真正的黑科技 带你领略英菲尼迪可变压缩比发动机

来源:易车网2018-02-14 11:04 2018年02月14日 11:04:30 0
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导语

在这个月的月头,英菲尼迪终于给全球媒体提供了全新一代QX50的新车试驾。对于英菲尼迪来说,这不仅仅是QX50的常规换代那么简单,还标志着其全新开发的可变压缩比发动机正式推向市场,这台堪称“战略级”的发动机究竟有着哪些过人之处呢?下面就一起来看看吧

在这个月的月头,英菲尼迪终于给全球媒体提供了全新一代QX50的新车试驾。对于英菲尼迪来说,这不仅仅是QX50的常规换代那么简单,还标志着其全新开发的可变压缩比发动机正式推向市场,这台堪称“战略级”的发动机究竟有着哪些过人之处呢?下面就一起来看看吧:

(建议在电脑网页下阅读,手机阅读可能会有部分动图无法显示,敬请体谅)

这台发动机代号为KR20DDET,排量为2.0L,采用单涡轮增压,搭载英菲尼迪全新开发的VC-T可变压缩比系统,且还有连续可变气门正时系统,能实现发动机在奥拓循环与阿特金森循环之间切换。在燃料喷射方面,QX50同时拥有缸内直喷及歧管喷射两种喷射方式。

在一探其技术高深之处前,不妨先从一张图,直观地看看它与目前英菲尼迪旧款2.0T涡轮增压发动机的对比。旧款发动机其实就是之前英菲尼迪与奔驰合作的产物,发动机主体由奔驰设计完成,后续由英菲尼迪自行调校。

通过数据我们可以看出,新款发动机的动力提升达到了25%以上,而且据官方介绍称,在燃油经济性方面,新款发动机也比旧款发动机提升了27%。

虽然“双循环”和“双喷射”技术的追加功不可没,但性能方面的提升大部分还是得归功于那套可变压缩比系统。

为什么压缩比可变对于发动机的性能至关重要呢?

先来看看什么是压缩比,压缩比就是发动机内燃烧室最大体积与最小体积的比值。燃烧室最小体积V1的位置就是活塞运行到上止点,也就是图中的TDC位置。最大体积V1+V2的位置是活塞运行到下止点,也就是图中的BDC位置。

压缩比对发动机性能的影响非常明显,高压缩比可以提供更高的燃烧效率,但是在某些工况下会让汽油过早燃烧,从而造成发动机爆震现象。马自达的SKYACTIV-X技术正是利用了高压缩比下汽油容易自燃这一特性,开发出让汽油压燃的发动机,而低压缩比则可允许更高的功率和扭矩,避免发生爆震现象。因此在一些大马力改装车上,降压缩比几乎都是它们的必修课。

所以,如果能针对发动机的运行工况,不断调整改变压缩比大小的话,那么发动机将能大幅度提高动力性能以及燃油经济性。但是,从解释压缩比的图我们可以看到,受机械机构的影响,压缩比是很难发生改变的,要么只能让活塞的行程发生改变,要么整个缸体都产生轴向移动,才能实现压缩比的改变。

英菲尼迪不是第一家“吃螃蟹”的车厂,早在八、九十年代,丰田、萨博等车厂均曾经研究过相关技术,虽然在理论上可行,但实际上或多或少都存在着明显的技术缺陷,无法在性能及可靠性上达到良好的平衡,而且即使在机械设计上满足了需求,在发动机标定方面跟不上也是毫无意义,所以车厂们也没在该技术上过分深究。

后续虽然也不断有机构提出各种天马行空的新可行方案,但是在发动机这个相对恶劣(高温、高压、高强度)的环境下,想实现可变压缩比可不能只是理论上可行那么简单。

简单结构实现可变压缩比

英菲尼迪采用的办法是通过加入一套装置,改变活塞的行程,从而实现压缩比的可变。英菲尼迪的工程师们在曲轴附近的位置安装了一套谐波传动的电动机装置,通过一套曲柄连杆机构与活塞下部连接起来,当电动机装置转动不同的角度时,可实现不同的活塞行程。借助这套机构,新发动机实现了压缩比从14:1到8:1的连续变化,而且压缩比从最大降到最低仅需1.2秒。

当车辆处于低负荷环境下,例如高速巡航或怠速时,电机往逆时针旋转,驱动执行臂和控制轴,让下连杆发生高度变化,由于下连杆又连着中间连接座,连接座的另一端透过上部连杆与活塞相连,从而使活塞行程增大,增大压缩比。当车辆需要急加速时,电机往顺时针旋转,活塞行程缩短,降低压缩比。

