Компания Infiniti готова выпускать бензиновый турбомотор с переменной степенью сжатия. Посмотрим, что это такое

С 2018 года компания Infiniti будет устанавливать на все свои модели бензиновый турбомотор с переменной степенью сжатия. Попробуем объяснить, что это такое и для чего придумано

VC-Turbo можно смело назвать первым в мире серийным двигателем с переменной степенью сжатия. Эта технология позволяет объединить в одном и том же двухлитровом моторе динамику и оборотистость турбированного бензинового двигателя с крутящим моментом и КПД дизельного агрегата. И всё это в сочетании с минимальным уровнем выбросов. В общем, почти идеальный набор характеристик, и в случае успеха на рынке VC-Turbo может серьёзно повлиять на всю мировую дизельную программу. Проще говоря, с таким мотором можно вообще отказаться от идеи дальнейшего производства дизельных двигателей, заменив их бензиновыми с изменяемой степенью сжатия. Правда, пока это лишь вариант возможного развития событий – так сказать, вопрос будущего, которое должно показать, насколько надёжен полученный агрегат. Мы же поговорим о его технической стороне, а заодно вспомним опыт других компаний в попытках создать нечто подобное.

Изюминка мотора VC-Turbo в оригинальной детали – подвижной нижней
головке основного шатуна. При её повороте меняется расстояние от коленвала
до поршня, и вместе с этим – ход поршня. Заведует углом поворота обычный
электромотор через обычный рычаг, связанный со специальным
эксцентриковым валом. К эксцентрикам вала крепятся
дополнительные нижние шатуны. Они и задают в итоге ход поршня

С конструктивной точки зрения мотор VC-Turbo не является открытием каких-то принципиально новых направлений. Шатун каждого поршня связан с шейкой коленвала не напрямую, а через коромысло. Другой конец коромысла через второй шатун перемещается вверх и вниз особым эксцентриковым валом, расположенным под коленвалом. Эксцентриковый вал поворачивается электромотором, команды которому выдает электронный блок. Система выглядит достаточно просто и, кроме самого коромысла, набрана из стандартных для любого мотора элементов. Поскольку в результате поршень перемещается на величину, определяемую положениями двух подвижных рычагов, инженеры Infiniti назвали конструкцию многорычажной.

Эта многорычажная система позволяет VC-Turbo плавно изменять ход поршня в зависимости от действий водителя и нагрузки на двигатель, выбирая наиболее подходящий для каждой ситуации коэффициент сжатия. Двигатель может менять коэффициент от 8:1, как у спортивных двигателей с наддувом, до 14:1, который кардинально снижает расход топлива. Перед разработчиками стояла задача достижения примерной мощности в 268 л. с. (200 кВт) и 390 Нм крутящего момента, для того чтобы по динамическим качествам приблизить мотор к шестицилиндровым, сохранив показатель расхода топлива на уровне четырёхцилиндрового. При этом шум и вибрации у мотора VC-Turbo значительно ниже, чем у традиционных двигателей внутреннего сгорания (особенно дизельных), а кроме того, он легче и компактнее моторов V6 аналогичной мощности.

Экзотический двигатель с бесшатунными поршнями,
по свидетельствам очевидцев, неплохо работал

Слева рабочий поршень. Справа регулирующий.
Похоже на весы, но внутри мотора

MCE-5

Если обратиться к истории, то первыми переменной степенью сжатия занялись французы из MCE Engineering с проектом MCE-5, который появился ещё в 1997 году. Двигатель имел много оригинальных, сложных в изготовлении и мало пригодных для массового копирования узлов. В основе идеи MCE-5 тоже лежало коромысло, но его края представляли собой не обычные втулки, а секторы зубчатых шестерён. Эти секторы взаимодействовали с двумя зубчатыми рейками. Одна из реек являлась низом бесшатунного рабочего поршня, двигавшегося вверх и вниз по специальным направляющим, а другая – гидроцилиндром, также перемещавшимся вверх и вниз. Итоговая степень сжатия регулировалась в диапазоне от 7:1 до 18:1, а мощность полуторалитрового четырёхцилиндрового турбомотора достигала 218 л. с., при крутящем моменте в 300 Нм. Особенностями этого двигателя были индивидуальная регулировка степени сжатия в каждом из цилиндров и привод регулирующих поршней от маслосистемы двигателя. Бесшатунные поршни сулили солидный прирост ресурса цилиндропоршневой группы, но конструкция с передачей мощности и многократных знакопеременных нагрузок через зубчатое зацепление оставляла массу трудноразрешимых технических вопросов. Сложный двигатель не пошёл в серию, несмотря на заверения конструкторов о решении всех технических проблем.

