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动力和油耗不必二选一 详谈日产VC-Turbo技术

2018年10月12日 22:45:02
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来源:牛车网

日系品牌对于发动机的技术大多都有着自己的执念,像成也转子败也转子的马自达,像只用水平对置的斯巴鲁日产固然也有着它的坚持,从大名鼎鼎VQ系列再到小排量HR系列,日产看上去没有马自达和斯巴鲁那般顽固不化,因为日产想要的不是某个极端,而是完美的平衡。在环保政策的严厉态势下,摆在众车企面前的是“动力”和“油耗”这个二选一的难题,而日产再一次用自己的方式掌握了平衡。这就是我们今天要聊的——发动机VC-Turbo技术。

我们通常见到的涡轮增压是上世纪80年代才开始出现在汽油发动机上。随着时间的推移和技术的不断发展,早期涡轮增压发动机的迟滞、爆震等弊端逐渐得以克服。在今天这个能源的日趋紧张和环保标准愈发严格的大环境下,如何用尽可能少的燃料压榨出更大的动力已经成为汽车行业的发展重点。涡轮增压被公认为是目前最为行之有效的解决方案。

然而汽油发动机的燃烧特性注定了气缸内的混合气体压力不能过高,特别是涡轮增压发动机只能采取比自然吸气发动机更低的压缩比。想要通过提高增压器的增压值来压榨更多动力就只能不断降低发动机的压缩比来防止爆震。低圧缩比的设计又会导致发动机在低负荷运行状态下燃烧效率非常低,燃烧效率低势必带来更高的油耗。所以,在可变压缩比技术还未成功运用在涡轮增压发动机上的时候,各大汽车厂商只能在油耗和动力之间寻找平衡点。

曾经有人设想过,将可变压缩比和涡轮增压结合。这样能达到的理想状态是,在发动机处于低负荷状态时,为了照顾燃油经济性采用一个较高的压缩比,在高负荷状态时采用一个较低的压缩比以适应高增压值,带来更强的动力输出。

早在2000年,萨博就发布了一台实验性的发动机,该发动机采用1.6升排量5缸设计,搭配机械增压。通过让气缸和活塞部分以曲轴为中心偏转一定角度来改变燃烧室的容积,从而实现可变压缩比。缸盖与缸体通过铰接实现角度改变,但工作时铰接处和响应的控制部件需要承受巨大的应变力,这要求缸体拥有很高的强度,同时驱动电机又必须有很大功率,这使得发动机的重量和体积都大大超过了量产车的接受范围,直到最后萨博破产,这项技术都仅仅停留在试验阶段。遭遇同样命运的还有类似法国的MCE-5发动机,能坚持走到最后并将这项技术成功运用于量产车的也只有日产了。

VC-Turbo

日产着手研发可变压缩比的涡轮增压发动机始于1996年。与萨博采用复杂结构不同,日产在1998年利用一套结构相对简单且更加实用的多连杆机械装置找到了让涡轮增压发动机实现可变压缩比的技术。然而,谨慎的日本人并没有急于将该项技术运用在量产车上。日产的实验团队将搭载VC-Turbo技术的发动机在远高于普通发动机工况的恶劣条件下,例如让发动机运转在20000转/分来确认VC-Turbo技术的可靠性和平顺性。随后上百台实验性样机用于测试,加上超过300 万公里的路试,总测试时长超过3万小时,获得了超过300项专利技术,才最终成就了迄今为止最先进的内燃机。

这套多连杆机械装置是如何让涡轮增压发动机上实现可变压缩比的呢?这套多连杆机械装置在原有的曲柄连杆机构上额外增加了一套多连杆机构及一根控制轴。这套多连杆机构把原来的发动机连杆换成了由下部连杆、上部连杆以及连接上下部连杆的多连杆结构组成。当需要改变压缩比时,谐波传动器转动的同时驱动传动臂,传动臂带动控制轴转动。当控制轴转动时,下部连杆会带动多连杆结构回转,并使杠杆发生摆动,使得活塞能到达的上止点的高度也随着改变,从而实现压缩比的变化。

根据工况的不同,VC-Turbo发动机的压缩比可在8:1-14:1的区间自由调节,从14:1的最大压缩比切换到8:1的最小压缩比仅需1.2秒。除此之外,这台发动机一样能实现阿特金森-奥托双循环,动态压缩比也能自由改变,双管齐下,以提高发动机在不同工况下的燃烧效率。

为了获得更高的燃烧效率,VC-Turbo发动机在燃油喷射方面也进一步优化。VC-T发动机采用直喷和多点喷射双喷射系统,以对应不同的压缩比,降低油耗的同时改善排放。这两种喷射方式有着各自的优点和发挥优势的环境,直喷不仅能更好的雾化燃油,提升燃烧效率,降低油耗并且减少排放,多点电喷能让可燃混合气在燃烧室内充分燃烧,保证充足的动力。

最后

目前这款VC-Turbo发动机已经装配在了英菲尼迪QX50上,272匹马力和380牛米的动力数据可圈可点,综合油耗仅为百公里7.5升。要知道与其体型相仿的宝马X3,在252匹和350牛米的动力水准下,百公里油耗还要8升呢。今后相信日产和英菲尼迪旗下会有更多车型装配这款发动机。另一方面,汽油机也许会因为这个技术而继续存活下去。

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