Proefritpresentatie van de revolutionaire motor op Infiniti - VC-Turbo
Разговор с водещите специалисти на Infiniti и Renault-Nissan — Шиничи Кага и Ален Рапосто
Alain Raposto ziet er zelfverzekerd uit. De vice-president van de alliantie Renault-Nissan, verantwoordelijk voor de ontwikkeling van motoren, heeft daar alle reden voor. Grenzend aan de hal waar we het over hebben, bevindt zich de stand van Infiniti, de luxe dochteronderneming van Nissan, die vandaag 's werelds eerste productiemotor VC-Turbo met variabele compressieverhouding presenteert. Dezelfde energie komt van zijn collega Shinichi Kiga, hoofd van de motorenafdeling van Infiniti.
De doorbraak van de ontwerpers van Infiniti is echt enorm. De creatie van een seriële benzinemotor met variabele compressieverhouding is echt een technologische revolutie, die, ondanks talloze pogingen, tot nu toe aan niemand is gegeven. Om de betekenis van zoiets te begrijpen, is het goed om onze serie "Wat gebeurt er in de automotor" te lezen, waarin de verbrandingsprocessen in de benzinemotor worden beschreven. Hier zullen we echter vermelden dat vanuit thermodynamisch oogpunt, hoe hoger de compressiegraad, hoe efficiënter een motor is - heel eenvoudig gezegd, dus de deeltjes brandstof en zuurstof uit de lucht zijn veel dichterbij en de chemische stof reacties zijn vollediger, bovendien wordt de warmte niet naar buiten afgevoerd, maar wordt deze door de deeltjes zelf verbruikt.
De hoge compressiegraad is een van de grote voordelen van de dieselmotor ten opzichte van de benzinemotor. De rem op de laatste is het detonatieverschijnsel, goed beschreven in de serie artikelen in kwestie. Bij hogere belastingen, respectievelijk een wijder open gasklep (zoals bij accelereren om in te halen), is de hoeveelheid brandstof-luchtmengsel die elke cilinder binnenkomt groter. Dit betekent een hogere druk en een hogere gemiddelde bedrijfstemperatuur. Dit laatste veroorzaakt op zijn beurt een sterkere compressie van de brandstof-luchtmengselresten van het verbrandingsvlamfront, intensievere vorming van peroxiden en hydroxerxen in het residu en het initiëren van explosieve verbranding in de motor, die typisch bij extreem hoge snelheden gebeurt. , een metalen ring en een letterlijke verstrooiing van de energie die wordt opgewekt door het resterende mengsel.
Om deze neiging bij hoge belasting te verminderen (de neiging tot detoneren hangt natuurlijk ook af van andere factoren zoals buitentemperatuur, koelvloeistof- en olietemperatuur, detonatiebestendigheid van brandstoffen, etc.) worden ontwerpers gedwongen de mate van compressie te verminderen. Hiermee verliezen ze echter aan motorefficiëntie. Dit alles geldt des te meer in de aanwezigheid van turbocompressor, aangezien de lucht, hoewel gekoeld door de intercooler, toch voorgecomprimeerd de cilinders binnenkomt. Dit betekent ook meer brandstof en een grotere neiging tot ontploffing. Na de massale introductie van downsizing-motoren met turbocompressor werd dit probleem nog duidelijker. Daarom praten ontwerpers over 'geometrische compressieverhouding', die wordt bepaald door het motorontwerp en 'echt' wanneer rekening wordt gehouden met de pre-compressiefactor. Daarom, zelfs in moderne turbomotoren met directe brandstofinjectie, die een belangrijke rol speelt bij de inwendige koeling van de verbrandingskamer en het verlagen van de gemiddelde temperatuur van het verbrandingsproces, respectievelijk de neiging tot ontploffing, is de compressieverhouding zelden hoger dan 10,5: 1.
Maar wat zou er gebeuren als de geometrische mate van compressie tijdens het werk zou veranderen? Hoog zijn in lage en deellastmodi, het theoretische maximum bereiken en worden verlaagd bij hoge turbodruk en hoge druk en temperatuur in de cilinders om detonaties te voorkomen. Dit zou zowel de mogelijkheid bieden om het vermogen te vergroten met turbocompressor met hogere druk en een hoger rendement, respectievelijk een lager brandstofverbruik.
