Da das Thema komplex ist, lassen Sie uns zunächst kurz das Verdichtungsverhältnis-Konzept erklären, um zu verstehen, warum Nissans VC-T-Motor mit variabler Kompression so außergewöhnlich ist. Ich werde also versuchen, es zu vereinfachen, auch auf die Gefahr hin, dass ich einige Ungenauigkeiten begehe – wenn das passiert, kannst du jederzeit über unser Facebook gehen und uns einen Kommentar hinterlassen.
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Das Kompressionsverhältnis gibt an, wie oft ein bestimmtes Volumen im Zylinder komprimiert wird. Praxisbeispiel: Ein 1,0-Liter-Vierzylindermotor mit einer Übersetzung von 10:1 hat 250 cm³-Zylinder, die im oberen Totpunkt das Gemisch auf ein Volumen von nur noch 25 cm³ – also auf ein Zehntel seines Volumens – verdichten ( 10:1). Die komplexe Version der Erklärung des Kompressionsverhältnisses kann hier eingesehen werden.Und warum ist das so wichtig?
Denn je höher das Verdichtungsverhältnis des Motors ist, desto höher ist sein Wirkungsgrad. Je höher die Kompression des Motors, desto schneller expandieren die bei der Explosion entstehenden Gase und desto schneller sinken Kolben und Pleuel und somit schneller die Kurbelwelle - was letztendlich zu mehr Bewegung führt, die auf das Fahrzeug übertragen wird Räder. Deshalb haben Sportwagen höhere Verdichtungsverhältnisse – der V10-Motor des Audi R8 verdichtet beispielsweise das 12,7-fache seines Volumens.
Warum haben also nicht alle Autos hohe Verdichtungsverhältnisse?
Aus zwei Gründen: Der erste Grund ist, dass das Gemisch vorzeitig explodiert, und der zweite Grund ist, dass es teuer ist, einen Motor mit einem hohen Verdichtungsverhältnis herzustellen. Aber kommen wir zuerst zum ersten Grund. Mit steigendem Verdichtungsverhältnis steigt auch die Temperatur des Luft-Kraftstoff-Gemisches im Brennraum, und dieser Temperaturanstieg kann zur Zündung führen, bevor der Kolben den oberen Totpunkt erreicht. Der Name dieses Phänomens ist Pre-Detonation und aufgrund dieses Effekts sind Automarken gezwungen, Motoren mit konservativen Verdichtungsverhältnissen zu produzieren. mit Zünd- und Einspritzkennfeldern, die den Motor auf Kosten der maximalen Effizienz vor diesem Phänomen schützen sollen.Andererseits ist die Herstellung von Motoren mit hohen Verdichtungsverhältnissen auch teuer (für Marken und damit für Kunden…). Denn um Vordetonationen bei Motoren mit hohen Verdichtungsverhältnissen zu vermeiden, müssen Marken auf edlere und widerstandsfähigere Materialien zurückgreifen, die die im Motor entstehende Wärme effizienter abführen.
Nissan findet (endlich!) die Lösung
In den letzten 25 Jahren haben mehrere Marken erfolglos versucht, die Grenzen der Motoren auf dieses Niveau zu überwinden. Saab war eine der Marken, die näher kamen und sogar einen revolutionären Motor präsentierten, der es dank der seitlichen Bewegung des Motorkopfes schaffte, den Hubraum des Brennraums zu vergrößern oder zu verkleinern. und damit das Kompressionsverhältnis. Problem? Das System hatte Zuverlässigkeitsmängel und schaffte es nie in die Produktion. Glücklich…
Die erste Marke, die eine Lösung fand, war, wie gesagt, Nissan. Eine Marke, die im September auf dem Pariser Autosalon den weltweit ersten Motor mit variabler Verdichtung präsentiert. Es handelt sich um einen 2.0 Turbo Motor mit 274 PS und 390 Nm maximalem Drehmoment. Dieser Motor wird zunächst nur in den USA auf den Markt kommen und den 3,5-V6-Motor ersetzen, mit dem derzeit Infiniti-Modelle (Nissans Premium-Modellabteilung) ausgestattet sind.
