Probefahrt-Präsentation des revolutionären Motors auf Infiniti - VC-Turbo

Ein Gespräch mit den führenden Spezialisten von Infiniti und Renault-Nissan – Shinichi Kaga und Alain Raposteau

Alain Raposto sieht zuversichtlich aus. Der für die Motorenentwicklung zuständige Vizepräsident der Renault-Nissan-Allianz hat allen Grund dazu. Angrenzend an die Halle, in der wir sprechen, befindet sich der Stand von Infiniti, der Luxustochter von Nissan, die heute den weltweit ersten Serienmotor VC-Turbo mit variablem Verdichtungsverhältnis präsentiert. Die gleiche Energie fließt von seinem Kollegen Shinichi Kiga, dem Leiter der Motorenabteilung von Infiniti.

Der Durchbruch der Designer von Infiniti ist wirklich riesig. Die Schaffung eines Serienbenzinmotors mit variablem Verdichtungsverhältnis ist eine echte technologische Revolution, die trotz zahlreicher Versuche bisher niemandem gegeben wurde. Um die Bedeutung einer solchen Sache zu verstehen, ist es gut, unsere Serie "Was passiert im Automotor" zu lesen, die die Verbrennungsprozesse im Benzinmotor beschreibt. Hier werden wir jedoch erwähnen, dass aus thermodynamischer Sicht ein Motor umso effizienter ist, je höher der Kompressionsgrad ist - ganz einfach ausgedrückt, so dass die Partikel von Kraftstoff und Sauerstoff aus der Luft viel näher und die Chemikalie sind Die Reaktionen sind vollständiger, außerdem wird die Wärme nicht nach außen abgeführt, sondern von den Partikeln selbst verbraucht.

Der hohe Kompressionsgrad ist einer der großen Vorteile des Dieselmotors gegenüber dem Benzinmotor. Die Bremse an letzterem ist das Detonationsphänomen, das in der fraglichen Artikelserie gut beschrieben ist. Bei höheren Lasten bzw. einer breiteren Drosselklappe (z. B. beim Beschleunigen zum Überholen) ist die Menge des in jeden Zylinder eintretenden Kraftstoff-Luft-Gemisches größer. Dies bedeutet höheren Druck und höhere durchschnittliche Betriebstemperatur. Letzteres bewirkt wiederum eine stärkere Verdichtung der Kraftstoff-Luft-Gemischreste von der Verbrennungsflammenfront, eine intensivere Bildung von Peroxiden und Hydroxerxen im Restteil und die Einleitung einer explosiven Verbrennung im Motor, die typischerweise bei extrem hoher Drehzahl erfolgt. einen metallischen Ring und eine buchstäbliche Streuung der durch das Restgemisch erzeugten Energie.

Um diese Tendenz bei hohen Belastungen zu verringern (natürlich hängt die Tendenz zur Detonation von anderen Faktoren ab, wie z. B. Außentemperatur, Kühlmittel- und Öltemperatur, Detonationsbeständigkeit von Kraftstoffen usw.), müssen Konstrukteure den Kompressionsgrad verringern. Damit verlieren sie jedoch an Motorleistung. All dies gilt noch mehr bei Turboaufladung, da die Luft, obwohl sie vom Ladeluftkühler gekühlt wird, immer noch vorkomprimiert in die Zylinder eintritt. Dies bedeutet mehr Kraftstoff bzw. eine höhere Detonationsneigung. Nach der Masseneinführung von Downsizing-Turbomotoren wurde dieses Problem noch deutlicher. Aus diesem Grund sprechen Konstrukteure von einem „geometrischen Kompressionsverhältnis“, das durch das Motordesign definiert wird, und von „real“, wenn der Vorkompressionsfaktor berücksichtigt wird. Selbst bei modernen Turbomotoren mit Direkteinspritzung, die eine wichtige Rolle bei der inneren Kühlung des Brennraums und der Senkung der Durchschnittstemperatur des Verbrennungsprozesses bzw. der Tendenz zur Detonation spielen, überschreitet das Verdichtungsverhältnis daher selten 10,5: 1.

Aber was würde passieren, wenn sich der geometrische Kompressionsgrad im Laufe der Arbeit ändern könnte? In Niedrig- und Teillastmodi hoch sein, das theoretische Maximum erreichen und bei hohem Turboladerdruck und hohem Druck und hoher Temperatur in den Zylindern reduziert werden, um Detonationen zu vermeiden. Dies würde sowohl die Möglichkeit ermöglichen, die Leistung durch Turboaufladung mit höherem Druck als auch mit höherem Wirkungsgrad bzw. niedrigerem Kraftstoffverbrauch zu erhöhen.

