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关于日产可变压缩比涡轮增压MR20 DDT发动机性能介绍
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日产旗下豪华品牌英菲尼迪于去年洛杉矶车展上首次推出了其全新的QX50车型,而这也是英菲尼迪首款搭载可变压缩比技术(VCR)的车型。这项技术在之前量产的车型当中是没有出现过的, 堪称“内燃机黑科技”。可变压缩比涡轮增压(VC-T)准量产利来ag旗舰厅发动机于2016年全球首秀,英菲尼迪称之为 “燃烧发动机的设计突破”。

这款2.0 L的VC-T发动机机组能够根据不同工况和不同工作模式调整其压缩比,从而优化功率和效率,使其能达到与4缸柴油机相似的输出扭矩。英菲尼迪VC-T发动机对比QX50此前的3.7 L V6发动机,预计可使城市及高速道路行驶综合燃油效率提升27%。VC-T发动机输出功率达到200 kW,最大扭矩达到380 N•m,其强劲的动力足以使VC-T发动机在效率方面成为最好的一款发动机。

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1 如何做到可变压缩比

对于日产来说,VC-T技术的研发已经酝酿了20年。它不仅代表了工程师们呕心沥血的技术成果,也见证了其他汽车制造商曾为之疯狂但最终还是开发失败的历史——即使很多汽车制造商没有成功,但仍然会继续推动内燃机技术的革新。根据英尼迪日产动力系统工程总监Shinichi Kiga的说法,VC-T发动机目前已经可以达到40%的热效率水平,但还需要在系统和设备方面进一步研发和改进,而可变压缩比VCR就是其中关键的技术之一。

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为了顺应行业发展,英菲尼迪和日产开始了发动机小型化的开发,将气缸数缩小到4缸,也就是VC-T(内部代码为MR20 DDT型)发动机。气缸排量可以根据需要从1.997 L到1.970 L发生变化,VCR技术可以使其压缩比在8~14之间变化。这样的设置意味着,在较重的加速度或较大的负重下,发动机压缩比转变成8;而在高速公路或负载较低的状态下,发动机压缩比会增加,以提升燃油效率。在高压缩比状态下,VC-T采用阿特金森循环,同时活塞的行程增加。压缩比可以根据不同发动机工况进行自由改变,总体提高发动机在不同工况下的燃烧效率。当压缩降低状态时,发动机具有更好的工作特性,其热力循环也将恢复到奥托循环。

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日产利用双工作循环技术让发动机的动力特性有了质的提升,如前面所提到的,与自然吸气式3.5 L V6发动机相比,VC-T发动机在燃油经济性方面有了27%的改进,性能也有提高。日产汽车技术中心的工程师认为将VCR技术应用到其他动力系统的设计中很容易,对于直列发动机,可以从VCR结构体系中看到,利用控制轴操作VCR系统难度并不大。然而对于V型结构发动机来说,情况有很大的不同。VC-T发动机的总质量是137 kg,而原有3.5 L V6自然吸气版发动机的总质量是155kg,也就是说VCT发动机相对原V6发动机,减重了10kg。

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2 内燃机的一大进步

自1996年以来,日产一直致力于其VC-Turbo技术。但是复杂的结构体系,必然需要增加发动机的尺寸和体积,而对于空间布置有着更高的难度;同时,连杆数量的增多,会进而引发各部件产生共振及异响,从而对NVH的控制要求会更高,工件的加工精度要求也更高。多连杆机构是VCR技术实施的关键,它于20年前发明,增加的驱动电机额外增加了动力总成的质量,但同时也可以为发动机提供质量平衡。

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在VC-T发动机的开发过程中,移除了2个平衡轴,而通过增加驱动电机和1个控制轴来达到发动机的动态平衡。

日产创新的多连杆机构可以灵活的调整活塞行程,根据汽车的实际驾驶条件快速调整到最合适的压缩比。当需要改变压缩比时,驱动电机在发动机底部旋转控制轴,进而调整多连杆系统,改变多连杆角度,以调整活塞的高度,从而平滑的改变压缩比和发动机排量,通过对多连杆机构和偏心轴的控制,能够改变所有气缸活塞的行程位置。

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除此之外,VC-T发动机的技术亮点还包括与Denso和Bosch联合开发的缸内直接、多点电喷燃油喷射系统,以及与Denso联合开发的多回路发动机冷却系统、可变排量机油泵、双可变气门正时VVT等。

而VC-T发动机应用的气缸内壁镜面级涂覆工艺,使活塞与气缸壁的摩擦减少了44%——由于连杆和多连杆结构的有限横向运动导致活塞与气缸壁的摩擦加强。这一技术最初在英菲尼迪VR30 DDT V6上得到了应用,目前这一发动机应用的技术涉及到雷诺赛车一级方程式车队,涉及到顶尖的工程材料应用和应对超高转速发动机工况下的专业性发动机技术。

3 量产试验和测试

对于即将面世的QX50中级跨界车。英菲尼迪已开始测试发动机在真实环境工况下的运行状况。大约200个测试原型正在完善VCR这项技术,包括3万公里的等效道路测试和3万小时的测试台架试验。日产在小批量试车阶段同时投放600辆样车,在美国本土就有300辆样车用于关键数据的测试与反馈,另外300辆样车在日本、迪拜和欧洲等地进行试验验证。这些样车主要作为发动机测试用。在试验过程中,计算机辅助工程和模拟在整个开发流程中同样重要。在开发过程中,模拟的迭代过程中有许多重要的突破,包括电子控制单元的设计开发。英菲尼迪首席动力工程师认为未来混合动力车型设计运用VCR将会有革命性的改变。汽油机应用于混和动力时,发动机不需要高转速运行,但它需要同时具备较小扭矩和较高扭矩及时转变的能力,因此在混动车型中运用VCR将是一个很好的方案。无论如何,日产在当今的技术条件下推出VCR发动机,并将在2019 QX50车型即将面市之时,能够做到CV-T发动机的“量产”,这一点就已是意义非凡。

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