Тест драйв представлення революційного двигуна на Infiniti - VC-Turbo

Розмова з провідними спеціалістами Infiniti та Renault-Nissan — Шінічі Кага та Аленом Рапосто

Ален Рапосто виглядає впевнено. Віце-президент альянсу Renault-Nissan, відповідальний за розробку двигунів, має для цього всі підстави. Поруч із залом, де ми говоримо, знаходиться стенд Infiniti, розкішної дочірньої компанії Nissan, яка сьогодні представляє перший у світі серійний двигун VC-Turbo зі змінним ступенем стиснення. Така ж енергія випливає від його колеги Шинічі Кіги, керівника моторного відділу Infiniti.

Прорив, зроблений дизайнерами Infiniti, справді величезний. Створення серійного бензинового двигуна зі змінним ступенем стиснення - це справді технологічна революція, яка, незважаючи на численні спроби, ще нікому не дана. Щоб зрозуміти сенс такої речі, добре прочитати нашу серію "Що відбувається в двигуні автомобіля", де описуються процеси згоряння в бензиновому двигуні. Тут ми згадаємо, однак, що з термодинамічної точки зору, чим вищий ступінь стиснення, тим ефективніший двигун - дуже просто кажучи, тому частинки палива та кисню з повітря набагато ближче, і хімічна речовина реакції більш повні, крім того, тепло не розсіюється назовні, а споживається самими частинками.

Високий ступінь стиснення - одна з великих переваг дизельного двигуна перед бензиновим. Гальмом останнього є явище детонації, добре описане у циклі статей, про які йдеться. При більших навантаженнях, відповідно більш широкому відкритому дросельному клапані (наприклад, при прискоренні для обгону), кількість паливної повітряної суміші, що надходить у кожен циліндр, більша. Це означає вищий тиск і вищу середню робочу температуру. Останнє, в свою чергу, спричиняє сильніше стиснення залишків паливно-повітряної суміші з фронту полум’я згоряння, більш інтенсивне утворення пероксидів та гідроксерксів у залишках та ініціювання вибухового згоряння в двигуні, яке зазвичай відбувається на надзвичайно високих швидкостях. , металеве кільце і буквальне розсіювання енергії, що генерується залишковою сумішшю.

Щоб зменшити цю тенденцію при великих навантаженнях (звичайно, тенденція до детонації залежить від інших факторів, таких як зовнішня температура, температура охолоджуючої рідини та температури масла, детонаційна стійкість палива тощо) конструктори змушені зменшувати ступінь стиснення. Однак при цьому вони програють з точки зору ефективності роботи двигуна. Все вищезазначене ще більш справедливе за наявності турбонаддува, оскільки повітря, хоч і охолоджується інтеркулером, все ж надходить попередньо стисненим у циліндри. Це означає більше палива, відповідно, і вищу схильність до детонації. Після масового впровадження скорочувальних двигунів з турбонаддувом ця проблема стала ще більш очевидною. Ось чому дизайнери говорять про "геометричний коефіцієнт стиснення", який визначається конструкцією двигуна і "реальний", коли враховується коефіцієнт попереднього стиснення. Тому навіть у сучасних турбодвигунах з безпосереднім уприскуванням палива, що відіграє важливу роль у внутрішньому охолодженні камери згоряння та зниженні середньої температури процесу горіння, відповідно схильності до детонації, ступінь стиснення рідко перевищує 10,5: 1.

Але що було б, якби геометричний ступінь стиснення міг змінюватися в процесі роботи. Бути високим у режимах низького та часткового навантаження, досягаючи теоретичного максимуму, та знижуватися при високому тиску турбонаддуву та високому тиску та температурі в циліндрах, щоб уникнути детонацій. Це дозволило б як збільшити потужність з турбонаддувом з вищим тиском, так і вищим ККД, відповідно меншим споживанням палива.

Тут після 20 років роботи двигун Infiniti показує, що це можливо. За словами Рапосто, робота, яку доклали команди для її створення, була величезною і результатом муки танталу. Різні варіанти випробовувались з точки зору архітектури двигуна, доки 6 років тому цього не було досягнуто і почалися точні налаштування. Система дозволяє динамічно, плавно регулювати ступінь стиснення в діапазоні від 8: 1 до 14: 1.

Сама конструкція винахідлива: шатун кожного циліндра передає свій рух не безпосередньо шайбам колінчастого вала, а одному куту спеціальної проміжної ланки з отвором посередині. Агрегат розміщений на шийці шатуна (він знаходиться у його отворі) і, отримуючи силу шатуна з одного кінця, передає його на шийку, оскільки агрегат не обертається, а виконує коливальний рух. З іншого боку розглянутого блоку розташована важільна система, яка служить для нього своєрідною опорою. Система важелів обертає пристрій вздовж своєї осі, зміщуючи таким чином точку кріплення шатуна з іншого боку. Коливальний рух проміжного блоку зберігається, але його вісь обертається і, таким чином, визначає різні початкові та кінцеві положення шатуна, відповідно поршня та динамічну зміну ступеня стиснення залежно від умов.

Ви скажете - але це нескінченно ускладнює двигун, вводить в систему нові рухомі механізми, і все це призводить до збільшення тертя та інертних мас. Так, на перший погляд це так, але з механізмом двигуна VC-Turbo є кілька дуже цікавих явищ. Додаткові вузли кожного шатуна, керовані загальним механізмом, значною мірою врівноважують сили другого порядку, так що, незважаючи на робочий об'єм у два літри, чотирициліндровий двигун не потребує балансуючих валів. Крім того, оскільки шатун не виконує типовий широкий рух обертання, а передає силу поршня на одному кінці проміжного блоку, він насправді менший і легший (це залежить від усієї складної динаміки сил, що передаються через розглянуту систему). ) і - найголовніше - має відхилення у нижній частині всього 17 мм. Моменту найбільшого тертя уникають традиційні двигуни, характерні для моменту запуску поршня з верхньої мертвої точки, коли шатун тисне на вісь колінчастого вала і втрати є найбільшими.

Таким чином, на думку панів Рапосто та Кіги, недоліки значною мірою усуваються. Звідси переваги динамічної зміни ступеня стиснення, яке базується на заздалегідь встановленому на основі тестів на стенді та дорозі (тисячі годин) програмних продуктах без необхідності вимірювати в реальному часі, що відбувається в двигуні. Понад 300 нових патентів інтегровано в машину. Авангардна природа останнього включає також подвійну систему впорскування палива з форсункою для безпосереднього впорскування циліндра, що використовується в основному для холодних пусків та більших навантажень, та форсунку у впускних колекторах, що забезпечує кращі умови для витіснення палива та споживання енергії при частковому навантаженні. Таким чином, складна система впорскування пропонує найкраще з обох світів. Звичайно, двигун також вимагає більш складної системи змащення, оскільки описані вище механізми мають спеціальні канали змащення під тиском, які доповнюють основні канали в колінчастому валу.

Результатом цього є практично чотирициліндровий бензиновий двигун потужністю 272 к.с. і 390 Нм крутного моменту споживатимуть на 27% менше палива, ніж попередній атмосферний шестициліндровий двигун, близький до цієї потужності.

Текст: Георгій Колев, спеціальний посланник автоспорту та спорту Болгарії в Парижі