图1  大众汽车的1.4 L TSI双增压直喷发动机分解图

在发动机小型化的历程中，大众汽车的1.4 L TSI双增压直喷发动机、菲亚特的875cc直列双缸TwinAir汽油机以及福特全新的1.0 L EcoBoost三缸直喷增压发动机等，都留下了历史的光彩，未来还将不断有更多的小型发动机搭载于各种各样的汽车。

毫无疑问，全球能源危机和环境恶化问题已经非常非常严峻，面对一系列的挑战，无论如何都必须朝着减轻整车重量和实现发动机小型化的方向努力。

最早倡导发动机小型化的是以大众汽车为代表的欧洲汽车厂商，并逐步得到了一些日本汽车厂商的响应，因此，多种尺寸更小的1.6 L、1.4 L、1.2 L、1.0 L甚至排量更低的发动机不断推向市场投入广泛应用。目前，小型发动机已是世界大部分乘用车厂商和发动机厂家的共识，即使对油耗不太在意的美国市场近些年也悄然更换大排量发动机，采用更小的增压发动机，通用、福特等汽车厂商也都在积极开发小排量发动机，部分产品已投产，以迎合市场需求和法规要求。

当然，众所周知，单纯地降低发动机排量会损失转矩和功率，因此，为了减少CO2排放量与汽车驾乘性能之间的冲突，直喷技术、增压系统、可变技术等关键技术已被广泛开发和应用。目前来看，小型强化（Downsizing & Downsreeding）已是被广为认可的解决方案。

多年来，很多汽车和发动机制造商都在努力实施这种方案，并已经在发动机输出功率相同的情况下，使得发动机的排量大约可减小25%，同时燃油耗最多能降低15% ~ 30%。现在，基于汽油直接喷射技术的发展，在行驶功率相同的情况下，发动机小型化可以减小排量超过35%，同时能够改善燃油耗20%以上。如果发动机小型化技术方案要进一步创新和提高，其低转速范围内的转矩特性和瞬态响应性能是创新的小型化方案及其能否被用户认可的关键因素。

全球明星TSI发动机

全球范围内，在众多的小型化发动机中，大众汽车的表现也许算得上最为耀眼，其采用直喷、增压技术的1.8 L和1.4 L发动机受到市场青睐，尤其是其采用“涡轮增压+机械增压+缸内直喷”技术协调运用的1.4 L TSI双增压直喷发动机（见图1），成为了发动机小型化这股浪潮中的明星，连续几年获得“全球最佳发动机年度大奖”。

大众汽车将机械增压与涡轮增压技术整合于其1.4 L发动机上，不仅消除了低转速时涡轮迟滞的现象，同时更带来了131 kW的最大功率以及239 Nm的强大输出。此外，搭配DSG双离合变速器，使得1.4 L TSI发动机不仅达到了平均144 g/km的CO2排放水平，搭载1.4 L TSI发动机的高尔夫拥有19.3 km/L的燃油效率表现。另据悉，将于2012年底或2013年初正式发布的第七代高尔夫预计将搭载大众汽车全新的1.2 L TSI发动机，以达到更好的燃油经济性能和排放水平——相比1.6 L自然吸气发动机，其燃烧室容积减少了29%，而功率则保持不变，经济转速范围内的输出转矩提高了14%，标准油耗减少17%。

2011年，大众汽车针对已经取得成功的1.4 L TSI四缸发动机又推出了可变气缸技术（也称“闭缸技术”），虽然这并不是一个很稀罕的技术，奔驰、本田和克莱斯勒等公司都拥有这项技术，但他们更多的是应用在大排量发动机上，大众汽车首次将其用于小排量四缸发动机。当发动机负荷较小时，该技术会关闭发动机的第二缸和第三缸，因此能够将欧盟行驶循环的百公里油耗降低0.4 L左右。在3挡或4挡以50 km/h的速度匀速行驶时，其每百公里可节省1 L的燃油，即使在5挡以70 km/h的速度行驶，该系统也可将百公里油耗降低0.7 L，并且发动机拥有极佳的运转平衡性，即便在双缸运转模式下仍然安静平稳。2012年的北美车展和日内瓦车展上，包括Polo BlueGT在内的很多车型都搭载了这种全新的TSI发动机。

实际上，随着技术的不断发展和进步，还有具体的车型动力设计和需求情况的变化，目前，TSI所代表的发动机已经包含了更广的范畴。最大的变化就是——单增压的出现。除了大众汽车推出的1.8 L TSI、2.0 L TSI单涡轮增压发动机，其1.4 L TSI发动机也出现了单增压的版本，“TSI”原本所代表的意义已发生了改变，不过大众汽车仍将“TSI”作为一个品牌名称和高科技的象征继续沿用。

