日本的发动机技术为什么世界最强？

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      日本早稻田大学名誉教授大圣泰弘是长期站在发动机研究最前沿的人。作为一名研究人员，他近距离见证了日本技术实力在世界舞台上实现飞跃的时刻。迄今为止，他一直致力于燃烧、尾气净化、高效率化等多方面技术的研究。在回顾日本发动机历史的同时，他也展望了100年后的发动机形态。

早稻田大学名誉教授大圣泰弘 1976年完成早稻田大学研究生院理工学研究专业博士课程，曾担任助教、专任讲师、副教授，1985年成为该校理工学院教授。还担任过美国威斯康星大学和中国上海交通大学客座教授（Visiting Professor）。2008年～2012年担任国际汽车工程学会联合会（FISITA）副会长。曾长期担任日本国家汽车尾气排放法规、燃效标准制定委员会等的委员及主席。2017年退休，并担任早稻田大学名誉教授、该校新一代汽车研究机构研究所顾问至今。2024年入选日本汽车名人堂（图片：日经Automotive）

      记者：汽车产业是日本的支柱产业。日本在发动机技术方面一直领先世界。日本的发动机技术为何如此强大？

      大圣泰弘：我认为有两大原因。首先是扎实的人才传承。各汽车厂商都拥有开发和生产发动机所需要的丰富人才基础。企业在招聘优秀的工程师后，会花费很长时间来培养，这是一笔巨大的财富。

      另一个原因是产学官合作。从很早以前，发动机燃烧相关基础研究就开始获得国家的大规模预算支持，还获得了企业提供的委托研究经费。我任职于大学，一直在争取此类预算、培养学生的同时开展研究工作。始终都有一定比例的热爱汽车与发动机的学生，他们来到了我的研究室。

      除了发动机技术之外，汽车还由材料、精密加工以及基于摩擦学（与润滑和摩擦等相关的技术领域）的技术构成，这样说并非夸大其词。通过不断积累这些研究并加以有效利用，日本才能创造出可靠性和耐久性出色的发动机。反过来说，如果没有基础研究和经验法则的长期积累和打磨，就不可能制造出优秀的发动机。

      记者：日本的发动机在环保性能方面表现出色。

      大圣泰弘：发动机的开发史同时也是尾气排放对策的历史（见表）。迄今为止，全世界的厂商绞尽脑汁，开发出了汽油发动机三元催化剂、柴油颗粒物捕集器（DPF）、选择性催化还原脱氮（SCR）等具有划时代意义的后处理技术。当然，高精度燃料喷射技术同样不可忽视。在技术人员坚持不懈的努力下，发动机的尾气变得更加清洁，燃效也得以提高。

表：发动机汽车燃效改善措施 日本企业很早就开始在量产车上采用先进技术（提供：大圣泰弘）。

      日本车的转折点可能是针对汽油车实施的“昭和53年（1978年）尾气排放规定”。这是一项融入美国马斯基议员法案（要求将排放成分降至以前的十分之一）、称为“日本版马斯基法”的极其严格的规定，但日本比美国更早施行。为了达到该规定的要求，各种技术被投入实用，经过淘汰之后，开始使用至今仍为主流技术的三元催化剂。那时，化油器（Carburetor）被电子控制式燃油喷射系统所取代，催化剂的净化性能大幅提升，而且降低了对燃烧造成的不良影响。我认为这是很重要的一步。

      记者：热效率是什么时候开始受到重视的？

      大圣泰弘：以1973年的石油危机为契机，节能化潮流兴起。日本《合理使用能源法》（节能法）被制定出来，首先针对乘用车设定了燃效标准。为了提高燃效性能，发动机的热效率备受关注，并对各种燃效改善技术的开发起到了推动作用。

      我认为日本的发动机技术也是从那个时候开始引领世界的。日本汽车厂商率先使四气门化、米勒循环、燃料的缸内直接喷射（直喷）等技术实现量产化。新技术在引入初期成本较高，但随着量产规模的扩大，可以降低成本。日本还把面向高端车型开发的先进技术应用到量产车上，在降低成本方面起到了引领作用。此外，汽油发动机方面，也有很多案例采用直喷技术来实现发动机小型化（Downsizing），并通过涡轮增压来提升燃效和减轻重量。

      记者：混合动力车（HEV）的问世为日本发动机技术的提升起到了促进作用。

      大圣泰弘：混合动力车的问世具有决定性意义。它实现了仅靠发动机技术无法做到的大幅燃效提升。为什么会着手开发混合动力车呢？重要动机其实来自美国。1993年克林顿政府的副总统戈尔倡导的“PNGV（The Partnership for a New Generation of Vehicles，新一代汽车合作伙伴）”计划，提出了将乘用车的燃效提高到3倍的令人感到巨大威胁的目标。

      这让全世界的发动机技术人员大吃一惊。大家纷纷惊呼：“怎么可能把燃效提高到3倍”。为了实现该计划，美国政府为本国的大型汽车制造商（当时的通用汽车、福特、克莱斯勒集团、零部件厂商以及国家研究机构等提供了巨额补贴。

      日本企业产生了非常强烈的危机感。日本企业在密切关注美国企业相关举措的同时，开始着手进行各种车辆的试制和模拟。如何才能把燃效提高到3倍？我的研究室也展开了这一课题的研究。并最终找到了混合动力车才是最优解这一答案。我们发现，通过将发动机与马达巧妙结合，可以将燃效提高到约2倍。并得出了在此基础上减轻重量就能将燃效提高至3倍的结论。

      后来美国三大汽车巨头公布了PNGV计划的成果，但均为采用柴油发动机的混合动力车。而且将车辆重量减轻了40％至50％。不过这些车很像“一道单点的菜品”。看起来不像是设想量产的汽车。就在这期间，美国政府换届，PNGV计划也随之化为泡影。

      而日本企业则以实现3倍燃效为目标，认真坚持进行研发。作为其成果，最早以近2倍燃效投放市场的车型是1997年的丰田“普锐斯”（图）。随后问世的是1999年的本田“Insight”等车型。

图 第一代普锐斯 混合动力车的问世是日本发动机开发的转折点（图片：丰田）