日產(chǎn)可變壓縮比引擎解析 動力媲美3.5L V6

　　【太平洋汽車網(wǎng) 技術頻道】我們對車總是有很高的要求，又希望車有很好的動力性，又希望車非常好的經(jīng)濟性，但是大部分家用車都會取一個平衡值來盡量兼顧動力和油耗。那如何讓一臺發(fā)動機既有充沛的動力性，又有極致的經(jīng)濟性呢？我們曾經(jīng)在論文里看過不少的答案，但今天日產(chǎn)給出了個已經(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，壓縮比其實就是活塞位于下止點時氣缸的總容積除以活塞位于上止點時燃燒室的容積。

　　混合氣被壓縮的越多，做功時膨脹的行程就越長，能做更多的功，相應的效率也就會越高。所以由此我們可以知道，壓縮比越高，發(fā)動機的燃油經(jīng)濟性也就會越好。

　　這么看，似乎提高壓縮比并不難，那為什么大多數(shù)發(fā)動機都不會將壓縮比設置得太高呢？

▲因為爆震：

　　當氣缸內(nèi)壓力、溫度過高時爆震容易產(chǎn)生，影響經(jīng)濟性的同時還會對損害發(fā)動機。汽油發(fā)動機的這個性質就決定了壓縮比不能過高，需要根據(jù)發(fā)動機在滿負荷的條件來確定最大壓縮比值，以保證發(fā)動機在任何情況下都不會發(fā)生爆震。

　　另外，由于發(fā)動機通過節(jié)氣門來控制進氣量的多少，當發(fā)動機在部分負荷的情況下，由于進氣過程產(chǎn)生節(jié)流，進氣量減少。這時如果采用了高負荷時相同的壓縮比，事實上會降低了有效壓縮比。

　　所以我們不難發(fā)現(xiàn)：當在高負荷的時候，發(fā)動機不需要太高的壓縮比，稍低的壓縮比可以保證混合氣不會過早燃燒，導致爆震；而在部分負荷的時候，發(fā)動機需要較高的壓縮比，以實現(xiàn)更好的燃油經(jīng)濟性。

▲可變壓縮比第一次出現(xiàn)：

　　其實人們很早之前就開始思考，能不能實現(xiàn)在不同工況下，發(fā)動機根據(jù)需求自動改變壓縮比呢？這個想法的誕生帶來了“可變壓縮比”這個概念。

　　可變壓縮比這個技術被認為是改善汽油發(fā)動機（點火燃燒）熱效率和燃油經(jīng)濟性主要的手段之一。但是往后因為種種技術問題無法解決，導致可變壓縮比技術在很長的時間內(nèi)無法實現(xiàn)量產(chǎn)，直到2018年日產(chǎn)VC-Turbo的出現(xiàn)。

　　實現(xiàn)可變壓縮比技術的發(fā)動機被命名為VC-T或者VC-Turbo，全稱為：Variable compression Turbo（可變壓縮比渦輪增壓發(fā)動機）。

　　這款2.0L渦輪增壓發(fā)動機結合了汽油發(fā)動機的動力和比較先進的四缸柴油發(fā)動機的扭矩及燃油效率上的優(yōu)勢，這絕對是一次在內(nèi)燃機上的技術突破。

　　下面我們來介紹一下，這款發(fā)動機是如何實現(xiàn)技術突破，量產(chǎn)可變壓縮比的。

▲1.可變壓縮比

多連桿系統(tǒng)結構

　　VC-Turbo在連桿結構上做了非常大的改變，從原本的一根連桿改變?yōu)槎喔B桿的結構，多連桿結構也是VC-Turbo發(fā)動機最大的亮點和難點之一。

 　　相比傳統(tǒng)發(fā)動機的曲軸連桿機構，VC-T發(fā)動機多了幾根連桿、一個控制軸以及一個控制電機。

　　相應的在曲軸連桿的運動方式上也會有非常大的不同，下面這個動圖可以很清晰地幫我們了解帶多連桿的發(fā)動機與普通發(fā)動機有什么樣的區(qū)別。

如何實現(xiàn)壓縮比變化

　　VC-Turbo發(fā)動機依靠多連桿系統(tǒng)和帶有獨特諧波減速齒輪的驅動電機來改變其壓縮比。當驅動電機旋轉時，驅動器連桿帶動偏心控制軸旋轉，改變控制連桿位置變化，從而帶動L型連桿的高低變化，L型連桿的位置發(fā)生變化將最終導致活塞的上止點位置的變化，實現(xiàn)發(fā)動機壓縮比變化。

