油耗可以降低7%以上。

即使是更接近用戶實際使用工況的WLTP工況，也可以降低5%以上，可以說是目前最好的可變壓縮比方案了。

日產VC Turbo發動機除了核心的可變壓縮比技術以外，其他方面也採用了很多當前最先進的技術，見下圖：

▍野心勃勃的馬自達

敢與日產VC TURBO發動機的可變壓縮比解決方案掰手腕的，是馬自達創馳藍天Skyactive X壓燃式汽油機，這代表了內燃機發展的另一條路徑。

不得不說，內燃機頂級技術領域，幾乎是日本人的主場。

我們都知道，備受矚目的馬自達第二代創馳藍天Skyactive X發動機將於2019年量產，這是第一個量產的壓燃技術汽油機。

Skyactive X引入了火花塞輔助可控壓燃的概念，可以在壓燃和普通點燃之間切換。

這一技術結合柴油機和汽油機的優勢，壓縮比18，熱效率可以達到創記錄的50%的水平。

說到汽油機壓燃技術在內燃機行業也是有前輩的，不得不提的是奔馳早在2007年也展示過壓燃汽油機概念。

奔馳稱之為Diesotto，也就是把柴油機循環Diesel和汽油機循環otto兩個單詞合成的一個詞，代表著結合兩種技術的優勢。

奔馳Diesotto壓燃式汽油機

奔馳Diesotto壓燃汽油機同樣保留了火花塞，在大負荷切可以換成普通的奧托循環，整體概念和馬自達目前的Skyactive X的非常相似。

奔馳這一發動機概念曾經是其發動機的核心戰略之一，在2007年後曾經多次跟隨奔馳旗艦概念車F700進行概念顯示。

奔馳F700概念車

不過隨著電氣化時代的到來，奔馳後來走向了混合動力技術。

Diesotto發動機技術被擱置起來，不再繼續開發。

關於如何進一步提升汽油機的熱效率，內燃機工程師很早就在思考一個問題，既然柴油機採用的高壓縮比壓燃迪塞爾循環熱效率高，為啥不把這種壓燃燃燒循環嫁接到汽油機上來提高熱效率呢？

這樣集汽油機和柴油機兩者優勢於一身的燃燒當時就是均質壓燃HCCI。

如果這種概念可行的話汽油機的壓縮比可以提高到18，熱效率可以從目前最好的38%-41%的水平提高到50%，這簡直是一種飛躍。

這種想法工程師們進行了幾十年的研究，由於存在高壓縮比下嚴重的爆震問題，同時汽油壓燃的穩定性控制也非常困難，導致壓燃汽油機技術一直沒有突破。

馬自達Skyactive X發動機在前人對HCCI發動機研究的基礎上，進行了一些重大的改進，使壓燃式汽油機具備量產的能力，我們來看看Skyactive X的五大核心技術。

第一大核心技術是超高壓縮比壓燃。

Skyactive X的壓縮比高大18：1，遠超一般汽油機的壓縮比水平。基於超高壓縮比馬自達借鑑了柴油機壓燃的概念，不過考慮了實際情況Skyactive X仍然保留了火花塞。採用了改良的SPCCI燃燒系統，使壓燃汽油機具備量產的可能。

第二大核心技術是稀薄燃燒和機械增壓器。

為了進一步提升效率，馬自達採用了稀薄燃燒概念。通過機械增壓器實現稀薄燃燒所需要的空氣量。不過馬自達堅持說這個不是傳統增壓器，只是SPCCI燃燒系統高響應進氣控制的一部分。

第三大核心技術是EGR廢氣再循環系統。

馬自達把EGR系統和機械增壓器一起作為其控制控制系統的核心技術，用來實現壓燃和稀薄燃燒所需要的空氣狀態。同時EGR還避免SPCCI在稀燃情況下引起的NOX排放問題。

第四大核心技術是電動可變氣門正時VVT。

電動可變氣門正時VVT調節速度更快，調節角度很大。能夠靈活快速的控制殘餘廢氣和壓縮壓力，保證SPCCI的壓燃系統在較大的範圍內穩定運行。

第五大核心技術是馬自達採用了類似於柴油機的高達1000Bar超高燃油噴射壓力，汽油機目前普遍不超過350bar。

這是SPCCI壓燃系統對高壓燃油噴射系統的要求，也保證了稀薄燃燒工況的穩定運行。

▍Bettle的結局

那麼問題來了，日產的可變壓縮比VC Turbo和馬自達的壓燃式汽油機誰最強？

這個問題估計大家都比較關心，兩項突破性的技術就行誰才是王者呢？

第一，發動性能比較。

日產VCR系統還是基於當前的渦輪增壓直噴發動機的技術，通過可變壓縮比VCR來進一步優化性能和油耗，因此功率扭矩都非常高。

2.0T VC Turbo發動機功率能夠達到200kW，扭矩能夠達到390Nm，性能非常強悍。

馬自達的SPCCI系統雖然有機械增壓器，但是主要不是為了提升性能，幾乎還可以看做一個自吸發動機，性能並不是很高。

2.0L Skyactive X 發動機的的功率只有140kW左右。馬自達也意識到了這個問題，在2.0 SKY Active X上集成了微混系統來改善發動機在整車上的性能。

從性能上簡單這麼比較的話，性能上日產VC turbo更強。

第二，節油效果和熱效率比較。

日產VC Turbo由於還是在渦輪增壓直噴＋奧托循環的傳統燃燒原理下通過可變壓縮比系統來發掘潛力，熱效率有明顯提升但算不上顛覆性的。

日產自己公佈的數據顯示研究顯示VC Turbo發動機的最高熱效率在39%之間。油耗改善根據不同的循環在5%～8%之間。

而馬自達SKY Active X完全顛覆了原來汽油機奧托循環的基礎和限制，另闢蹊徑，最高熱效率可以達到50%，馬自達公佈的實際道路駕駛油耗降低能夠達到12%以上。

馬自達3在美國實際道路駕駛工況的油耗比較

從油耗和熱效率比較上馬自達Skyactive X完勝。

第三是NVH特性比較。

日產VC Turbo發動機複雜的連桿系統除了能夠提升效率以外，還帶來了額外的NVH優勢。

VC Turbo發動機在做功時可以保持活塞和連桿處於垂直於曲軸的狀態，這種情況下就沒有了傳統發動機做功時活塞所受的側向力，消除了活塞做功時的側向力可以減小活塞敲擊的聲音，同時可以有效的降低二階激勵。因此，日產VC Turbo不再需要平衡軸。

馬自達SKY Active X發動機有兩個對NVH不利的因素：類似於柴油機的壓燃系統，會造成比較大的燃燒噪聲，可以想像一下柴油機的燃燒噪聲。超高壓的直噴系統帶來的機械噪聲。

因此，從NVH比較，應該日產VC turbo更有優勢。

日產的VCR雖然歷經20年研發，但是總歸還是在當前已經成熟的增壓直噴技術方案上嫁接VCR來進行優化，技術方案上算是突破，可是燃燒原理上是繼承的，算不上顛覆。

馬自達的Skyactive X完全是顛覆性的重新定義了一種燃燒方式，甚至讓我們重新開始思考內燃機未來的更大的可能性。

在電動化的大趨勢下內燃機技術的進一步發展需要的不僅僅是技術，更需要信念。

因此，從這個意義上來講，拋開冷冰冰的數據對比，我覺得馬自達Skyactive X壓燃式汽油技術更勝一籌。