另類的“心臟”

秋　霜

執(zhí)行／kula

發(fā)動機是汽車的心臟。車上這顆澎湃的器官決定著整車性能的強健與否以及壽命長短。根據(jù)不同的品牌種族，這顆心臟也有好多種組成形式。直列式布置的自然吸氣發(fā)動機是最沒有創(chuàng)意的平民化選擇，人們更喜歡關(guān)注那些標新立異的少數(shù)派：馬自達Rx-8的轉(zhuǎn)子式，體積小馬力大；位于地球兩端的保時捷和斯巴魯車型里都不約而同地跳動著一顆水平對置的心；增壓式發(fā)動機在排量不變的基礎(chǔ)上壓榨出更多的馬力，它們又分為機械和渦輪增壓；當然，還有直噴式發(fā)動機，或許它將在未來取代直列式成為普及率最高的發(fā)動機。

水平對置發(fā)動機

水平對置發(fā)動機的英文名為BOXER，BOXER原意是拳擊手，這種引擎汽缸分成成左右兩邊，每邊2或3個汽缸，左右兩邊的活塞作180度的對向運動，猶如拳擊手出拳對打，因而得此稱呼。目前世界上只有富士重工，德國保時捷才有這種發(fā)動機技術(shù)。

保時捷和斯巴魯?shù)乃綄χ靡嬷g最大的區(qū)別其實在于安裝方式：斯巴魯是前縱置引擎、前輪驅(qū)動或者四輪驅(qū)動。跟一般的前橫置引擎前輪驅(qū)動車型不一樣，斯巴魯?shù)囊鎸嶋H上跟奧迪的V型引擎+Ouadro的布局很相似，是非常典型的左右對稱四驅(qū)輸出。而保時捷則是中置或者后縱置后驅(qū)或者四驅(qū)輸出。

水平對置發(fā)動機的活塞平均分布在曲軸兩側(cè)，在水平方向上左右運動，而不同于普通直列發(fā)動機活塞上下運動，或者V型排列發(fā)動機活塞成一定夾角運動。這種設(shè)計使得水平對置發(fā)動機的整體高度大大降低，長度有所縮短，發(fā)動機外形看上去更為扁小，帶來的直接優(yōu)點就是降低了整車重心，令車輛行駛更加平穩(wěn)，實現(xiàn)了汽車應(yīng)有的敏捷性，降低了側(cè)翻的可能。

此外，水平對置發(fā)動機安裝在整車的中心線上，兩側(cè)活塞產(chǎn)生的力矩相互抵消，能夠大大降低車輛在行駛中的振動，能夠從一定程度上降低發(fā)動機噪音?；钊\動的平衡良好(180度左右抵消)，相比直列發(fā)動機，在曲軸方面所需的平衡配重減少，有助于轉(zhuǎn)速提升，而相比其他發(fā)動機油耗也更低些。

獨特的設(shè)計除了為水平對置發(fā)動機帶來了眾多的優(yōu)勢，也為其推廣普及造成一定的不利因素。此外，水平對置發(fā)動機各部分的設(shè)計和生產(chǎn)工藝均要求相當苛刻，因此制造成本相比常見的直列或V型發(fā)動機高出不少。因此，采用水平對置發(fā)動機的車型價格往往也較同級別、同排量車型高出不少。最近斯巴魯更是推出了柴油版本的水平對置發(fā)動機，分別裝備在其森林人、力獅等主力車型身上。

機械增壓發(fā)動機

機械增壓的出現(xiàn)與汽車王國-——美國息息相關(guān)。美國人熱衷于擁有一輛加速強勁有力、大而沉的大型豪華車。在這種迷戀動力性能的大環(huán)境下，美國人最先想到的當然是加大排量，這是實現(xiàn)低轉(zhuǎn)速大扭矩的最簡單方式。但作為民用車，排量不能是無限制的，而且自然吸氣發(fā)動機在轉(zhuǎn)速沒有達到一定數(shù)值時，動力還是比峰值時差很多。當大排量走到了發(fā)展的極限，成本、資源、環(huán)境都已經(jīng)亮出紅燈之時，機械增壓出現(xiàn)了。