VC-Turbo壓縮比變化：

　　上文我們提到，VC-Turbo發(fā)動機可以提高或降低活塞的上止點位置，使得壓縮比發(fā)生變化，以此給發(fā)動機提供最合適的壓縮比，實現(xiàn)不同工況下最佳的動力和燃油經(jīng)濟性。

　　下圖是VC-Turbo發(fā)動機在最大壓縮比和最小壓縮比時的活塞上止點位置差異示意圖：

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

　　因為相應上止點位置變化，下至點位置也變化。

　　小結：VC-Turbo發(fā)動機在部分負荷的情況下，發(fā)動機調(diào)節(jié)至高壓縮比，以提供更高的燃油經(jīng)濟性；而在需要動力、需要更大的功率和扭矩的工況下，發(fā)動機會調(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)動機可提供8：1（高性能）和14：1（高效率）之間任何數(shù)值的壓縮比值。

　　為了配合壓縮比的變化，VC-Turbo發(fā)動機其它的重要機構也需要有相應的變化。

▲2.可變?nèi)加蛧娚洌?/strong>

　　VC-Turbo發(fā)動機結合了日產(chǎn)之前已有的技術來實現(xiàn)其壓縮比可變，其中包括采用了兩種噴射方式來實現(xiàn)噴油。

　　為什么要采用兩種供油方式？缸內(nèi)直噴可以提高燃燒效率和性能，使發(fā)動機能夠避免在更高的壓縮比下爆震；MPI可以更早地混合燃料和空氣，使氣缸內(nèi)的燃燒更加充分，從而在低發(fā)動機負荷下實現(xiàn)更高的效率。

　　當壓縮比小的時候，VC-Turbo發(fā)動機采用缸內(nèi)直噴的供油方式；當壓縮比大的時候，VC-Turbo發(fā)動機則采用歧管噴射的方式給發(fā)動機供油。

▲3.可變?nèi)紵h(huán)介紹、

　　VC-Turbo發(fā)動機搭載雙循環(huán)，可以實現(xiàn)在奧托循環(huán)和阿特金森循環(huán)之間切換，從而在壓縮比變化時，達到更佳的燃油經(jīng)濟性和最佳動力性。

兩種循環(huán)有什么不同？

　　奧托循環(huán)就是我們普通發(fā)動機的采用的燃燒循環(huán)；阿特金森循環(huán)能讓發(fā)動機的膨脹比大于壓縮比，從而提高發(fā)動機燃油效率。日產(chǎn)VC-Turbo發(fā)動機的阿特金森循環(huán)是靠進氣門晚關來實現(xiàn)的。

　　阿特金森循環(huán)下，壓縮行程變短，膨脹行程不變，這就實現(xiàn)了膨脹比大于壓縮比的效果，從而減少泵氣損失，增大發(fā)動機有效功。

　　在阿特金森循環(huán)下，VC-Turbo發(fā)動機通過正時可變控制系統(tǒng)控制進氣門延遲關閉（允許進氣門在壓縮沖程短暫開啟）。

▲4.可變排量機油泵：

　　除了上文中介紹的技術外，為了配合壓縮比的不斷變化，VC-Turbo發(fā)動機還采用了可變排量機油泵。通過電子控制，可根據(jù)發(fā)動機在不同壓縮比下對油壓與摩擦需求的不同，給零部件精準輸送機油，保證潤滑。

　　實現(xiàn)了可變壓縮比的VC-Turbo發(fā)動機與日產(chǎn)的自然吸氣VQ35DE 3.5L V6發(fā)動機綜合性能相比毫不遜色，但與3.5L V6發(fā)動機相比，VC-Turbo的燃油經(jīng)濟性提高了27％，油耗低于同級2.0T；在動力方面則可以媲美日產(chǎn)3.5L V6發(fā)動機的性能。

　　可變壓縮比技術的量產(chǎn)，不僅滿足了駕駛者對動力和經(jīng)濟性的追求，還可以幫助發(fā)動機在將來很長一段時間內(nèi)滿足嚴格的排放要求。對于一個汽車企業(yè)來說，技術永遠是第一生產(chǎn)力。目前日產(chǎn)已經(jīng)把這款發(fā)動機搭載于天籟上，并于2019年上市，這意味著這款黑科技的發(fā)動機離我們已經(jīng)不再遙遠，曾經(jīng)論文里讀到的、似乎遙不可及的技術已經(jīng)來到我們身邊。（圖/文/攝：太平洋汽車網(wǎng) 遲東寧）