另類的“心臟”

秋　霜

執行／kula

發動機是汽車的心臟。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動機是最沒有創意的平民化選擇，人們更喜歡關注那些標新立異的少數派：馬自達Rx-8的轉子式，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；增壓式發動機在排量不變的基礎上壓榨出更多的馬力，它們又分為機械和渦輪增壓；當然，還有直噴式發動機，或許它將在未來取代直列式成為普及率最高的發動機。

水平對置發動機

水平對置發動機的英文名為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動機技術。

保時捷和斯巴魯的水平對置引擎之間最大的區別其實在于安裝方式：斯巴魯是前縱置引擎、前輪驅動或者四輪驅動。跟一般的前橫置引擎前輪驅動車型不一樣，斯巴魯的引擎實際上跟奧迪的V型引擎+Ouadro的布局很相似，是非常典型的左右對稱四驅輸出。而保時捷則是中置或者后縱置后驅或者四驅輸出。

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

此外，水平對置發動機安裝在整車的中心線上，兩側活塞產生的力矩相互抵消，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動機噪音?；钊\動的平衡良好(180度左右抵消)，相比直列發動機，在曲軸方面所需的平衡配重減少，有助于轉速提升，而相比其他發動機油耗也更低些。

獨特的設計除了為水平對置發動機帶來了眾多的優勢，也為其推廣普及造成一定的不利因素。此外，水平對置發動機各部分的設計和生產工藝均要求相當苛刻，因此制造成本相比常見的直列或V型發動機高出不少。因此，采用水平對置發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。

機械增壓發動機

機械增壓的出現與汽車王國-——美國息息相關。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境下，美國人最先想到的當然是加大排量，這是實現低轉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，而且自然吸氣發動機在轉速沒有達到一定數值時，動力還是比峰值時差很多。當大排量走到了發展的極限，成本、資源、環境都已經亮出紅燈之時，機械增壓出現了。

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功力來自發動機曲軸。一般都是利用皮帶連接曲軸皮帶輪，以曲軸運轉的扭力帶動增壓器，達到增壓目的。根據構造不同，機械增壓曾經出現過許多種類型包括：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，使其在低轉速下便可獲得增壓。增壓的動力輸出也與曲軸轉速成一定的比例，即機械增壓引擎的動力輸出隨著轉速的提高，也隨之增強。因此機械增壓引擎的出力表現與自然氣極為相似，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，歐洲設計的機械增壓多為0.3～0.5bar的低增壓，著重在低轉速扭力輸出與中高轉速高原型馬力輸出，不過機械增壓系統在現階段仍然無法突破1.5bar的高增壓范圍。

渦輪增壓發動機

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。它是利用發動機排出的廢氣慣性沖力來推動渦輪室內的渦輪，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。據說在目前的技術條件下，渦輪增壓器是唯一能使發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遲緩，即使經過改良后的反應時間也要1.7秒，使發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，渦輪增壓器已經普及到許多類型的汽車上，它彌補了一些自然吸氣式發動機的先天不足，讓發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來改進發動機的輸出功率，以實現轎車的高性能化。

理論上，在氣缸本體設計時，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、抗氧化好的優質機油，而且機油更換周期會相應縮短，才不容易產生氧化物。另外一個受高溫影響的是冷卻系統。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，所以近年來已經很少聽說渦輪增壓引擎有散熱不良的情況了。

轉子發動機

在過去的400年中，許多發明家和工程師一直都想開發一種連續運轉的內燃機。人們希望有朝一日往復活塞式內燃機將被優雅的原動力引擎所取代，它的運動軌跡應該非常接近人類偉大的發明之一：輪子。

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

轉子發動機又稱為米勒循環發動機。它采用三角轉子旋轉運動來控制壓縮和排放，與傳統的活塞往復式發動機的直線運動迥然不同。這種發動機由德國人菲加士·汪克爾發明，在總結前人的研究成果的基礎上，解決了一些關鍵技術問題，研制成功第一臺轉子發動機。

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子發動機的研制，在1927年，諸如氣密性和澗滑等的一系列技術問題的攻克終于有了眉目。20世紀60年初在德國生產出第一輛裝配了轉子發動機的小跑車。當時業內人士認為這種發動機的結構緊湊輕巧，運轉寧靜暢順，也許會取替傳統的活塞式發動機。有趣的是，轉子發動機的發明者汪克爾沒有工程學位，甚至沒有駕駛執照。他是個不喜歡方程式的實干家。

1964年，日內瓦的德法合資企業COMOBIL公司，首次把轉子發動機裝在轎車上成為正式產品。1967年，日本人也將轉子發動機裝在馬自達轎車上開始成批生產。一向對新技術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。由于這是一項高新技術，懂得這項技術的人寥寥無幾，發動機壞了無人會修，而且耗油大，汽車界有人對這種發動機的市場前景產生了懷疑。20世紀70年代石油危機爆發，各國忙于應付各方面的困難而無暇顧及發展轉子發動機，唯有馬自達公司仍然深信轉子發動機的潛力，獨自研究和生產轉子發動機，并為此付出了相當大的代價。他們逐步克服了轉子發動機的缺陷，成功地由試驗性生產過渡到商業性生產，并將安裝了轉子發動機的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子發動機從結構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，對環境沒有任何污染。馬自達公司改制了RX-7型跑車的轉子發動機，使它可以用氫做燃料。這種發動機裝配在馬自達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注。由于從生產裝配到維護修理，轉子發動機都與傳統的發動機大不一樣，開發成本大。加上往復式活塞發動機在功率、重量，排放、能耗等方面都比過去有了顯著提高，轉子發動機沒有顯出明顯的優勢，因此各大汽車企業都沒有積極性去開發利用，唯有馬自達一家苦苦支撐，如今它應用轉子發動機的最新作品是RX-8雙門跑車。

直噴發動機

直噴發動機如今正在成為越來越多汽車廠家提高自身技術含量提高發動機效率所研發的熱門裝備。其實早在1954年第一輛匹配4沖程汽油噴射發動機的轎車就已經誕生，它就是奔馳300SL。霧狀燃油直接噴入進氣歧管比化油器發動機提供了更大的動力和更高的燃油經濟性。直噴的具體含義是缸內直噴。它通過均勻燃燒和分層燃燒實現了高負荷、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油作用體現在市內走走停停的交通狀況下。今天各大公司已經紛紛動手開發直噴。博世公司開發了Motronic MED7汽油直噴系統，奧迪公司開發了FSI系統，奔馳開發了CGI系統，菲亞特則開發了JTS系統雖然名字不同，但它們都代表了汽油缸內直噴。

直噴發動機與其他傳統發動機的區別在于：與歧管噴射原理相反，直噴發動機配備了按需控制的燃油供給系統，每缸四氣門，可變進氣歧管以及進排氣凸輪軸連續可調裝置。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，這也是高效新款發動機的必要先決條件。在進氣道方面，直噴發動機采用可變進氣歧管，由電子系統控制所需的空氣流量，實現了無節流變質調節，提高了充氣效率，從而獲得更高的升功率，而發動機的動態響應也變得更為直接。

直噴發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直噴發動機。出色的表現使它領先一圈，良好的燃油經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，燃油還要節省8％。不僅是這些，R8車手認為發動機動力反映敏捷且非常到位。奧迪第一款作為量產車匹配直噴發動機的車型是2002年3月在日內瓦車展展出的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省地方。A4 2.0 FSI最大扭矩200?！っ壮霈F在3250～4250轉分鐘，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。這與傳統自然吸氣發動機相比有著質的提高。