日本的發動機技術為什麼世界最強？

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      日本早稻田大學名譽教授大聖泰弘是長期站在發動機研究最前沿的人。作為一名研究人員，他近距離見證了日本技術實力在世界舞台上實現飛躍的時刻。迄今為止，他一直致力於燃燒、尾氣淨化、高效率化等多方面技術的研究。在回顧日本發動機歷史的同時，他也展望了100年後的發動機形態。

早稻田大學名譽教授大聖泰弘 1976年完成早稻田大學研究生院理工學研究專業博士課程，曾擔任助教、專任講師、副教授，1985年成為該校理工學院教授。還擔任過美國威斯康星大學和中國上海交通大學客座教授（Visiting Professor）。2008年～2012年擔任國際汽車工程學會聯合會（FISITA）副會長。曾長期擔任日本國家汽車尾氣排放法規、燃效標準制定委員會等的委員及主席。2017年退休，並擔任早稻田大學名譽教授、該校新一代汽車研究機構研究所顧問至今。2024年入選日本汽車名人堂（圖片：日經Automotive）

      記者：汽車產業是日本的支柱產業。日本在發動機技術方面一直領先世界。日本的發動機技術為何如此強大？

      大聖泰弘：我認為有兩大原因。首先是紮實的人才傳承。各汽車廠商都擁有開發和生產發動機所需要的豐富人才基礎。企業在招聘優秀的工程師後，會花費很長時間來培養，這是一筆巨大的財富。

      另一個原因是產學官合作。從很早以前，發動機燃燒相關基礎研究就開始獲得國家的大規模預算支持，還獲得了企業提供的委託研究經費。我任職於大學，一直在爭取此類預算、培養學生的同時開展研究工作。始終都有一定比例的熱愛汽車與發動機的學生，他們來到了我的研究室。

      除了發動機技術之外，汽車還由材料、精密加工以及基於摩擦學（與潤滑和摩擦等相關的技術領域）的技術構成，這樣說並非誇大其詞。通過不斷積累這些研究並加以有效利用，日本才能創造出可靠性和耐久性出色的發動機。反過來說，如果沒有基礎研究和經驗法則的長期積累和打磨，就不可能製造出優秀的發動機。

      記者：日本的發動機在環保性能方面表現出色。

      大聖泰弘：發動機的開發史同時也是尾氣排放對策的歷史（見表）。迄今為止，全世界的廠商絞盡腦汁，開發出了汽油發動機三元催化劑、柴油顆粒物捕集器（DPF）、選擇性催化還原脫氮（SCR）等具有劃時代意義的後處理技術。當然，高精度燃料噴射技術同樣不可忽視。在技術人員堅持不懈的努力下，發動機的尾氣變得更加清潔，燃效也得以提高。

表：發動機汽車燃效改善措施 日本企業很早就開始在量產車上採用先進技術（提供：大聖泰弘）。

      日本車的轉折點可能是針對汽油車實施的“昭和53年（1978年）尾氣排放規定”。這是一項融入美國馬斯基議員法案（要求將排放成分降至以前的十分之一）、稱為“日本版馬斯基法”的極其嚴格的規定，但日本比美國更早施行。為了達到該規定的要求，各種技術被投入實用，經過淘汰之後，開始使用至今仍為主流技術的三元催化劑。那時，化油器（Carburetor）被電子控制式燃油噴射系統所取代，催化劑的淨化性能大幅提升，而且降低了對燃燒造成的不良影響。我認為這是很重要的一步。

      記者：熱效率是什麼時候開始受到重視的？

      大聖泰弘：以1973年的石油危機為契機，節能化潮流興起。日本《合理使用能源法》（節能法）被制定出來，首先針對乘用車設定了燃效標準。為了提高燃效性能，發動機的熱效率備受關注，並對各種燃效改善技術的開發起到了推動作用。

      我認為日本的發動機技術也是從那個時候開始引領世界的。日本汽車廠商率先使四氣門化、米勒循環、燃料的缸內直接噴射（直噴）等技術實現量產化。新技術在引入初期成本較高，但隨着量產規模的擴大，可以降低成本。日本還把面向高端車型開發的先進技術應用到量產車上，在降低成本方面起到了引領作用。此外，汽油發動機方面，也有很多案例採用直噴技術來實現發動機小型化（Downsizing），並通過渦輪增壓來提升燃效和減輕重量。

      記者：混合動力車（HEV）的問世為日本發動機技術的提升起到了促進作用。

      大聖泰弘：混合動力車的問世具有決定性意義。它實現了僅靠發動機技術無法做到的大幅燃效提升。為什麼會着手開發混合動力車呢？重要動機其實來自美國。1993年克林頓政府的副總統戈爾倡導的“PNGV（The Partnership for a New Generation of Vehicles，新一代汽車合作夥伴）”計劃，提出了將乘用車的燃效提高到3倍的令人感到巨大威脅的目標。

      這讓全世界的發動機技術人員大吃一驚。大家紛紛驚呼：“怎麼可能把燃效提高到3倍”。為了實現該計劃，美國政府為本國的大型汽車製造商（當時的通用汽車、福特、克萊斯勒集團、零部件廠商以及國家研究機構等提供了巨額補貼。

      日本企業產生了非常強烈的危機感。日本企業在密切關注美國企業相關舉措的同時，開始着手進行各種車輛的試製和模擬。如何才能把燃效提高到3倍？我的研究室也展開了這一課題的研究。並最終找到了混合動力車才是最優解這一答案。我們發現，通過將發動機與馬達巧妙結合，可以將燃效提高到約2倍。並得出了在此基礎上減輕重量就能將燃效提高至3倍的結論。

      後來美國三大汽車巨頭公布了PNGV計劃的成果，但均為採用柴油發動機的混合動力車。而且將車輛重量減輕了40％至50％。不過這些車很像“一道單點的菜品”。看起來不像是設想量產的汽車。就在這期間，美國政府換屆，PNGV計劃也隨之化為泡影。

      而日本企業則以實現3倍燃效為目標，認真堅持進行研發。作為其成果，最早以近2倍燃效投放市場的車型是1997年的豐田“普銳斯”（圖）。隨後問世的是1999年的本田“Insight”等車型。

圖 第一代普銳斯 混合動力車的問世是日本發動機開發的轉折點（圖片：豐田）