天下没有不散的宴席,而可闭缸发动机值得最后一个「金球奖」

极客汽车 2019/12/9 14:48:53 盖世大V说

对于八零九零后球迷来说,今夜绝对是不平凡的,梅西拿下职业生涯的第六个金球奖。而此时的他与 C 罗两人同为 34 岁,英雄迟暮,也意味着这座奖杯可能会是属于「绝代双骄」的最后一个金球奖杯。

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天下没有不散的宴席,汽车行业同样面临着内燃机时代的终结。所谓终结,并不代表它会退出人们视野,但当各大汽车集团纷纷构建完整的电动车生态体系时,停止内燃机研发的时间也在逐渐逼近着。在汽车内燃机近百年的历史中,如果给某项技术颁发一个「终身成就奖」的话,我想,「可闭缸发动机」最合适不过。

当然,绝代双骄时代的足坛也存在着众多实力超群的球星,就像内燃机技术也不止闭缸一种,但它有足够的理由证明自己的重要性。在环保法的重压之下,可闭缸发动机的概念被提出,从高效先锋到能源卫士,可闭缸发动机在过去四十年中随着需求的变化,扮演者不同角色,顽强地撑起了内燃机最后的「倔强」。

在我看来,我们现在正处在一个时代更迭的时期,也是汽车发展第二阶段向第三阶段迈进的过程。汽车产业的第三阶段会是什么样我们还不能确定,但它一定是以高度电气化为主旋律的。主旋律之下会出现一个核心概念引导整个行业的发展,可能会是蔚来式的服务、拜腾式的屏幕,更有可能是 Canoo 那样依托地板式电池布局而针对「用户体验」层面的造型设计。

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而发动机电脑则是第二阶段的主旋律,它被发明出来之前,汽车产业还处于元年时代,也就是汽车产业的第一阶段。人们造出了数以百万计的车辆,但我们只能控制他的速度与方向,对发动机内部的情况一无所知,只知道它在运转或已经停止。

当代信息技术和环保法为发动机「续命」

发动机是什么?曲轴、气缸、活塞、节气门?就算把所有硬件全都列出来也只不过是发动机的一半而已,我们永远都不能忽略掉过去四十年里计算机(软件)对发动机的重要性。

上世纪 70 年代开始,一个更加前沿的概念深深根植于工程师们的脑海里——发动机不单纯是硬件组成,软件对于突破发动机的瓶颈来说更为重要。信息技术的快速更迭,使得传统工业也成为了集成电路和微型处理器的受益者,而最早着手研究汽车领域发动机控制单元的是日本人。

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在日本汽车工业随着电控元件的发展突飞猛进之后,美国人也不甘被高新技术抛弃。福特初代电子发动机控制系统 EEC 于 1975 年开始量产,而它们用的处理器则是来自东芝的 TLCS-12。

在车企们纷纷进入这一领域之后,出现了我们现在所熟知的「ECU」(Electronic Control Unit)这一概念,也被叫做「行车电脑」。(注:此处特指控制发动机的 ECU,而非车内其他 ECU 元件)。它的作用更像是发动机的大脑,通过各种传感器的数据来分析发动机内的状况,从而加以控制。早期 ECU 的能力并不像现在这样强大,信息技术的革命让发动机内部的数据变得透明。而真正让发动机拥有「自我管理能力」的却是一纸环保法。

坦白来讲,一个只能进行信息采集的 ECU 是非常鸡肋的。在环保问题愈演愈烈的上世纪七十年代,随着 ECU 一起进入公众视野的还有电喷技术——虽然电喷比 ECU 诞生的时间更早,但没有 ECU 的电喷与有 ECU 的相比,就好像是算盘与计算机的关系,后者的反应速度更快也更精准。

如果说电喷是 iPhone,那 ECU 就是苹果公司本体。随着 ECU 的发展,发动机内部的零件基本都能被它调配,随之推演出的技术也越来越多,其中就有发动机闭缸技术。

