發動機是如何進化成2.0T的？

當1885年卡爾·本茨點燃世界上第一台汽車發動機後，人類文明從此便進入到了汽車時代。與此同時，作為汽車動力來源的內燃機也正式出現在了人類的視野當中。那麼問題就來了，發動機怎麼就統一成了如今的2.0T形式？在這136年間，發動機又經歷了哪些重大的變革呢？在如今這個內燃機即將走到盡頭的時刻，咱們一起來回顧一下它偉大的一生吧！

當卡爾·本茨造出全球第一台搭載內燃機的汽車後，伴隨着第二次工業革命的浪潮，幾乎所有歐洲國家都在15年內緊跟着卡爾·本茨攻克了內燃機設計製造的難題。在解決了如何讓車走起來的問題後，如何進一步提高內燃機的動力，並替代掉當時技術更加成熟的電動機便成為了接下來的難題。

當時的發動機，由於供油系統不夠精準以及石油精煉技術不成熟的關係，相比起現在動輒35%以上的熱效率來説，當時汽車的熱效率甚至連10%都到不了。這時再加上點火系統無法在短時間內多次點火，以及最多隻能造出直列四缸機的關係，導致最初的汽車發動機峯值轉速只能悠到1000轉左右，同時馬力更是隻能做到如今想都不敢想的個位數。

除了自身實力的孬弱，1900年由費迪南德·保時捷製造出的，擁有56馬力的電動車，更是一座壓在汽油車身上的大山。可想而知，留給汽油車造出大馬力發動機的時間已經不多了......

本着要產生更大馬力，就得燒更多汽油的原則，1901年戴姆勒採用了最好理解和操作的堆排量方案，將一台直列四缸引擎的排量從2.1L直接拉到了5.918L，這個接近6L的水平！並推出了名為梅賽德斯35HP的車型，一舉將汽油發動機的馬力推至了前所未有的35匹！

而在戴姆勒35匹發動機發佈一年後，1902年法國飛機設計師萊昂·萊瓦瓦瑟就研究出了V8發動機的排列方式，再加上1903年直列六缸和直列八缸發動機的研發成功，人類在追求更大馬力的道路上便開始瞭如同拼樂高一樣的方法--堆缸數、堆排量。

生不逢時的是，由於汽車剛好與飛機同時代誕生，而天上飛的顯然要比地上跑的更具革命性質，因此當時的多缸發動機都是以飛機為藍本研發的。所以，等到多缸發動機下放到汽車上時，其實已經是1910年以後的事情了。比如世界上第一台使用V8發動機的汽車，實際上是於1914年誕生，擁有5.1L排量、70馬力的凱迪拉克51型。而第一台直列八缸則是由意大利品牌伊索塔弗拉斯基尼在1919年所生產的Tipo 8，5.9L的排量和八個氣缸讓其成為了一台擁有90馬力，最高時速可以跑到140km/h的“性能車”！看來意大利人骨子裏能造頂級跑車的基因，從那時起就已經開始顯現了。

堆排量、堆缸數誰不會啊！來自美國的凱迪拉克直接給予還擊，於1930年推出了一台排量高達7.4L，缸數多達16缸的V16轎車！能爆發出在當時登峯造極般的185馬力！

不過，在“堆樂高”模式上也有走錯路線的，比如從品牌誕生之初就定位頂級奢華的勞斯萊斯，由於只顧着堆排量，但沒有堆缸數，所以最終造出搭載在幻影II上的7.7L直列六缸引擎，在如此大排量的基礎上，僅僅只能爆發出50馬力的動力輸出。由此可見，單純堆砌排量，不增加缸數的路線是行不通的......

而要説那個時代把“堆樂高”模式玩到極致的，還得屬一家名為Peerless的美國廠家。他們在1914年做出了迄今為止排量最大的乘用車，13.5L的直列六缸發動機即使用現在的眼光來看也堪稱瘋狂。只可惜，1914年那會發動機技術還沒發展起來，因為它的峯值動力也不過60匹而已。

就這樣，人類在“堆樂高”模式上一堆就是50年，直到後來第二次世界大戰所帶來的工業技術突破，才讓汽車發動機在高轉速和渦輪增壓技術的加持下進入到了下一個次元！

在20世紀前半段，地球上共爆發了兩次堪比末日的世界大戰。雖然對於全人類來説，戰爭是一場嚴重的內耗，並不存在真正的勝利。但對於科技發展來説，世界大戰的打響無異於一場點了倍速的遊戲，在侵略、存亡的重壓下，科技樹迅速開花結果，為人來帶來殺傷性更強武器的同時，也為汽車帶來了更好的材料學以及至今都在使用的渦輪增壓。

雖然早在1913年爆發的第一次世界大戰中，剛剛誕生10年的飛機就已經成為了武器裝備。但當人類真正意識到控制制空權對於戰爭勝負的重要性時，其實已經是第二次世界大戰了。為了讓飛機擁有更好的機動性，人們在二戰中研發出了很多能提升動力的技術，而其中最有效的就是我們熟知的渦輪增壓！

