解析天籟之心 日產(chǎn)VQ系列發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)詳解

　　在所有對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的評(píng)價(jià)中，功率和扭矩似乎就是全部。我們也習(xí)慣于拿著一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的功率扭矩參數(shù)作為其”高考成績(jī)“去評(píng)判。不過當(dāng)我們參觀過日產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)中心，并且對(duì)一臺(tái)VQ發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行徹底解剖學(xué)習(xí)后，才徹底認(rèn)識(shí)到為什么這臺(tái)功率和扭矩?cái)?shù)據(jù)都不出色的發(fā)動(dòng)機(jī)能連續(xù)獲得14年的“世界十佳發(fā)動(dòng)機(jī)”稱號(hào)。雖然在最近兩年中，由于渦輪增壓技術(shù)的不斷完善，VQ已經(jīng)不再受到青睞，但在自然吸氣領(lǐng)域，VQ依然是全世界最優(yōu)秀的發(fā)動(dòng)機(jī)之一。

VQ簡(jiǎn)介

　　VQ的主要設(shè)計(jì)理念是“羽毛”。羽毛般的輕盈、靈動(dòng)、舒適。

　　VQ系列的發(fā)動(dòng)機(jī)并不是以功率見長(zhǎng)：裝備天籟的VQ35DE的功率為180kw，升功率僅僅為51kw/L;而VQ系列的高性能版本，裝備在英菲尼迪G系列上的VQ37VHR，升功率也就是65kw/L，相比這2年開始流行的小排量渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)輒80多千瓦的升功率，VQ系列真的不算什么。

　　當(dāng)然，作為一款優(yōu)秀的發(fā)動(dòng)機(jī)，其功率潛力還是非常大的。VQ30DE曾推出賽車用版本VQ30DETT，這是一款帶雙渦輪增壓的機(jī)器，功率達(dá)到350kw,要知道，這可是10年前的發(fā)動(dòng)機(jī)。

　　但回過頭來想想，10年前，日本思域搭載的紅頂機(jī)器K20A自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)，就已經(jīng)達(dá)到了110匹馬力的升功率，超越了目前所有的自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)，難道是技術(shù)的倒退?因此，我們要好好想想，除了功率和扭矩?cái)?shù)據(jù)，一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)其實(shí)還有很多值得我們細(xì)細(xì)研究的地方。

　　我們還是從十佳發(fā)動(dòng)機(jī)評(píng)選中給予VQ系列的評(píng)語去理解吧:

　　1995年－－“地球上運(yùn)轉(zhuǎn) 最平順、動(dòng)力最暢快的 V6 發(fā)動(dòng)機(jī)”

　　1998年－－“VQ 發(fā)動(dòng)機(jī)的最大亮點(diǎn)就是在任何轉(zhuǎn)速下都有非常輕快的油門反應(yīng)”；

　　2000年－－“像貓一樣靈敏的加速、無可匹敵的平順感，造就了駕駛的最大樂趣”；

　　2001年－－“絕無令人不安的震顫、油門反應(yīng)非常出色，當(dāng)之無愧的最佳 V6 發(fā)動(dòng)機(jī)”；

　　2006年－－“在各檔位下都有極其出色的加速感，在任何轉(zhuǎn)速下動(dòng)力表現(xiàn)都堪稱完美”。

　　讓我們看看獲獎(jiǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)和裝備車型。

　　設(shè)計(jì)特點(diǎn)：

　　1、輕量化
　　更強(qiáng)勁的動(dòng)力和更輕的重量是發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)中永恒的主題。輕量化除了可以使整車質(zhì)量減少外，還能極其有效地加快發(fā)動(dòng)機(jī)的響應(yīng)速度，正如背著100斤負(fù)重的劉翔肯定跑不過一個(gè)小孩子一樣。

　　為了做到輕量化，VQ系列采用全鋁合金制造，并且通過一些列細(xì)致的工程設(shè)計(jì)，最大限度地提高材料利用率。在V6發(fā)動(dòng)機(jī)中，缸體的設(shè)計(jì)和鑄造技術(shù)是難點(diǎn)之一。很遺憾的是，雖然VQ目前是在國(guó)內(nèi)機(jī)加工和裝配，但對(duì)于復(fù)雜的發(fā)動(dòng)機(jī)缸體毛坯件，國(guó)內(nèi)依然沒有這樣的鑄造水平，只能全部進(jìn)口。

