随着日产全新一代Altima(美版天籁)的亮相,全新英菲尼迪QX50在国内上市,日产的可变压缩比的2.0T VC-Turbo发动机可谓是赚足了人们的眼球,它可以实现压缩比从14:1到8:1的无级变化,是世界上第一款量产的可变压缩比发动机,它解决了传统发动机只能固定压缩比的技术瓶颈,不过在汽车技术宅们为之兴奋的同时,肯定会有人会好奇它是怎么做到压缩比可变的?它究竟强在哪?下面老张就给大家了唠一唠这款发动机。
一、首先你得知道什么是压缩比?
压缩比简单的说就是发动机中混合气体被压缩的程度,即活塞处于气缸内最低位置时气缸的容积,和活塞处在气缸内最高位置时的气缸容积之间的比率。。发动机压缩比越高,效能就越高,扭矩就越大,动力就越好。但凡事皆有两面性,如果压缩比过高又会导致各种机件负荷加大,使用寿命降低等问题。而且传统发动机由于活塞、连杆和曲轴等机械结构相对位置是固定不变的,因此压缩比也是固定不可变的。
固定的压缩比也相对固定了发动机的特性,由于发动机并不是时时刻刻都在同一个工况下工作,负荷时大时小,所以在固定的压缩比情况下并不能够使发动机在各种各样复杂的工况中完美运行。所以,在30年前,还是化油器的时代,就有不少厂家工程师提出“可变压缩比技术”的解决方案,让发动机自己改变“排量”,目的就是为了用尽可能少的燃料“压榨”出更强的动力,其中最有代表性的三家分别是萨博、标致和日产。
后来我们都知道了,萨博没了,标致早早就放弃了,只有日产坚持了下来,最终只有日产研发出来可变压缩比的发动机并实现量产,这就是我们今天要说的日产的VC-Turbo可变压缩比的涡轮增压发动机。
二、它是怎么做到压缩比可变的?
上面已经跟大家提到,传统的发动机曲轴只与活塞连杆相连接,活塞连杆与曲轴的距离是固定的。
而日产这台可变压缩比发动机就是改变了传统发动机的连杆机构和曲轴下手,它的曲轴多了一个连接点,这个连接点通过一个连杆与外侧的偏心轴相接。
而曲轴下方的偏心轴又与谐波传动器的传动臂连接在一起。也就是说日产的可变压缩比发动机,比普通发动机多了两根连杆。
只要改变谐波传动器的角度,驱动传动臂,带动控制轴转动,当控制轴转动时下部连杆向上顶多连杆,多连杆带动上部连杆向下拉,就直接能够调整活塞位置高低(活塞到达的上止点位置的高低),那么燃烧室的容积就发生改变,从而实现了8:1到14:1之间任意比率的压缩比变化。
三、可变压缩比能带来哪些明显的好处?
我们都知道,普通涡轮增压发动机都会有迟滞现象,在涡轮介入前,发动机燃效非常低,动力差。提高压缩比能使涡轮起压更快,迟滞变小,但压缩比过高,又会使得涡轮增压发动机在在高转速高负荷时容易产生爆震。
而有了可变压缩比技术后,当发动机在低转速低负荷时,ECU会将压缩比调高,以提高燃油经济性;当发动机高转速高负荷时,ECU会将压缩比调低,在高增压状态下,保证充沛动力的同时,还能有效防止爆震。另外得益于可变压缩比调节机构更小的活动范围,发动机震动变得更小,于是传统发动机上为了抵消震动的配重块、平衡轴等都消失了,发动机体积随之变的更小,这样就可以把发动机舱做得更小,从而让车内空间更大。
四、除了可变压缩比,它还有这些技术加持?
1、进排气双可变气门正时技术
除了可变压缩比之外,这款发动机还配备进排气双可变气门正时技术(进气端由电机控制、排气端由液压控制),它可以说是目前气门可变正时系统技术中最高级的形式。在进排气双可变气门正时技术的帮助下,发动机可以降低了进排气重叠,进一步使燃烧更加稳定;动力更加充沛;燃油经济性也因此会变得更好。
2、双喷射+双循环
双喷射其实就是当发动机压缩比变化时,更换使用多点喷射和缸内直喷,从而在油耗和性能方面取得平衡;在低转速工况下,如果使用缸内直喷,容易造成积碳,影响发动机的寿命,所以这时候就使用多点喷射;而在高转速时如果使用多点喷射反而会导致燃油效率的下降,这时候就需要缸内直喷,并能有效避免高压缩比下爆震的发生;并且两套喷射方式可以在发动机高负荷下同时工作,从而实现在发动机一定转速时能够进行切换。
而所谓的双循环系统,就是在传统的奥托循环与阿特金森循环之间进行切换。具体来说,在需要强大动力的时候,发动机系统采用奥托循环模式,以保证足够的动力性;如果是低负荷的情况,则切换为阿特金森循环,这样可以最大化地提高效率,获得最佳的节油效果。双循环系统的组合可以实现更佳的燃烧效率和更优的动力表现,达到扬长避短的效果。这就像游戏中的团战一样,魔法系负责远程攻击点射,皮糙肉厚的近战型则负责近距离战斗,各司其职又相互配合,这样才能将对方尽情收割,赢得最终的胜利。
可变压缩比发动机能够提升发动机的热效率、提升燃油经济性、促进发动机小排量化,目前内燃机的发展已经到了一个瓶颈,需要多的新技术才能够突破,而日产的可变压缩比发动机的量产很有可能就是这个突破口。
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