顛覆性的設(shè)計(jì):日產(chǎn)VC-TURBO可變壓縮比發(fā)動(dòng)機(jī)
如果說(shuō)前文提到的發(fā)動(dòng)機(jī)都是在原有發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)行的精細(xì)優(yōu)化,那么接下來(lái)說(shuō)到的這款發(fā)動(dòng)機(jī),則是從發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)著手,對(duì)傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了大刀闊斧的改動(dòng)和創(chuàng)新——它就是來(lái)自日產(chǎn)的VC-TURBO可變壓縮比發(fā)動(dòng)機(jī)。按照官方的說(shuō)法,通過(guò)革新,這臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)將低油耗、高動(dòng)力以及媲美6缸發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)平衡性結(jié)合在了一起。
我們知道,通常來(lái)說(shuō)發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮比越高,整體運(yùn)轉(zhuǎn)效率越高。但是在一些工況下(比如高轉(zhuǎn)速、高負(fù)載條件下)過(guò)高的壓縮比就可能導(dǎo)致氣缸內(nèi)的混合氣體過(guò)早點(diǎn)燃,導(dǎo)致爆燃的情況發(fā)生。如果能夠改變發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比,那就實(shí)現(xiàn)了低油耗和高動(dòng)力的兼顧,無(wú)疑是許多發(fā)動(dòng)機(jī)工程師的夢(mèng)想。然而囿于發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)的限制,這一想法被擱置了數(shù)十年。
而日產(chǎn)的工程師則另辟蹊徑:將一套設(shè)計(jì)巧妙的多連桿裝置將曲軸同活塞連桿相連,通過(guò)改變連桿角度實(shí)現(xiàn)了壓縮比的變化。
上圖為VC-TURBO發(fā)動(dòng)機(jī)可變壓縮比機(jī)構(gòu)的主要結(jié)構(gòu)。我們看到,當(dāng)需要改變發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮比時(shí),諧波齒輪驅(qū)動(dòng)裝置可以轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度,從而改變這套多連桿裝置的幾何結(jié)構(gòu),使活塞連桿同曲軸的相對(duì)位置發(fā)生改變,實(shí)現(xiàn)壓縮比的變化。目前這款VC-TURBO發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比可以從8:1(高性能)到14:1(高燃效)之間無(wú)級(jí)變化,相應(yīng)地,排量也從1991mL(8:1)到1970mL(14:1)之間變化。
采用可變壓縮比結(jié)構(gòu)的這款發(fā)動(dòng)機(jī)效果立竿見(jiàn)影:它的最大功率為272馬力,最大扭矩380!っ祝瑒(dòng)力輸出在同級(jí)別中達(dá)到了優(yōu)秀水準(zhǔn);其次燃油效率較之前的6缸動(dòng)機(jī)降低了30-35%(視不同驅(qū)動(dòng)形式而定)。
可能很多人在質(zhì)疑:多出來(lái)的這套連桿裝置會(huì)增加發(fā)動(dòng)機(jī)的體積和重量嗎?事實(shí)上,這款結(jié)構(gòu)復(fù)雜的發(fā)動(dòng)機(jī)較傳統(tǒng)的2.0T發(fā)動(dòng)機(jī)在重量和體積上并無(wú)區(qū)別。秘訣就在于這套連桿由于巧妙的設(shè)計(jì),令其活塞在做功行程幾乎是垂直向下運(yùn)動(dòng),這樣一來(lái)就極大地降低了發(fā)動(dòng)機(jī)整體的振動(dòng),從而省去了普通4缸發(fā)動(dòng)機(jī)的平衡軸設(shè)計(jì),很好地控制了整體重量和體積。
除此之外,當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域的諸多先進(jìn)技術(shù)也出現(xiàn)在它的身上。比如它采用了歧管?chē)娚?缸內(nèi)直噴兩種燃油噴射方式,以及奧托/阿特金森兩種循環(huán)方式,配合不同的壓縮比,將發(fā)動(dòng)機(jī)的潛力發(fā)揮到極致。
在高壓縮比狀態(tài)下,發(fā)動(dòng)機(jī)采用阿特金森循環(huán)配合燃油直噴,最大程度地提升燃效,并且避免爆震;在低圧縮比狀態(tài)下,發(fā)動(dòng)機(jī)則切換至奧托循環(huán),從而實(shí)現(xiàn)更好的動(dòng)力輸出。此外,冷卻循環(huán)控制、鏡面涂層技術(shù)以及變排量油泵的設(shè)計(jì)則進(jìn)一步減少了不必要的能量消耗。
低油耗、高輸出,并且還有媲美6缸發(fā)動(dòng)機(jī)的平順性,日產(chǎn)VC-TURBO發(fā)動(dòng)機(jī)將諸多看似矛盾的特點(diǎn)集成在了一起。其獨(dú)創(chuàng)可變壓縮比的多連桿結(jié)構(gòu),則打破了內(nèi)燃機(jī)在100多年以來(lái)固定的設(shè)計(jì),我不禁要為這種大膽而巧妙的創(chuàng)新點(diǎn)贊。
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