เนื่องจากหัวข้อมีความซับซ้อน เรามาอธิบายแนวคิดเรื่องอัตราส่วนการอัดกันก่อนเพื่อทำความเข้าใจว่าทำไมเครื่องยนต์บีบอัดตัวแปร VC-T ของนิสสันถึงไม่ธรรมดา ดังนั้น ฉันจะพยายามทำให้เข้าใจง่ายขึ้น โดยมีความเสี่ยงที่จะเกิดความไม่ถูกต้อง หากเป็นเช่นนั้น คุณสามารถเข้าไปที่ Facebook ของเราและแสดงความคิดเห็นกับเราได้ตลอดเวลา
ให้คะแนนอะไร?
อัตราการบีบอัดคือจำนวนครั้งที่ปริมาตรที่กำหนดถูกบีบอัดภายในกระบอกสูบ ตัวอย่างที่ใช้งานได้จริง: เครื่องยนต์สี่สูบ 1.0 ลิตรที่มีอัตราส่วน 10:1 มีกระบอกสูบ 250 ซม.³ ที่จุดศูนย์กลางตายบนสุด บีบอัดส่วนผสมให้มีปริมาตรเพียง 25 ซม.³ นั่นคือหนึ่งในสิบของปริมาตร ( 10 : 1)). สามารถดูคำอธิบายอัตราส่วนการบีบอัดแบบซับซ้อนได้ที่นี่และทำไมสิ่งนี้จึงสำคัญ?
เพราะยิ่งอัตราส่วนกำลังอัดของเครื่องยนต์มากเท่าไร ก็ยิ่งมีประสิทธิภาพมากขึ้นเท่านั้น ยิ่งมีการอัดของเครื่องยนต์มากเท่าไร การขยายตัวของก๊าซที่เกิดจากการระเบิดก็จะยิ่งเร็วขึ้น และทำให้ลูกสูบและก้านสูบเคลื่อนตัวเร็วขึ้น ดังนั้นการเคลื่อนตัวของเพลาข้อเหวี่ยงจึงเร็วขึ้น ส่งผลให้มีการเคลื่อนไหวมากขึ้นในการส่งผ่านไปยังรถ ล้อ. นั่นคือเหตุผลที่รถสปอร์ตมีอัตราส่วนการอัดที่สูงกว่า เช่น เครื่องยนต์ V10 ของ Audi R8 บีบอัด 12.7 เท่าของปริมาตร
เหตุใดรถยนต์ทุกคันจึงไม่มีอัตราส่วนการอัดสูง
ด้วยเหตุผลสองประการ: เหตุผลแรกคือส่วนผสมจะเกิดการระเบิดล่วงหน้า และเหตุผลที่สองคือการผลิตเครื่องยนต์ที่มีอัตราการบีบอัดสูงมีราคาแพง แต่ขอไปที่เหตุผลแรกก่อน เมื่ออัตราส่วนการอัดเพิ่มขึ้น อุณหภูมิของส่วนผสมอากาศและเชื้อเพลิงภายในห้องเผาไหม้ก็เช่นกัน และอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นนี้อาจนำไปสู่การจุดระเบิดก่อนที่ลูกสูบจะไปถึงจุดศูนย์กลางตายบนชื่อของปรากฏการณ์นี้คือการระเบิดล่วงหน้า และด้วยเหตุนี้เอง แบรนด์รถยนต์จึงถูกบังคับให้ผลิตเครื่องยนต์ที่มีอัตราส่วนการอัดแบบอนุรักษ์นิยมด้วยแผนที่การจุดระเบิดและการฉีดที่ออกแบบมาเพื่อปกป้องเครื่องยนต์จากปรากฏการณ์นี้ด้วยประสิทธิภาพสูงสุดในทางกลับกัน การผลิตเครื่องยนต์ที่มีอัตราการบีบอัดสูงก็มีราคาแพงเช่นกัน (สำหรับแบรนด์และสำหรับลูกค้า…) เนื่องจากเพื่อหลีกเลี่ยงการระเบิดล่วงหน้าในเครื่องยนต์ที่มีอัตราส่วนการอัดสูง แบรนด์ต่างๆ จึงต้องหันไปใช้วัสดุที่ทนทานกว่าและทนทานกว่า ซึ่งจะกระจายความร้อนที่เกิดขึ้นในเครื่องยนต์ได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น
