內燃機工程師的一切努力，都是為了提升燃油效率。目前，活塞式發動機仍然是汽車的主要動力來源。不過自誕生以來，活塞式發動機的工作原理，并未發生根本變化。常見的四沖程活塞式發動機，仍然遵循進氣、壓縮、做功（膨脹）、排氣的基本模式。僅以汽油發動機為例：從化油器到機械式燃油噴射，再到電控燃油噴射、缸內直接燃油噴射；從側置氣門到頂置氣門；從側置凸輪軸到頂置凸輪軸；從不可變氣門正時到可變氣門正時及升程；從自然進氣到強制進氣……工程師的努力創新讓我們看到了種種可能。

今天的故事主角是日產的 VC-Turbo 發動機，它的最大特點在于其投入量產的可變壓縮比技術。所謂壓縮比，是指發動機活塞運行到下止點時的氣缸容積，與活塞運行至上止點時氣缸容積的比值。通常而言，發動機的壓縮比越大，燃油的熱效率也就更好。但凡事皆有兩面性，壓縮比變大，也會帶來機械效率變差、發動機爆震等負面影響。過去的推桿式（側置凸輪軸）汽油發動機，壓縮比通常介于 6.0:1-10.0:1 之間，而頂置凸輪軸結構的汽油發動機，壓縮比普遍為 9.0:1-12.0:1 左右。柴油發動機的壓縮比通常為 12.0:1-22.0:1 之間。當然也有例外，比如馬自達的創馳藍天汽油發動機，最高壓縮比達到 18.0:1，而某些高增壓值的柴油發動機，壓縮比僅為 8.0:1 左右。在不改變點火（噴油，僅限柴油發動機）時間和配氣相位的前提條件下，固定壓縮比的發動機僅能在部分轉速區間表現出良好的工作性能。但發動機技術是龐大而復雜的系統工程，而非某一個單一的體系或學科所能決定。電子點火、燃油噴射和氣門控制技術的加入，已經為發動機性能的提升，提供了有力的技術支撐。如果讓發動機壓縮比也變成一個變量，活塞式發動機自然也就能夠在更廣泛的轉速區間，提供更優秀的性能。

事實上，工程師們針對可變壓縮比技術的研究，已有近百年的歷史。早在上世紀 20 年代，英國工程師 Harry Ralph Ricardo （他在 1927 年創辦的里卡多公司，如今已經成為全球最重要的汽車咨詢公司之一）就制造并測試了第一臺可變壓縮比發動機，不過 Ricardo 當時的目的是研究并解決發動機爆震的問題，這項工作幫助他設計了沿用至今的辛烷值評級體系。其后，包括標致-雪鐵龍、雷諾、薩博、沃爾沃、現代、豐田、日產在內的各大公司都進行過可變壓縮比相關系統的研究工作，但多數成果在實驗室階段便草草收場。主要原因同樣在于發動機的復雜性，不僅要考慮可變壓縮比帶來的復雜結構，還要考慮到冷卻、潤滑、進排氣系統以及材料工藝。有些奇思妙想雖然優秀，但卻難以轉化為實際，而復雜的結構同樣會帶來高昂的制造成本，進而難以實現量產。

日產于 1996 年開始研發這臺 VC-Turbo 發動機，作為可變壓縮比發動機的關鍵部件，他們在 1998 年發明了這套多連桿機械裝置。在整個研發過程中，他們制造了超過 100 臺原型機用于測試。而 VC-Turbo 發動機也經歷了超過 300 萬公里的路試，總測試時長超過 3萬小時。盡管日產方面并未做更多說明，但可以想象，VC-Turbo 發動機的研發工作始于“技術日產”的狂熱階段，其后，深陷泥潭的日產不得不在 1999 年與雷諾結盟。而日產的可變壓縮比技術研發工作，也極有可能經歷過生死難定的搖擺期，甚至曾經被束之高閣。至少以日產當時的財務狀況，不太可能拿出更多的資金，繼續從事這項風險極高的研發工作。

