另类的“心脏”
时间：2020-11-08 18:08:17 来源：达达文档网 本文已影响 人 
秋 霜
执行／kula
发动机是汽车的心脏。车上这颗澎湃的器官决定着整车性能的强健与否以及寿命长短。根据不同的品牌种族，这颗心脏也有好多种组成形式。直列式布置的自然吸气发动机是最没有创意的平民化选择，人们更喜欢关注那些标新立异的少数派：马自达Rx-8的转子式，体积小马力大；
位于地球两端的保时捷和斯巴鲁车型里都不约而同地跳动着一颗水平对置的心；
增压式发动机在排量不变的基础上压榨出更多的马力，它们又分为机械和涡轮增压；
当然，还有直喷式发动机，或许它将在未来取代直列式成为普及率最高的发动机。
水平对置发动机
水平对置发动机的英文名为BOXER，BOXER原意是拳击手，这种引擎汽缸分成成左右两边，每边2或3个汽缸，左右两边的活塞作180度的对向运动，犹如拳击手出拳对打，因而得此称呼。目前世界上只有富士重工，德国保时捷才有这种发动机技术。
保时捷和斯巴鲁的水平对置引擎之间最大的区别其实在于安装方式：斯巴鲁是前纵置引擎、前轮驱动或者四轮驱动。跟一般的前横置引擎前轮驱动车型不一样，斯巴鲁的引擎实际上跟奥迪的V型引擎+Ouadro的布局很相似，是非常典型的左右对称四驱输出。而保时捷则是中置或者后纵置后驱或者四驱输出。
水平对置发动机的活塞平均分布在曲轴两侧，在水平方向上左右运动，而不同于普通直列发动机活塞上下运动，或者V型排列发动机活塞成一定夹角运动。这种设计使得水平对置发动机的整体高度大大降低，长度有所缩短，发动机外形看上去更为扁小，带来的直接优点就是降低了整车重心，令车辆行驶更加平稳，实现了汽车应有的敏捷性，降低了侧翻的可能。
此外，水平对置发动机安装在整车的中心线上，两侧活塞产生的力矩相互抵消，能够大大降低车辆在行驶中的振动，能够从一定程度上降低发动机噪音。活塞运动的平衡良好(180度左右抵消)，相比直列发动机，在曲轴方面所需的平衡配重减少，有助于转速提升，而相比其他发动机油耗也更低些。
独特的设计除了为水平对置发动机带来了众多的优势，也为其推广普及造成一定的不利因素。此外，水平对置发动机各部分的设计和生产工艺均要求相当苛刻，因此制造成本相比常见的直列或V型发动机高出不少。因此，采用水平对置发动机的车型价格往往也较同级别、同排量车型高出不少。最近斯巴鲁更是推出了柴油版本的水平对置发动机，分别装备在其森林人、力狮等主力车型身上。
机械增压发动机
机械增压的出现与汽车王国-——美国息息相关。美国人热衷于拥有一辆加速强劲有力、大而沉的大型豪华车。在这种迷恋动力性能的大环境下，美国人最先想到的当然是加大排量，这是实现低转速大扭矩的最简单方式。但作为民用车，排量不能是无限制的，而且自然吸气发动机在转速没有达到一定数值时，动力还是比峰值时差很多。当大排量走到了发展的极限，成本、资源、环境都已经亮出红灯之时，机械增压出现了。
如今惯于使用机械增压的厂商除了最具代表意义的美国品牌，还有德国的奔驰、英国的捷豹、路虎、阿斯顿·马丁等。
机械增压器压缩机的驱功力来自发动机曲轴。一般都是利用皮带连接曲轴皮带轮，以曲轴运转的扭力带动增压器，达到增压目的。根据构造不同，机械增压曾经出现过许多种类型包括：叶片式、鲁兹、温克尔等型式。
机械增压与涡轮增压在动力输出上有着明显的区别，前者有接近自然进气的线性输出，而后者则因为有涡轮迟滞的现象，出力相对多一点突兀，没那么线性。因为机械增压的作动原理，使其在低转速下便可获得增压。增压的动力输出也与曲轴转速成一定的比例，即机械增压引擎的动力输出随着转速的提高，也随之增强。因此机械增压引擎的出力表现与自然气极为相似，却能拥有较大的马力与扭力。
