Революция 17 года
Компания Infiniti объявила, что покажет на Парижском автосалоне уникальный двигатель VC-T с изменяемой степенью сжатия, а буквально несколько недель назад мы рассмотрели некоторые его части в Японии воочию. В двух словах — это революция. И вот почему.
Компания Koenigsegg уже 15 лет ведет разработку инновационного двигателя внутреннего сгорания без распределительного вала и дроссельной заслонки. Недавно мы разбирались, как он работает
Инженерных пророков, которые обещали похоронить поршневой мотор и создать более эффективный двигатель внутреннего сгорания, были сотни, но все они, как еретики, сгорали в костре научно-технической эволюции. Одним из ярких тому примеров — роторно-лопастной мотор ё-мобиля с расходом 3,5 литра топлива на 100 километров, о котором создатели тихо забыли еще до кончины проекта по понятным причинам — ни одного рабочего образца этого двигателя построить так и не удалось.
Главным реальным конкурентом поршневых ДВС обещал стать роторный двигатель Ванкеля, который пошел в серийное производство в шестидесятые.
Основа двигателя Ванкеля — трехгранный ротор, который за счет вспышек топливной смеси вращается внутри камеры сгорания овальной формы. Впуск и выпуск происходят через каналы в стенках камеры.
Такие моторы даже ставились на милицейские Жигули, но сначала они погубили марку NSU, а Mazda — главный идеолог роторов в новейшей истории — взяла с серийными двигателями Ванкеля перерыв.
Новый двигатель разработки Infiniti или, если быть точными, всей корпорации Nissan — Variable Compression Engine (VC-T) — имеет привычные поршни и шатуны, но при этом заметно отличается от любого другого ДВС. И его главное отличие в том, что он может в процессе работы менять степень сжатия.
А что это такое?
Степенью сжатия называют отношение объема камеры сгорания в момент, когда поршень находится в нижней мертвой точке, к объему, когда поршень находится в верхней мертвой точке. Проще говоря, это степень сжатия поршнем воздушно-топливной смеси.
Степень сжатия типичного современного мотора около 10:1. У дизелей этот показатель выше в два раза — в них именно за счет сжатия воспламеняется топливная смесь.
Чем сильнее сжатие, тем сильнее смесь расширяется относительно сжатого объема во время сгорания, и тем сильнее давит на поршень, повышая мощность и общий КПД. В общем, мечта автомобильного инженера.
Проблема в том, что при высокой степени сжатия и высокой нагрузке, бензин начинает не сгорать, а взрываться. Этот эффект называется детонацией и не означает ничего хорошего ни с точки зрения мощности, ни в плане надежности.
Взрыв при детонации не только механически вредит мотору, но и не давит должным образом на поршень.
Инженерам приходится искать компромисс и выбирать степень сжатия, которая исключает детонацию.
Что же делать?
Двигатель VC-T позволяет ступенчато изменять степень сжатия при разных оборотах и нагрузке на мотор, всегда оставаясь на грани максимальной эффективности и не допуская детонации.
Карта изменения степени сжатия мотора в зависимости от оборотов и нагрузки
Например, при малых нагрузках на мотор степень сжатия будет очень высокой — 14:1, чтобы максимально эффективно сжечь топливо. Но как только обороты и нагрузка на мотор возрастают, степень сжатия автоматически уменьшается.
И как это работает?
И просто, и сложно одновременно. Вместо прямого крепления шатуна на коленчатый вал надевается специальная деталь, напоминающую по принципу действия коромысло. Слева к «коромыслу» крепится шатун, который, как и раньше, передает возвратно-поступательные движения.
Двигаясь вверх или вниз, нижний рычаг меняет положение поршня относительно камеры сгорания.
Справа крепится рычаг, управляемый электромотором. Этот дополнительный рычаг может менять положение «коромысла» относительно коленчатого вала, а значит изменять ход поршня относительно камеры сгорания. Речь идет о диапазоне в какие-то пять миллиметров, но это позволяет варьировать степень сжатия в значительных пределах — от 8:1 до 14:1.
И при этом никаких недостатков?
Одной из тех, кто максимально близко подошел к созданию серийного мотора с изменяемой степенью сжатия, была марка Saab. У шведов, правда, относительно друг друга смещались верхняя и нижняя часть блока цилиндров. А в моторе Infiniti/Nissan изменения затронули конструкцию кривошипно-шатунного механизма.
Увы, в инженерном деле за все приходится чем-то платить. Конструкция двигателя VC-T механически сложнее и тяжелее на десять килограммов, чем традиционный ДВС, однако такой мотор все равно дешевле в производстве, чем современные дизели. Поэтому в Nissan и Infiniti надеются, что новая разработка постепенно станет их реальной альтернативой.
Необычный кривошипно-шатунный механизм занимает больше места в высоту, но за счет изменившегося характера возвратно-поступательных движений четырехцилиндровый VC-T получился очень хорошо сбалансированным. Это позволило инженерам убрать из мотора балансировочные валы и нивелировать разницу в размерах. В общем, проблем с упаковкой новинки в подкапотное пространство возникнуть не должно.
Вряд ли все покупатели смогут всмотреться в чертежи и восхититься механической красотой идеи, но точно оценят, если будет выгода в экономичности. Особенно в странах, где налог на автомобиль отталкивается от выбросов CO2.
И какова выгода?
Первой моделью, которая получит VC-T, станет кроссовер Infiniti QX50 следующего поколения. Стало быть, серийное производство агрегата может начаться уже в семнадцатом году.
Это будет двухлитровый турбированный агрегат мощностью около 270 лошадиных сил и с крутящим моментом в 390 Нм. Причем работать он будет в паре с вариатором.
Что из себя будет представлять будущий кроссовер QX80 и марка Infiniti в целом? Мы попытались разобраться, посетив научный и дизайнерские центры компании в Японии.
По словам инженеров, VC-T должен стать на 27 процентов экономичнее текущих атмосферных V6 серии VQ, которые он постепенно заменит. Значит, паспортный расход в комбинированном цикле будет находиться в пределах 7 литров.
И все-таки оценить реальный вклад новой технологии в экономичность пока невозможно, слишком уж различаются моторы VC-T и VQ. Объем, наличие наддува, количество цилиндров — все по-разному. Поэтому в реальных преимуществах японской разработки еще предстоит разобраться, но, как и любая революция, она интересна уже сама по себе. /m