　　發(fā)動(dòng)機(jī)輕量化對(duì)于整車的布置帶來很大的優(yōu)勢(shì)。我們都知道，前驅(qū)車容易推頭，車頭越重的車輛越容易出現(xiàn)這種現(xiàn)象。而輕便的發(fā)動(dòng)機(jī)能將車頭有效地降低重量，減輕推頭的現(xiàn)象，提高操控性能。

　　氣門開閉采用“頂筒”設(shè)計(jì)。“頂筒”是其工藝亮點(diǎn)之一，一般這個(gè)位置安放的是一種叫做“液力挺柱”的零件，其作用是在整個(gè)配氣機(jī)構(gòu)熱漲冷縮和發(fā)生磨損的時(shí)候保證氣門的密封性，但自重較大。VQ采用超輕質(zhì)量“頂筒”予以取代，結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單，但必須要做到的是“頂筒”永不磨損。因此，“頂筒”上具有鉆石級(jí)硬度的涂層，終身不磨損，免維護(hù)。

　　樹脂進(jìn)氣道。高強(qiáng)度的樹脂材料不但能減輕重量，而且可以避免金屬進(jìn)氣道對(duì)空氣的預(yù)熱從而保證充氣效果（被預(yù)熱的空氣膨脹，進(jìn)入氣缸的空氣就少了）。而在隔音性能上，樹脂也優(yōu)于鋁合金。

　　2、低摩擦
　　第四代VQ比上一代VQ在摩擦阻力上減少了40%，這更是令人咂舌的數(shù)字。要知道，內(nèi)部摩擦是發(fā)動(dòng)機(jī)提高性能最大、最頑固的敵人。

　　真圓加工技術(shù)。氣缸的真圓加工技術(shù)來自賽車發(fā)動(dòng)機(jī)。我們都知道賽車發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速極高，因此需要極小的內(nèi)部摩擦力。因?yàn)榻饘俨牧嫌袕椥�，因此剛加工裝配好的氣缸內(nèi)壁不可能是圓的，而是有多凸出和扭曲的部分，這也是為什么發(fā)動(dòng)機(jī)需要很好地磨合，目的就是為了把凸出和扭曲的部分磨圓。真圓加工技術(shù)就是保證加工出來的氣缸盡量地接近圓柱形（當(dāng)然不可能純圓），其最直接的好處就是縮短磨合期。天籟1000公里的磨合期是同級(jí)車?yán)镒钌俚�。由于�?nèi)部配合出色，摩擦阻力自然大大減少。

　　一般來說，鏈傳動(dòng)會(huì)比皮帶傳動(dòng)噪音更大，但是皮帶由于老化和張緊力變化的原因，噪音也會(huì)隨之加大，同時(shí)由于皮帶輪壓力會(huì)增加發(fā)動(dòng)機(jī)磨損和油耗。因此，VQ系列采用超薄靜音正時(shí)鏈條，達(dá)到皮帶般的噪音水平，正時(shí)鏈條安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部，由機(jī)油潤(rùn)滑， 正時(shí)鏈條不會(huì)變形，耐用、可靠性強(qiáng)、壽命長(zhǎng)，終身免維護(hù)，可保證發(fā)動(dòng)機(jī)在使用多年以后都不會(huì)影響氣門正時(shí)系統(tǒng)工作，使動(dòng)力與油耗始終如一。

　　氣缸噴射潤(rùn)滑。熟悉汽車技術(shù)的網(wǎng)友都知道：氣缸是很難做到均勻潤(rùn)滑的。以往的氣缸是通過曲軸把油底殼的機(jī)油甩上汽缸壁潤(rùn)滑，但這樣的方式即不能保證任何時(shí)候都能全面潤(rùn)滑、同時(shí)對(duì)曲軸也是一種阻力。因此VQ增設(shè)噴油嘴對(duì)氣缸進(jìn)行環(huán)形噴油，同時(shí)將機(jī)油液面降低，曲軸運(yùn)行時(shí)不再需要進(jìn)行甩油工作，減少能耗，精確潤(rùn)滑。

　　曲軸/凸輪軸軸頸鏡面化。曲軸是動(dòng)力輸出軸，承受載荷可想而知。凸輪軸是發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部消耗功率最多的組件，減少這兩部分的摩擦是整體減摩的重中之重。VQ系列采用鏡面的加工工藝，最大限度地減少摩擦。在凸輪軸上，VQ采用”削薄“凸輪軸背面的做法，進(jìn)一步減少摩擦。

