天下沒有不散的宴席,而可閉缸發動機值得最後一個「金球獎」|極客...

2021-01-15 GeekCar

對於八零九零後球迷來說,今夜絕對是不平凡的,梅西拿下職業生涯的第六個金球獎。而此時的他與 C 羅兩人同為 34 歲,英雄遲暮,也意味著這座獎盃可能會是屬於「絕代雙驕」的最後一個金球獎盃。

天下沒有不散的宴席,汽車行業同樣面臨著內燃機時代的終結。所謂終結,並不代表它會退出人們視野,但當各大汽車集團紛紛構建完整的電動車生態體系時,停止內燃機研發的時間也在逐漸逼近著。在汽車內燃機近百年的歷史中,如果給某項技術頒發一個「終身成就獎」的話,我想,「可閉缸發動機」最合適不過。

當然,絕代雙驕時代的足壇也存在著眾多實力超群的球星,就像內燃機技術也不止閉缸一種,但它有足夠的理由證明自己的重要性。在環保法的重壓之下,可閉缸發動機的概念被提出,從高效先鋒到能源衛士,可閉缸發動機在過去四十年中隨著需求的變化,扮演者不同角色,頑強地撐起了內燃機最後的「倔強」。

在我看來,我們現在正處在一個時代更迭的時期,也是汽車發展第二階段向第三階段邁進的過程。汽車產業的第三階段會是什麼樣我們還不能確定,但它一定是以高度電氣化為主旋律的。主旋律之下會出現一個核心概念引導整個行業的發展,可能會是蔚來式的服務、拜騰式的屏幕,更有可能是 Canoo 那樣依託地板式電池布局而針對「用戶體驗」層面的造型設計。

而發動機電腦則是第二階段的主旋律,它被發明出來之前,汽車產業還處於元年時代,也就是汽車產業的第一階段。人們造出了數以百萬計的車輛,但我們只能控制他的速度與方向,對發動機內部的情況一無所知,只知道它在運轉或已經停止。

當代信息技術和環保法為發動機「續命」

發動機是什麼?曲軸、氣缸、活塞、節氣門?就算把所有硬體全都列出來也只不過是發動機的一半而已,我們永遠都不能忽略掉過去四十年裡計算機(軟體)對發動機的重要性。

上世紀 70 年代開始,一個更加前沿的概念深深根植於工程師們的腦海裡——發動機不單純是硬體組成,軟體對於突破發動機的瓶頸來說更為重要。信息技術的快速更迭,使得傳統工業也成為了集成電路和微型處理器的受益者,而最早著手研究汽車領域發動機控制單元的是日本人。

在日本汽車工業隨著電控元件的發展突飛猛進之後,美國人也不甘被高新技術拋棄。福特初代電子發動機控制系統 EEC 於 1975 年開始量產,而它們用的處理器則是來自東芝的 TLCS-12。

在車企們紛紛進入這一領域之後,出現了我們現在所熟知的「ECU」(Electronic Control Unit)這一概念,也被叫做「行車電腦」。(註:此處特指控制發動機的 ECU,而非車內其他 ECU 元件)。它的作用更像是發動機的大腦,通過各種傳感器的數據來分析發動機內的狀況,從而加以控制。早期 ECU 的能力並不像現在這樣強大,信息技術的革命讓發動機內部的數據變得透明。而真正讓發動機擁有「自我管理能力」的卻是一紙環保法。

坦白來講,一個只能進行信息採集的 ECU 是非常雞肋的。在環保問題愈演愈烈的上世紀七十年代,隨著 ECU 一起進入公眾視野的還有電噴技術——雖然電噴比 ECU 誕生的時間更早,但沒有 ECU 的電噴與有 ECU 的相比,就好像是算盤與計算機的關係,後者的反應速度更快也更精準。

如果說電噴是 iPhone,那 ECU 就是蘋果公司本體。隨著 ECU 的發展,發動機內部的零件基本都能被它調配,隨之推演出的技術也越來越多,其中就有發動機閉缸技術。

