扒一扒当今主流汽车技术发展历程，最早一项诞生在汽车之前
2018-5-3 20:35|
发布者: 万湖富玩表|
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摘要: 纵观当今汽车领域，你会发现不少曾经被弃用的技术重新受到追捧，例如48V电气系统、阿特金森循环、缸内直喷等。其实，这些技术的合理性都不存在问题，只是受到了当时技术条件、应用成本等外界因素影响，因付出与最终 ...
纵观当今汽车领域，你会发现不少曾经被弃用的技术重新受到追捧，例如48V电气系统、阿特金森循环、缸内直喷等。其实，这些技术的合理性都不存在问题，只是受到了当时技术条件、应用成本等外界因素影响，因付出与最终得益不成比例而被放弃。不过随着汽车产业多年的发展，这些技术的实用价值又开始重新凸显出来，而且也被越来越多的车企应用。接下来，就让我们一起来回顾下这些技术的过去，并对它们的现状进行了解。
48V电气系统
奥迪、奔驰的最新一代旗舰车型已经开始应用48V电气系统。然而在上世纪90年代，业内就曾提议把车载电气系统标准电压从14V（电池电压为12V）提高至42V。原因与现在比较接近，当时车内电气设备开始急速增加，且预计增速在随后数年内不会减缓，将大大提升车内电气系统负荷，容易引发电流过大、无法满足附件功率要求、系统稳定性差等情况，因此将电气系统电压提升至42V就变成了一个最为理想且可以治本的途径。
不过，在接下来的推进过程中又遇到了更为严峻的问题。输入电压的改变也就意味着整车电气设备要进行重新设计，车内的电源网络与电气系统架构也要进行革新，而且高压系统的长期稳定性与安全性还远不及14V系统。由此所产生的高额成本以及可行性方面存在的问题，导致计划在实施初期就被搁浅。
在42V电气系统推进的停滞阶段，电气设备的快速进步却给14V系统成功续命。新技术的诞生不仅使电气设备工作效率得到明显提升，架构的进步以及功能集成性的升级，也大幅减缓了电气系统的运载压力。与此同时，42V电气系统所面临的经济及技术等多方面的问题仍无法得到缓解，最终随着14V电气系统可行性的增加而被淘汰。
如今，汽车高度电气化以及自动启停、微混系统等新出现的技术，已经超出14V电气系统的最大负载。以微混系统为例，如果电机功率为10kW，在14V的电压下就会产生约833A的电流，显然是不现实的。这种情况下，提升电气系统电压又变得迫在眉睫。
48V电气系统吸取了42V系统的失败经验，它对于14V系统并非革命性的取代，而是通过并联的方式成功与原有14V系统共存。48V系统可以用来支持点火、启停、微混等高功率级电气，其它设备还可以继续使用14V系统，最大程度节约了成本。此外，车载高压电气在这些年取得的突破也是48V系统成功推广的关键因素之一，最终在油耗方面取得的成绩也可以帮助车企吸引用户与应对日益严苛的排放法规。
阿特金森循环
第一款阿特金森循环发动机诞生于1882年，由英国工程师詹姆斯·阿特金森研发。因为当时的发动机热效率都比较有限，所以提升发动机动力水平也就成为了工程师们的重点研发方向，但在大家设法提升压缩比的时候却遇到了困难。受到技术条件及汽油辛烷值限制，直接扩大发动机压缩比将会引起汽油不正常燃烧并加速设备损坏。这种情况下，詹姆斯·阿特金森想到让发动机在进气及压缩冲程维持常规水准，但扩大做工冲程效率的变通方法。
最终詹姆斯·阿特金森利用了一套十分复杂的曲柄连杆机构实现了这个想法，活塞可在两次点火间推动曲轴旋转更多圈数，相当于消耗同等燃料做了更多的功。不过因为结构复杂引起的体积过大、制造维护困难、故障率较高、低扭较弱等情况无法解决，使它多被应用大型船舶发动机或是汽油发电机上面，最终也没有被引入汽车领域。
