【前言】
每當油價持續上漲，汽車産業總會出現巨大的變局。
在汽車誕生的初期，純内燃機并不是唯一的主角，當時電力革命興起，新一輪技術革命是由電力驅動的，是以在20世紀初電動車還曾試圖和内燃機一較高下。
到了1970年代，第一次石油危機發生之後，日本車企利用小排量發動機的省油優勢，成功進入了全球最大的汽車市場。從此之後，全球汽車産業從歐美主導變為了歐美日三足鼎立的階段，「省油耐用」也成為了日系車标簽。
到了1990年，第三次石油危機因海灣戰争而起，隻用了三個月時間就讓原油價格從每桶17美元漲到36美元。油價上漲的壓力傳遞到消費端，美國三巨頭生産的耗油量巨大的皮卡、大排量轎車、廂式貨車等等，被消費者再次抛棄。
盡管三巨頭試圖用電動車確定自己的領先優勢，卻不料半路殺出個“普銳斯”。這款搭載了一套被稱為“Toyota Hybrid System”的全新内燃機+電機總成的驅動系統，成為高油價時代最成功的消費品。
時過境遷，2022年全球原油價格因為俄烏戰争飙升至接近130美元/桶，這迫使美國油價上漲到每加侖4.14美元，打破了2008年以來的最高價格。就連中國國内油價也全面超過9元/升。
在如此高的油價之下，全球汽車産業必然也會迎來一次洗牌，那麼這次走勢又會如何呢？
混合動力發展至今，憑借節油性能，在汽車市場已占有終于占有一席之地。它誕生在100多年前那個機械和電氣百花齊放的年代，然而處于内外交困的混動，當時的結局讓人惋惜。
1839年世界上第一台純電動車出現，受制于電池技術，純電續航裡程短，一直沒大規範推廣。德國工程師奧托（Nicolaus Otto）在1876年發明了内燃機，讓發電機組小型化成為可能。
1901年，23歲的德國人費迪南德·波爾舍（保時捷創始人）将汽油發電機組搭載在純電動車上，解決了電動汽車裡程短的問題，于是世界上第一台混合動力汽車出現了。
這套混動基本結構其實與現在日産的e-POWER一樣，叫串聯式混合動力，又叫增程式混合動力。
▲費迪南德 波爾舍的混合動力電動車
一開始，這套混動頗有賣頭，因為純電動車裡程短得離譜，而燃油車需要手動換檔，要知道當時手動換擋器是沒有同步器的（帶同步器的手動變速器在1928年開始裝車），換擋時需要兩腳離合器，這隻有專業人士才能操作。
但後來，随着變速器的改進以及使用者對車輛性能需求的提高，混合的弱點暴露了出來——成本高、最高車速低、耐久性等方面都不及傳統燃油車，連燃油經濟性都遠遠落後。于是混動進入了冬眠期，少有人問津，一直到1960年代現代電子電氣技術陸續湧現才開始為混動賦予新的生機。
混動關鍵技術——能量制動回收，在1967年由美國汽車公司 Amitron 開發，并于1982年進化為電力輔助驅動和能量制動回收，有了這項技術的加持，現代混動的樣車出現了。這裡不得不提到維克多·沃克——混合動力汽車之父，他在1960~1970年代做了許多混動研究，并制造了第一輛現代混動的樣車，這是一輛安裝了16kW電機的别克Skylark。
▲維克多·沃克和别克Skylark
盡管由電機-發電機-電池組成的混動系統能改善整車燃油經濟性約10~20%，但依然不夠，于是工程師将阿特金森發動機搭載在混動車輛上，這能讓混動系統如虎添翼。
傳統燃油車搭載的發動機就是大家熟知的四個沖程發動機，包含了進氣、壓縮、做功和排氣。
▲四沖程發動機
其運作時表現出的熱力學循環是奧托循環，這是以内燃機發明者奧托命名。
▲理想的奧托循環 – 熱力循環圖
12是進氣行程，進氣門打開，排氣門關閉，活塞下行，氣缸體積變大，氣體壓力比大氣壓略小；
23是壓縮行程，進氣門和排氣門都關閉，活塞上行消耗機械能，氣缸體積減小，壓力增大；
34燃燒過程中氣缸内壓力和溫度急劇提升；然後推動活塞向下做功，即45做功行程；
56排氣門打開，釋放剩餘壓力并排出廢氣，接着活塞上行，完成21排氣行程。
