日產(chǎn)可變壓縮比引擎解析 動(dòng)力媲美3.5L V6

　　【太平洋汽車網(wǎng) 技術(shù)頻道】我們對(duì)車總是有很高的要求，又希望車有很好的動(dòng)力性，又希望車非常好的經(jīng)濟(jì)性，但是大部分家用車都會(huì)取一個(gè)平衡值來盡量兼顧動(dòng)力和油耗。那如何讓一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)既有充沛的動(dòng)力性，又有極致的經(jīng)濟(jì)性呢？我們?cè)?jīng)在論文里看過不少的答案，但今天日產(chǎn)給出了個(gè)已經(jīng)量產(chǎn)的答案。

▲壓縮比是什么：

　　壓縮比是指活塞將吸入的空氣（混合氣）壓縮到什么程度。從下圖我們可以很容易地理解，壓縮比其實(shí)就是活塞位于下止點(diǎn)時(shí)氣缸的總?cè)莘e除以活塞位于上止點(diǎn)時(shí)燃燒室的容積。

　　混合氣被壓縮的越多，做功時(shí)膨脹的行程就越長(zhǎng)，能做更多的功，相應(yīng)的效率也就會(huì)越高。所以由此我們可以知道，壓縮比越高，發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性也就會(huì)越好。

　　這么看，似乎提高壓縮比并不難，那為什么大多數(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)都不會(huì)將壓縮比設(shè)置得太高呢？

▲因?yàn)?a class="cmsLink" target="_blank">爆震：

　　當(dāng)氣缸內(nèi)壓力、溫度過高時(shí)爆震容易產(chǎn)生，影響經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)還會(huì)對(duì)損害發(fā)動(dòng)機(jī)。汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的這個(gè)性質(zhì)就決定了壓縮比不能過高，需要根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)在滿負(fù)荷的條件來確定最大壓縮比值，以保證發(fā)動(dòng)機(jī)在任何情況下都不會(huì)發(fā)生爆震。

　　另外，由于發(fā)動(dòng)機(jī)通過節(jié)氣門來控制進(jìn)氣量的多少，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在部分負(fù)荷的情況下，由于進(jìn)氣過程產(chǎn)生節(jié)流，進(jìn)氣量減少。這時(shí)如果采用了高負(fù)荷時(shí)相同的壓縮比，事實(shí)上會(huì)降低了有效壓縮比。

　　所以我們不難發(fā)現(xiàn)：當(dāng)在高負(fù)荷的時(shí)候，發(fā)動(dòng)機(jī)不需要太高的壓縮比，稍低的壓縮比可以保證混合氣不會(huì)過早燃燒，導(dǎo)致爆震；而在部分負(fù)荷的時(shí)候，發(fā)動(dòng)機(jī)需要較高的壓縮比，以實(shí)現(xiàn)更好的燃油經(jīng)濟(jì)性。

▲可變壓縮比第一次出現(xiàn)：

　　其實(shí)人們很早之前就開始思考，能不能實(shí)現(xiàn)在不同工況下，發(fā)動(dòng)機(jī)根據(jù)需求自動(dòng)改變壓縮比呢？這個(gè)想法的誕生帶來了“可變壓縮比”這個(gè)概念。

　　可變壓縮比這個(gè)技術(shù)被認(rèn)為是改善汽油發(fā)動(dòng)機(jī)（點(diǎn)火燃燒）熱效率和燃油經(jīng)濟(jì)性主要的手段之一。但是往后因?yàn)榉N種技術(shù)問題無法解決，導(dǎo)致可變壓縮比技術(shù)在很長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)無法實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，直到2018年日產(chǎn)VC-Turbo的出現(xiàn)。

　　實(shí)現(xiàn)可變壓縮比技術(shù)的發(fā)動(dòng)機(jī)被命名為VC-T或者VC-Turbo，全稱為：Variable compression Turbo（可變壓縮比渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)）。

　　這款2.0L渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)合了汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力和比較先進(jìn)的四缸柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩及燃油效率上的優(yōu)勢(shì)，這絕對(duì)是一次在內(nèi)燃機(jī)上的技術(shù)突破。

　　下面我們來介紹一下，這款發(fā)動(dòng)機(jī)是如何實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破，量產(chǎn)可變壓縮比的。

▲1.可變壓縮比

多連桿系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　VC-Turbo在連桿結(jié)構(gòu)上做了非常大的改變，從原本的一根連桿改變?yōu)槎喔B桿的結(jié)構(gòu)，多連桿結(jié)構(gòu)也是VC-Turbo發(fā)動(dòng)機(jī)最大的亮點(diǎn)和難點(diǎn)之一。

 　　相比傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸連桿機(jī)構(gòu)，VC-T發(fā)動(dòng)機(jī)多了幾根連桿、一個(gè)控制軸以及一個(gè)控制電機(jī)。

　　相應(yīng)的在曲軸連桿的運(yùn)動(dòng)方式上也會(huì)有非常大的不同，下面這個(gè)動(dòng)圖可以很清晰地幫我們了解帶多連桿的發(fā)動(dòng)機(jī)與普通發(fā)動(dòng)機(jī)有什么樣的區(qū)別。

如何實(shí)現(xiàn)壓縮比變化

　　VC-Turbo發(fā)動(dòng)機(jī)依靠多連桿系統(tǒng)和帶有獨(dú)特諧波減速齒輪的驅(qū)動(dòng)電機(jī)來改變其壓縮比。當(dāng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，驅(qū)動(dòng)器連桿帶動(dòng)偏心控制軸旋轉(zhuǎn)，改變控制連桿位置變化，從而帶動(dòng)L型連桿的高低變化，L型連桿的位置發(fā)生變化將最終導(dǎo)致活塞的上止點(diǎn)位置的變化，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮比變化。

VC-Turbo壓縮比變化：

　　上文我們提到，VC-Turbo發(fā)動(dòng)機(jī)可以提高或降低活塞的上止點(diǎn)位置，使得壓縮比發(fā)生變化，以此給發(fā)動(dòng)機(jī)提供最合適的壓縮比，實(shí)現(xiàn)不同工況下最佳的動(dòng)力和燃油經(jīng)濟(jì)性。

　　下圖是VC-Turbo發(fā)動(dòng)機(jī)在最大壓縮比和最小壓縮比時(shí)的活塞上止點(diǎn)位置差異示意圖：

　　在完成8:1-14:1壓縮比變化的時(shí)間只需要1.2秒，在這1.2秒里意味著電腦已經(jīng)判斷好了當(dāng)前所需的壓縮比值和實(shí)現(xiàn)壓縮比的變化。另外，如果不是需要在兩個(gè)極端數(shù)值上做調(diào)整，那么它的調(diào)整相應(yīng)速度會(huì)低于1.2秒。

　　因?yàn)橄鄳?yīng)上止點(diǎn)位置變化，下至點(diǎn)位置也變化。

　　小結(jié)：VC-Turbo發(fā)動(dòng)機(jī)在部分負(fù)荷的情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)至高壓縮比，以提供更高的燃油經(jīng)濟(jì)性；而在需要?jiǎng)恿?、需要更大?a class="cmsLink" target="_blank">功率和扭矩的工況下，發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)調(diào)節(jié)至較低的壓縮比，避免發(fā)生爆震。在使用過程中，VC-Turbo發(fā)動(dòng)機(jī)可提供8：1（高性能）和14：1（高效率）之間任何數(shù)值的壓縮比值。