朋友们好！这是“老郭机械局”的第一篇文章。
之所以叫“老郭机械局”，是因为我在汽车行业内学习工作了二十年，维修、试驾过的车辆近千款，发表过几十万字的专业车评文章，还算是有一些工作经验。
当然，作为标准直男，工作之余，我也非常喜欢钻研汽车、摩托车、潜艇、飞机、轮船这样的机械产品，有时候也会自己修修车。自认为对汽车、摩托车有比较全面深入的了解，所以就以“机械局”的主题，跟大家聊聊所有关于机械的小玩意儿。
今天，想和大家聊的是汽车发动机技术。
浅谈汽车发动机前沿技术
人类的智慧远不及你想象
发动机的终极目标：动力更强，更省油
从奔驰年造出了第一辆汽车到现在，汽车发动机的工作方式基本上没什么变化，除了一向不喜欢合群的马自达买来德国人汪克尔的转子发动机来，用另辟蹊径的方式彰显自己的与众不同。
大部分厂家都喜欢在往复式活塞发动机的基础上钻牛角尖，这俨然成为了各个国家和民族比拼聪明才智的战场。
无论是哪种形式的发动机，它其实都是尽可能的最大化的发挥出燃油的能量，从而将化学能转化为动能，这事上初中物理都学过，同样都是吃三个馒头两碗面条，大家都在琢磨如何才能和博尔特跑的一样快。
如果跑的快依靠的是肌肉，那么在这一过程中，怎样才能依靠这些食物来快速的转化成肌肉，就成了汽车工程师们的课题。
在上个世纪整整年中，汽车发动机技术经历了侧置气门向顶部气门、底置凸轮轴向顶置凸轮轴位置转变的过程。
进油位置，从原始的化油器技术经过单点、多点电喷的过渡全面转向了直喷。点火系统也从老式的白金式转向了如今的电子点火。这一切的一切，逐步让发动机的燃烧效率得到了提升。说白了，动力更强，油耗更低，排放更好。
除此之外，可变气门正时、升程，可变进气歧管长度、双火花塞等等技术也起到了不能忽略的作用。
进入新世纪以来，随着环保、能源等等一系列的外部环境影响，汽车厂商加大了对汽车发动机研发的投入。尽管从目前看，似乎已经快触碰到内燃机的天花板，但我们仍然能够欣喜的看到一些新技术的诞生。
值得一提的是，增压发动机（包括涡轮、机械和电子这三种）毫无疑问能够提升动力输出，在某一特定区域（比如高速巡航时凭借出色的扭矩可以维持发动机的低转速）在节油方面也的确比传统自然吸气发动机更有优势。但单纯从发动机技术本身来说，并没有太大的技术突破。
01
混动车型上的米勒循环技术有所取舍
从结果上看，实际上米勒循环技术和阿特金森循环并没有什么区别，都是为了能够让膨胀比大于压缩比。
但在没有可变气门正时技术前提下，后者想要实现，就必须要有一套非常复杂的机械机构，但结果就是惯性大、结构复杂，而相应的故障率也会更高。
只是当年丰田率先买下了阿特金森的商标和专利，以至于现在丰田旗下的混合动力车型在技术名称上都被官方宣称为“阿特金森”，但实际上采用的是米勒循环技术。
从原理上来说，米勒循环/阿特金森循环的特点就是膨胀比大于压缩比，你可以形象的理解为吃进了百分之百的饭量（发动机吸气行程中吸入正常量的油气混合气），结果又让你吐出了百分之二十的量（在压缩过程的最开始阶段进气门并没有关闭，从而让一部分油气混合气回到进气歧管）。但在工作中却需要你尽全力做完正常饭量时所干的工作（做功冲程始终未变）。
其结果，必然是干活时效率不高，动力不足，积极性不够。但好处就是能最大化的节省食物，也就是燃油。
因此，通常米勒循环/阿特金森循环发动机的动力都很一般，比如之前普锐斯的1.8升自然吸气发动机，最大功率只有99马力，基本上还不如一台1.4升自然吸气发动机的输出。
当然了，依靠电动机的帮助，整车的加速性能依然能够满足城市中的使用需要。
02
创驰蓝天很牛，对可靠性要求很高
我们知道汽油发动机是依靠火花塞来进行点火，从而让油气混合气爆炸，推动活塞下行，形成做功。想要进一步提升效率，一种比较直接的方法是提升压缩比，但这样做会有可能造成爆震，影响发动机耐用性，动力也会随之下降。
爆震指的是活塞还没有完成压缩工作，油气混合气就因为高温高压而被点燃了，这时候缸体上的爆震传感器会赶紧把这个问题汇报给发动机电脑，然后电脑调整喷油量和点火时间，控制温度。