如今慣于使用機械增壓的廠商除了最具代表意義的美國品牌，還有德國的奔馳、英國的捷豹、路虎、阿斯頓·馬丁等。

機械增壓器壓縮機的驅(qū)功力來自發(fā)動機曲軸。一般都是利用皮帶連接曲軸皮帶輪，以曲軸運轉(zhuǎn)的扭力帶動增壓器，達到增壓目的。根據(jù)構(gòu)造不同，機械增壓曾經(jīng)出現(xiàn)過許多種類型包括：葉片式、魯茲、溫克爾等型式。

機械增壓與渦輪增壓在動力輸出上有著明顯的區(qū)別，前者有接近自然進氣的線性輸出，而后者則因為有渦輪遲滯的現(xiàn)象，出力相對多一點突兀，沒那么線性。因為機械增壓的作動原理，使其在低轉(zhuǎn)速下便可獲得增壓。增壓的動力輸出也與曲軸轉(zhuǎn)速成一定的比例，即機械增壓引擎的動力輸出隨著轉(zhuǎn)速的提高，也隨之增強。因此機械增壓引擎的出力表現(xiàn)與自然氣極為相似，卻能擁有較大的馬力與扭力。

房車賽的賽車在改裝時要拆除空調(diào)壓縮機，而方程式賽車，甚至連啟動馬達、機油泵都改成外部連接，目的都是為了減少對引擎造成的負擔。目前，歐洲設(shè)計的機械增壓多為0.3～0.5bar的低增壓，著重在低轉(zhuǎn)速扭力輸出與中高轉(zhuǎn)速高原型馬力輸出，不過機械增壓系統(tǒng)在現(xiàn)階段仍然無法突破1.5bar的高增壓范圍。

渦輪增壓發(fā)動機

渦輪增壓實際上是一種空氣壓縮機，通過壓縮空氣來增加進氣量。它是利用發(fā)動機排出的廢氣慣性沖力來推動渦輪室內(nèi)的渦輪，渦輪又帶動同軸的葉輪，葉輪壓送由空氣濾清器管道送來的空氣，使之增壓進入氣缸。據(jù)說在目前的技術(shù)條件下，渦輪增壓器是唯一能使發(fā)動機在工作效率不變的情況下增加輸出功率的機械裝置。一般在賽車和跑車上都裝有渦輪增壓器。

滯后響應(yīng)是渦輪增壓的軟肋所在，由于葉輪的慣性作用對油門驟時變化反應(yīng)遲緩，即使經(jīng)過改良后的反應(yīng)時間也要1.7秒，使發(fā)動機延遲增加或減少輸出功率。這對于要突然加速或超車的汽車而言，瞬間會有點提不上勁的感覺。不過這點問題并不能淹沒渦輪增壓器的大作用。在近30年里，渦輪增壓器已經(jīng)普及到許多類型的汽車上，它彌補了一些自然吸氣式發(fā)動機的先天不足，讓發(fā)動機在不改變氣缸工作容積的情況下可以提高輸出功率10％以上，因此許多汽車制造公司都采用這種增壓技術(shù)來改進發(fā)動機的輸出功率，以實現(xiàn)轎車的高性能化。

理論上，在氣缸本體設(shè)計時，氣缸壁夠厚、耐得住壓力，只要增加渦輪增壓器本體的尺寸和數(shù)量，增壓力道幾乎可以無限制增加。最有名的例子，就是當年本田提供給麥凱輪一級方程式車隊的渦輪增壓引擎，排氣量不過才1.5升，但馬里輸出可以高達1500匹!

不過凡事有利就有弊，靠渦輪增壓增加動力輸出雖然輕而易舉，但伴隨著增壓所產(chǎn)生的高熱必須妥善處理，高熱會影響兩部分，一個是負責直接冷卻和潤滑的機油，它會因為受到高熱而快速氧化。因此渦輪增壓引擎必須選用耐高溫、抗氧化好的優(yōu)質(zhì)機油，而且機油更換周期會相應(yīng)縮短，才不容易產(chǎn)生氧化物。另外一個受高溫影響的是冷卻系統(tǒng)。為了增加進氣的含氧量，渦輪增壓車大多會增加進氣冷卻器的方式，來降低壓縮空氣的溫度，冷卻水箱、接溫器也會適當提高散熱效率，所以近年來已經(jīng)很少聽說渦輪增壓引擎有散熱不良的情況了。