勇敢的开始同样造就了无数「翻车现场」

「所有伟大都源自一个勇敢的开始」。通用的这句 slogen 可以说是恰如其分。它们历史上的确有很多勇敢的举动,然而成就伟大的道路一定是坎坷的。石油危机之后,凯迪拉克一直是被给予最大希望的美国品牌,当日本车大肆侵蚀美国市场时,美国人希望看到本土品牌的改革。

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凯迪拉克是世界上第一个提出发动机闭缸概念的车企,也是第一个量产带有闭缸技术发动机的车企。1981 年凯迪拉克量产了 L62 V8-6-4 型发动机,并将这款发动机装配到了它们的所有产品上。而「V8-6-4」的意思就是发动机可以在 8 缸、6 缸和 4 缸之间切换,与这款发动机同时到来的还有凯迪拉克当时最先进的发动机电脑,它们宣称可以进行每秒 30 万次运算。

对于可闭缸这项当时的新兴技术,凯迪拉克当然毫不吝惜笔墨为其宣传:

然而这个故事却是以「车毁人亡」来收尾。不得不说凯迪拉克真的高估了自己的能力,它们并没有在这款发动机面世之前进行充足的道路实验,这也使得消费者成为了新技术的小白鼠。

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即便是每秒进行 30 万次高速运转的计算机,也没能 hold 住变幻莫测的道路情况,所有 V8-6-4 的消费者反映出的一个普遍问题就是发动机反应迟钝、急加速时无法快速地完成变缸操作。甚至有人这样吐槽:

「Taped to the car’s dashboard was a hand-written note with two speeds written on it—something like 45 mph and 68 mph, as I recall. When I asked what the reason for the note was, the driver explained that it was a reminder to avoid those velocities—at those speeds, the engine was especially apt to 「hunt」 between cylinder counts, and was particularly unrefined in doing so.」

「汽车仪表板上贴着一张手写的纸条,上面写着两个速度——我记得大概是每小时 45 英里和每小时 68 英里。当我问司机写这张纸条的原因是时,他解释说,这是一个提醒,要避开在这两个速度下巡航行驶,引擎特别容易在汽缸数之间徘徊不定,而且切换时的质感也很差。」

在 45mph 和 68mph 这两个速度下,发动机电脑仿佛沉浸在《野狼 disco》里,不知自己是该画龙还是画彩虹。如此糟糕的表现更是让竞争对手们乐开了花。

「对方啥阵型啊?」

「8-6-4……」

除了迟缓的变缸响应和严重的顿挫,V8-6-4 对于油耗的改善也是微乎其微,根本达不到宣称的节省 20%的效果。其闭缸逻辑是断油不断气,也就是说虽然没有燃料喷射,但气门并没有关闭,活塞仍然在为抽入空气而白白做功。可见凯迪拉克的这款产品是多么不完善。

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1984 年凯迪拉克全面叫停了可闭缸发动机的生产,如此糟糕的发动机足以让消费者将凯迪拉克列入「黑名单」。随后的几年时间里,凯迪拉克的销量一路暴跌,元气大伤的同时也没有更多经费来支撑它们完善这项技术。

那些「没事儿找事儿」的家伙

其实我们可以理解为什么美国人要坚持在发动机闭缸上做文章,而不是直截了当地选择更高效的小排量发动机。就算环保法的刀架在脖子上,它们对 V8 仍是不抛弃不放弃。

「图它油耗高?图它效率低?」

6.0 升的发动机才输出 120 马力,这谁受得了啊……

不过话又说回来,就像汽车进入中国百姓家才短短二十年时间,即便现在纯电动车的技术成熟度已经很高,加以新能源的利好政策,但还是有一部分人仍要坚持选择内燃机车。截止到 1980 年,美国人已经与 V8 发动机厮守了 50 余年,就车企而言,在原有基础上升级的成本相对更低一些。

这时候又出现了几个没事儿找事儿的家伙。第一个是阿尔法罗密欧,很难想象这样一个在亚明宁半岛上以感性著称的汽车品牌,竟然要响应排放号召了?

