VC-Turbo是什麼黑科技?全新英菲尼迪QX50靠它降低了27%的油耗

VC-Turbo是什麼?是吃的,還是喝的?VC肯定不是維他命C,而是英文Variable Compression的首字母,意思就是可變壓縮比。

VC-Turbo是什麼黑科技?全新英菲尼迪QX50靠它降低了27%的油耗

壓縮比簡單的說就是活塞處於氣缸內最低位置時氣缸的容積,和活塞處在氣缸內最高位置時的氣缸容積之間的比率。從內燃機誕生的那天開始,由於活塞、連桿和曲軸的相對位置是固定不變的,所以壓縮比也是固定不變的。

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壓縮比越高,活塞頂部距離氣缸頂部的距離就越近,所形成的燃燒室容積也就越小。比如一臺排氣量2.0升的四缸發動機,每個氣缸的容積是等分的500毫升,如果壓縮比是10:1,燃燒室的容積就是50毫升,如果壓縮比達到12:1,燃燒室的容積就只有41.6毫升了。更小的燃燒室容積,帶來的結果就是更高的燃燒效率,但是燃燒室的極限溫度也會更高。這就產生了一個問題,那就是汽油有可能因為高溫而發生無控燃燒,這就需要汽油具備較高的抗自燃能力。由於這種自燃會產生爆燃式的烈焰,同時也會引發活塞和氣缸之間的震顫,所以被稱為“爆震”。汽油的標號越高,抗爆震能力就越強,當然製造成本也就更高。

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汽車誕生了130餘年,但是汽油發動機的壓縮比30年前還普遍低於10:1,渦輪增壓汽油機更普遍低於8:1,一方面當時的汽油煉化技術有限,高抗爆震能力的汽油還不普及。另一方面就是當時發動機管理控制技術還很落後,只能通過較低的壓縮比來儘量避免爆震的發生。直到多點電噴技術的逐漸完善,壓縮比才越來越高,汽油缸內直噴技術的普及,將自然吸氣汽油發動機的壓縮比推高到了11:1甚至更高。不過當壓縮比高於12:1時,爆震的控制會非常困難,渦輪增壓發動機壓縮比超過10:1以後也存在這個問題。

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這時控制爆震的方法通常是增加噴油量並延後點火時間,也就是通過不充分燃燒的汽油來降低燃燒室溫度,這樣的結果不僅增加了油耗,損失了動力,還產生了大量積碳,對發動機相當不利。如果可以改變壓縮比,就可以從根本上避免爆震的發生,讓發動機一直處於最佳的工況之下。

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這項研究其實很早就開始了,Saab(薩博)曾經在2000年日內瓦車展上展出了SVC可變壓縮比發動機,這是一臺缸體上半部可以軸向滾動的發動機,與氣缸體外殼柔性連接的缸體上半部可以沿曲軸方向滾動4度,這樣就可以使壓縮比在8:1和14:1之間切換。這臺發動機採用了增壓值高達2.8 bar的機械增壓器,機械增壓器在低壓縮比模式下工作,可以讓這臺排氣量僅1.6升的五缸發動機輸出225馬力,綜合油耗可以降低30%。

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奧迪、通用、標緻也都開發過可變壓縮比發動機,但是都沒有實現量產,直到2018年英菲尼迪才在QX50車型上配備了VC-Turbo可變壓縮比發動機。壓縮比的變化範圍還是8:1和14:1,但是實現的原理已經完全不同了,說是可變壓縮比,其實這款發動機是通過兩組連桿結構改變活塞的衝程,結構比薩博的SVC複雜。不過氣缸體是固定不動的,相比於移動缸體,這種雙重連桿結構更輕巧,可靠性也更高,這類過於超前的技術,可靠性怎麼樣絕對是個首要問題。

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為了避免機油被汽油稀釋的問題,VC-Turbo發動機也採用了歧管噴射和缸內直噴相結合的混合噴射供油技術。在冷啟動、低水溫等情況下,僅採用傳統的歧管噴射,這樣做可以有效增強霧狀燃油與空氣的混合,避免發生不充分的燃燒,降低顆粒汙染物的排放,抑制積碳的產生。進氣部分的電驅動可變氣門正時系統可以實現米勒循環,對降低油耗有一定的幫助,發動機的熱效率也可以更高。

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最低僅8:1的壓縮比,理論上可以採用增壓值很高的增壓器,以獲得極強的動力,2.5 bar以上的增壓值應該不成問題。不過英菲尼迪QX50並不屬於高性能SUV,而且很高增壓值的渦輪增壓器很難實現平順的動力輸出,所以VC-Turbo僅使用了很普通的單渦流式渦輪增壓器,但是具備水冷和電子控制排氣洩壓閥。四驅版本272馬力的動力並不算強,380牛·米的扭矩輸出也算正常的數據,而且不要指望這是一款“低扭”很強的發動機,380牛·米的峰值扭矩要到4400轉/分時才能全數發放,真的很像一臺自然吸氣發動機。

不過近400牛·米的扭矩與一臺CVT變速箱配合還是很少見的,可見QX50車系追求的依然是節能、環保、行駛品質和乘坐舒適性。可變壓縮比絕對不是個噱頭,比VQ系列V6發動機低27%的油耗就是最大的優勢之一。橫向移動的複合連桿結構,使這款發動機的噪音比傳統四缸發動機低了20分貝。特殊連桿機構的存在也省去了平衡軸,降低重量的同時,發動機的高度和重心都很低,比傳統的溼式油底殼四缸發動機更低矮。

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關於可靠性,英菲尼迪先後投入了超過100臺的測試發動機,進行了超過300萬公里的道路測試,以及超過3萬小時的臺架測試,當年GT-R的VR38DETT發動機也不過如此了,相當於發動機連續不斷的工作三年以上的時間,可見廠方對可靠性的要求是多麼苛刻。其實早在1996年,日產汽車就開始著手研發可變壓縮比發動機了,1998年確立了以複合連桿為改變壓縮比的機械結構。而這只是個開始,發動機管控軟件部分才是最大的難點。

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而混合噴射技術當時還沒有出現,歧管噴射和缸內直噴如何切換?不同壓縮比之下供油和點火如何控制?如何有效抑制爆震?如何防止機油出現異常稀釋?這些問題就是20年來逐一進行解決的。天上不會掉餡餅,想做到買發動機送車也不是那麼容易的!不知道未來這款發動機還會應用到什麼其它車型上?是否有更小排氣量的機型誕生。我們還是拭目以待吧!


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