发动机高压缩比状态示意图

简单来说,就是这个电动机装置通过几重连接,与活塞相连,能让活塞获得不同的活动行程。这套装置看似复杂,其实也只是以机械结构为主,哪怕电动机装置出现故障,发动机也能继续工作,维持车辆行驶。

发动机低圧缩比状态示意图

这套可变压缩比系统,除了能让发动机以不同压缩比运转以外,还能提高发动机的运转平顺性。

四缸发动机在设计上,天生就不是理想的平衡状态,因此四缸发动机的曲轴上通常都会搭配平衡轴装置,以消除振动,但是英菲尼迪这台新发动机并没有平衡轴,因为可变压缩比系统里的那套额外的曲柄连杆机构能消除活塞运动所带来的二次惯性,从而提高了发动机的运转平顺性。

此外,如果你细心观察新发动机的做功冲程,你能发现发动机连杆在做功时,会比传统发动机的连杆更加垂直,这意味着减小了活塞对气缸壁的侧向力,减小侧向力意味着减小了摩擦,因此发动机的效率也能同时获得提高。

多种技术加成 打造高性能2.0T发动机

这台新发动机作为英菲尼迪新一代的技术结晶,英菲尼迪自然把看家的本领都用在这上面了,为了保证车辆在高压缩比下的运转正常,发动机还配备了连续可变正时系统,实现奥拓循环与阿特金森循环之间的切换。发动机会在高压缩比模式下,切换至阿特金森循环,以获得更高的效率。

同时,英菲尼迪还通过采用多点喷射和缸内直喷来对应不同的压缩比。在高压缩比下,缸内直喷使发动机避免发生爆震,提高了燃烧效率和性能。多点喷射则可以让汽油和空气提前混合,在发动机低负荷的情况下在燃烧室内完全燃烧,从而获得更高的效率。

在发动机减振方面,除了有可变压缩比系统外,还有英菲尼迪研究多年的主动式发动机支架减振系统,厂方将其称为ATR(Active Torque Rod,主动扭矩杆),这是一项过去搭载在柴油机上的技术,近年来因为电机往小型化发展,所以得以安装至汽油机上。

这套系统包含能检测振动的传感器,当系统检测到振动后,能产生与其相反的往复运动,从而将振动抵消掉,实现与V6发动机一样的平稳安静。

综上所述,这台新发动机除了追求更优秀的动力表现及燃油经济性以外,另外一个就是对于平顺性方面的追求,英菲尼迪希望在众多技术支持下的新四缸发动机,能做到过去V6发动机那样的动力水平以及运转平顺性。

这台发动机上还有气缸盖集成排气歧管、可变流量机油泵、电控涡轮泄压阀等现代发动机常见的新技术,确保自己不落后于同级别对手。

说了这么多,搭载这台全新发动机的新一代QX50到底开起来怎么样呢?我的同事在国外做了很详细的试驾感受,大家可以去看看:《抢先试驾英菲尼迪全新QX50 她也向自吸》

在工艺方面,发动机的气缸内部还进行了“镜面”处理,和当年日产GT-R使用的技术如出一辙。该工艺先对缸体内部表面进行等离子喷涂,再进行超精珩磨,使气缸出现呈镜面般反光的气缸壁,以减少活塞与气缸间的摩擦,提高发动机效率。

可能有人会问了,新发动机突然追加了如此多新技术,特别是可变压缩比系统,这会不会对可靠性方面造成影响呢?厂家宣称在开发该发动机时,制作了超过100台原型机,经过了300万公里的等效路试,以及3万小时的台架试验。在路试方面,英菲尼迪共准备了600台测试车在世界各地测试,而过去旧车型的开发,一般只会有50台左右的测试车。

搭载众多崭新技术的发动机,恐怕是又再一次与中国市场无缘吧?即使引进,也只是在昂贵的进口车上使用吧?这个说法完全不对,目前你已经能从国家工信部网站上查到新一代QX50的申报信息,发动机使用的正是这台全新的可变压缩比发动机。据悉,该车将于2018年夏季上市。

全文总结:在过去的几十年里,英菲尼迪和日产所开发的发动机一直被人津津乐道,同时也多次入选沃德年度十佳发动机。近几年,英菲尼迪的研发速度虽略显缓慢,但这一次可变压缩比发动机的推出,终于让我们看到了这些年来英菲尼迪在忙些什么了。这款发动机能否带领英菲尼迪更上一层楼呢?就让我们拭目以待它在市场上的表现吧。

编辑:闫祺
可变 发动机 科技 英菲尼
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