讲的有点复杂，简单来说，其实汽油发动机点火的最佳时机就是在活塞到达上止点之前，这样的效率更高。为什么我自己的GL8会加95号汽油（原厂就要求加92的）？因为95号汽油抗爆性强，可以更加靠近临界点，综合算下来动力更强，油耗也更低。
而马自达的创驰蓝天技术（目前）其压缩比已经到了14：1，理论上已经超过了目前汽油的抗爆性，想要避免爆震的情况发生，就必须要对燃油喷射的时机、涡流，发动机温度及散热等等很多方面都做出非常细腻的控制。
当然，在国内，因为油品的问题而造成了技术上的阉割也是让人颇为无奈。令人羡慕的是，未来第二代创驰蓝天将会在新一代马自达3上使用。它的压缩比将达到惊人的18：1。在合适的工况下，发动机将采用压燃点火。
也就是说，它是把爆震完全的控制住并加以利用。这就好比当年扶清灭洋的义和团，原本是祸乱，但通过各种手段为己所用，当然是件非常牛逼的事。
不过无论如何，通过技术手段（各种传感器的信息收集、高度精细化的喷油时机和喷油量、可靠性和耐用性的处理）让汽油产生柴油那样的工作特性是非常困难的。因此，这套系统并不是全区域工作。在一些高负载状态下，仍然需要增大喷油量，用火花塞进行点火。
03
六冲程发动机其实不是梦
目前主流的四冲程发动机在工作中所产生的热量大约有百分之七十都白白浪费了，显然这并不有利于最大化的发挥燃油效率。于是，有人提出了六冲程的概念，只不过听起来简单，做起来难。
四冲程发动机的工作主要是吸气-压缩-爆燃-排气四个过程。通过工程师巧妙的设计，在排气冲程后，会有水被喷入到温度极高的燃烧室内。瞬间大量的水蒸汽产生，体积膨胀倍，从而完成推动活塞下行，继续做功的工作。
现在之所以仍然停留在实验室阶段的重要原因在于，水蒸汽的存在会腐蚀气缸、让气缸骤冷骤热，影响寿命；但如果加入润滑油，在水蒸气冷凝时又需要专门的分离器。
同时，在低温条件下，还需要专门的加热装置来防止水被冻住。显然，这些都会增加整体车重，也会造成可靠性的降低。
目前工程师主要是在材质、水质和润滑这三方面绞尽脑汁想要获得最佳的平衡点，但受制于目前的科技水平和大规模量产的成本控制，似乎并没有一个可以预期的走出实验室的时间。
04
可变压缩比终于量产了
二战时德国人曾经设想过可变压缩比技术，用来解决坦克在使用不同标号燃油时产生爆震的情况。但鉴于当时的技术和工艺水平，想法只能是想法。
后来萨博、奔驰和法国标致都推出过带有可变压缩比的概念车，它们所采用的方式可不相同，有些属于真敢想但不敢干的，比如萨博，有些则属于想的不完善所以不敢干的，比如奔驰。
无论哪一种，现在都成为日产的垫脚石——全宇宙第一个将可变压缩比技术用于量产的公司是日产，现在的新天籁就采用了这一技术。
最大扭矩牛·米对于一台2.0升发动机来说已经不算是惊天之作，但它可以做到在低负荷和高负荷的不同状态下调整发动机压缩比，范围是8-14。也就是说，高负荷高负载状态下，发动机的压缩比是8：1，避免爆震。而在低负荷状态下，压缩比可以提升至14：1，燃油效率更高。
到底是怎么做到的呢？下面这张图表达的应该比较清楚了。传统的发动机是活塞推动连杆带动曲轴来做功。而现在，它又增加了一套比较复杂的连杆机构，通过电机来控制下连杆，从而实现压缩比的变化。
但问题是，尽管二十年前日产就已经开始可变压缩比发动机的研发工作，并且做了充分的试车工作，但更复杂的连杆机构所造成的可靠性的降低仍然是不争的事实。另外的问题是，这项技术到底是否禁得起更激进的改装？恐怕目前看是很难做到的。
总结
郭毅宁
目前，汽油发动机的热效率基本在50%以内，在未来如何突破这一极限，其实是所有汽车工程师所面临的问题。只是，在没有大的技术原理改变的前提下，热效率的提升非常缓慢，基本上都是1-2个百分点。而在上述四项技术革新中，很显然，六冲程发动机是最值得期待的。
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