Wie hat Nissan das erreicht?
Es war Hexerei. Ich mache Witze... es war reine Ingenieurskunst. Bei herkömmlichen Motoren sind die Pleuel (der Arm, der den Kolben „greift“) direkt an der Kurbelwelle befestigt, beim VC-T-Motor von Nissan passiert dies nicht. Wie Sie im Bild unten sehen können:
Bei diesem revolutionären Nissan-Motor wurde die Länge der Hauptpleuel reduziert und mit einem Zwischenhebel verbunden, der an der Kurbelwelle angelenkt und mit einer zweiten beweglichen Pleuelstange gegenüber der Pleuelstange verbunden ist, die das Ausmaß der Kolbenbewegung variiert. Stellt das Motorsteuergerät fest, dass das Verdichtungsverhältnis erhöht oder verringert werden muss, verändert der Aktuator den Winkel des Zwischenhebels, hebt oder senkt das Pleuel und variiert damit die Verdichtung zwischen 8:1 und 14:1. So gelingt es dem Nissan-Motor, das Beste aus beiden Welten zu vereinen: maximale Effizienz bei niedrigen Drehzahlen und mehr Leistung bei hohen Drehzahlen, wodurch der Pre-Detonation-Effekt vermieden wird.
Diese Variation des Verdichtungsverhältnisses des Motors ist nur dank einer Vielzahl von Sensoren, die über den Motor verteilt sind, effizient und in jedem Drehzahlbereich möglich. Diese senden Hunderttausende von Informationen pro Sekunde in Echtzeit an die ECU (Temperatur der Luft, Brennkammer, Einlass, Turbo, Sauerstoffmenge im Gemisch usw.), wodurch das Verdichtungsverhältnis entsprechend geändert werden kann des Fahrzeugs. Dieser Motor ist außerdem mit einer variablen Ventilsteuerung zur Simulation des Atkinson-Zyklus ausgestattet, bei der die Einlassventile länger geöffnet bleiben, damit Luft durch sie entweichen kann, wodurch der aerodynamische Widerstand des Motors in der Verdichtungsphase verringert wird.
Wer immer wieder das Ende des Verbrennungsmotors verkündet, muss zurück, um „die Gitarre in der Tasche zu behalten“ . Die „alten“ Verbrennungsmotoren sind bereits über 120 Jahre alt und scheinen zu bleiben. Ob diese Lösung zuverlässig ist, bleibt abzuwarten.
Noch ein bisschen Geschichte?
Die ersten Studien über die Auswirkungen des Verdichtungsverhältnisses auf den Arbeitszykluswirkungsgrad von Verbrennungsmotoren stammen aus dem Jahr 1920, als der britische Ingenieur Harry Ricardo die Aeronautical Development Department der Royal Air Force (RAF) leitete. Eine ihrer wichtigsten Aufgaben bestand darin, eine Lösung für den hohen Treibstoffverbrauch der RAF-Flugzeuge und damit für deren kurze Flugreichweite zu finden. Um die Ursachen und Lösungen für dieses Problem zu untersuchen, entwickelte Harry Ricardo einen experimentellen Motor mit variabler Kompression, bei dem er (unter anderem) feststellte, dass einige Kraftstoffe widerstandsfähiger gegen Detonation waren. Diese Studie gipfelte in der Entwicklung des ersten Systems zur Bewertung der Oktanzahl von Kraftstoffen.
Dank dieser Studien wurde erstmals der Schluss gezogen, dass höhere Verdichtungsverhältnisse effizienter sind und weniger Kraftstoff benötigen, um die gleiche mechanische Energie zu erzeugen. Ab dieser Zeit wichen die gigantischen Motoren mit 25 Litern Hubraum, die wir aus den Flugzeugen des Ersten Weltkriegs kennen, kleineren und effizienteren Aggregaten. Transatlantikreisen wurden Realität und taktische Einschränkungen während des Krieges (durch die Reichweite der Motoren) wurden gemildert.