受限於高空海拔含氧量較低的緣故，所以當時使用活塞發動機的飛機並不能飛得太高，否則就會出現動力下降導致的失速甚至熄火。因此人們便撿起了誕生自1915年，但技術並不成熟的渦輪增壓器，試圖通過研發能幫助飛機在高海拔地區吸入更多的空氣。最終，聰明的人類攻克了這一難題，並在二戰飛機中加入了渦輪，大幅提高了戰鬥機的性能。

在戰爭結束後，汽車工程師突然發現，如果渦輪增壓能在飛機上提高活塞發動機的動力，那把渦輪裝在汽車上，理應也能行得通！於是，世界上第一款裝有渦輪增壓的車便誕生了，1962年發佈的奧茲莫比爾Jetfire，使用了一台3.5T的V8發動機作為動力來源。憑藉着渦輪的加持，讓這台3.5T發動機擁有了高達218馬力以及407牛·米扭矩的動力輸出！比當時的3.5L自吸版本車型足足多了30馬力！

見到渦輪增壓的奇效後，這項新技術得到了迅速的普及，保時捷於1975年推出的911 Turbo，以及薩博於1978年推出的99 Turbo都成為了非常有名的渦輪增壓車型。不過，受限於製造工藝，當時渦輪的尺寸要比現在大不少，所以使用渦輪發動機的車型雖然可以輕鬆提高馬力，但渦輪遲滯問題也要比如今的1.5T雅閣還嚴重10倍！

除了渦輪增壓外，第二次世界大戰中的坦克戰，也飛一般的帶動了鋼材製造工藝的進步。更好的鋼材，讓發動機活塞連桿擁有了更好的剛性，可以承受活塞運動時更大的氣缸壓力；更好的加工精度，讓曾經會導致發動機缸蓋漏油，但能夠適應更高轉速的頂置氣門結構從賽場走到了民間。於是，以高強度鋼為基礎的高轉速發動機，也在戰後如雨後春筍一般瘋狂地湧現出來。

在鋼材工藝沒進步前，民用發動機普遍用的都是OHV結構，也就是底置凸輪軸。不同於頂置凸輪軸通過凸輪頂氣門的運轉方式，底置凸輪軸由於需要通過連桿才可以操控發動機的進排氣門，所以勢必無法做到很高的轉速，否則氣門連桿就會因為慣性過大出現斷裂，或是出現氣門在高轉速下，來不及歸位的情況，所以發動機的紅線轉速普遍不會超過5000轉。

而頂置凸輪軸，由於是通過凸輪直接頂氣門，並不使用推杆的關係，所以只要發動機缸體、連桿強度足夠，氣門彈簧力度合理，發動機就可以實現更高的轉速。世界上首台使用雙頂置凸輪軸的量產車型，是誕生於1954年的阿爾法·羅密歐Giulietta。得益於雙頂置凸輪軸帶來的高轉速，它所使用的1.3L直列四缸發動機，不僅擁有着6500轉的紅線轉速，峯值動力更是達到了1930年之前，只有超大排量發動機才會擁有的80匹。

在阿爾法·羅密歐Giulietta取得成功之後，60年代各種各樣的高轉速取向車型也接踵而來。其中本田S600就是最具代表性的車型，雖然它僅僅搭載了一台0.6L的四缸發動機，但憑藉着8500轉的超高轉速，這台發動機可以爆發出57匹的動力。要知道，早些年上市的保時捷356A上的1.6L水平對置四缸OHV引擎也不過才59匹。由此可見，高轉發動機的實力可不是蓋的。

所以在1950年之後，汽車發動機就形成了大排量多缸數、渦輪增壓以及高轉速這種三足鼎立的態勢。其中，美國車企比較偏愛大排量多缸數和渦輪增壓；歐洲車企是大排量和高轉速的兩手抓；日本車企則更加偏愛小排量高轉速。

但好景不長，1973年第四次中東戰爭的爆發，讓全球第一次出現了石油危機。居高不下的石油價格，讓高油耗的大排量多缸數發動機舉步維艱。同時也讓排量相對較低的渦輪增壓以及高轉速引擎看到了佔領市場的曙光。可令人沒想到的是，原本讓全球人民不知所措的石油危機，僅持續了一年多就結束了......於是，大排量死灰復燃，“三足鼎立”態勢再一次形成，並一直持續到了1990年。

上文已經説過，由於當時渦輪技術的不成熟，所以凡是搭載渦輪增壓的車型，基本都伴有超大渦輪遲滯的問題。而在發動機已經跨過的100年間，壓縮比、熱效率、配氣結構以及電子噴射等技術已經上升到了全新的高度，自吸發動機在全面“武裝”之下，已經全面佔領了家用車領域。

因此在90年代，除了性能車外，渦輪增壓器基本就已經絕跡了。但隨着2000年前後，各國不約而同出台的嚴格環保法規，渦輪增壓不僅再一次迴歸到了廣大羣眾的視野中，而且還在隨後的20年中，一步一步向上攀登至了王座跟前，然後泰然自若地一屁股坐了下去。