图2  菲亚特TwinAir汽油机采用了先进的MultiAir配气技术

TwinAir汽油机抢了风头

2010年之前，大众汽车的1.4 L TSI发动机出尽了风头，不过，2011年，“全球最佳发动机年度大奖”的评选中，菲亚特的875cc直列双缸TwinAir汽油机似乎抢了TSI的风头。TwinAir不仅获得了“1.0 L以下级别最佳发动机”、“年度最佳新型发动机”和“年度绿色环保发动机”三项重量级大奖，还一举摘得了“年度最佳发动机”的桂冠。

TwinAir是菲亚特旗下的菲亚特动力科技（FPT）研发并推出的一款双缸小型涡轮增压发动机，采用了小型化、高效率的理念和先进的MultiAir配气技术（见图2），这种电控液压气门管理系统可以对进气阀门进行智能控制。TwinAir的最大输出功率为62 kW，百公里油耗仅4.1 L，其超低的碳排放、优秀的燃油经济性给人们留下了深刻的印象。与同样体积的传统汽油发动机相比，MultiAir发动机最高能够提升10%的动力，最高能够增大15%的转矩，同时最多能够减少10%的燃油消耗和10%的CO2排放，从而在实现卓越动力性能的同时，极大地降低了油耗和CO2排放，也实现了省油并且兼顾操控乐趣的研发目标。

TwinAir发动机已在FPT的努力下逐步扩展。在2012年3月的日内瓦车展上，菲亚特500 TwinAir系列车型全球首发，从此，TwinAir不仅是菲亚特革命性的双缸发动机的名字，也成为了一个全新汽车系列产品的名字。菲亚特500 TwinAir有三种发动机可供选择：51 kW的1.2 L发动机的市区系列适合主要在城市内使用的客户；75 kW的1.4 L发动机的市郊系列适合性能要求更高的客户；而71 kW的1.3 L发动机的市外系列适合使用菲亚特500 TwinAir进行短途及长途旅行的客户。

来自北美的代表

欧洲引领了发动机小型化的潮流，不过，作为来自北美的先进发动机代表——福特EcoBoost系列发动机也令人瞩目。此前，该系列已拥有了1.6 L、2.0 L款，2011年底，福特推出的一款全新的1.0 L EcoBoost三缸直喷增压发动机也已投产，福特宣称该款发动机是目前福特旗下能量密度最高的发动机，它放在桌上只需一张A4纸大小的地方，但其峰值转矩可达170 Nm（1 400 ~4 500 r/min），在OverBoost模式下更是高达200 Nm。

EcoBoost发动机性能出色的原因在于其融合了三大关键技术的协同优势：燃油高压直喷、先进涡轮增压器和双独立可变气门正时系统（见图3），不但有效提升燃油经济性并降低排放，同时还提供低转速下的强大转矩和宽转速范围内的优异响应，令驾驶者在享受高动力输出的同时，却拥有小排量发动机体积小、重量轻和油耗低的好处。

图3  1.0 L EcoBoost融合了先进的直喷技术和涡轮增压技术

据悉，这款1.0 L EcoBoost发动机将会率先应用于全新福克斯车型上，并提供两种动力调校版本：低调校版本的最大功率为75 kW，百公里油耗4.8 L，CO2排放量109 g/km；高调校版本的最大功率为93 kW，百公里油耗为5.0 L，CO2排放量114 g/km。今后，它可能将搭载于未来的福特C-Max、B-Max以及Grand C-Max等车型中。

发动机小型化的积极参与者

除了OEM厂商，业内一些知名的发动机公司和相关供应商们同样也为发动机小型化做出了巨大的贡献。比如此前提到的TSI发动机，其中就包括IHI公司和博格华纳公司的涡轮增压器、马勒公司的调节器、玛涅蒂-马瑞利公司的6孔喷油嘴以及大陆公司的发动机控制系统等，多方面的努力和互相配合，才能达到既定的最终目标。

马勒公司一直是小型化发动机的积极参与者，该公司认为，在未来质量约1.6 t的乘用车中，1.2 L左右排量的3缸增压汽油发动机将成为标准动力单元，并且他们已经开发出了1.2 L小型化汽油机，其全负荷性能指标使发动机小型化的效果达到50%，同时新欧洲行驶循环（NEFZ）的油耗和CO2排放量具有降低30%的潜力。

马勒公司的小型化汽油机方案采用排量为1.2 L的三缸发动机，具有单级或两级废气涡轮增压。由该机全负荷特性和燃油消耗的目标值可以看出，这个1.2 L的小型汽油机单级增压时的升功率和最大平均有效压力已分别达到了75 kW/L和2.2 MPa，而采用两级增压时分别高达120 kW/L和3.0 MPa，强化程度已达到相当高的水平。具有如此优异全负荷转矩和功率值的小型汽油机用于约1.6 t的轿车上，其行驶动力性能相当于搭载了2.4 L排量的自然吸气汽油机，这样，发动机的小型化率就能够达到50%，而新欧洲行驶循环(NEFZ)的油耗和CO2排放量大约可降低30%。

