北京
登錄
一分鐘了解英菲尼迪“可變壓縮比”發(fā)動機多厲害
為了一分鐘讓各位看官老爺看懂英菲尼迪QX50搭載的VC-TURBO“可變壓縮比”發(fā)動機，圓圓姐真的是煞費苦心，通篇讀下來，絕對能讓你達到汽車工程學科研究生以上的水平。首先簡單至極地概括一下壓縮比是什么。發(fā)動機做功需要噴油和進氣，然后在燃燒室中點燃，進氣壓縮比越高燃燒越充分，燃油經(jīng)濟性越好，但同時扭矩下降。進氣壓縮比越低，燃燒室越大，熱效率越低，但能夠有效避免爆震，扭矩上升。
（壓縮比高）
（壓縮比低）
如果想不通的話，就用John B· Heywood的公式代入一下，就明白啦。
nth：理論熱效率ε：壓縮比 k：比熱比
汽油發(fā)動機壓縮比通常在8~11之間，普通家用轎車發(fā)動機為了降低油耗，壓縮比通?？刂圃?1左右。而百公里加速僅需3.2秒的“幽靈CCX”壓縮比為8.2。低能耗與大扭矩不可兼得？VC-TURBO“可變壓縮比”發(fā)動機就做到了！
VC-TURBO發(fā)動機代表著“可變壓縮比”技術的真正量產(chǎn)化應用。想要解釋清楚這項技術的發(fā)展過程，我們就要從一百多年前說起。
1861年，奧托發(fā)現(xiàn)壓縮液體燃料可以大大提升能量轉化，這就是燃油噴射的雛形。1876年，“奧托循環(huán)”四沖程發(fā)動機誕生了。如今，路上行駛的轎車很多都是“奧托循環(huán)”發(fā)動機。這種發(fā)動機各缸輸出功率恒定，但燃油效率一般。1882年，英國漢普斯特德的詹姆斯·阿特金森研究出了與奧托循環(huán)完全不同的阿特金森循環(huán)，這套機制通過復雜的曲軸機構以犧牲動力為代價，讓膨脹行程大于壓縮行程，提升了發(fā)動機效率。阿特金森循環(huán)算是“最早的發(fā)動機可變技術”。
1940年，美國工程師羅爾夫·米勒重新將不對等的膨脹比/壓縮比進行了改進，通過對進氣門進行開度時間的控制來調整壓縮比。雖然米勒循環(huán)結合了奧托循環(huán)和阿特金森循環(huán)，比二者都有進步，但因為壓縮比的變化是通過進氣門延時關閉來達到的，導致在低扭工況下，穩(wěn)定性較差并且遠遠達不到設計預期的壓縮比。
Long Long Ago的事情說完了，我們說點近現(xiàn)代的。
奧托循環(huán)只改變燃油壓力，阿特金森循環(huán)可變壓縮比的曲軸系統(tǒng)能耗浪費較大，米勒循環(huán)因為“反流”無法在低扭時達到設計預期的理論水平。1998年，英菲尼迪開始研發(fā)自己的可變壓縮比發(fā)動機技術。這也就是Variable Compression Ratio 20年的開發(fā)歷程。2002年前后，在VC-Turbo的結構原理和連桿配置上有了重大突破。2005年，在VC-Turbo素質提升和應用工藝開發(fā)（性能、Package、耐久性）方面有了很大進步。2010年至今，完成了對VC-Turbo的小型化、量產(chǎn)化，在偏差控制，NVH控制和生產(chǎn)工藝方面已非常成熟。
裝配在英菲尼迪QX50上的這款VC-Turbo（KR20DDT）就是目前世界上家用轎車領域最先進的“可變壓縮比”發(fā)動機。這款發(fā)動機可以通過驅動器和控制軸，自由改變活塞行程，在不同用車環(huán)境下，壓縮比8:1-14:1之間無極切換。同時具備低油耗與高性能這一世界難題完美解決?？芍^一車在手，天下我有！
動力全開時，壓縮比為8:1，實現(xiàn)與高性能車同等的大扭矩。日常使用時，壓縮比為14:1，車輛熱效率高，油耗好。
剛才圓圓姐粗略的介紹了一下VC-Turbo的前世今生，下面就開始詳細的解析一下VC-Turbo技術是如何工作的。
車輛傳感器捕捉到駕駛者的意圖后，通過驅動器Blushless DC motor、Harmonic Drive和Reduction gear驅動上鎖銷桿轉軸，調整連桿支點（圖中箭頭表示連桿運動行程），使得活塞上止點和下止點發(fā)生變化，從而改變所有氣缸的壓縮比。
目前已知有八種改變壓縮比的方法。
我們都知道，機械加工設備主要以旋轉切削為主，圓孔（軸承）與圓筒（軸）的加工精度更高，技術更成熟。零部件精度又是性能和耐久性的關鍵。因此，VC-Turbo依托軸承與軸的運動來實現(xiàn)，不但在耐用性上的到保證，而且在震動控制和橫向摩擦力控制上都有著優(yōu)異表現(xiàn)。
TDC：上止點 BDC：下止點
VC-Turbo相較于普通直列4缸發(fā)動機，活塞運動更加接近正玄曲線，直列4缸發(fā)動機上所發(fā)生的慣性2次振動是不會發(fā)生的。
從上圖可以清晰看出，VC-Turbo活塞側推力很低。
同時，VC-Turbo改變壓縮比之后，機械摩擦幾乎沒有增加。
即使和V6發(fā)動機相比，VC-Turbo的摩擦力矩控制上也是完勝。
技術和結構上的優(yōu)勢注定了搭載VC-Turbo技術的英菲尼迪QX50會對汽車市場造成巨大影響。
日常用車方面，VC-Turbo的動力性能，和經(jīng)濟性都遠超其他產(chǎn)品。
動力性能上，搭載VC-Turbo技術的KR20DDT轉速達到1200轉，扭矩就已經(jīng)和3.5L V6發(fā)動機輸出同等扭矩，1600轉-4800轉之間可以保持400N·m的巔峰扭矩輸出，遠超3.5L V6發(fā)動機。
經(jīng)濟性方面，多段直噴與進氣道噴射組合，可以做到發(fā)動機在各種工況下，最優(yōu)燃燒效率。
能耗方面，我們主要看發(fā)動機的BSFC。在這里，圓圓姐跟大家科普一下，世界上通俗的燃油經(jīng)濟性對比，主要看BSFC制動比燃料消耗，它是衡量任何原動機燃燒燃料并產(chǎn)生旋轉或軸功率的燃油效率的指標。通常用于比較內燃機的效率與軸輸出。由于這個原因，它也可以被認為是與動力有關的燃料消耗。BSFC允許直接比較不同發(fā)動機的燃油效率。BSFC數(shù)值隨著發(fā)動機設計、壓縮比和功率等級的不同而變化很大。下面上一張圖，運用公式BSFC=r/tw。r：燃料消耗速率 t：發(fā)動機轉速 w：扭矩 當然，不同工況下的BSFC肯定不同，我們只需要平均一下就好啦。
從英菲尼迪KR20DDT發(fā)動機備案文件中找到的這份BSFC中可以看出，在1500rpm的工況下，VC-Turbo的功率系數(shù)遠超其他型號發(fā)動機，制動燃油消耗也保持300g以內。