　　“頂筒”上的鉆石級(jí)涂層、曲軸上的“鏡面”加工都是低摩擦設(shè)計(jì)的典型工藝。

　　3、響應(yīng)快
　　所謂的響應(yīng)，我們可以形象地理解為加速快。我們都看過改裝車漂亮的鋁合金輪轂，其實(shí)那樣的輪轂除了好看之外，最大的好處就在于輕便。由于輕便，是整個(gè)車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣性減少，因此對(duì)整車的加速有不少好處。

　　一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的響應(yīng)性能決定了整車的駕駛感覺。但我們滿載4人馳騁在高速公路的需要超速的時(shí)候，發(fā)動(dòng)機(jī)的功率儲(chǔ)備的響應(yīng)特點(diǎn)將會(huì)暴露無遺。所謂的響應(yīng)，無非就是我們?cè)谔は掠烷T踏板的一瞬間，我們會(huì)看到發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速表快速爬升，像猿猴般敏捷。要使一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)響應(yīng)快，除了盡量地降低摩擦力外，還需要在機(jī)械結(jié)構(gòu)上盡量減少慣性，內(nèi)部消耗盡量地少。

　　缸體通孔。這是很簡(jiǎn)單的原理，卻很有效。因?yàn)閂6曲軸箱內(nèi)空間很小，伴隨曲軸的高速運(yùn)動(dòng)，各氣缸下的空氣轉(zhuǎn)移由一定的困難。當(dāng)一個(gè)氣缸下壓的時(shí)候，氣缸下的空氣會(huì)起到阻礙的作用。而由于旁邊的氣缸剛好處于上升行程，因此空氣便能通過“通空”流入旁邊氣缸，減少氣缸運(yùn)行阻力。

　　VQ系列從一開始就采用大缸徑短行程的設(shè)計(jì)思路，加上將所有部件尺寸最小化、輕量化的設(shè)計(jì)，使往復(fù)運(yùn)動(dòng)部件的質(zhì)量減少，響應(yīng)速度加快。

 
　　4、全壽命的設(shè)計(jì)思想
　　一臺(tái)F1的發(fā)動(dòng)機(jī)，跑幾場(chǎng)就要換掉，盡管其有匪夷所思的功率和相應(yīng)速度，但這樣的發(fā)動(dòng)機(jī)當(dāng)然不是我們民用車能承受的。VQ系列在所有的零件工藝和設(shè)計(jì)思路上都希望這是一臺(tái)“不會(huì)壞”的發(fā)動(dòng)機(jī)。而從十多年的使用情況來看，VQ的確做到了。

　　發(fā)動(dòng)機(jī)的壽命取決于兩大因素：機(jī)器磨損、化學(xué)沉積和腐蝕。在機(jī)械磨損上，VQ的解決方法是采用各種工藝減少摩擦，各配合面緊密配合。從發(fā)動(dòng)機(jī)推薦使用機(jī)油的粘度上我們可以看出端倪。VQ系列可以使用5W30系列的機(jī)油，而很多同級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)推薦使用的是10W40以上機(jī)油。我們知道，標(biāo)號(hào)越低的機(jī)油，低溫啟動(dòng)性能越好，粘度越低，但同時(shí)密封性能越差。如果機(jī)械配合不緊密的機(jī)器，在使用低粘度機(jī)油后，會(huì)因?yàn)槊芊獠涣级鴮?dǎo)致諸如燒機(jī)油、油耗增加、積碳和沉積物增多等問題。

　　5、火花塞與噴油嘴。
　　傳統(tǒng)的噴油嘴為 4-8 孔的設(shè)計(jì)，其噴油顆粒較大，霧化效果不足。為了增強(qiáng)霧化，又必須增加噴油壓力，導(dǎo)致功耗上升。VQ系列采用12孔的噴油嘴，噴出的油粒直徑比傳統(tǒng)4孔噴油嘴小40%，使混合氣混合得更好，燃燒更充分。

　　VQ系列的火花塞采用銥金火花塞，點(diǎn)火強(qiáng)度比普通火花塞提高 2.5 倍，10萬公里免維護(hù)。由于銥金火花塞直徑比普通火花塞小1/3，使整個(gè)燃燒室的結(jié)構(gòu)更緊湊、冷卻面積更大。

　　編輯總結(jié)：VQ系列從誕生到現(xiàn)在已經(jīng)走了整整16個(gè)年頭，在這16年里，新技術(shù)層出不窮。特別是渦輪增壓技術(shù)，大有燎原之勢(shì)。不過作為舒適性的代表，VQ系列依然以其“羽毛”般的氣質(zhì)，從容淡定地驅(qū)動(dòng)日產(chǎn)汽車?yán)^續(xù)進(jìn)步。