勇敢的開始同樣造就了無數「翻車現場」

「所有偉大都源自一個勇敢的開始」。通用的這句 slogen 可以說是恰如其分。它們歷史上的確有很多勇敢的舉動,然而成就偉大的道路一定是坎坷的。石油危機之後,凱迪拉克一直是被給予最大希望的美國品牌,當日本車大肆侵蝕美國市場時,美國人希望看到本土品牌的改革。

凱迪拉克是世界上第一個提出發動機閉缸概念的車企,也是第一個量產帶有閉缸技術發動機的車企。1981 年凱迪拉克量產了 L62 V8-6-4 型發動機,並將這款發動機裝配到了它們的所有產品上。而「V8-6-4」的意思就是發動機可以在 8 缸、6 缸和 4 缸之間切換,與這款發動機同時到來的還有凱迪拉克當時最先進的發動機電腦,它們宣稱可以進行每秒 30 萬次運算。

對於可閉缸這項當時的新興技術,凱迪拉克當然毫不吝惜筆墨為其宣傳:

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然而這個故事卻是以「車毀人亡」來收尾。不得不說凱迪拉克真的高估了自己的能力,它們並沒有在這款發動機面世之前進行充足的道路實驗,這也使得消費者成為了新技術的小白鼠。

即便是每秒進行 30 萬次高速運轉的計算機,也沒能 hold 住變幻莫測的道路情況,所有 V8-6-4 的消費者反映出的一個普遍問題就是發動機反應遲鈍、急加速時無法快速地完成變缸操作。甚至有人這樣吐槽:

「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.」

「汽車儀錶板上貼著一張手寫的紙條,上面寫著兩個速度——我記得大概是每小時 45 英裡和每小時 68 英裡。當我問司機寫這張紙條的原因是時,他解釋說,這是一個提醒,要避開在這兩個速度下巡航行駛,引擎特別容易在汽缸數之間徘徊不定,而且切換時的質感也很差。」

在 45mph 和 68mph 這兩個速度下,發動機電腦仿佛沉浸在《野狼 disco》裡,不知自己是該畫龍還是畫彩虹。如此糟糕的表現更是讓競爭對手們樂開了花。

「對方啥陣型啊?」

「8-6-4……」

除了遲緩的變缸響應和嚴重的頓挫,V8-6-4 對於油耗的改善也是微乎其微,根本達不到宣稱的節省 20%的效果。其閉缸邏輯是斷油不斷氣,也就是說雖然沒有燃料噴射,但氣門並沒有關閉,活塞仍然在為抽入空氣而白白做功。可見凱迪拉克的這款產品是多麼不完善。

1984 年凱迪拉克全面叫停了可閉缸發動機的生產,如此糟糕的發動機足以讓消費者將凱迪拉克列入「黑名單」。隨後的幾年時間裡,凱迪拉克的銷量一路暴跌,元氣大傷的同時也沒有更多經費來支撐它們完善這項技術。

那些「沒事兒找事兒」的傢伙

其實我們可以理解為什麼美國人要堅持在發動機閉缸上做文章,而不是直截了當地選擇更高效的小排量發動機。就算環保法的刀架在脖子上,它們對 V8 仍是不拋棄不放棄。

「圖它油耗高?圖它效率低?」

6.0 升的發動機才輸出 120 馬力,這誰受得了啊……

不過話又說回來,就像汽車進入中國百姓家才短短二十年時間,即便現在純電動車的技術成熟度已經很高,加以新能源的利好政策,但還是有一部分人仍要堅持選擇內燃機車。截止到 1980 年,美國人已經與 V8 發動機廝守了 50 餘年,就車企而言,在原有基礎上升級的成本相對更低一些。

這時候又出現了幾個沒事兒找事兒的傢伙。第一個是阿爾法羅密歐,很難想像這樣一個在亞明寧半島上以感性著稱的汽車品牌,竟然要響應排放號召了?