阿尔法罗密欧对可闭缸发动机的研究开始于 1976 年的一个国家环保项目。可惜的是,阿尔法罗密欧差一点就能成为世界上第一个推出可闭缸发动机的企业——仅仅比通用晚了一年。它们与热那亚大学合作,以一台 Alfetta 2000 的 2.0 升四缸发动机作为原型,同样结合了当时较为前端的微型发动机电控技术,当时处理器的内存仅为 6kb,发动机在低功率输出状态下可以让一部分气缸断油。

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搭载可闭缸技术的 Alfetta 被命名为 Alfetta CEM(controllo electronic engine),亮相于法兰克福车展。最早阿尔法罗密欧改造了十台试装车,提供给出租车公司测试它们的油耗情况,后续又追加制造了 994 台车,供应特定用户。经过实验发现,这款可闭缸发动机可节省 12%燃油消耗。

几乎与阿尔法罗密欧同年,三菱推出了自家的可变排量发动机 Mitsubishi MD(Modulated Displacement),搭载在一台 1.4 升排量的 4G12 发动机上。虽然三菱换了个叫法,并自称世界第一,但可变排量的实质就是发动机闭缸技术。

无论是三菱还是阿尔法罗密欧,它们在上世纪八十年代初期发布的可闭缸技术,市场表现非常惨淡,且极少有对这类新兴技术感兴趣的买家出现。

当今时代,内燃机的热效率每提高 0.1%,对于技术团队来讲都是重大的突破,消费者也越来越在意汽车的油耗表现。而在四十年前,被廉价油惯坏的消费者并不会非常在意自己车的油耗,更何况是一台本身效率就高的发动机。闭缸对于老美的 V8 来说是「续命」的技术,但用在四缸机上就有些多此一举了。与其纠结 1.4 升发动机省下的那点油,让百公里 30 升油耗的 V8 节约 20%燃油,难道不是更香的选择吗?

不过话又说回来,从车企层面出发想这个问题,市场表现的惨淡可以说明这项技术在当时的环境还不具备核心竞争力,但面对未来的一切不定数,小排量可闭缸发动机早晚会有戳到消费者痛点的时候。

厚积而薄发

上世纪八十年代初期可以说是可闭缸发动机科研的高潮期,但由于技术瓶颈和市场低迷的表现,这项技术的推进一度停滞。直到九十年代,奔驰试图将这项技术捡起,但却并没有实质性的进展。

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本世纪初,让可闭缸发动机进入广大消费者视野的仍然是美国人。克莱斯勒在众多车企里脱颖而出,凭借搭载多级可变排量技术的 HEMI 发动机,夺得了包括沃德十佳发动机在内的多个发动机类目奖项。当然,这样的殊荣除了归功于 HEMI 发动机引以为傲的半球燃烧室,更多的是攻克发动机控制单元后带来的突破。这也足够证明,内燃机是最古老、是最精密、也是最难被「驯化」的单元。

大排量 V8 本不应该出现在本世纪沃德十佳发动机行列,但可变排量技术为它们扳回一城,直到 2015 年,通用搭载可闭缸技术的 LT1 还荣膺这项殊荣。作为闭缸技术的先行者,近几年通用更是将这一技术大规模布局在其产品线中,即便是小排量发动机也有它的用武之地。

经历了「翻车」与低迷的市场表现后,进入二十一世纪,可闭缸技术真正得到了车企与消费者广泛认可。如今的市场,从大众到通用,从超跑到买菜车,就连一向「不合群」的日本车企也在仰赖这项技术,可见闭缸发动机的普及率已经相当之高。

从现在的「大趋势」来看,众多车企已经开始减少在内燃机方面的研发经费。如果终有一天内燃机走向尽头,可闭缸发动机技术同样会成为伴随内燃机走到最后的「黑科技」,这么看来,它难道不值一座「金球」吗?

来源:盖世汽车大V说 作者:极客汽车 *本文由盖世汽车大V说专栏作者撰写发布。专栏作者为本文的真实合法性和中立性负责,观点仅代表个人,不代表盖世汽车。如需转载请联系专栏作者。

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