Двигатель с изменяемой степенью сжатия

Второе поколение кроссовера Infiniti QX50 получило кучу новшеств, самым важным из которых стал уникальный мотор - 2,0 литровая «турбочетверка» VC-Turbo с изменяемой степенью сжатия. Идея создания бензинового мотора, где степень сжатия в цилиндрах была бы величиной непостоянной, не нова. Так, при разгоне, когда требуется наибольшая отдача двигателя, можно на несколько секунд пожертвовать его экономичностью, уменьшив степень сжатия, - это позволит предотвратить детонацию, самопроизвольное возгорание топливной смеси, которое может возникнуть при высоких нагрузках. При равномерном движении степень сжатия, напротив, желательно повысить, чтобы добиться более эффективного сгорания топливной смеси и снижения расхода горючего - в этом случае нагрузка на мотор невелика и опасность возникновения детонации минимальна.
В общем, в теории все просто, однако реализовать эту идею на практике оказалось не так уж легко. И японские конструкторы стали первыми, кто сумел довести замысел до серийного образца.
Двигатель с изменяемой степенью сжатия
Суть разработанной корпорацией Nissan технологии в том, чтобы, в зависимости от требуемой отдачи мотора, непрерывно изменять максимальную высоту подъема поршней (так называемую верхнюю мертвую точку - ВМТ), что в свою очередь приводит к уменьшению или росту степени сжатия в цилиндрах. Ключевой деталью этой системы является особое крепление шатунов, которые соединяются с коленчатым валом через подвижный блок коромысел. Блок в свою очередь связан с эксцентриковым управляющим валом и электромотором, который по команде электроники приводит этот хитрый механизм в движение, меняя наклон коромысел и положение ВМТ поршней во всех четырех цилиндрах одновременно.
Двигатель с изменяемой степенью сжатия
Разница степени сжатия в зависимости от положения ВМТ поршня. На левой картинке мотор находится в экономичном режиме, на правой - в режиме максимальной отдачи. A: когда требуется изменение степени сжатия, электромотор поворачивает и перемещает рычаг привода. B: приводной рычаг поворачивает управляющий вал. C: когда вал вращается, он действует на рычаг, связанный с коромыслом, изменяя угол наклона последнего. D: в зависимости от положения коромысла, ВМТ поршня поднимается или опускается, таким образом изменяя степень сжатия.
В результате при разгоне степень сжатия уменьшается до 8:1, после чего мотор переходит в экономичный режим работы со степенью сжатия 14:1. Его рабочий объем при этом меняется от 1997 до 1970 см3. «Турбочетверка» нового Infiniti QX50 развивает мощность 268 л. с. и крутящий момент в 380 Нм - ощутимо больше, чем 2,5 литровый V6 предшественника (его показатели - 222 л. с. и 252 Нм), расходуя при этом на треть меньше бензина. Кроме того, VC-Turbo на 18 кг легче атмосферной «шестерки», занимает меньше места под капотом и достигает максимума крутящего момента в зоне более низких оборотов.
Карта изменения степени сжатия мотора в зависимости от оборотов и нагрузки
Карта изменения степени сжатия мотора в зависимости от оборотов и нагрузки
Кстати, система регулировки степени сжатия не только повышает эффективность работы мотора, но и снижает уровень вибраций. Благодаря коромыслам шатуны при рабочем ходе поршней занимают почти вертикальное положение, в то время как у обычных двигателей они ходят из стороны в сторону (из-за чего шатуны и получили свое название). В результате даже без уравновешивающих валов этот 4-цилиндровый агрегат работает так же тихо и плавно, как V6. Но изменяемое положение ВМТ при помощи сложной системы рычагов - не единственная особенность нового мотора. Меняя степень сжатия, этот агрегат также способен переключаться между двумя рабочими циклам: классическим Отто, по которому функционирует основная масса бензиновых двигателей, и циклом Аткинсона, встречающимся в основном у гибридов. В последнем случае (при высокой степени сжатия) из-за большего хода поршней рабочая смесь сильнее расширяется, сгорая с большей эффективностью, в результате растет КПД и снижается расход бензина.
Двигатель с изменяемой степенью сжатия
Двигаясь вверх или вниз, нижний рычаг меняет положение поршня относительно камеры сгорания.
Помимо двух рабочих циклов, этот мотор также использует две системы впрыска: классический распределенный MPI и непосредственный GDI, который повышает эффективность сгорания топлива и позволяет избежать детонации при высоких степенях сжатия. Обе системы работают попеременно, а при высоких нагрузках - одновременно. Положительный вклад в повышение КПД двигателя вносит и особое покрытие стенок цилиндров, которое наносится методом плазменного напыления, а затем закаливается и хонингуется. В результате получается ультрагладкая «зеркальная» поверхность, на 44% уменьшающая трение поршневых колец.