如今的阿特金森循环其实与上世纪40年代美国人米勒提出的构想更为接近，但是米勒循环在1993年被马自达注册专利，丰田最终带头启用了效果与之接近的阿特金森循环为命名。它是通过延时关闭进气门的方法，让可燃混合气在压缩冲程初期被推出一部分，使膨胀比大于实际压缩比（进气门关闭前并没有开始压缩混合气），达到了做工不变却降低燃料消耗的相似效果。至于压缩行程被推出的混合气也不会浪费，还会随着新鲜的空气被重新送入气缸。
这种发动机结构并没有相比市面上主流的奥托循环发动机复杂太多，而且因为它是通过气门可变正时技术达到这一效果，可以通过改变正时设定实现阿特金森循环与奥托循环之间的自由切换，解决了传统阿特金森循环发动机低扭较弱的问题。
缸内直喷
缸内直喷如今成为了涡轮增压发动机的热捧技术，但你可能不知道它已经拥有66年历史了。这项技术最初由博世公司开发量产，首次应用于1952年Gutbrod公司推出的GP700 Sport的二冲程发动机上面，不过真正为世人熟知还是依靠3年后奔驰推出的300SL。
与同期化油器发动机相比，奔驰300SL搭载的3.0L直列六缸汽油发动机的160kW输出功率几乎实现了翻倍增长，油耗也降低了大约10%。不过因为当时的机械式直喷系统高压油泵由曲轴驱动，发动机熄火后曲轴受到惯性作用还会继续带动高压油泵喷一些汽油，但是这时发动机点火系统已经停止工作，无法被燃烧的汽油在气缸内会渗透过活塞环进入曲轴箱并流进油底壳，将机油催化变质。因此，搭载这台发动机的奔驰300SL每行驶1000英里（约1609公里）就要更换机油。
当时看来，缸内直喷发动机的高额成本及过于频繁的维护保养带来负担实在太多，完全可以让消费者情愿放弃动力及燃油经济性的提升。而且，当时的排放法规和汽油价格也无法和现在相比，通过增大发动机排量来提升动力的做法，显然要更有市场。
随着电子技术的日益进步，高精度电控系统配合电子高压油泵已经可以解决汽油惯性喷射的问题，这使得缸内直喷技术的推广重新变为可能。1996年，三菱汽车为4G93的1.8L发动机加入了电控缸内直喷系统，日产也丰田也在之后两年分别推出了自家的缸内直喷技术。
等到接下来技术稳步成熟之后，稀薄燃烧又被重现提出，其实这也是缸内直喷诞生的主要原因之一。这里首先要提及空燃比的概念，我们通常将燃料和吸进的空气比例成为空燃比，每克燃料与完全燃烧所需的最少空气克数之比叫做理论空燃比，空燃比大于理论值的混合气叫做稀混合气。汽油是理论空燃比是14.7，但燃油经济性最高的空燃比却是16，所以这种工况是稀薄燃烧。
由于过低的汽油含量并不易被点燃，因此工程师考虑使气缸内的可燃混合气按不同浓度分层，先点燃高浓度混合气，再以其引然周围稀薄混合气实现稀薄燃烧。在初期电控系统不够精准的时候，主要以壁面引导法来实现的，它是通过特定的进气滚流配色特殊燃烧室造型，使喷出的汽油向火花塞附近聚集，达到按浓度分层的目的。但目前流行的是两次喷射方法，先使气缸内充入均匀的稀薄混合气，压缩冲程结束后再进行二次喷油，增加火花塞附近的混合气浓度。这种方法不需要对发动机进行特殊设计，具有更高的推广可行性。
结 语
在汽车领域的百余年发展中，实在诞生过太多太多令人瞠目结舌的新奇理念，但并不一定每项具有高合理性的技术都会被推广开来。毕竟汽车还是一个要面向市场的经济产物，需要向太多地方妥协。得益于如今科技的快速进步，我们见证了此前多项技术从理论走向实际的过程，是非常幸运且幸福的。而且如今汽车还面临由传统内燃机向新能源的革命性转变，我们说不定还会成为传统技术的最终享用者。
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