Prezentace testovací jízdy revolučního motoru na Infiniti - VC-Turbo
Rozhovor s předními specialisty Infiniti a Renault-Nissan — Shinichi Kaga a Alain Raposteau
Alain Raposto vypadá sebevědomě. Viceprezident aliance Renault-Nissan odpovědný za vývoj motorů má k tomu všechny důvody. S halou, kde hovoříme, sousedí stánek Infiniti, luxusní dceřiné společnosti Nissanu, která dnes představuje první sériově vyráběný motor VC-Turbo na světě s variabilním kompresním poměrem. Stejná energie proudí od jeho kolegy Shinichi Kigy, vedoucího oddělení motorů Infiniti.
Průlom provedený designéry Infiniti je opravdu obrovský. Vytvoření sériového benzínového motoru s proměnlivým stupněm komprese je skutečně technologickou revolucí, která přes mnoho pokusů dosud nebyla nikomu poskytnuta. Abychom pochopili význam takové věci, je dobré si přečíst naši sérii „Co se stane v motoru automobilu“, která popisuje procesy spalování v benzínovém motoru. Zde však zmíníme, že z termodynamického hlediska, čím vyšší je kompresní poměr, tím efektivnější je motor - velmi jednoduše řečeno, takže částice paliva a kyslíku ze vzduchu jsou mnohem blíže a chemická reakce jsou úplnější, navíc se teplo nerozptyluje ven, ale je spotřebováváno samotnými částicemi.
Vysoký stupeň komprese je jednou z velkých výhod vznětového motoru oproti benzínovému. Brzdou posledně jmenovaného je detonační jev, který je dobře popsán v řadě dotyčných článků. Při vyšším zatížení, respektive širší škrticí klapce (například při akceleraci předjíždění), je množství směsi paliva a vzduchu vstupující do každého válce větší. To znamená vyšší tlak a vyšší průměrnou provozní teplotu. Ten zase způsobuje silnější stlačení zbytků směsi paliva a vzduchu z čela spalovacího plamene, intenzivnější tvorbu peroxidů a hydroxerxů ve zbytku a zahájení výbušného spalování v motoru, které je typicky při extrémně vysokých rychlostech. , kovový prstenec a doslovný rozptyl energie generované zbytkovou směsí.
Ke snížení této tendence při vysokém zatížení (tendence k detonaci samozřejmě závisí na dalších faktorech, jako je vnější teplota, teplota chladicí kapaliny a oleje, odolnost proti detonaci paliv atd.), Jsou konstruktéři nuceni snižovat stupeň komprese. Tím však ztrácejí z hlediska účinnosti motoru. Všechno výše uvedené platí ještě více v případě přeplňování turbodmychadlem, protože vzduch, i když je chlazen mezichladičem, stále vstupuje do válců předem stlačený. To znamená více paliva a vyšší sklon k detonaci. Po hromadném zavedení přeplňovaných downsizingových motorů se tento problém stal ještě patrnějším. Proto konstruktéři hovoří o „geometrickém kompresním poměru“, který je určen konstrukcí motoru, a „reálném“ při zohlednění faktoru před kompresí. Proto i u moderních přeplňovaných motorů s přímým vstřikováním paliva, které hraje důležitou roli při vnitřním chlazení spalovací komory a snižování průměrné teploty spalovacího procesu, respektive tendence k detonaci, kompresní poměr zřídka překračuje 10,5: 1.
Co by se ale stalo, kdyby se geometrický stupeň komprese mohl v průběhu práce změnit. Být vysoký v režimech s nízkým a částečným zatížením, dosahující teoretického maxima a snižovaný při vysokém tlaku přeplňování a vysokém tlaku a teplotě ve válcích, aby nedocházelo k detonacím. To by umožňovalo jak možnost zvýšit výkon s turbodmychadlem s vyšším tlakem, tak s vyšší účinností, respektive nižší spotřebou paliva.
Tady, po 20 letech práce, motor Infiniti ukazuje, že je to možné. Podle Raposta byla práce, kterou týmy vynaložily na jeho vytvoření, obrovská a výsledkem tantalového trápení. Byly testovány různé varianty z hlediska architektury motoru, až do 6 let toho bylo dosaženo a začaly přesné úpravy. Systém umožňuje dynamické a plynulé nastavení kompresního poměru v rozsahu od 8: 1 do 14: 1.
Samotná konstrukce je důmyslná: Ojnice každého válce nepřenáší svůj pohyb přímo na hrdla ojnice klikového hřídele, ale do jednoho rohu speciálního mezilehlého článku s otvorem uprostřed. Jednotka je umístěna na hrdle ojnice (je ve svém otvoru) a přijímání síly ojnice na jednom konci ji přenáší na hrdlo, protože se jednotka neotáčí, ale provádí oscilační pohyb. Na druhé straně dotyčné jednotky je pákový systém, který slouží jako druh podpory. Pákový systém otáčí jednotku podél její osy, čímž posouvá připojovací bod ojnice na druhé straně. Oscilační pohyb mezilehlé jednotky je zachován, ale její osa se otáčí a určuje tak různé počáteční a koncové polohy ojnice, respektive pístu a dynamickou změnu stupně stlačení v závislosti na podmínkách.
Řeknete - ale to nekonečně komplikuje motor, zavádí do systému nové pohyblivé mechanismy a to vše vede ke zvýšenému tření a inertní hmotnosti. Ano, na první pohled to tak je, ale s mechanismem motoru VC-Turbo existují některé velmi zajímavé jevy. Přídavné jednotky každé ojnice, ovládané společným mechanismem, do značné míry vyvažují síly druhého řádu, takže i přes zdvihový objem dvou litrů čtyřválcový motor nepotřebuje vyvažovací hřídele. Kromě toho, protože ojnice neprovádí typický široký pohyb otáčení, ale přenáší sílu pístu na jednom konci mezilehlé jednotky, je prakticky menší a lehčí (záleží to na celé složité dynamice sil přenášených daným systémem ) a - co je nejdůležitější - má v dolní části vychylovací zdvih pouze 17 mm. Momentu největšího tření se u konvenčních motorů vyhýbá, což je typické pro okamžik spuštění pístu z horní úvrati, kdy ojnice tlačí na osu klikového hřídele a ztráty jsou největší.
Podle pánů Raposta a Kigy jsou tedy nedostatky do značné míry odstraněny. Odtud plynou výhody dynamické změny kompresního poměru, který je založen na přednastavení založeném na softwarových programech na zkušebním stavu a na silnici (tisíce hodin) bez nutnosti měřit v reálném čase, co se děje v motoru. Ve stroji je integrováno více než 300 nových patentů. Mezi jeho avantgardní vlastnosti patří také systém dvojitého vstřikování paliva se vstřikovačem pro přímé vstřikování válce, který se používá hlavně pro studené starty a vyšší zatížení, a vstřikovač v sacím potrubí zajišťující lepší podmínky pro výtlak paliva a menší spotřeba energie při částečném zatížení. Komplexní vstřikovací systém tak nabízí to nejlepší z obou světů. Motor samozřejmě vyžaduje také propracovanější mazací systém, protože výše popsané mechanismy mají speciální tlakové mazací kanály, které doplňují hlavní kanály v klikovém hřídeli.
Výsledkem toho v praxi je čtyřválcový benzínový motor s výkonem 272 koní. a točivý moment 390 Nm bude mít téměř o 27% nižší spotřebu paliva než předchozí atmosférický šestiválec.
Text: Georgi Kolev, zvláštní vyslanec automobilového a sportovního Bulharska v Paříži
