3 сопутствующие инновации, устройство и принцип работы двигателя VC-Turbo. К чему готовиться автосервисам.

двигатель с переменной степенью сжатия VC-Turbo в разрезе

Уже сейчас на дорогах можно встретить автомобили с новым мотором — это американская Nissan Altima SR (наша Teana) и Infiniti QX50.  Сама по себе новая технология двигателя теряет смысл, если её продолжать использовать со старым оборудованием. Рассмотрим какие инновационные технические решения обеспечивают работу двигателя с переменной компрессией. Это выхлопная система, смешанный тип впрыска топлива, система смазки с изменяемым давлением.

Предлагаем заранее познакомиться с этим чудом, чтобы не пугаться, когда оно заедет к вам в сервис. Или для общего развития тоже полезная информация.

Новый двигатель VC-Turbo (Variable Compression Turbo) оправдал ожидания. С технологией изменения компрессии двухлитровый мотор показывает производительность аналогичную 24-летнему 3,5-литровому V6. VC-Turbo теперь будет устанавливаться вместо старого мотора. Уменьшение объема двигателя при сохранении показателей обеспечивает заметную экономию топлива. Особенность двигателя VC-Turbo в том, что это  первый в мире серийный турбодвигатель способный изменять степень сжатия на ходу. Технология находилась в разработке более 20 лет и является несосненным прорывом в разработке двигателей внутреннего сгорания. Степень сжатия регулируется постоянно во время работы двигателя, для оптимизации мощности и эффективности использования топлива.

Читайте нашу статью о попытках запуска в серию аналогичных моторов. Saab 2000 и французский MCE5 были весьма близки к тому, чтобы стать первыми. Но что-то им помешало — в нашей статье узнаете — что именно.

Как это работает — суть технологии 

многозвенная система изменения радиуса движения поршня для изменения степени сжатия

В двигателе VC-Turbo изменяется степень сжатия с помощью усовершенствованной многозвенной системы, которая непрерывно увеличивает или уменьшает радиус действия поршней при различных нагрузках и частоте вращения двигателя. Высокая степень сжатия обеспечивает большую эффективность, но в некоторых случаях это создает риск преждевременного сгорания (детонации). Низкая степень сжатия обеспечивает большую мощность и крутящий момент и предотвращает детонацию.

При изменении угла многозвенных рычагов регулируется положение верхней мертвой точки (ВМТ) поршней. Эксцентриковый управляющий вал изменяет степень сжатия во всех цилиндрах одновременно. В результате этого объем двигателя варьируется от 1997 куб. см (для низкого отношения 8÷1) до 1970 куб. см (для высокого соотношения 14÷1).

Эксцентриковый управляющий вал изменяет степень сжатия во всех цилиндрах мотора VC-Turbo одновременно.
Эксцентриковый управляющий вал изменяет степень сжатия во всех цилиндрах мотора VC-Turbo одновременно.

Наряду с первой в мире многозвенной системой двигатель оснащен электродвигателем с уникальным редуктором Harmonic Drive для управления переменной степенью сжатия. Электродвигатель подключен к приводу гармоник драйв с помощью управляющего рычага. При вращении редуктора — вращается и вал управления в основании двигателя, перемещая многозвенную систему внутри двигателя. 

Наглядно  — устройство и принцип работы двигателя с изменяемой степенью сжатия, а также конструктивные отличия от обычного мотора показаны в видеоролике.

Смотрите 3D анимацию: Устройство, принцип работы, конструктивные отличия от обычного двигателя.

Усложнение конструкции силового агрегата могло привести к значительному увеличению веса, поэтому детали изготовлены из сплава высокоуглеродистой стали. В двигателе также используются два цикла сгорания с электронным изменением фаз газораспределения, что позволяет двигателю переключаться между режимами Аткинсона и обычными 3 циклами сгорания. Это обеспечивает большую эффективность и оптимальную производительность при изменении степени сжатия.

Наглядно показано изменение объемов камер сгорания в цилиндрах.

Производительность мотора

При работе двигатель VC-Turbo обеспечивает степень сжатия от 8÷1 (для высокой производительности) до 14÷1 (для высокой эффективности). Двигатель развивает мощность 248 лошадиных сил при 5600 об/мин и 370 Nm крутящего момента при 4000 об/мин (топливо премиум-класса). Удельная выходная мощность VC-Turbo выше, чем у многих конкурирующих бензиновых двигателей с турбонаддувом, и приближается к характеристикам некоторых бензиновых двигателей V6. Включение турбины прекрасно настроено и происходит без провалов.

Два типа впрыска инжектора двигателя VC-Turbo

Двигатель в разрезе: прямой и многоточечный впрыск топлива работают как вместе, так и отдельно в разных режимах двигателя vc-turbo
Двигатель в разрезе: прямой и многоточечный впрыск топлива работают как вместе, так и отдельно в разных режимах двигателя vc-turbo

Двигатель VC-Turbo использует как многоточечный впрыск, так и прямой впрыск бензина, чтобы сбалансировать эффективность и мощность в любых условиях. Прямой впрыск повышает эффективность и производительность сгорания и позволяет двигателю избежать детонации при высоких степенях сжатия. Использование такой комбинированной схемы впрыска позволяет уменьшить углеродистые отложения на впускном клапане, которые стали большой проблемой для большинства двигателей с непосредственным впрыском.

Многоточечная система впрыска работает самостоятельно при низких нагрузках двигателя, обеспечивая эффективное и полное сгорание в камере. Двигатель переключается между обоими системами впрыска при обычных оборотах двигателя, причем оба набора форсунок могут работать совместно при высоких нагрузках.