นิสสันพบ (ในที่สุด!) ทางออก
ในช่วง 25 ปีที่ผ่านมา หลายแบรนด์ได้พยายามเอาชนะข้อจำกัดของเครื่องยนต์ในระดับนี้อย่างไม่ประสบผลสำเร็จSaab เป็นหนึ่งในแบรนด์ที่ใกล้ชิดยิ่งขึ้น แม้กระทั่งการนำเสนอเครื่องยนต์ปฏิวัติวงการที่ต้องขอบคุณการเคลื่อนไหวด้านข้างของหัวเครื่องยนต์ สามารถเพิ่มหรือลดความจุลูกบาศก์ของห้องเผาไหม้ได้และด้วยเหตุนี้อัตราส่วนการอัด ปัญหา? ระบบมีข้อบกพร่องด้านความน่าเชื่อถือและไม่เคยมีการผลิตมาก่อน อย่างมีความสุข…
แบรนด์แรกที่ค้นหาวิธีแก้ปัญหาคือนิสสันอย่างที่เราพูด แบรนด์ที่จะนำเสนอเครื่องยนต์บีบอัดแบบปรับได้เครื่องแรกของโลกในเดือนกันยายนที่งาน Paris Motor Show เป็นเครื่องยนต์ 2.0 เทอร์โบ 274 แรงม้า แรงบิดสูงสุด 390 นิวตันเมตร เครื่องยนต์นี้ในขั้นต้นจะเปิดตัวในสหรัฐอเมริกาเท่านั้น แทนที่เครื่องยนต์ 3.5 V6 ที่ติดตั้งรุ่น Infiniti (แผนกโมเดลพรีเมียมของนิสสัน)
นิสสันบรรลุสิ่งนี้ได้อย่างไร
มันเป็นคาถา ฉันล้อเล่น… มันเป็นวิศวกรรมล้วนๆ ในเครื่องยนต์ทั่วไป ก้านสูบ (แขนที่ "จับ" ลูกสูบ) ติดอยู่กับเพลาข้อเหวี่ยงโดยตรง ในเครื่องยนต์ VC-T ของ Nissan จะไม่เกิดขึ้น ดังที่คุณเห็นในภาพด้านล่าง:
ในเครื่องยนต์นิสสันที่ปฏิวัติวงการนี้ ความยาวของก้านสูบหลักลดลงและเชื่อมต่อกับก้านสูบระดับกลางที่หมุนไปที่เพลาข้อเหวี่ยงและเชื่อมต่อกับก้านสูบตัวที่สองที่เคลื่อนที่ได้ตรงข้ามกับก้านสูบซึ่งแตกต่างกันไปตามขอบเขตการเคลื่อนที่ของลูกสูบ เมื่อชุดควบคุมเครื่องยนต์กำหนดว่าจำเป็นต้องเพิ่มหรือลดอัตราส่วนการอัด แอคทูเอเตอร์จะเปลี่ยนมุมของคันโยกตรงกลาง เพิ่มหรือลดก้านสูบ ดังนั้นจึงเปลี่ยนกำลังอัดระหว่าง 8:1 ถึง 14:1 ดังนั้น เครื่องยนต์นิสสันจึงสามารถรวมเอาสิ่งที่ดีที่สุดของทั้งสองโลกเข้าด้วยกัน: ประสิทธิภาพสูงสุดที่รอบต่ำและกำลังมากขึ้นที่รอบต่อนาทีสูง หลีกเลี่ยงผลกระทบก่อนการระเบิด
