Prezentácia testovacej jazdy revolučného motora pre Infiniti — VC-Turbo

Rozhovor s poprednými špecialistami Infiniti a Renault-Nissan — Shinichi Kaga a Alain Raposteau

Alain Raposto vyzerá sebavedome. Viceprezident aliancie Renault-Nissan zodpovedný za vývoj motorov má všetky dôvody. S halou, o ktorej hovoríme, susedí stánok spoločnosti Infiniti, luxusnej dcérskej spoločnosti spoločnosti Nissan, ktorá dnes predstavuje prvý sériový motor VC-Turbo na svete s variabilným kompresným pomerom. Rovnaká energia prúdi aj od jeho kolegu Šiničiho Kigu, vedúceho oddelenia motorov spoločnosti Infiniti.

Prielom, ktorý priniesli dizajnéri spoločnosti Infiniti, je skutočne obrovský. Vytvorenie sériového benzínového motora s premenlivým stupňom kompresie je skutočne technologickou revolúciou, ktorá napriek mnohým pokusom zatiaľ nebola nikomu poskytnutá. Aby sme pochopili význam takejto veci, je dobré prečítať si našu sériu „Čo sa stane v motore automobilu“, ktorá popisuje procesy spaľovania v benzínovom motore. Tu však spomenieme, že z termodynamického hľadiska platí, že čím je kompresný pomer vyšší, tým je motor efektívnejší - veľmi zjednodušene povedané, takže častice paliva a kyslíka zo vzduchu sú oveľa bližšie a chemická látka reakcie sú úplnejšie, navyše sa teplo nerozptyľuje vonku, ale spotrebúvajú ich samotné častice.

Vysoký stupeň kompresie je jednou z veľkých výhod naftového motora oproti benzínovému. Jeho brzdou je fenomén detonácie, ktorý je dobre opísaný v sérii predmetných článkov. Pri vyššom zaťažení, respektíve širšom škrtiacom ventile (napríklad pri akcelerácii na predbiehanie), je množstvo zmesi paliva a vzduchu vstupujúce do každého valca väčšie. To znamená vyšší tlak a vyššiu priemernú prevádzkovú teplotu. Ten zase spôsobuje silnejšie stlačenie zvyškov zmesi paliva a vzduchu z čela spaľovacieho plameňa, intenzívnejšiu tvorbu peroxidov a hydroxerxov vo zvyškovej časti a iniciáciu výbušného horenia v motore, ktoré je zvyčajne extrémne vysoké , kovový krúžok a doslova rozptyl energie generovanej zvyškovou zmesou.

Na zníženie tejto tendencie pri vysokom zaťažení (samozrejme, tendencia k detonácii závisí od ďalších faktorov, ako sú vonkajšia teplota, teplota chladiacej kvapaliny a oleja, detonačná odolnosť palív atď.), Sú dizajnéri nútení znižovať stupeň kompresie. Týmto však strácajú z hľadiska účinnosti motora. Všetko vyššie uvedené platí ešte viac v prípade preplňovania turbodúchadlom, pretože vzduch, hoci je chladený medzichladičom, stále vstupuje do predlisovaného tlaku vo valcoch. To tiež znamená viac paliva a vyššiu tendenciu k výbuchu. Po hromadnom zavedení preplňovaných motorov so zníženou veľkosťou sa tento problém ukázal ešte zreteľnejší. Preto konštruktéri hovoria o „geometrickom kompresnom pomere“, ktorý je určený konštrukciou motora, a o „skutočnom“, keď sa zohľadní faktor predtlačenia. Preto aj v moderných turbomotoroch s priamym vstrekovaním paliva, ktoré hrá dôležitú úlohu pri vnútornom ochladzovaní spaľovacej komory a znižovaní priemernej teploty spaľovacieho procesu, respektíve tendencie k detonácii, kompresný pomer zriedka presahuje 10,5: 1.

Čo by sa však stalo, keby sa geometrický stupeň stlačenia mohol v priebehu práce zmeniť. Musí byť vysoký v režimoch nízkeho a čiastočného zaťaženia, dosahujúci teoretické maximum a znižovaný pri vysokom tlaku preplňovania a vysokom tlaku a teplote vo valcoch, aby nedošlo k výbuchu. To by umožňovalo jednak možnosť zvýšenia výkonu pri preplňovaní turbodúchadlom s vyšším tlakom, jednak vyššiu účinnosť, respektíve nižšiu spotrebu paliva.