通常而言，要改變發動機壓縮比，只能通過改變活塞高度、連桿或曲柄的長度、燃燒室的幾何形狀來實現，其實這些手段直接改變的是活塞頂部與燃燒室頂部的相對位置關系。日產的工程師采用一套多連桿系統和一個帶有諧波減速齒輪的電動機改變 VC-Turbo 發動機的壓縮比。電動機通過諧波減速器（日產稱之為諧波驅動器）與執行臂連接，電動機轉動后，通過諧波減速器的轉動，移動執行臂，執行臂會推動發動機下部的偏心控制軸旋轉，帶動下連桿向上或向下移動，從而改變多連桿機構的角度，而多連桿機構的變化，會調整氣缸內活塞上止點的位置發生變化，從而實現對發動機壓縮比的控制。偏心控制軸會同時改變所有氣缸的壓縮比，因此發動機的排氣量可以在 1997cc （低壓縮比，8.0:1）和 1970cc （高壓縮比，14.0:1）之間變化。

當然，僅僅改變壓縮比是不夠的。通過可變氣門控制系統，VC-Turbo 可以在高效率的阿特金森循環和常規的奧托循環之間無縫切換。另外，工程師還為這臺發動機配備了兩套噴油裝置，其中缸內直噴系統可以提高燃油效率和性能，并且避免發動機在高壓縮比狀態下產生爆震；而進氣歧管端的多點燃油噴射，可以提前混合燃油和空氣，在發動機低負荷狀態下獲得更好的燃燒，從而提高燃油效率。兩套燃油系統在發動機高負荷工況下，可以協同工作。因為采用了小直徑的單渦輪增壓器，發動機的熱能和排氣壓力損失也得以降低。這臺發動機還采用了缸蓋集成排氣歧管設計，進而可以為三元催化器創造一條更短的廢氣通路，促使催化器在冷啟動后盡快進入工作狀態。

VC-Turbo 發動機的其他新技術還包括，有助于降低 44% 氣缸摩擦損耗的“鏡面噴涂”技術（通過等離子將硬化金屬涂層涂覆到氣缸壁上）。而通過被稱作 ATR 主動扭矩桿的主動式發動機支架減振系統，搭載VC-Turbo 發動機的 QX50 車型，相比使用 V6 發動機的老款 QX50，發動機噪音降低了 9 分貝。當然，這一點也要得益于 VC-Turbo 發動機自身優秀的 NVH 控制。因為附帶的多連桿系統， VC-Turbo 不需要像其他 4 缸發動機一樣設計兩根額外的平衡軸，而特殊的連桿結構，也使得活塞在往復工作過程中，連桿產生的橫向擺動更小，減輕了發動機整體的振動，它的振動噪音僅為 10 分貝，相比常規的 4 缸發動機低了 20 分貝。

根據日產官方公布的數字，VC-Turbo 發動機可以輸出 200 千瓦（272 馬力）/5600 轉/分的最大功率，峰值扭矩為 380 牛•米/4400 轉/分。相比過去的 6 缸發動機，VC-Turbo 發動機在前驅系統中可以將燃油效率提高 35%，而在后驅系統中則提高了 30%。不過就像前面說到的，凡事皆有兩面性。因為取消了平衡軸，發動機的橫向寬度得以控制，進而抵消了增加多連桿系統帶來的影響，但發動機整體高度卻因為多連桿機構而增加。另外，來自重量的影響也必須考慮，雖然采用了大量的輕量化材料，但與過去的 3.5 升 6 缸 VQ 系列發動機相比，2.0 升的 VC-Turbo 發動機只輕了 18 公斤。但最重要的問題是 VC-Turbo 發動機的制造成本并不能得到良好的控制，由此帶來的額外成本也必然轉嫁到新車銷售價格上。