การเปลี่ยนแปลงนี้ในอัตราส่วนกำลังอัดของเครื่องยนต์สามารถทำได้อย่างมีประสิทธิภาพและในช่วงรอบต่อนาทีเท่านั้น ต้องขอบคุณเซนเซอร์จำนวนมากที่กระจายอยู่ทั่วเครื่องยนต์ ข้อมูลเหล่านี้ส่งข้อมูลหลายแสนรายการต่อวินาทีไปยัง ECU แบบเรียลไทม์ (อุณหภูมิของอากาศ, ห้องเผาไหม้, ไอดี, เทอร์โบ, ปริมาณออกซิเจนในส่วนผสม ฯลฯ ) ทำให้อัตราส่วนการอัดสามารถเปลี่ยนแปลงได้ตามความต้องการ ของรถ เครื่องยนต์นี้ยังติดตั้งระบบวาล์วแปรผันเพื่อจำลองวัฏจักร Atkinson ซึ่งวาล์วไอดีจะเปิดนานขึ้นเพื่อให้อากาศไหลผ่านได้ ซึ่งจะช่วยลดความต้านทานแอโรไดนามิกของเครื่องยนต์ในขั้นตอนการบีบอัด
คนที่ประกาศจุดสิ้นสุดของเครื่องยนต์สันดาปภายในซ้ำๆ ต้องกลับไป “เก็บกีตาร์ไว้ในกระเป๋า” . เครื่องยนต์สันดาปภายในที่ "เก่า" มีอายุมากกว่า 120 ปีแล้ว และดูเหมือนว่าจะอยู่ที่นี่ต่อไป คงต้องรอดูกันต่อไปว่าโซลูชันนี้จะเชื่อถือได้หรือไม่
ประวัติเพิ่มเติมเล็กน้อย?
การศึกษาครั้งแรกเกี่ยวกับผลกระทบของอัตราส่วนการอัดต่อประสิทธิภาพรอบการทำงานของเครื่องยนต์สันดาปภายในมีอายุย้อนไปถึงปี 1920 เมื่อวิศวกรชาวอังกฤษ Harry Ricardo เป็นหัวหน้าแผนกพัฒนาการบินของกองทัพอากาศ (RAF) ภารกิจที่สำคัญที่สุดประการหนึ่งคือการหาวิธีแก้ปัญหาสำหรับการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงที่สูงของเครื่องบิน RAF และผลที่ตามมาสำหรับช่วงการบินระยะสั้น เพื่อศึกษาสาเหตุและแนวทางแก้ไขปัญหานี้ แฮร์รี่ ริคาร์โด ได้พัฒนาเครื่องยนต์ทดลองที่มีการบีบอัดแบบแปรผัน ซึ่งเขาพบว่า (เหนือสิ่งอื่นใด) เชื้อเพลิงบางชนิดมีความทนทานต่อการระเบิดมากกว่า การศึกษานี้มีผลสูงสุดในการสร้างระบบการให้คะแนนออกเทนของเชื้อเพลิงระบบแรก
ต้องขอบคุณการศึกษาเหล่านี้ที่ทำให้สรุปได้ว่าอัตราส่วนการอัดที่สูงขึ้นจะมีประสิทธิภาพมากกว่าและต้องการเชื้อเพลิงน้อยกว่าในการผลิตพลังงานกลเท่าเดิมนับจากนี้เป็นต้นไป เครื่องยนต์ขนาดมหึมาที่มีความจุ 25 ลิตรลูกบาศก์ – ซึ่งเราทราบจากเครื่องบินในสงครามโลกครั้งที่ 1 – เริ่มหลีกทางให้กับหน่วยที่เล็กกว่าและมีประสิทธิภาพมากขึ้น การเดินทางข้ามมหาสมุทรแอตแลนติกกลายเป็นความจริงและข้อจำกัดทางยุทธวิธีในช่วงสงคราม (เนื่องจากช่วงของเครื่องยนต์) ได้รับการบรรเทาลง
