V6载誉落幕 L4谁来称王?
"技术日产"四字从来都不是白叫的,传奇的VQ系列发动机已经荣膺美国权威杂志《Ward's Auto World》的"沃德十佳发动机"大奖长达14年。VQ系列生而不凡,以极佳的升功率、灵敏的动力响应、让二手车商咋舌的保值率(耐久性&可靠性)、无可挑剔的NVH表现,完成了横跨两个世纪的"屠榜"旅程。
可是,无论您是否惋惜不已,V6的巅峰之作——日产VQ系列即将载誉落幕。当今世界,涡轮化与小型化的全球发动机潮流让VQ系列不再拥有压倒性优势。
那么,接下来的20年,这个发动机王座将由哪款活塞式发动机继承呢?
我们从未学过"压缩比守恒定律"
汽油发动机从19世纪末发展而来,每一台发动机的压缩比是固定的,排气量是固定的,因此从来没有一台发动机可以改变排气量,也没有一台量产车的尾标写着"2.0L-2.1L"。世界上鲜有厂商会对"压缩比"这项指标动心思,包括萨博与丰田在内,大多都停留在理论阶段或实验室阶段,远远未达到量产车的可靠性要求。
传统活塞式发动机,气缸的缸径与行程、曲轴连杆高度、活塞的上下止点位置都是完全固定的,因此几何压缩比是必然固定的。目前,汽油发动机的压缩比通常在9:1到12:1之间(点燃式),柴油发动机在15:0到18:0之间(压燃式)。
既然压缩比越高,发动机性能越高,那么为何我们不尽可能提升压缩比呢?因为压缩比过高的话,非常容易导致爆震。轻则带来驾乘不适,重则对缸体和活塞造成不可逆的物理损伤。
一般而言,汽油发动机在全负荷时最容易产生爆震,因此传统汽油发动机的压缩比是由"全负荷状态时"的工作条件来决定压缩比的。如此一来,几何压缩比被固定下来了,但固定的压缩比,天生注定了汽油发动机不能够在随时变化的实时动力请求指令下,以最合适的工况运行。
因为,汽油发动机多数时间都不在全负荷状态下工作,这时候进气过程产生节气,进气压力下降,进气总量减少。因为"几何压缩比"是固定的,活塞上下止点都不变,气体总量不足,"实际压缩比"降低了。实际压缩比下降,燃油效率降低,热效率降低,功率降低,有害排放增加。
如何实现压缩比"随机应变"?
那么,我们就改变"几何压缩比"吧!
全球第一款量产化的可变压缩比发动机,正是来自日产。发动机代号KR20DDT,第一款搭载的车型为新一代英菲尼迪QX50,第二款为刚刚上市的东风日产第七代天籁ALTIMA。
这台名字为"VC-TURBO智控引擎"的可变压缩比涡轮增压发动机融汇了日产汽车20年以来的几乎所有活塞式发动机技术,只为同时达到两个此前根本不可能同时实现的目标:更高的输出性能与适应能力,更低的燃油消耗与污染排放。
那么,这台日产VC-TURBO智控引擎(可变压缩比涡轮增压发动机)的可变压缩比是如何实现的呢?相比传统发动机,日产VC-TURBO智控引擎(可变压缩比涡轮增压发动机)又有哪些不可逾越的优势呢?
下面,我们来一一分解:
A、为何不再坚持V6?
L4结构拥有众多优势,系统整备质量减少,活动部件减少,热散失更少,润滑难度降低,整体外轮廓尺寸减少,给悬架与变速箱布局留出足够空间。问题是,L4的平顺性不如V6,车企们能解决吗?其他车企能否解决不可知,但日产是解决了,方式便是通过"可变压缩比"活动机构,让发动机总是在最合适的压缩比下工作,让发动机每时每刻都倍感"舒适",不乱抖,不聒噪。
B、为何不再坚持自吸?
这可以用原理深奥的发动机燃烧效能来简单解释:如果使用了可变压缩比,坚持自然吸气的话,效能增长5%;改为排量更小的涡轮增压结构的话,效能增长32%。
可见,"可变压缩比"与"小型化涡轮增压"是天生绝配,相辅相成,1+1>2。
C、如何完成压缩比的改变?
