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终于量产了!深度解读英菲尼迪可变压缩比发动机
发布时间:2016-08-17 08:46   来源/作者:吴佩频道 网上车展 发表评论!

    如今发动机技术日新月异,各种“可变”技术遍布各个零部件,英菲尼迪带来了更可怕的可变技术——发动机压缩比可变,瞬间引起大家的注意!

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最近,英菲尼迪发布了一台全新的2.0T发动机,这台机器不再是基于梅赛德斯-奔驰M274发动机的产物。被英菲尼迪称为VC-T(Variable Compression Turbocharged)2.0T发动机,采用了当前日系最流行的双喷射(歧管喷射+缸内直喷)、双循环(阿特金森循环+奥托循环)技术,除此之外,更是把“可变压缩比”这个概念投入到了量产当中。

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这台VC-T 2.0T发动机能输出272hp的最大马力,最大扭矩达到390Nm,而英菲尼迪现在所使用的奔驰M274的数据为211hp和350Nm,综合性能输出有了质的提升。新发动机除了输出数据达到了同级别领先的水平外,燃油消耗率也比M274下降了27%,这是一个非常惊人的数据(要知道M274在能耗方面也是不俗的),最新消息表明,这台VC-T 2.0T发动机将搭载于全新一代的QX50上,预计在2016年巴黎车展首发。

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举个例子,搭载M274 2.0T发动机的Q50轿车,工信部的百公里综合油耗为7.4L,下降27%的话,那就是说,全新VC-T 2.0T发动机的百公里综合油耗可以低至5.4L的水平,而且发动机输出还大幅提升了。所以,这个“可变压缩比”技术,真有那么神奇?到底哪里神奇?吴佩频道给大家解读解读。

秘密在于非传统曲柄连杆结构

英菲尼迪的这台VC-T 2.0T发动机,核心主要是一套特殊结构的多连杆曲柄连杆机构(详见下图)。

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在原有的曲柄连杆机构上,该机构又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,并驱动传动臂,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。

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根据工况的不同,这款VC-T发动机的压缩比可在8:1-14:1的区间自由调节,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。按这么说,能耗降27%?我看这事靠谱。

不但如此,以往的活塞运动是不对称的,由于发生在上止点的急速运动是不对称的,所以使以往的4缸发动机的振动加大。 通过多连杆可变压缩比的构造和活塞的往复运动,更能实现完美的正弦曲线式运动,因此解决了上述的不对称现象,使直列4缸发动机的振动降低到接近V型6缸发动机的水平。

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其实,早在2005年,日产就发布了可变压缩比的概念,当时的产物与今天的VC-T发动机技术非常相似,但是复杂的结构,增加了发动机的尺寸和体积,对于空间布置更高难度;同时连杆数量的增多,会进而引发共振及异响现象的出现,对NVH的控制要求更高,工件的加工精度要求也更高。

因此,日产也只能把这项技术推迟直至今年才推出,这背后的条件是需要加工工艺、制造水平有了质的飞跃,抛开质量问题等落地了再说,做到“量产”这一点已经意义非凡了。

目的是什么?还是节能减排!

汽油发动机的燃烧特性注定了缸内的混合气压力不能过高,如果汽油在点火之前就因为压缩而燃烧的话,容易导致振动噪声加剧,运动部件所要承受的冲击负荷增大,从而影响发动机的工作可靠性和使用寿命,对此,我们称之为爆震。

特别在增压发动机上,气缸内的压力和温度都要比普通自然吸气发动机要高得多,因此,增压发动机只能采取比自吸发动机更低压缩比。增压发动机越想通过提高增压器的增压值来达到更高的动力输出,就得不断降低发动机的压缩比来适应,预防爆震。

但这种低压缩比的设计,又会导致发动机在增压器没有介入时,也就是发动机低转速时,燃烧效率非常低,动力输出要比高压缩比的自吸发动机低的多,相当于汽油被白白浪费掉。

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可变压缩比技术,能使发动机在低负荷时,采用一个高的压缩比,着重燃油经济性;高负荷时采用一个低压缩比,适应高增压值,带来高输出,而且发动机的有害物很大一部分产生于冷启动和暖机阶段,而可变压缩比技术可以缩短这个阶段,从而降低有害物排放。

双循环,也是一种可变压缩比

前文提到,英菲尼迪的新机器能实现阿特金森-奥托双循环,动态压缩比也能自由控制。动态压缩比变化,属于广义的可变压缩比,早已实现,比如马自达上的创驰蓝天发动机和丰田最新的几款发动机,都能实现阿特金森-奥托双循环,其实也是一种比较简单的可变压缩比技术。

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拿丰田发动机来讲,通过压缩冲程时的进气门延迟关闭更久,利用进气惯性把内部的混合气带走一小部分,相对于减少了发动机的压缩比,但是发动机的膨胀比却不变;那么发动机就能够消耗更小的能量就能进入膨胀做工,实现阿特金森循环,改变的是发动机的动态压缩比,这样发动机的工作效率就变高了(创驰蓝天技术也类似)。

但是这种技术的本质会削弱发动机的动力输出,如果有电机辅助,缺点会被弥补,如果没有混动系统加持,缺点就会被放大,表现为低速扭矩不足。所以,真正能够改变发动机物理压缩比的技术,才是能既节能省油,又维持高动力输出的黑科技。

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萨博也曾为之疯狂过!

大约30年以前,萨博也为可变压缩比技术伤尽了脑筋,直到倒闭的那一天,也没有把他们的想法量产。


萨博的可变压缩比技术称为SVC(Saab Variable Compression),实验发动机为一台直列5缸,1.6L,机械增压发动机。该发动机可分为上下两部分,其上半部分的气缸盖和气缸铸成一体,下半部分为曲轴箱。


工作时,曲轴箱的位置相对不变,气缸和活塞部分以曲轴为中心偏转一定角度,改变了燃烧室的容积,从而改变了发动机的压缩比。和英菲尼迪一样,压缩比根据工况在8:1-14:1之间变化,最大马力为225hp,百公里油耗为8.3L。

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萨博的这套SVC技术系统,缸盖与缸体铰接且能够摇动,工作时铰接处和压缩比控制部件需要承受巨大的交变应力,这要求缸体强度必须很大且驱动的电机必须有很大的功率,使得发动机的体积和质量大大增加。此外,还需要对气缸盖上的凸轮轴进行补偿,以及采用柔性的进、排气管等,这一切都会导致这套技术方案的结构异常复杂,最后导致流产。


而摆在我们眼前的事实是,随着加工工艺、制造水平的不断提升,英菲尼迪终于把可变压缩比技术量产了!很快也将以搭载于量产车的形式出现在我们眼前!



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