英国和菲尼迪延伸燃油发动机的使命:VC-涡轮发动机技术

似乎近年来,内燃机就像一个“钉子户”,成为电动化趋势下所有竞争对手的“尖刀”。传统车企大多在思考如何更快适应电气化,从而几乎放弃了内燃机的技术研发,更多的是提高发动机的热效率来提高混合动力汽车的运行性能。事实上,这并没有错。面对日益严格的排放法规,英国和菲尼迪似乎别无选择,只能直接给出答案:VC Turbo(可变压缩涡轮增压)。

首先我们必须知道的:VC-Turbo是针对发动机的技术,不是发动机。

其次,这是全新的发动机技术,而不是日产、英国、菲尼迪抄袭奔驰的M274发动机和产品。

第三,这是一台以高效环保为目的的大功率发动机。

可变压缩涡轮增压

即可变压缩比涡轮发动机技术。这里顺便提一下压缩比的含义,简单来说就是空气被活塞压缩的体积与进入发动机燃烧室后的实际体积之比。

而可变压缩比可以使这个比值在一定条件下发生变化。这种改变的好处是提高了循环热效率。注意,这是循环热效率。目前最具代表性的是马自达的蓝天技术,就是用最简单的方式来调节进气门的关闭时间,通过气体的惯性原理,在压缩冲程中把气缸内的一小部分混合气抽出来,从而降低压缩比。但限制条件是缸内膨胀比不变,这样可以实现更少的消耗。

马自达的解决方案是延长排气路径,并提前高密度燃油喷射,以进一步燃烧混合气,从而解决低扭矩的问题。另外,创驰蓝天不是简单的发动机技术,而是一整套发动机和传动系统的协调和调校。其实大众EA888也做到了高压缩比和高热效率,只是没有通过这个技术途径。

所以我们也看到了提高压缩比的好处。当然日产英菲尼迪也知道这个事情,很早就提出了这个概念。2002年,我们尝试生产可变压缩比的发动机。但由于当时材料和加工工艺的限制,连杆强度不稳定,导致日产暂时放弃了这项技术的研发,转而专注于提高发动机的动力输出。

很多人也知道,生产战斗机的汽车制造商萨博,30多年来一直在追求发动机技术。曾经他们也在可变压缩比上绞尽脑汁,也就在那个时候提出了SVC。但由于发动机的结构过于复杂,虽然也可以改成8:1和14:1,但由于控制部分需要大功率驱动电机进行补偿控制,发动机的体积和重量无法用当年的技术条件控制。同时,内部的进排气组合结构过于复杂,对发动机的维护和保养是一个极大的挑战。所以这两个问题一直没有解决,导致了这项技术的缺失。但根据当时的数据,在机械涡轮的帮助下,1.6L发动机可以提供225马力,百公里油耗仅为8.3L

时间转到了2016。随着加工业的快速发展,材料也有了很大的进步。日产也重新考虑了如何有效完成压缩比的自由调节。日产工程师用三个关键部件解决了这个问题:多连杆、电机和减速齿轮。

一般来说,正常发动机的曲轴是可以固定的,不能随意移动,这样才能保证活塞连杆的稳定运行。英国和菲尼迪的工程师在曲轴连杆上增加了一套多连杆机构,多连杆通过减速齿轮与驱动电机相连。这样,“世纪”的控制问题就解决了。

从官图中我们可以看到,电机的力可以控制减速齿轮的转动,同时带动多个连杆的相对角度变化,从而控制活塞在曲轴上的行程位置,从而完成压缩比的变化。在EUC的配合下,压缩比可以精确控制。

没关系。描述可能太复杂了。我们可以通过这个动画来看。最右边是电机驱动的执行器(谐波执行器),通过传动臂调节控制轴的位置,使曲轴上的多连杆角度发生变化,使活塞连杆也随着行程发生变化,从而改变活塞的行程。

核心的东西我们已经知道了,但这只是开始,只是提高热效率。要知道这是伴随涡轮发动机的技术,涡轮是被动挤压发动机的,所以相对于发动机会产生一定的载荷。很多高压缩比的发动机不可避免的缺点之一就是低扭矩不足。所以英国和菲尼迪面临另一个问题。