轉(zhuǎn)子發(fā)動機

在過去的400年中，許多發(fā)明家和工程師一直都想開發(fā)一種連續(xù)運轉(zhuǎn)的內(nèi)燃機。人們希望有朝一日往復(fù)活塞式內(nèi)燃機將被優(yōu)雅的原動力引擎所取代，它的運動軌跡應(yīng)該非常接近人類偉大的發(fā)明之一：輪子。

實際上，在16世紀末期，在出版物中首次出現(xiàn)“連續(xù)運轉(zhuǎn)內(nèi)燃機”的說法。連桿和曲柄機構(gòu)的發(fā)明人沃特-詹姆斯，也曾研究轉(zhuǎn)子式內(nèi)燃機。特別是在過去的150年里，發(fā)明者提出了許多關(guān)于轉(zhuǎn)子發(fā)動機結(jié)構(gòu)的提案。在1846年，人們畫出了當今轉(zhuǎn)子發(fā)動機工作室的幾何結(jié)構(gòu)，設(shè)計了使用外旋輪線的第一臺概念發(fā)動機。但是，這些概念都沒有實用化，直到20世紀50年代轉(zhuǎn)子發(fā)動機成品的出現(xiàn)。

轉(zhuǎn)子發(fā)動機又稱為米勒循環(huán)發(fā)動機。它采用三角轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)運動來控制壓縮和排放，與傳統(tǒng)的活塞往復(fù)式發(fā)動機的直線運動迥然不同。這種發(fā)動機由德國人菲加士·汪克爾發(fā)明，在總結(jié)前人的研究成果的基礎(chǔ)上，解決了一些關(guān)鍵技術(shù)問題，研制成功第一臺轉(zhuǎn)子發(fā)動機。

汪克爾于1902年出生在德國，1921年到1926年受雇于海德堡一家科技出版社的銷售部。在1924年，汪克爾在海德堡建立了自己的公司，他花了大量的時間在那里進行轉(zhuǎn)子發(fā)動機的研制，在1927年，諸如氣密性和澗滑等的一系列技術(shù)問題的攻克終于有了眉目。20世紀60年初在德國生產(chǎn)出第一輛裝配了轉(zhuǎn)子發(fā)動機的小跑車。當時業(yè)內(nèi)人士認為這種發(fā)動機的結(jié)構(gòu)緊湊輕巧，運轉(zhuǎn)寧靜暢順，也許會取替?zhèn)鹘y(tǒng)的活塞式發(fā)動機。有趣的是，轉(zhuǎn)子發(fā)動機的發(fā)明者汪克爾沒有工程學(xué)位，甚至沒有駕駛執(zhí)照。他是個不喜歡方程式的實干家。

1964年，日內(nèi)瓦的德法合資企業(yè)COMOBIL公司，首次把轉(zhuǎn)子發(fā)動機裝在轎車上成為正式產(chǎn)品。1967年，日本人也將轉(zhuǎn)子發(fā)動機裝在馬自達轎車上開始成批生產(chǎn)。一向?qū)π录夹g(shù)情有獨鐘的馬自達公司投巨資從汪克爾公司買下了這項技術(shù)。由于這是一項高新技術(shù)，懂得這項技術(shù)的人寥寥無幾，發(fā)動機壞了無人會修，而且耗油大，汽車界有人對這種發(fā)動機的市場前景產(chǎn)生了懷疑。20世紀70年代石油危機爆發(fā)，各國忙于應(yīng)付各方面的困難而無暇顧及發(fā)展轉(zhuǎn)子發(fā)動機，唯有馬自達公司仍然深信轉(zhuǎn)子發(fā)動機的潛力，獨自研究和生產(chǎn)轉(zhuǎn)子發(fā)動機，并為此付出了相當大的代價。他們逐步克服了轉(zhuǎn)子發(fā)動機的缺陷，成功地由試驗性生產(chǎn)過渡到商業(yè)性生產(chǎn)，并將安裝了轉(zhuǎn)子發(fā)動機的RX-7型跑車打入了美國市場，令人刮目相看。