VC-TURBO智控引擎(可变压缩比涡轮增压发动机),通过一套全新设计的连杆结构来实现压缩比的改变。准确来说,日产让传统发动机上的单根曲轴连杆,进化成一套四连杆结构。我们先看一张Gif图,了解四根连杆的工作动态:
这时候,笔者画了一张连杆图,对比传统发动机与日产VC-TURBO智控引擎(可变压缩比涡轮增压发动机)的区别。
可见,在日产VC-TURBO智控引擎(可变压缩比涡轮增压发动机)四连杆结构的最末端有一台驱动电机。这是一台带位置传感器的无刷电机,经过减速器减速增扭后,通过A连杆来转动A/C之间的控制转轴,进而控制整个四连杆结构的C和L连杆,让U连杆的上止点/下止点位置得到改变。
如上图,当采用低压缩比模式时(图右方模式),驱动电机拉动A连杆,最终让U连杆的上止点/下止点位置降低,气缸容积变大,更适用于高输出工况。反之亦然。
D、何种工况需要何种压缩比?
当汽车的动力请求较低时,增压器通常没有上压,传统发动机因为固定几何压缩比而导致"实际压缩比"过低,燃烧不充分,而日产VC-TURBO智控引擎(可变压缩比涡轮增压发动机)可以让驱动电机推动A连杆,最终让活塞的上止点/下止点全部上移最多6mm,活塞行程由90.1mm降低至88.9mm,排量由1997cc降低至1970cc,"几何压缩比"大幅度提升至14:1。
此时,装备日产VC-TURBO智控引擎(可变压缩比涡轮增压发动机)的车型,低速或巡航工况下的燃油燃烧效率得到提升,市区工况下非常节油节能,而且不充分燃烧产生的污染物质大幅度减少,轻松满足目前全球最严格的排放法规(中国的国六B)。
当汽车的动力请求较高时,超高固定压缩比就不能增压了,因为增压之后"实际压缩比"就会超过汽油机的爆震极限,进而损坏发动机。此时,日产VC-TURBO智控引擎(可变压缩比涡轮增压发动机)可以让驱动电机拉动A连杆,上止点/下止点下移,活塞行程提升,排量提升,"几何压缩比"大幅度降低8:1。
装备日产VC-TURBO智控引擎(可变压缩比涡轮增压发动机)的车型,在激烈驾驶工况下拥有了超低压缩比,而涡轮增压器会大幅度增加进气量,增加单位时间内燃烧汽油燃料的能力(增加这个能量转化结构的吞吐量),而"实际压缩比"也不至于高出爆震极限。
E、可变压缩比还有哪些"附送的优势"?
1、日产VC-TURBO智控引擎(可变压缩比涡轮增压发动机)不仅仅能完成14:1与8:1的压缩比转换,因为四连杆机构的连续可变物理特性,VC-TURBO智控引擎(可变压缩比涡轮增压发动机)还能在14:1与8:1压缩比之间进行连续的、动态的、无级的变化,完美适应所有动力请求。
2、由于压缩比是可变的,因此ECU会根据来自爆震传感器的数据,在全工况范围内动态微调压缩比数值,让发动机适应不同标号的汽油燃料。因此,即使日产推荐加注95号燃油,但其实加注92号或者98号都是没有问题的,只不过动力性能和燃油经济性会略有不同而已。
3、此外,ECU还会考虑环境温度、冷却液温度、空气密度等参数,自动设定发动机此时此刻的最优压缩比,日产VC-TURBO智控引擎(可变压缩比涡轮增压发动机)得以适应全球不同市场(不同纬度与不同海拔)的所有用车需求。
日产发动机的王座由谁继承?
毫无疑问,引领活塞式发动机走向下一个20年辉煌历程的,便是我们详细解读的日产VC-TURBO智控引擎(可变压缩比涡轮增压发动机)。
如今,日产VC-TURBO智控引擎(可变压缩比涡轮增压发动机)已装备到刚刚上市的东风日产第七代天籁ALTIMA之上,其最大功率高达252PS,峰值扭矩直指380Nm,工信部综合油耗仅为6.6L/100km,实测0-100km/h加速成绩6.42秒,全面超越日产引以为豪的一代名机VQ35,堪称"吃得少跑得快"的劳模。
拥有这台日产VC-TURBO智控引擎(可变压缩比涡轮增压发动机),第七代 天籁ALTIMA就能在目前的中国车市中拥有不可超越的动力系统优越性,因为这是目前第一款能同时兼顾燃油经济性、动力性能、油品适应性、用车环境适应性、机械耐久性五大性能指标的发动机。