阿爾法羅密歐對可閉缸發動機的研究開始於 1976 年的一個國家環保項目。可惜的是,阿爾法羅密歐差一點就能成為世界上第一個推出可閉缸發動機的企業——僅僅比通用晚了一年。它們與熱那亞大學合作,以一臺 Alfetta 2000 的 2.0 升四缸發動機作為原型,同樣結合了當時較為前端的微型發動機電控技術,當時處理器的內存僅為 6kb,發動機在低功率輸出狀態下可以讓一部分氣缸斷油。

搭載可閉缸技術的 Alfetta 被命名為 Alfetta CEM(controllo electronic engine),亮相於法蘭克福車展。最早阿爾法羅密歐改造了十臺試裝車,提供給計程車公司測試它們的油耗情況,後續又追加製造了 994 臺車,供應特定用戶。經過實驗發現,這款可閉缸發動機可節省 12%燃油消耗。

幾乎與阿爾法羅密歐同年,三菱推出了自家的可變排量發動機 Mitsubishi MD(Modulated Displacement),搭載在一臺 1.4 升排量的 4G12 發動機上。雖然三菱換了個叫法,並自稱世界第一,但可變排量的實質就是發動機閉缸技術。

無論是三菱還是阿爾法羅密歐,它們在上世紀八十年代初期發布的可閉缸技術,市場表現非常慘澹,且極少有對這類新興技術感興趣的買家出現。

當今時代,內燃機的熱效率每提高 0.1%,對於技術團隊來講都是重大的突破,消費者也越來越在意汽車的油耗表現。而在四十年前,被廉價油慣壞的消費者並不會非常在意自己車的油耗,更何況是一臺本身效率就高的發動機。閉缸對於老美的 V8 來說是「續命」的技術,但用在四缸機上就有些多此一舉了。與其糾結 1.4 升發動機省下的那點油,讓百公裡 30 升油耗的 V8 節約 20%燃油,難道不是更香的選擇嗎?

不過話又說回來,從車企層面出發想這個問題,市場表現的慘澹可以說明這項技術在當時的環境還不具備核心競爭力,但面對未來的一切不定數,小排量可閉缸發動機早晚會有戳到消費者痛點的時候。

厚積而薄發

上世紀八十年代初期可以說是可閉缸發動機科研的高潮期,但由於技術瓶頸和市場低迷的表現,這項技術的推進一度停滯。直到九十年代,奔馳試圖將這項技術撿起,但卻並沒有實質性的進展。

本世紀初,讓可閉缸發動機進入廣大消費者視野的仍然是美國人。克萊斯勒在眾多車企裡脫穎而出,憑藉搭載多級可變排量技術的 HEMI 發動機,奪得了包括沃德十佳發動機在內的多個發動機類目獎項。當然,這樣的殊榮除了歸功於 HEMI 發動機引以為傲的半球燃燒室,更多的是攻克發動機控制單元後帶來的突破。這也足夠證明,內燃機是最古老、是最精密、也是最難被「馴化」的單元。

大排量 V8 本不應該出現在本世紀沃德十佳發動機行列,但可變排量技術為它們扳回一城,直到 2015 年,通用搭載可閉缸技術的 LT1 還榮膺這項殊榮。作為閉缸技術的先行者,近幾年通用更是將這一技術大規模布局在其產品線中,即便是小排量發動機也有它的用武之地。

經歷了「翻車」與低迷的市場表現後,進入二十一世紀,可閉缸技術真正得到了車企與消費者廣泛認可。如今的市場,從大眾到通用,從超跑到買菜車,就連一向「不合群」的日本車企也在仰賴這項技術,可見閉缸發動機的普及率已經相當之高。

從現在的「大趨勢」來看,眾多車企已經開始減少在內燃機方面的研發經費。如果終有一天內燃機走向盡頭,可閉缸發動機技術同樣會成為伴隨內燃機走到最後的「黑科技」,這麼看來,它難道不值一座「金球」嗎?

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