房车赛的赛车在改装时要拆除空调压缩机，而方程式赛车，甚至连启动马达、机油泵都改成外部连接，目的都是为了减少对引擎造成的负担。目前，欧洲设计的机械增压多为0.3～0.5bar的低增压，着重在低转速扭力输出与中高转速高原型马力输出，不过机械增压系统在现阶段仍然无法突破1.5bar的高增压范围。
涡轮增压发动机
涡轮增压实际上是一种空气压缩机，通过压缩空气来增加进气量。它是利用发动机排出的废气惯性冲力来推动涡轮室内的涡轮，涡轮又带动同轴的叶轮，叶轮压送由空气滤清器管道送来的空气，使之增压进入气缸。据说在目前的技术条件下，涡轮增压器是唯一能使发动机在工作效率不变的情况下增加输出功率的机械装置。一般在赛车和跑车上都装有涡轮增压器。
滞后响应是涡轮增压的软肋所在，由于叶轮的惯性作用对油门骤时变化反应迟缓，即使经过改良后的反应时间也要1.7秒，使发动机延迟增加或减少输出功率。这对于要突然加速或超车的汽车而言，瞬间会有点提不上劲的感觉。不过这点问题并不能淹没涡轮增压器的大作用。在近30年里，涡轮增压器已经普及到许多类型的汽车上，它弥补了一些自然吸气式发动机的先天不足，让发动机在不改变气缸工作容积的情况下可以提高输出功率10％以上，因此许多汽车制造公司都采用这种增压技术来改进发动机的输出功率，以实现轿车的高性能化。
理论上，在气缸本体设计时，气缸壁够厚、耐得住压力，只要增加涡轮增压器本体的尺寸和数量，增压力道几乎可以无限制增加。最有名的例子，就是当年本田提供给麦凯轮一级方程式车队的涡轮增压引擎，排气量不过才1.5升，但马里输出可以高达1500匹!
不过凡事有利就有弊，靠涡轮增压增加动力输出虽然轻而易举，但伴随着增压所产生的高热必须妥善处理，高热会影响两部分，一个是负责直接冷却和润滑的机油，它会因为受到高热而快速氧化。因此涡轮增压引擎必须选用耐高温、抗氧化好的优质机油，而且机油更换周期会相应缩短，才不容易产生氧化物。另外一个受高温影响的是冷却系统。为了增加进气的含氧量，涡轮增压车大多会增加进气冷却器的方式，来降低压缩空气的温度，冷却水箱、接温器也会适当提高散热效率，所以近年来已经很少听说涡轮增压引擎有散热不良的情况了。
转子发动机
在过去的400年中，许多发明家和工程师一直都想开发一种连续运转的内燃机。人们希望有朝一日往复活塞式内燃机将被优雅的原动力引擎所取代，它的运动轨迹应该非常接近人类伟大的发明之一：轮子。
实际上，在16世纪末期，在出版物中首次出现“连续运转内燃机”的说法。连杆和曲柄机构的发明人沃特-詹姆斯，也曾研究转子式内燃机。特别是在过去的150年里，发明者提出了许多关于转子发动机结构的提案。在1846年，人们画出了当今转子发动机工作室的几何结构，设计了使用外旋轮线的第一台概念发动机。但是，这些概念都没有实用化，直到20世纪50年代转子发动机成品的出现。
转子发动机又称为米勒循环发动机。它采用三角转子旋转运动来控制压缩和排放，与传统的活塞往复式发动机的直线运动迥然不同。这种发动机由德国人菲加士·汪克尔发明，在总结前人的研究成果的基础上，解决了一些关键技术问题，研制成功第一台转子发动机。
汪克尔于1902年出生在德国，1921年到1926年受雇于海德堡一家科技出版社的销售部。在1924年，汪克尔在海德堡建立了自己的公司，他花了大量的时间在那里进行转子发动机的研制，在1927年，诸如气密性和涧滑等的一系列技术问题的攻克终于有了眉目。20世纪60年初在德国生产出第一辆装配了转子发动机的小跑车。当时业内人士认为这种发动机的结构紧凑轻巧，运转宁静畅顺，也许会取替传统的活塞式发动机。有趣的是，转子发动机的发明者汪克尔没有工程学位，甚至没有驾驶执照。他是个不喜欢方程式的实干家。