其中，56是靠剩餘壓力進行排氣，盡管這時候氣缸壓力已經不高，但是如果利用起來做功，熱效率也能有所提升。于是，在奧托發明内燃機後僅僅過了六年便迎來挑戰者，在1882年，英國工程師詹姆斯阿特金森 （James Atkinson）為了改善效率，發明了阿特金森循環内燃機。
▲阿特金森循環（淺黃+橘色）和奧托循環（淺黃）對比
上圖是阿特金森循環和奧托循環對比示意圖，奧托循環是12341圍成的淺黃面積，面積大小即單循環做功大小，而阿特金森循環是1234A1圍成的淺黃和橘色之和，其中，1和4和4A圍成的橘色面積就是從廢熱中榨取出來功的大小（堪比當時的資本家）。
需要注意到，壓縮是從12，而做功膨脹是34A，意味着，整套機構的膨脹比必須比壓縮比更長，為實作這一目标，聰明的阿特金森巧妙地設計了三套機構。
▲阿特金森 “Differential Engine”, 1882
▲阿特金森“Cycle Engine”1887
其中“Cycle Engine”比較緊湊，可以應用到車輛上。從動畫可以看出，其曲柄連杆機構是多連杆機構，比起奧托循環，這套機構更加複雜，在那個沒有CAE/CAD等軟體加持的“冷兵器（鉛筆+尺子）”時代，能設計和調試出這套多連杆，想想當時的人是多牛。
從動圖來看，有沒有覺得很熟悉，沒錯！又是日産…日産可變壓縮比發動機也是多連杆機構，和這套機構十分類似。
據悉，當時這套Atkinson “Cycle Engine”的熱效率比奧托循環高出20%~30%，由英國某家内燃機公司量産并持續銷售近10年。
由于阿特金森發動機存在兩大缺點——緊湊性不如奧托循環發動機、升功率較低，在那個年代并沒有太多人願意為了熱效率而犧牲内燃機的動力性能，隻能說生不逢時。
1957年， 美國工程師米勒（Ralph Miller）在船動力和發電廠上再次引入了“阿特金森”循環并克服了緊湊性問題，他隻通過配氣機構便實作了膨脹比大于壓縮比的目标。怎麼實作的？他設計出一個超高壓縮比的發動機，這樣膨脹比也同步提升，然後調整配氣機構将進氣遲後角增大，進而讓進入氣缸的一部分混合氣又排回進氣歧管，這防止了因過大壓縮比而産生爆燃爆震。
▲奧托循環和米勒循環（阿特金森循環）
這種循環被命名為米勒循環，其熱效率改善沒有阿特金森循環那麼明顯，但是解決了阿特金森發動機緊湊性差的缺點，因而存在較高的商業化價值。
1993年，馬自達解決了阿特金森的升功率低的缺點并首先将其商用。KJ-ZEM V6發動機是馬自達當時最為先進的發動機，排量2.3升，V6結構，在1995~1998年連續入選“沃德十佳發動機”。
該發動機加入了機械增壓機構以增加升功率，最終實作的升功率為70kW/L (總輸出162kW)，但是機械增壓消耗了一部分功率，是以，從米勒循環上壓榨出來的額外功率又“揮發”掉一部分，最終節能效果差強人意。
▲馬自達Millenia轎車（搭載米勒發動機）
由于混合動力有電機輔助，升功率低并不會成為緻命問題，而節油卻能讓混合動力如虎添翼——這就是現代混動系統普遍采用阿特金森（米勒）發動機的原因。
至1980年代末，混動所需的技術已經配齊，具備與傳統燃油車競争的條件。盡管技術内因解決了，但是外因卻一直籠罩着混合動力，那外因就是廉價的汽油。
假設汽油價格一直保持在低位且沒有政府等力量的幹涉，那麼混合動力的問世将會推遲小幾十年。這個邏輯同樣存在目前的能源領域，現代技術已經可以實作“種植”清潔能源（風光水電），但是大多數國家還在“采集”化石能源，原因是化石能源便宜。
上天給了混合動力機會，1990年代初海灣戰争引發油價飛漲，每桶價格從17美元漲到36美元。
各國汽車廠商開始注重汽車燃油經濟性，尤其是日本廠商，資源匮乏的日本承受不了高油價，混合動力自然成為開發預算中最青睐的對象，1997年豐田普銳斯問世具有劃時代意義，從此進入了混合動力發展的黃金時代（今生）……混合動力今生是怎麼樣的，我們下篇繼續。
文｜吃蝦的貓
圖｜網絡
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