44% отвоёвано у трения в цилиндрах VC-Turbo engine

Кроме того, по словам инженеров Nissan (сами мы не проверяли), используя особое покрытие, удалось снизить трение на зеркале цилиндра на целых 44%. Покрытие наносится на стенки цилиндров плазменной струей, затем затвердевает и оттачивается для создания ультрагладкой поверхности цилиндра. 

Масляный насос

Подачу масла в двигатель обеспечивает двухступенчатый масляный насос с переменной производительностью. Масляный насос VC-Turbo повышает давление масла при повышении скорости вращения двигателя и при снижении степени сжатия.

Таким образом в новом моторе с переменной степенью сжатия регулируется не только компрессия, но и давление моторного масла, и впрыск — хотите непосредственный, хотите распределённый.

Как узнать какой двигатель установлен в автомобиле

Информация о том, что в машине установлен именно двигатель с технологией переменной степени сжатия, расположена на самом транспортном средстве — это наклейка на окно и экран в мультимедиа системе. На экране будущие и настоящие владельцы могут лицезреть положение системы переменного сжатия. Зачем это сделано? С точки зрения повседневной эксплуатации, как уже обсуждалось в нашем обзоре Infiniti QX50, — непонятно. Руководители Nissan утверждают, что никакого специального обслуживания не потребуется. Ну да, конечно, так мы и поверили.

Механики автосервисов знают, что реальные условия использования автомобилей далеки от лабораторных, и проблемы могут накапливаться.  Особенно когда некоторые клиенты предпочитают покататься со светящимся индикатором двигателя — «check engine» в течение нескольких месяцев, вместо срочного посещения автосервиса. Думаю, что VC-Turbo не простит подобного халатного отношения к себе и своим высокотехнологичным системам.

Базовые инновации в конфигурации с мотором с изменяемой компрессией

Невозможно установить в автомобиль новый, технически уникальный и пока единственный в мире мотор, и при этом не доработать навесное оборудование, системы впуска, выпуска, смазки, охлаждения. Важен каждый винтик и каждый винтик должен быть усовершенствован. Понятно, что только совокупность технологий может дать ожидаемый результат прироста эффективности.

Для базовых 2,5-литровых 4-цилиндровых двигателей с непосредственным впрыском Nissan представил новую технологию борьбы с отложениями углерода. В двигателе используются впускные отверстия с теплоизоляцией из смолы. В конструкции используется воздушный слой, который помогает сохранять поступающий воздух холодным на впуске и предотвращает образование горячих точек, способствующих накоплению углерода.

Nissan также интегрирует выпускной коллектор в головку цилиндров. Автопроизводитель делает это по двум причинам. 

Во-первых, чем короче расстояние от выпускного отверстия, тем горячее газы прилетают на каталитический нейтрализатор во время работы с разомкнутым контуром по лямбда зонду. (до начала корректной работы датчика при прогреве)

Во-вторых, встроенная конструкция выпускного коллектора более компактна и позволяет лучше упаковать под капот, так что двигатель можно установить ниже в отсеке двигателя. Сразу вспомнились проблемы с ломающимися шпильками выпускных коллекторов. На многих автомобилях — это приводит снятию головки блока и высверливанию заломанных шпилек. А сколько таких случаев, когда замена гофры глушителя перерастала в снятие мотора, всего из-за одной отломанной шпильки. Но не будем о грустном и порадуемся отсутствию шпилек на выпускном коллекторе необычного чудо-мотора VC-Turbo.

Как автосервису готовиться к встрече с новой технологией переменной компрессии мотора?

  1. Изучение новых электрических схем и методов диагностики: Приведение в действие системы переменного сжатия осуществляется электродвигателем. Возможно, управление этим двигателем выполняется очень специфическим сигналом. Кроме того, появились дополнительные датчики положения. Потребуются новые компетентные данные для правильной диагностики системы. Новое программное обеспечение для диагностических приборов. Закупать в наличие на склад детали для этого мотора нет смысла в связи с их высокой стоимостью, и отсутствием статистики по неисправностям. Поэтому самым востребованным будет навык качественной диагностики моторов vc-turbo и его агрегатов.
  2. Новые параметры и значения при анализе выхлопных газов: Как думаете — технология мотора с вариативной компрессией- это автономная система? Как происходит управление мотором? На основе каких данных ЭБУ определяет эффективность  работы двигателя? Да, электрика выхлопной системы была также изменена. Схема работы и выходные значения лямбда-зондов отличаются от привычных. Но ведь и двигатель необычный. Он использует несколько датчиков для определения эффективности коррекции степени сжатия, топливо-воздушной смеси и зажигания для оптимальной производительности двигателя.
    Таким образом необходимо запастись электрическими схемами и научиться интерпретировать считываемые данные при диагностике. Такая подготовка к эре новых моторов будет иметь решающее значение при ремонте одного из них.
  3. За Nissan последуют другие производители. Сжатие с переменными параметрами — это Святой Грааль для инженеров, давно стремящихся создавать мощные и эффективные двигатели. Saab пытался разработать двигатель с шарнирной головкой в начале 2000-х годов, и многие другие автопроизводители разрабатывают аналогичные системы, которые скоро начнут выпускаться. Знания, полученные на примере ремонта Nissan, в будущем можно будет применять на других транспортных средствах.

По мере появления опыта эксплуатации и ремонта, а также более подробной и интересной технической информации будем с радостью делиться с вами. Подписывайтесь, сохраняйте в закладки, комментируйте.

Добавить комментарий

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.