Motor Infiniti tu po 20 rokoch práce ukazuje, že je to možné. Podľa Raposta bola práca, ktorú tímy vynaložili na jeho vytvorenie, obrovská a bola výsledkom tantalového utrpenia. Z hľadiska architektúry motora boli testované rôzne varianty, až pred 6 rokmi sa to podarilo dosiahnuť a začali sa precízne úpravy. Systém umožňuje dynamické, plynulé nastavenie kompresného pomeru v rozmedzí od 8: 1 do 14: 1.

Samotná konštrukcia je dômyselná: ojnica každého valca neprenáša svoj pohyb priamo na hrdlá ojnice kľukového hriadeľa, ale do jedného rohu špeciálneho medziľahlého článku s otvorom v strede. Jednotka je umiestnená na hrdle ojnice (je v jej otvore) a prijímanie sily ojnice na jednom konci ju prenáša na hrdlo, pretože sa jednotka neotáča, ale vykonáva oscilačný pohyb. Na druhej strane príslušnej jednotky je pákový systém, ktorý jej slúži ako akási podpora. Pákový systém otáča jednotku pozdĺž svojej osi, čím posúva pripojovací bod ojnice na druhej strane. Oscilačný pohyb medziľahlej jednotky je zachovaný, ale jej os sa otáča a tým určuje rôzne počiatočné a koncové polohy ojnice, respektíve piestu, a dynamickú zmenu stupňa stlačenia v závislosti od podmienok.

Poviete si - ale to nekonečne komplikuje motor, zavádza do systému nové pohybové mechanizmy a to všetko vedie k zvýšeniu trenia a inertnej hmotnosti. Áno, na prvý pohľad to tak je, ale s motorovým mechanizmom VC-Turbo existujú niektoré veľmi zaujímavé javy. Dodatočné jednotky každej ojnice ovládané spoločným mechanizmom do veľkej miery vyvážia sily druhého rádu, takže štvorvalcový motor napriek svojmu dvojlitrovému zdvihu nepotrebuje vyvažovacie hriadele. Navyše, keďže ojnica nevykonáva typický široký pohyb otáčania, ale prenáša silu piestu na jednom konci medziľahlej jednotky, je prakticky menšia a ľahšia (to závisí od celej komplexnej dynamiky síl prenášaných príslušným systémom). ) a - čo je najdôležitejšie - má vychyľovací zdvih v dolnej časti iba 17 mm. Momentom najväčšieho trenia sa zabráni u bežných motorov, typických pre okamih spustenia piestu z hornej úvrati, keď ojnica tlačí na os kľukového hriadeľa a straty sú najväčšie.

Podľa pánov Raposta a Kigu sú teda nedostatky do značnej miery odstránené. Z toho vyplývajú výhody dynamickej zmeny kompresného pomeru, ktorá je založená na prednastavení založenom na softvérových programoch na skúšobnej dobe a na ceste (tisíce hodín) bez potreby merať v reálnom čase, čo sa deje v motore. Do stroja je integrovaných viac ako 300 nových patentov. Medzi jeho avantgardné vlastnosti patrí aj duálny systém vstrekovania paliva so vstrekovačom na priame vstrekovanie valca, ktorý sa používa hlavne pri studených štartoch a vyššom zaťažení, a vstrekovač v sacom potrubí poskytujúci lepšie podmienky pre výtlak paliva a menší spotreba energie pri čiastočnom zaťažení. Komplexný vstrekovací systém tak ponúka to najlepšie z oboch svetov. Motor samozrejme vyžaduje aj zložitejší mazací systém, pretože vyššie opísané mechanizmy majú špeciálne tlakové mazacie kanály, ktoré dopĺňajú hlavné kanály v kľukovom hriadeli.

Výsledkom toho v praxi je, že štvorvalcový benzínový motor s výkonom 272 koní. a krútiaci moment 390 Nm spotrebuje o 27% menej paliva ako predchádzajúci atmosférický šesťvalec s takmer týmto výkonom.

Text: Georgi Kolev, osobitný vyslanec automobilového priemyslu a športu v Bulharsku v Paríži