Hier zeigt der Infiniti-Motor nach 20 Jahren Arbeit, dass dies möglich ist. Laut Raposto war die Arbeit der Teams enorm und das Ergebnis von Tantalqualen. Verschiedene Varianten wurden hinsichtlich der Motorarchitektur getestet, bis dies vor 6 Jahren erreicht wurde und die genauen Einstellungen begannen. Das System ermöglicht eine dynamische, stufenlose Einstellung des Kompressionsverhältnisses im Bereich von 8: 1 bis 14: 1.

Die Konstruktion selbst ist genial: Die Pleuelstange jedes Zylinders überträgt ihre Bewegung nicht direkt auf die Pleuelhälse der Kurbelwelle, sondern auf eine Ecke eines speziellen Zwischenglieds mit einem Loch in der Mitte. Das Gerät wird auf den Pleuelhals gelegt (es befindet sich in seiner Öffnung) und wird von der Kraft der Pleuelstange an einem Ende auf den Hals übertragen, da sich das Gerät nicht dreht, sondern eine oszillierende Bewegung ausführt. Auf der anderen Seite der fraglichen Einheit befindet sich ein Hebelsystem, das als eine Art Unterstützung dient. Das Hebelsystem dreht die Einheit entlang ihrer Achse und verschiebt so den Befestigungspunkt der Pleuelstange auf der anderen Seite. Die oszillierende Bewegung der Zwischeneinheit bleibt erhalten, aber ihre Achse dreht sich und bestimmt somit unterschiedliche Start- und Endpositionen der Pleuelstange bzw. des Kolbens und eine dynamische Änderung des Kompressionsgrades in Abhängigkeit von den Bedingungen.

Sie werden sagen - aber dies kompliziert den Motor endlos, führt neue Bewegungsmechanismen in das System ein und all dies führt zu erhöhter Reibung und inerten Massen. Ja, auf den ersten Blick ist es so, aber mit dem Motormechanismus VC-Turbo gibt es einige sehr interessante Phänomene. Die zusätzlichen Einheiten jeder Pleuelstange, die von einem gemeinsamen Mechanismus gesteuert werden, gleichen die Kräfte zweiter Ordnung weitgehend aus, so dass der Vierzylindermotor trotz seines Hubraums von zwei Litern keine Ausgleichswellen benötigt. Da die Pleuelstange nicht die typische breite Drehbewegung ausführt, sondern die Kraft des Kolbens auf ein Ende der Zwischeneinheit überträgt, ist sie tatsächlich kleiner und leichter (dies hängt von der gesamten komplexen Dynamik der Kräfte ab, die durch das betreffende System übertragen werden ) und hat - was am wichtigsten ist - im unteren Teil einen Abweichungsverlauf von nur 17 mm. Das Moment der größten Reibung wird bei herkömmlichen Motoren vermieden, die für das Moment des Startens des Kolbens vom oberen Totpunkt typisch sind, wenn die Pleuelstange auf die Kurbelwellenachse drückt und die Verluste am größten sind.

So werden nach Angaben der Herren Raposto und Kiga die Mängel weitgehend beseitigt. Daher die Vorteile einer dynamischen Änderung des Kompressionsgrads, die auf einer Voreinstellung basiert, die auf Prüfstandstests und auf der Straße (Tausende von Stunden) basiert, ohne dass in Echtzeit gemessen werden muss, was im Motor geschieht. Mehr als 300 neue Patente sind in die Maschine integriert. Die Avantgarde des letzteren umfasst auch ein duales Kraftstoffeinspritzsystem mit einem Injektor zur Direkteinspritzung eines Zylinders, der hauptsächlich für Kaltstarts und höhere Lasten verwendet wird, und einem Injektor in den Ansaugkrümmern, der bessere Bedingungen für die Kraftstoffverdrängung und einen kleineren bietet Energieverbrauch bei Teillast. Somit bietet das komplexe Einspritzsystem das Beste aus beiden Welten. Natürlich benötigt der Motor auch ein komplexeres Schmiersystem, da die oben beschriebenen Mechanismen spezielle Druckschmierkanäle aufweisen, die die Hauptkanäle in der Kurbelwelle ergänzen.

Das Ergebnis davon ist in der Praxis, dass der Vierzylinder-Benziner mit 272 PS. und 390 Nm Drehmoment verbrauchen 27% weniger Kraftstoff als der vorherige atmosphärische Sechszylindermotor mit nahezu dieser Leistung.

Text: Georgi Kolev, Sonderbeauftragter für Automotor und Sport Bulgarien in Paris