1964年，日内瓦的德法合资企业COMOBIL公司，首次把转子发动机装在轿车上成为正式产品。1967年，日本人也将转子发动机装在马自达轿车上开始成批生产。一向对新技术情有独钟的马自达公司投巨资从汪克尔公司买下了这项技术。由于这是一项高新技术，懂得这项技术的人寥寥无几，发动机坏了无人会修，而且耗油大，汽车界有人对这种发动机的市场前景产生了怀疑。20世纪70年代石油危机爆发，各国忙于应付各方面的困难而无暇顾及发展转子发动机，唯有马自达公司仍然深信转子发动机的潜力，独自研究和生产转子发动机，并为此付出了相当大的代价。他们逐步克服了转子发动机的缺陷，成功地由试验性生产过渡到商业性生产，并将安装了转子发动机的RX-7型跑车打入了美国市场，令人刮目相看。
在世界环保意识日益强化、石油资源日渐枯竭的今天，以氢气做动力源的研究已成为一大课题。当年马自达坚持下来的转子发动机从结构上讲是最适合燃烧氢气，而且最“干净”，因为氢燃烧完后排出的是水蒸汽，对环境没有任何污染。马自达公司改制了RX-7型跑车的转子发动机，使它可以用氢做燃料。这种发动机装配在马自达HR-X汽车上，1立方米的燃料箱吸储了相当43立方米的压缩氢气，以每小时60公里的车速可行驶230公里，引起了各界人士的关注。由于从生产装配到维护修理，转子发动机都与传统的发动机大不一样，开发成本大。加上往复式活塞发动机在功率、重量，排放、能耗等方面都比过去有了显著提高，转子发动机没有显出明显的优势，因此各大汽车企业都没有积极性去开发利用，唯有马自达一家苦苦支撑，如今它应用转子发动机的最新作品是RX-8双门跑车。
直喷发动机
直喷发动机如今正在成为越来越多汽车厂家提高自身技术含量提高发动机效率所研发的热门装备。其实早在1954年第一辆匹配4冲程汽油喷射发动机的轿车就已经诞生，它就是奔驰300SL。雾状燃油直接喷入进气歧管比化油器发动机提供了更大的动力和更高的燃油经济性。直喷的具体含义是缸内直喷。它通过均匀燃烧和分层燃烧实现了高负荷、尤其是低负荷下的燃油消耗降低，动力还有很大提升。在部分负荷时具有的巨大节油作用体现在市内走走停停的交通状况下。今天各大公司已经纷纷动手开发直喷。博世公司开发了Motronic MED7汽油直喷系统，奥迪公司开发了FSI系统，奔驰开发了CGI系统，菲亚特则开发了JTS系统虽然名字不同，但它们都代表了汽油缸内直喷。
直喷发动机与其他传统发动机的区别在于：与歧管喷射原理相反，直喷发动机配备了按需控制的燃油供给系统，每缸四气门，可变进气歧管以及进排气凸轮轴连续可调装置。汽油被直接喷入燃烧室，单活塞高压泵的共轨高压喷射系统负责提供精确的燃料，形成30到100巴之间的工作压力。同时，燃料室的几何设计以及毫秒级精确计算注入汽油量的功能大大提高了其压缩比，这也是高效新款发动机的必要先决条件。在进气道方面，直喷发动机采用可变进气歧管，由电子系统控制所需的空气流量，实现了无节流变质调节，提高了充气效率，从而获得更高的升功率，而发动机的动态响应也变得更为直接。
直喷发动机潜力的证明是在2001年7月的勒芒24小时耐力赛上获胜的奥迪R8它匹配着带双增压的V8 FSI直喷发动机。出色的表现使它领先一圈，良好的燃油经济性使它延长了加油的间隔，有力证明了直喷不仅有出色的动力表现，燃油还要节省8％。不仅是这些，R8车手认为发动机动力反映敏捷且非常到位。奥迪第一款作为量产车匹配直喷发动机的车型是2002年3月在日内瓦车展展出的A2 1.6FSI。接下来是奥迪A4匹配了110千瓦2.0L FSI发动机有别于老A4使用了单柱塞高压油泵，4气门替代了5气门，显然是为了在燃烧室安装汽油喷嘴节省地方。A4 2.0 FSI最大扭矩200牛·米出现在3250～4250转分钟，0～100公里／小时的加速时问是9.6秒，最高时速218公里／小时。百公里综合油耗7.1升。这与传统自然吸气发动机相比有着质的提高。
