Fordi emnet er komplekst, la oss først kort forklare konseptet med kompresjonsforhold for å forstå hvorfor Nissans VC-T variabel kompresjonsmotor er så ekstraordinær? Så jeg skal prøve å forenkle, med fare for å begå noe unøyaktighet – hvis det skjer, kan du alltid gå gjennom vår Facebook og legge igjen en kommentar.
Vurder hva?
Kompresjonsforholdet er antall ganger et gitt volum komprimeres inne i sylinderen. Praktisk eksempel: en 1,0 liters firesylindret motor med et forhold på 10:1 har 250 cm³ sylindre som ved sitt øvre dødpunkt komprimerer blandingen til et volum på bare 25 cm³ – det vil si til en tidel av volumet ( 10:1). Den komplekse versjonen av kompresjonsforholdsforklaringen kan sees her.Og hvorfor er dette så viktig?
For jo større kompresjonsforhold motoren har, jo større er effektiviteten. Jo større kompresjon av motoren, jo raskere utvidelse av gassene som følge av eksplosjonen og følgelig raskere nedstigning av stempelet og koblingsstangen, og derfor raskere forskyvningen av veivakselen - noe som til slutt resulterer i mer bevegelse overført til kjøretøyet hjul. Det er derfor sportsbiler har høyere kompresjonsforhold – for eksempel komprimerer Audi R8s V10-motor 12,7 ganger volumet.
Så hvorfor har ikke alle biler høye kompresjonsforhold?
Av to grunner: Den første grunnen er at blandingen forhåndsdetonerer og den andre grunnen er at det er dyrt å lage en motor med høyt kompresjonsforhold. Men la oss gå til den første grunnen først. Ettersom kompresjonsforholdet øker, øker også temperaturen på luft-drivstoffblandingen inne i forbrenningskammeret, og denne økningen i temperatur kan føre til antennelse før stempelet når øverste dødpunkt. Navnet på dette fenomenet er pre-detonation, og det er på grunn av denne effekten at bilmerker blir tvunget til å produsere motorer med konservative kompresjonsforhold, med tennings- og injeksjonskart designet for å beskytte motoren mot dette fenomenet på bekostning av maksimal effektivitet.På den annen side er det også dyrt å produsere motorer med høye kompresjonsforhold (for merker og derfor for kunder...). For for å unngå pre-detonasjon i motorer med høye kompresjonsforhold, må merkene ty til edlere og mer motstandsdyktige materialer som sprer varmen som genereres i motoren mer effektivt.
Nissan finner (endelig!) løsningen
I løpet av de siste 25 årene har flere merker uten hell forsøkt å overvinne begrensningene til motorer til dette nivået. Saab var et av merkene som kom nærmere, og presenterte til og med en revolusjonerende motor som takket være sidebevegelsen til motorhodet klarte å øke eller redusere kubikkkapasiteten til forbrenningskammeret. og derav kompresjonsforholdet. Problem? Systemet hadde pålitelighetsfeil og kom aldri i produksjon. Gjerne…
Det første merket som fant en løsning var som sagt Nissan. Et merke som vil presentere verdens første motor med variabel kompresjon i september på bilutstillingen i Paris. Det er en 2.0 Turbo-motor med 274 hk og 390 Nm maksimalt dreiemoment. Denne motoren vil i første omgang bare bli lansert i USA, og erstatter 3,5 V6-motoren som for tiden utstyrer Infiniti-modeller (Nissans premium-modellavdeling).
Hvordan oppnådde Nissan dette?
Det var hekseri. Jeg tuller... det var ren ingeniørkunst. I konvensjonelle motorer er koblingsstengene (den armen som "griper" stempelet) direkte festet til veivakselen, i Nissans VC-T-motor skjer ikke dette. Som du kan se på bildet nedenfor:
I denne revolusjonerende Nissan-motoren ble lengden på hovedkoblingsstangen redusert og koblet til en mellomspak som var svingt til veivakselen og koblet til en andre bevegelig koblingsstang på motsatt side av koblingsstangen som varierer omfanget av stempelbevegelsen. Når motorkontrollenheten fastslår at det er nødvendig å øke eller redusere kompresjonsforholdet, endrer aktuatoren vinkelen på mellomspaken, hever eller senker koblingsstangen og varierer derfor kompresjonen mellom 8:1 og 14:1. Dermed klarer Nissan-motoren å kombinere det beste fra to verdener: maksimal effektivitet ved lavt turtall og mer kraft ved høyt turtall, og unngår pre-detonasjonseffekten.
Denne variasjonen i motorens kompresjonsforhold er kun mulig effektivt og i et hvilket som helst turtallsområde, takket være et mylder av sensorer spredt over hele motoren. Disse sender hundretusenvis av informasjon per sekund til ECU i sanntid (temperatur på luft, forbrenningskammer, inntak, turbo, mengde oksygen i blandingen, etc.), slik at kompresjonsforholdet kan endres tilsvarende behovene av kjøretøyet. Denne motoren er også utstyrt med et variabelt ventiltimingssystem for å simulere Atkinson-syklusen, der inntaksventilene holder seg åpne lenger for å la luft slippe ut gjennom dem, og dermed redusere motorens aerodynamiske motstand i kompresjonsfasen.
De som gjentatte ganger annonserer slutten på forbrenningsmotoren må gå tilbake for å "holde gitaren i sekken" . De «gamle» forbrenningsmotorene er allerede over 120 år gamle og ser ut til å være kommet for å bli. Det gjenstår å se om denne løsningen vil være pålitelig.
Litt mer historie?
De første studiene på effekten av kompresjonsforhold på driftssykluseffektiviteten til forbrenningsmotorer dateres tilbake til 1920, da den britiske ingeniøren Harry Ricardo ledet Aeronautical Development Department of the Royal Air Force (RAF). Et av dets viktigste oppdrag var å finne en løsning for det høye drivstofforbruket til RAF-flyene og følgelig for deres korte rekkevidde. For å studere årsakene og løsningene til dette problemet utviklet Harry Ricardo en eksperimentell motor med variabel kompresjon hvor han fant (blant annet) at noen drivstoff var mer motstandsdyktig mot detonasjon. Denne studien kulminerte med etableringen av det første oktantallet for drivstoff.
Det var takket være disse studiene at det for første gang ble konkludert med at høyere kompresjonsforhold er mer effektive og krever mindre drivstoff for å produsere den samme mekaniske energien. Det var fra denne tiden de gigantiske motorene med 25 liter kubikkkapasitet – som vi kjenner fra fly fra første verdenskrig – begynte å vike for mindre og mer effektive enheter. Transatlantiske reiser ble en realitet og taktiske begrensninger under krigen (på grunn av rekkevidden av motorer) ble lettet.