Hier, na 20 jaar werken, laat de Infiniti-motor zien dat dit mogelijk is. Volgens Raposto was het werk dat de teams hebben verzet om het te maken enorm en het resultaat van tantaalkwelling. Er zijn verschillende varianten getest qua motorarchitectuur, tot 6 jaar geleden dit werd bereikt en de precieze instellingen begonnen. Het systeem maakt een dynamische, traploze aanpassing van de compressieverhouding mogelijk in het bereik van 8: 1 tot 14: 1.
De constructie zelf is ingenieus: de drijfstang van elke cilinder brengt zijn beweging niet rechtstreeks over op de drijfstanghalzen van de krukas, maar op een hoek van een speciale tussenschakel met een gat in het midden. De eenheid wordt op de hals van de drijfstang geplaatst (deze bevindt zich in de opening) en ontvangt de kracht van de drijfstang aan het ene uiteinde, brengt deze over op de hals, aangezien de eenheid niet roteert, maar een oscillerende beweging uitvoert. Aan de andere kant van de betreffende unit zit een hefboomsysteem dat als een soort ondersteuning daarvoor dient. Het hefboomsysteem roteert de eenheid langs zijn as, waardoor het bevestigingspunt van de drijfstang aan de andere kant wordt verplaatst. De oscillerende beweging van de tusseneenheid blijft behouden, maar zijn as roteert en bepaalt dus verschillende begin- en eindposities van de drijfstang, respectievelijk de zuiger en een dynamische verandering in de mate van compressie, afhankelijk van de omstandigheden.
U zult zeggen - maar dit maakt de motor oneindig ingewikkeld, introduceert nieuwe bewegende mechanismen in het systeem en dit alles leidt tot verhoogde wrijving en inerte massa's. Ja, op het eerste gezicht is het zo, maar met het motormechanisme VC-Turbo zijn er enkele zeer interessante verschijnselen. De extra eenheden van elke drijfstang, bestuurd door een gemeenschappelijk mechanisme, balanceren grotendeels de krachten van de tweede orde, zodat de viercilindermotor ondanks zijn cilinderinhoud van twee liter geen balansassen nodig heeft. Bovendien, aangezien de drijfstang niet de typische brede rotatiebeweging uitvoert, maar de kracht van de zuiger op het ene uiteinde van de tussenliggende eenheid overbrengt, is deze in feite kleiner en lichter (dit hangt af van de hele complexe dynamiek van krachten die door het systeem in kwestie worden overgedragen. ) en - belangrijker nog - heeft een afwijkingsverloop in het onderste deel van slechts 17 mm. Het moment van de grootste wrijving wordt bij conventionele motoren vermeden, typisch voor het moment waarop de zuiger vanuit het bovenste dode punt wordt gestart, wanneer de drijfstang op de krukas drukt en de verliezen het grootst zijn.
Volgens de heren Raposto en Kiga zijn de tekortkomingen dus grotendeels weggewerkt. Vandaar de voordelen van het dynamisch wijzigen van de compressieverhouding, die is gebaseerd op vooraf ingestelde softwareprogramma's op basis van testbank- en wegtests (duizenden uren) zonder de noodzaak om in realtime te meten wat er in de motor gebeurt. In de machine zijn meer dan 300 nieuwe patenten geïntegreerd. De avant-gardistische aard van de laatste omvat ook een dubbel brandstofinjectiesysteem met een injector voor directe injectie van een cilinder, voornamelijk gebruikt voor koude starts en hogere belastingen, en een injector in de inlaatspruitstukken die zorgen voor betere omstandigheden voor brandstofverplaatsing en een kleinere energieverbruik bij deellast. Het complexe injectiesysteem biedt dus het beste van twee werelden. Natuurlijk vereist de motor ook een complexer smeersysteem, aangezien de hierboven beschreven mechanismen speciale kanalen voor druksmering hebben, die de hoofdkanalen in de krukas aanvullen.
Het resultaat hiervan is praktisch dat de viercilinder benzinemotor met 272 pk. en 390 Nm koppel zal 27% minder brandstof verbruiken dan de vorige atmosferische zescilindermotor met bijna dit vermogen.
Tekst: Georgi Kolev, speciaal gezant van auto-motor en sport Bulgarije in Parijs