И какова выгода?

По словам инженеров, VC-T должен стать на 27% экономичнее текущих атмосферных V6 серии VQ, которые он постепенно заменит. Значит, паспортный расход в комбинированном цикле будет находиться в пределах 7 литров. И все-таки оценить реальный вклад новой технологии в экономичность пока невозможно, слишком уж различаются моторы VC-T и VQ. Объем, наличие наддува, количество цилиндров - все по-разному. Поэтому в реальных преимуществах японской разработки еще предстоит разобраться, но, как и любая революция, она интересна уже сама по себе.
Двигатель с изменяемой степенью сжатия
Еще одна уникальная особенность мотора VC-Turbo - это интегрированная в его верхнюю опору система активного подавления вибраций Active Torque Road, основой которой является возвратно-поступательный актуатор. Эта система управляется датчиком ускорений, фиксирующим колебания двигателя и в ответ генерирует гасящие вибрации в противофазе. Активные опоры в Infiniti впервые использовали в 1998 году на дизельном моторе, но та система оказалась слишком громоздкой, поэтому не получила распространения. Проект пролежал под сукном до 2009 года, пока японские инженеры не взялись за его усовершенствование. На то, чтобы решить проблему избыточного веса и размеров гасителя колебаний, ушло еще 8 лет. Но результат впечатляет: благодаря ATR 4-цилиндровый агрегат нового Infiniti QX50 работает на 9 дБ тише, чем V6 его предшественника!
Одной из тех, кто максимально близко подошел к созданию серийного мотора с изменяемой степенью сжатия, была марка Saab. У шведов, правда, относительно друг друга смещались верхняя и нижняя часть блока цилиндров. А в моторе Infiniti/Nissan изменения затронули конструкцию кривошипно-шатунного механизма.


ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ НА САЙТЕ


Схема КПП ВАЗ 2110

Пятиступенчатая КПП ВАЗ 2110 состоит из двух валов, имеет пять передач переднего входа, одну заднюю, оснащена синхронизаторами для переключения передних передач. Она конструктивно объединена с дифференциалом и главной передачей. ...

Принцип работы форсунки инжекторного двигателя

Топливные форсунки в бензиновом двигателе представляют собой небольшие электромеханические устройства, которые используются для распыления топлива во впускной коллектор непосредственно перед впускным клапаном. Инжектор имеет сетку с высоким микронным...

Система рекуперации энергии торможения

Электрические поезда, автомобили и другие электромобили питаются от электродвигателей, подключенных к батареям. Когда вы едете, энергия течет от батарей к двигателям, поворачивая колеса и обеспечивая вам кинетическую энергию, которую вам нужно переме...

Топливная система ВАЗ 2114

Не секрет, что без бензина на автомобиле далеко не уедешь. Потому для работы двигателя просто необходимо, чтобы вся топливная система функционировала в оптимальном режиме. Во многом за подачу топлива на двигатель отвечает бензонасос, которого модель...

Физические принципы работы ракетных двигателей

Ракета в простейшем виде представляет собой камеру, в которой находится газ под давлением. Небольшое отверстие на одном конце камеры позволяет газу выходить, и при этом создается тяга, которая продвигает ракету в противоположном направлении. Хорошим...

Шкода Карок характеристики и цена в России 2019

Karoq - совершенно новый автомобиль, который пришел на смену странному и прекрасному Йети. Таким образом, это кроссовер среднего размера, который будет конкурировать с Nissan Qashqai и миллионами автомобилей, подобных ему. ...

КПП ВАЗ 2109 5 ступка - устройство, схема

5-ступенчатая МКПП ВАЗ 2109 производилась на предприятии в Тольятти с 1987 по 2005 годы и ставилась на все многочисленные переднеприводные модели АвтоВАЗа на платформе 2108-09. Данная трансмиссия рассчитана на крутящий момент силовых агрегатов до 1.6...

Ремонтные размеры коленвала Д-240, 243, 245

Коленвал двигателя Д-240 трактора МТЗ-80, МТЗ-82 полноопорный, стальной (имеет пять коренных и четыре шатунных шейки, рабочие поверхности которых закалены токами высокой частоты. В шатунных шейках коленчатого вала Д-240 имеются полости для центробежн...