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(shù)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?cè)莘e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(yīng)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(shè)置得太高呢？

▲因為爆震：

　　當(dāng)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(zhì)就決定了壓縮比不能過高，需要根據(jù)發(fā)動機在滿負(fù)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(dāng)發(fā)動機在部分負(fù)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(fù)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(dāng)在高負(fù)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(dǎo)致爆震；而在部分負(fù)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(shù)被認(rèn)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(shù)問題無法解決，導(dǎo)致可變壓縮比技術(shù)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(shù)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(jié)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(shù)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(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(gòu)，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(yīng)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(qū)動電機來改變其壓縮比。當(dāng)驅(qū)動電機旋轉(zhuǎn)時，驅(qū)動器連桿帶動偏心控制軸旋轉(zhuǎn)，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(dǎo)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(dāng)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(yīng)速度會低于1.2秒。

　　因為相應(yīng)上止點位置變化，下至點位置也變化。

　　小結(jié)：VC-Turbo發(fā)動機在部分負(fù)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。