德国FEV发动机公司同样综合采用增压和直喷技术来实现小型化，在2010年度SAE全球大会上，该公司就曾展示了一款“极度小型化发动机（EDE）”。据悉，EDE的单位排量功率超过100 kW/L，低速转矩显著增强，改善了部分负荷效率，1500 r/min转速时的低速转矩提高了大约32%。另据悉，铃木正在开发一款全新小排量发动机，其排量只有0.66 L，而其油耗接近混合动力车型，百公里油耗仅3.7 L。新发动机可能将首先匹配到铃木MR Wagon车型，然后将陆续引入到奥拓等其他微型车上。

领先的汽车及发动机厂商都有各自的尖端技术，在此不再一一详细介绍。

适度小型化

相对于大部分厂商的热情，奥地利的AVL公司则提出了“适度小型化”的观点。综合考虑世界各地市场的动向、CO2减排及尾气规定的现状，此外也考虑到柴油发动机仍有发展前景，AVL公司认为发动机要适度小型化，并且强调指出，过度追求小型化会导致成本大幅增加等一系列问题。

AVL公司的“适度小型化”的理念是：燃烧压力降低的结果虽然会导致一定的输出功率下降，但通过采用减轻各部件的重量等相应措施，可以使摩擦损失减少20％，最终可避免输出功率降低。举例来说，目前，AVL公司已实现了“适度小型化”的新型发动机中，其活塞重量可以减轻25％，连杆可以减轻17％，其整体功效由此可见一斑。

当然，还有一些厂商持有其他不同的观点，比如以SKYACTIV-G汽油发动机著称的马自达。该公司并未追随目前发动机“小型化”潮流的主流技术路线，而是根据自己开发小型增压发动机的经验，从稀薄燃烧、油膜厚度、扫气效果、冷却损失、机械阻力及追加部件的成本等多种视角找出了小型化的问题，特别是成本问题，因为要实现增压小型化，需要强化活塞、连杆、曲柄轴、气缸体及气缸盖，还要增加涡轮增压器及中冷器，而马自达的SKYACTIV-G汽油发动机只增加了排气歧管与电动可变气门正时机构，主要通过提高压缩比实现了极高的燃效。马自达在2011年中期推出的一款1.3 L SKYACTIV-G汽油发动机采用了4-2-1合并型排气歧管、独特设计的燃烧室以及结构轻量化和VVT等技术，在汽油机领域中达到了独树一帜的高达14：1的压缩比，从而优先提高了热效率，在“10-15”模式下的燃效达到了30 km/L。

替代排量更高的发动机

不管怎样，不可否认的是，小型化发动机的进步正在使其可以替代排量更高的发动机而保持很好的动力性能，同时，油耗和排放都大幅下降。近几年，我们已经看到了V8向V6以及V6向L4型发动机的转型，V型气缸有些也将被高性能的四缸，甚至被三缸和双缸发动机所替代。目前来看，1.0 L增压直喷发动机已经完全可以替代1.6 L的自然吸气发动机，1.4 L排量的增压直喷发动机，其动力水平已经接近有些1.8 L甚至2.0 L排量的发动机，1.6 L的新型发动机已可轻松替代2.0 L及以上排量的发动机……

标致雪铁龙2010年推出的C5的新车型就已将其中2.0 L发动机的排量减小至1.6 L，并代之以涡轮增压器增压以提高燃效，实现了“发动机小型化”。该1.6 L发动机符合欧V排放规定的新标准“EURO5”，“10-15”模式下的燃效提高了约12％，达到10.2 km/L，最大转矩增大40 ~240 Nm，最高输出功率增加了10 kW达到115 kW。

日产2011年展示了一款2013年即将上市的2.5 L直列四缸增压发动机“QR25DER”，它将搭载于目前采用3.5 L排量V6发动机“VQ35DE”的Elgrand及Murano等车型上，其转矩及输出功率与3.5 L的V6发动机相当，燃效与2.5 L的直列四缸发动机相当，也算是一个典型的“发动机小型化”案例。不过其增压器并非涡轮增压式，而是采用了来自伊顿公司的罗茨式机械增压器，喷油嘴也非直喷式，而是进气孔喷射式。

对于自大众汽车提出后，其他公司纷纷效仿的“小型化发动机要属直喷+涡轮增压”的理论，日产似乎摆出了迥然不同的姿态，不过，有争论才有比较，有竞争才有更快的进步，不管怎样，让我们一起继续探索科技进步，在发动机小型化的道路上一路向前！