一切都是因為要調整引擎的壓縮比。

壓縮比，是引擎運作諸多術語中的一項，它是引擎活塞在下死點時氣缸中的體積，（如圖一所示）除以引擎活塞在上死點時氣缸中的體積（如圖二所示）。

（圖一）圖片來源：Wiki

　
（圖二）圖片來源：Wiki

「壓縮比」的大小，是決定引擎夠不夠力的因素之一，在其他條件不變的情形之下，「壓縮比」高，代表每一次引擎點燃燃料所能提供的力量大，所以，比較高的壓縮比，能夠讓引擎比較夠力。高壓縮比需要較堅固的引擎，若是在引擎轉速高（汽車高速行駛）的時候，保持高壓比，會讓引擎運作的熱量不易散去，造成引擎「震爆」的疑慮，因而損害引擎。一般使用汽油為燃料的車輛，壓縮比多在10以下，而柴油引擎必須靠高壓縮比才能有效運作，所以它的「壓縮比」可以到達15以上，甚至超過20。要應付這樣高的壓縮比，柴油引擎得建造的比汽油引擎堅固。

回想開車的經驗，汽車剛起動的時候，總會有不能隨心所欲加速的感覺，這時候如果引擎「壓縮比」可以提高，讓引擎「夠力」一些，也是增加駕駛樂趣的方法之一，從節省能源的角度來看，提高「壓縮比」，可以讓燃料的燃燒更有效率，是達到節能減碳的方法之一。反之，如果汽車引擎以7000RPM以上高轉速飛馳的時候，高「壓縮比」會造成引擎的散熱不易，改裝車發燒友會加裝額外的冷卻系統，保護引擎，解決散熱的問題。然而調降壓縮比，才是根本解決熱量累積的方法。

汽油引擎的效率原本就低，因為大部分引擎產生的熱能都無法使用，被當成廢物排出或者是送給了冷卻系統。所以市場對於提高引擎效率的需求，從來不曾停止。

將引擎排出的廢氣再利用是一種早已行之多年，稱為「渦輪增壓」的方法。日本本田公司（HONDA）另一個天才發明，讓雙凸輪軸，多氣門的引擎至今大大普及，可提高燃油的效率以及駕駛的樂趣。適時改變「壓縮比」也是一種提高燃油效率的方法，理想的情況是，引擎在低轉速時，能提高「壓縮比」，可以增加引擎出力；引擎在高轉速時，降低「壓縮比」，可以保護引擎。有沒有廠商在研究這種可以改變「壓縮比」的引擎？當然有。

筆者用「可變壓縮比」「Variable Compression Ratio」當作關鍵字搜尋美國專利資料庫的結果，發現主要研究「可變壓縮比」（VCR）引擎的廠商，為世界上重要的汽車製造商（如圖三所示）。

（圖三）圖片來源：USPTO

從圖四所示的各大公司申請專利的狀況來分析，至2008年專利申請的件數到達高峰之後，持續減少的趨勢還蠻明顯的。同樣的趨勢也顯示在歷年申請人的分佈上（如圖五所示），VCR引擎的發明人的數量也在大約相同時期達到高點，之後便一路衰退。對照當今各大車廠推出的產品來看，VCR引擎其實不曾是他們廣為宣傳的產品，大部分都只聞樓梯響，量產的產品都付之闕如。合理的判斷，應該是現今的技術，還沒有辦法讓VCR這個概念發揮它應有的功能。

（圖四）圖片來源：USPTO

（圖五）圖片來源：USPTO

廠商在研究這種可以改變「壓縮比」的引擎時，可以看出競爭者之間的相互攻防嗎？有的，而且明顯又有趣。

（圖六）圖片來源：USPTO

圖六是日本日產公司的一款VCR引擎的設計，設計的概念是利用引擎中的連桿組達到改變「壓縮比」的目的。日產公司的想法是，利用改變活塞的「上死點」的位置，就可以改變活塞在「上死點」時氣缸中的體積，「壓縮比」因而改變。所用的方法是利用機構改變連桿組中「Ｏb」的位置，「Ｏb」的位置改變，整個連桿組的軌跡就改變了，與活塞上死點息息相關的「Ｏc」的也改變了，導致「上死點」改變。這是個很棒的想法，看起來也行的通。那麼看看日產公司的對手－現代汽車是如何因應這種情況。

現代汽車公司也設計連桿式的VCR引擎

現代公司也利用調整連桿的位置「d」，達到改變連桿組軌跡的目的。（圖七，八）

（圖七）圖片來源：USPTO

（圖八）圖片來源：USPTO

圖九及圖十的設計，仍然在連桿組上動腦筋，但是換成另一種連桿組，也達到相同的目的，從圖十的分解圖中，可以看出活塞的上死點改變了。

（圖九）圖片來源：USPTO

（圖十）圖片來源：USPTO

相較於以上兩種比較死板的設計，圖十一以及圖十二的想法看起來就有趣多了。氣缸裡還可以加上一個小活塞，用來控制凸輪的位置。這種做法比較容易為讀者了解，圖十二中左側與右側的比較，也顯示出引擎的上死點改變了。

（圖十一）　圖片來源：USPTO

（圖十二）圖片來源：USPTO

圖十三及圖十四也算是連桿組，其中仍然是調整連桿組的某一接頭位置達到改變上死點的目的。結構看起來蠻薄弱的，不知道這個設計有沒有成功。

不知道圖十五和圖十六可不可以算是連桿組，但是從圖十六的分解動作來判斷，這個設計可以達到改變上死點的效果。

（圖十三）圖片來源：USPTO            


（圖十四）圖片來源：USPTO

（圖十五）圖片來源：USPTO

（圖十六）圖片來源：USPTO

迴避設計的方法之一，叫做「圍牆式」專利佈局。迴避設計的結果，並不一定是一個好的設計，但是它迴避了他人的設計。

不論各位對現代公司這些百花齊放式的設計有什麼感想，現代公司針對潛在對手中，有潛力的技術採取圍牆式的佈局。以上所看到的是，當日產公司有了一種VCR引擎的設計概念，現代公司在設法迴避設計之餘，還把一大堆可以想得到的設計一併申請了專利，這些設計都好嗎？並不見得，但是他們大部分都迴避了日產公司的連桿式VCR引擎設計。這些設計或許有些能夠商品化，但是筆者認為它們的功用，還是要讓其他競爭對手想要進入這個領域時，得三思而行。

作者： 林士強 現任： 北美智權 教育訓練處 資深研發創新顧問 經歷： 法商台灣康旭 研發工程處 專案經理 中科院飛彈製造中心 專案工程師 聖荷西州立大學機械研究所碩士 專長： 機械、供應鏈管理、專案管理

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