1999年，加拿大率先出台了《加拿大環境保護法》，以此來對車輛的一氧化碳、碳氫化合物和氮氧化物進行嚴格控制。同年，美國也推出了第二階段的過渡性排放法規，根據車身重量、排放物多少進行嚴格分級，並計劃於2004年開始正式實行。而歐洲則在2000年1月發佈了將於次年施行的歐III排放標準，其中對車輛影響最大的就是大幅限制了氮氧化合物的排放量。

除了更嚴苛的排放法規外，歐洲還在1997年頒佈了NEDC油耗測試標準，以此來測試車輛的油耗，並推算出汽車的碳排放。正因如此，在排放法規和NEDC的雙重要求下，大排量發動機和高轉引擎便迎來了末日。

其中，高轉速的自然吸氣發動機率先滅絕。由於需要很高轉速才能爆發出峯值馬力的關係，高轉速取向發動機的油耗水平普遍要高於同排量的普通引擎，這就導致在同等條件下的碳排放也會更高。與此同時，高轉速發動機對排氣阻力也有很高的要求，但為了滿足相對苛刻的排放法規，車企又不得不使用三元催化來消化大部分有害氣體，但同時也限制了發動機高轉速下的排氣效率。在雙重打擊之下，高轉發動機在21世紀初就幾乎絕跡了。

大排量多缸數發動機則倒在了NEDC油耗測試之下。由於NEDC測試包括四個市區循環工況（上圖1部），以及一個郊區循環工況（上圖2部），同時每個循環之間並沒有急加速測試，車輛加速度非常小，相當於用50秒的時間從0加速到100km/h。並且車輛在測試時並不會實際上路行駛，而是放在恆温環境的測功機上運行，消除了風阻、輪胎阻力、温度、路面摩擦力等因素的影響。

在如此緩慢的加速下，天生排量更大，缸數更多的發動機顯然會消耗掉更多的燃油去對抗發動機的內在阻力。此時反觀小排量渦輪機，勻加速以及較低速度行駛，發動機則會剛好處於低轉高扭這個“最省油”的工況。最終，能比同馬力大排量多缸發動機取得更好碳排放的小排量渦輪增壓機，便壓倒性地取得了各大廠家的青睞。

至於上文所説的渦輪遲滯問題，也憑藉着21世紀更好的鋼材製造工藝迎刃而解。尺寸小巧的渦輪，不僅有效提高了動力的響應速度，同時還將渦輪介入時間從90年代的3000轉以上，降至了常用的1000多轉，保證了日常行車所需的充沛動力。那麼問題就來了，在確定了使用小排量渦輪增壓發動機的大方向後，2.0T發動機又是如何一統天下的呢？

雖然在2000年之後，人類基本解決了渦輪遲滯問題，但要想讓渦輪高效幫你幹活，首先還得讓渦輪大哥轉得爽才可以。而要想讓渦輪大哥轉得足夠爽快，那發動機的排量必然就不能太少，所以這就奠定了2.0L排量的第一步。

此外，發動機燃燒室容積和活塞表面積所組成的面容比，讓發動機擁有了最佳單缸排量的説法。因為如果缸徑過大的話，那火焰橫向燃燒的路徑就會過長。這樣一來，在發動機高轉速時，汽油被點燃變成火焰並橫向填滿燃燒室進而向下燃燒做功的效率，肯定是要弱於窄缸徑燃燒室的，所以熱效率就會受到影響。

正因如此，在面容比被限制的情況下，發動機單缸的最佳排量被定在了0.33-0.5L。而在缸數方面，能在平順和成本之間得到完美平衡的四缸發動機顯然就是最恰當的選擇了。自然而然，最終這個四缸發動機的最大排量也就是2.0L了。

並且隨着中國市場汽車銷量登頂全球，汽車廠家也開始把重心放在了中國。所以自然也要應對根據汽車排量劃分消費税率等級的“中國特色”。要注意的是，汽車廠家所標稱的指導價中，其實是包含了消費税和增值税的。因此對於汽車廠家來説，在車輛價格不變的情況下，排量越低，車企賺得錢也就越多。並且由於2.0L的排量税只比1.5L高了2%，可2.5L卻比2.0L高了4%，那麼顯而易見的是，2.0L排量的“利税比”（利潤和税率）是非常高的。

最後一個讓2.0T一統天下的原因，就是隨着發動機製造技術的提升，2.0T已經可以爆發出150匹到440匹的超廣功率區間了，同時這個動力也可以滿足從緊湊型車到大型車，甚至是性能車等多個級別車型。所以能有如此多的車型來分攤一台2.0T發動機的研發、製造成本，那對於以盈利為目的汽車廠家來説何樂而不為呢？

從1885到2021年，發動機在歷經了堆排量堆缸數、二戰渦輪加持、石油危機洗禮、最後在排放法規、NEDC油耗測試、中國“排量税”、單缸最佳排量、發動機平順與成本等多方面考量以後，2.0T發動機就這樣脱穎而出，並將內燃機世界一統天下了。不過歷史的經驗告訴我們，再牛X的帝國也逃不過被更替的命運。這不，電動機的刀已經架在2.0T的脖子上了......