在世界環(huán)保意識日益強化、石油資源日漸枯竭的今天，以氫氣做動力源的研究已成為一大課題。當年馬自達堅持下來的轉(zhuǎn)子發(fā)動機從結(jié)構(gòu)上講是最適合燃燒氫氣，而且最“干凈”，因為氫燃燒完后排出的是水蒸汽，對環(huán)境沒有任何污染。馬自達公司改制了RX-7型跑車的轉(zhuǎn)子發(fā)動機，使它可以用氫做燃料。這種發(fā)動機裝配在馬自達HR-X汽車上，1立方米的燃料箱吸儲了相當43立方米的壓縮氫氣，以每小時60公里的車速可行駛230公里，引起了各界人士的關(guān)注。由于從生產(chǎn)裝配到維護修理，轉(zhuǎn)子發(fā)動機都與傳統(tǒng)的發(fā)動機大不一樣，開發(fā)成本大。加上往復(fù)式活塞發(fā)動機在功率、重量，排放、能耗等方面都比過去有了顯著提高，轉(zhuǎn)子發(fā)動機沒有顯出明顯的優(yōu)勢，因此各大汽車企業(yè)都沒有積極性去開發(fā)利用，唯有馬自達一家苦苦支撐，如今它應(yīng)用轉(zhuǎn)子發(fā)動機的最新作品是RX-8雙門跑車。

直噴發(fā)動機

直噴發(fā)動機如今正在成為越來越多汽車廠家提高自身技術(shù)含量提高發(fā)動機效率所研發(fā)的熱門裝備。其實早在1954年第一輛匹配4沖程汽油噴射發(fā)動機的轎車就已經(jīng)誕生，它就是奔馳300SL。霧狀燃油直接噴入進氣歧管比化油器發(fā)動機提供了更大的動力和更高的燃油經(jīng)濟性。直噴的具體含義是缸內(nèi)直噴。它通過均勻燃燒和分層燃燒實現(xiàn)了高負荷、尤其是低負荷下的燃油消耗降低，動力還有很大提升。在部分負荷時具有的巨大節(jié)油作用體現(xiàn)在市內(nèi)走走停停的交通狀況下。今天各大公司已經(jīng)紛紛動手開發(fā)直噴。博世公司開發(fā)了Motronic MED7汽油直噴系統(tǒng)，奧迪公司開發(fā)了FSI系統(tǒng)，奔馳開發(fā)了CGI系統(tǒng)，菲亞特則開發(fā)了JTS系統(tǒng)雖然名字不同，但它們都代表了汽油缸內(nèi)直噴。

直噴發(fā)動機與其他傳統(tǒng)發(fā)動機的區(qū)別在于：與歧管噴射原理相反，直噴發(fā)動機配備了按需控制的燃油供給系統(tǒng)，每缸四氣門，可變進氣歧管以及進排氣凸輪軸連續(xù)可調(diào)裝置。汽油被直接噴入燃燒室，單活塞高壓泵的共軌高壓噴射系統(tǒng)負責提供精確的燃料，形成30到100巴之間的工作壓力。同時，燃料室的幾何設(shè)計以及毫秒級精確計算注入汽油量的功能大大提高了其壓縮比，這也是高效新款發(fā)動機的必要先決條件。在進氣道方面，直噴發(fā)動機采用可變進氣歧管，由電子系統(tǒng)控制所需的空氣流量，實現(xiàn)了無節(jié)流變質(zhì)調(diào)節(jié)，提高了充氣效率，從而獲得更高的升功率，而發(fā)動機的動態(tài)響應(yīng)也變得更為直接。

直噴發(fā)動機潛力的證明是在2001年7月的勒芒24小時耐力賽上獲勝的奧迪R8它匹配著帶雙增壓的V8 FSI直噴發(fā)動機。出色的表現(xiàn)使它領(lǐng)先一圈，良好的燃油經(jīng)濟性使它延長了加油的間隔，有力證明了直噴不僅有出色的動力表現(xiàn)，燃油還要節(jié)省8％。不僅是這些，R8車手認為發(fā)動機動力反映敏捷且非常到位。奧迪第一款作為量產(chǎn)車匹配直噴發(fā)動機的車型是2002年3月在日內(nèi)瓦車展展出的A2 1.6FSI。接下來是奧迪A4匹配了110千瓦2.0L FSI發(fā)動機有別于老A4使用了單柱塞高壓油泵，4氣門替代了5氣門，顯然是為了在燃燒室安裝汽油噴嘴節(jié)省地方。A4 2.0 FSI最大扭矩200?！っ壮霈F(xiàn)在3250～4250轉(zhuǎn)分鐘，0～100公里／小時的加速時問是9.6秒，最高時速218公里／小時。百公里綜合油耗7.1升。這與傳統(tǒng)自然吸氣發(fā)動機相比有著質(zhì)的提高。