提高动力,最重要的是提高燃烧效率,目前最流行的两种方法是阿特金森循环和奥托循环。得益于压缩比的自由转换,在高压缩比的情况下,燃烧方式可以进行阿特金森循环,这种循环要求发动机的活塞行程更长,这样膨胀比可以大于压缩比,燃烧时可以有更大的膨胀体积,可以充分释放热量,提高利用率,达到高效率;同理,压缩比降低,发动机可以回到标准的奥托循环,所以这就完美的解决了动力输出的障碍。

了解发动机工作原理的朋友应该知道,发动机在高压缩比时会爆震。爆震的主要来源是燃料和空气中的氧气不能有效混合燃烧的物理现象。对于日产英菲尼迪来说,克服这一困难要容易得多,这就为我们带来了著名的VQ系列发动机。

日产旨在更有效地提高VQ发动机的燃油效率,挖掘发动机的潜力。早期增加了电控系统,实现对燃烧的精确控制,所以我们可以看到多孔喷油器在VR发动机中的应用。并不是普通汽油机的8孔设计,而是多达12孔,只是为了让燃油的雾化效果更好。采用高强度火花塞和涡轮增压技术,燃料燃烧迅速充分,配合电子控制,可避免爆震现象。

其实这些都是小问题,基本靠科技进步。由此可见MPI和GDI喷射方式在VC-Turbo发动机上的灵动性。克服高负荷和优化低负荷的一系列困难,也是现代汽车工业发展和应用的具体体现。

很多人会谈到四缸发动机的运行质量。由于固有的局限性,曲轴注定要带动活塞连杆转动,所以在这个过程中不可避免的会产生相对应力和惯性,这也是和V6、V8甚至更多缸发动机最大的差距。在VC-Turbo下,多连杆的组合设计使得活塞连杆只需要做相对垂直的往复运动,而不会产生额外的力角,因此克服了振动,发动机的运行稳定性显著提高。所以我们可以看到MR20发动机在VC-Turbo技术下的运行可以接近V6发动机的稳定性。

综合以上所有技术和特点,我们可以看到一个完整的VC-Turbo发动机。相比M275搭载的2.0T发动机,油耗增加35%,甚至四驱车型足足增加30%。动力方面,可以释放272马力和380n·m的峰值扭矩,比奔驰M274的211马力和350n·m要强很多。同时运行平顺性无与伦比。

最多的时候,VC-Turbo的发展历史已经走过了20多年,里面有300多项专利技术。日产英语菲尼迪不是那种急于求成的创客。无论是从经典的VQ系列到性能优异的VR系列,甚至KR20 VC_Turbo都是一点一点积累磨练出来的。

说完了技术,我们来说点实际的。虽然发动机不错,但目前在英国和菲尼迪销售的国产车型中,只有QX50在用,主要是因为车型是水平前驱的平台,和老款QX50根本原因不大。日产的内部代号是P71A,所以在驾驶和乘坐上与上一代车型有本质区别。

另外,QX50搭载的是日产的X-Tronic CVT变速箱,这其实在一定程度上有拖后腿的嫌疑。虽然调教比较经济平顺,但是相比之前的7AT,换挡速度慢了很多,驾驶乐趣少了很多。

还有来自日产自身问题的批评。为了利益最大化,导致其品牌的战略失误。它有很好的技术优势,但是没有办法适应市场。与此同时,同为日系的丰田和本田都在努力向混动拓展,日产则两头受阻;一方面在纯电领域喜出望外,积累的经验浪费了,没能第一时间投放市场赢得先机;其次,在混合方面,技术壁垒无法绕开。即使在光混领域,也只是在老技术上做文章,毫无优势可言。这一系列的原因在我之前的文章中也可以看到,你会有更多的理解。

目前日产的“失败”也导致了英伦和菲尼迪的陨落,品牌价值一落千丈。一个曾经不错的豪华品牌,现在变成了“日产Plus”。我真的不知道这种命运会持续多久,但是从日产的新计划来看,也是非常悲观的。所以喜欢这个牌子的朋友,还是买了珍惜吧。

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