[]

Що таке VC-Turbo: як працює двигун із змінним ступенем стиснення

Друге покоління кросовера Infiniti QX50 отримало купу нововведень, найважливішим з яких став унікальний мотор - 2,0-літрова «турбочетверка» VC-Turbo із змінним ступенем стиснення.

текст: Максим Федоров / фото: Infiniti / 05.02.2018

Ідея створення бензинового мотора, де ступінь стиснення в циліндрах була б величиною непостійною, не нова. Так, при розгоні, коли потрібно найбільша віддача двигуна, можна на кілька секунд пожертвувати його економічністю, зменшивши ступінь стиснення, - це дозволить запобігти детонацію, мимовільне загоряння паливної суміші, яке може виникнути при високих навантаженнях. При рівномірному русі ступінь стиснення, навпаки, бажано підвищити, щоб домогтися більш ефективного згоряння паливної суміші і зниження витрати пального - в цьому випадку навантаження на мотор невелика і небезпека виникнення детонації мінімальна.

Загалом, в теорії все просто, проте реалізувати цю ідею на практиці виявилося не так уже й легко. І японські конструктори стали першими, хто зумів довести задум до серійного зразка.

Суть розробленої корпорацією Nissan технології в тому, щоб, в залежності від необхідної віддачі мотора, безперервно змінювати максимальну висоту підйому поршнів (так звану верхню мертву точку - ВМТ), що в свою чергу призводить до зменшення або зростання ступеня стиснення в циліндрах. Ключовою деталлю цієї системи є особливе кріплення шатунів, які з'єднуються з колінчастим валом через рухливий блок коромисел. Блок в свою чергу пов'язаний з ексцентриковим керуючим валом і електромотором, який по команді електроніки призводить цей хитрий механізм в рух, змінюючи нахил коромисел і положення ВМТ поршнів у всіх чотирьох циліндрах одночасно.

Різниця ступеня стиснення в залежності від положення ВМТ поршня. На лівій картинці мотор знаходиться в економічному режимі, на правій - в режимі максимальної віддачі. A: коли потрібна зміна ступеня стиснення, електромотор повертає і переміщає важіль приводу. B: приводний важіль повертає керуючий вал. C: коли вал обертається, він діє на важіль, пов'язаний з коромислом, змінюючи кут нахилу останнього. D: в залежності від положення коромисла, ВМТ поршня піднімається або опускається, таким чином змінюючи ступінь стиснення.

В результаті при розгоні ступінь стиснення зменшується до 8: 1, після чого мотор переходить в економічний режим роботи зі ступенем стиснення 14: 1. Його робочий об'єм при цьому змінюється від 1997 до 1970 см3. «Турбочетверка» нового Infiniti QX50 розвиває потужність 268 л. с. і крутний момент в 380 Нм - відчутно більше, ніж 2,5-літровий V6 попередника (його показники - 222 л. с. і 252 Нм), витрачаючи при цьому на третину менше бензину. Крім того, VC-Turbo на 18 кг легше атмосферної «шістки», займає менше місця під капотом і досягає максимуму крутного моменту в зоні більш низьких оборотів.

До речі, система регулювання ступеня стиснення не тільки підвищує ефективність роботи мотора, але і знижує рівень вібрацій. Завдяки коромисла шатуни при робочому ході поршнів займають майже вертикальне положення, в той час як у звичайних двигунів вони ходять з одного боку в інший (через що шатуни і отримали свою назву). В результаті навіть без врівноважують валів цей 4-циліндровий агрегат працює так само тихо і плавно, як V6.

Але змінюване положення ВМТ за допомогою складної системи важелів - не єдина особливість нового мотора. Змінюючи ступінь стиснення, цей агрегат також здатний переключатися між двома робочими циклами: класичним Отто, за яким функціонує основна маса бензинових двигунів, і циклом Аткінсона, яке трапляється в основному у гібридів. В останньому випадку (при високому ступені стиснення) через більшу ходу поршнів робоча суміш сильніше розширюється, згораючи з більшою ефективністю, в результаті зростає ККД і знижується витрата бензину.

Крім двох робочих циклів, цей мотор також використовує дві системи упорскування: класичний розподілений MPI і безпосередній GDI, який підвищує ефективність згоряння палива та дозволяє уникнути детонації при високих ступенях стиснення. Обидві системи працюють поперемінно, а при високих навантаженнях - одночасно. Позитивний внесок в підвищення ККД двигуна вносить і особливе покриття стінок циліндрів, яке наноситься методом плазмового напилення, а потім гартується і хонингуется. В результаті виходить ультрагладкая «дзеркальна» поверхня, на 44% зменшує тертя поршневих кілець.

Ще одна унікальна особливість мотора VC-Turbo - це інтегрована в його верхню опору система активного придушення вібрацій Active Torque Road, основою якої є зворотно-поступальний актуатор. Ця система управляється датчиком прискорень, що фіксує коливання двигуна і у відповідь генерує гасять вібрації в протифазі. Активні опори в Infiniti вперше використали в 1998 році на дизельному моторі, але та система виявилася занадто громіздкою, тому не набула поширення. Проект пролежав під сукном до 2009 року, поки японські інженери не взялися за його вдосконалення. На те, щоб вирішити проблему надмірної ваги і розмірів гасителя коливань, пішло ще 8 років. Але результат вражає: завдяки ATR 4-циліндровий агрегат нового Infiniti QX50 працює на 9 дБ тихіше, ніж V6 його попередника!