SAAB

Однако ближе всех к созданию серийного мотора с изменяемой степенью сжатия подошёл SAAB. Шведы, правда, попытались решить проблему в лоб, применив простую на вид конструкцию с раздвижным блоком цилиндров. Верхняя часть мотора – практически моноблок из головок и цилиндров – могла немного наклоняться на шарнире относительно нижней части, к которой крепились коленвал, шатуны и поршни. Половинки блока соединяла эластичная резиновая юбка. Наклоном заведовал гидропривод, а степень сжатия менялась в таких же, как и у VC-Turbo, пределах (от 8 до 14 единиц). Опытный рядный пятицилиндровый мотор SVC (SAAB Variable Compression), при небольшом рабочем объёме 1.6 л, за счёт изменяемой степени сжатия выдавал рекордные тогда и продолжающие удивлять сегодня 225 л. с. Система вышла работоспособной, но очень сложной в сборке и, главное, дорогой, что и послужило причиной закрытия проекта вскоре после премьеры в 2000 году.

Сумрачный немецкий гений в лице инженеров Mercedes-Benz создал действительно
неординарную конструкцию. В моторе Diesotto свою фактическую длину меняли шатуны,
в которых удалось разместить и силовые гидроцилиндры, и систему золотников

MERCEDES-BENZ DIESOTTO

Впервые об идентичности характеристик бензинового и дизельного двигателей заговорили инженеры Mercedes-Benz, которые в 2007-м объявили о своей новой разработке, бензиновом моторе, совмещающем преимущества обоих типов двигателей внутреннего сгорания. На это указывало и название мотора, которое было составлено из первых букв двух концепций. Экспериментальный четырёхцилиндровый мотор с рабочим объёмом 1.8 литра имел мощность 238 л. с. при крутящем моменте 400 Нм. Исключительно мал был расход бензина – менее шести литров на сто километров. Двигатель действительно уравнял по многим показателям бензиновые и дизельные моторы и использовал вполне дизельное самовоспламенение рабочей смеси от сжатия, питаясь при этом исключительно бензином. Сторонники высоких технологий, инженеры Mercedes, использовали хитроумную систему поворотной эксцентриковой верхней втулки шатунов. Два гидроцилиндра, встроенных в каждый шатун, изменяли расстояние между центрами шатунной шейки и пальца поршня, то есть фактически длину шатуна. Давление масла для гидроцилиндров бралось от коленвала и штатной системы смазки мотора, а регулирующие клапаны в крышке шатуна открывались и закрывались специальными направляющими, которые, в свою очередь, двигал электропривод. Направляющие были размещены под коленвалом, и шатунные клапаны касались направляющих при каждом обороте мотора. При этом остаётся загадкой, каким образом специалисты Mercedes избежали ударных нагрузок при высоких оборотах. Так или иначе, сверхсложный экспериментальный бензодизельный мотор серийного продолжения не имел.

Возвращаясь к разработке Infiniti и подытоживая сказанное, заметим, что серийный двигатель VC-Turbo хотя и немного тяжелее обычной рядной четвёрки, но заметно компактнее и легче шестицилиндрового мотора, равного ему по мощности и крутящему моменту. Его устройство сводит на нет различные вибрации и колебания, что позволяет экономить на балансирных валах. Он собран из технически простых деталей, не имеет вычурных конструктивных элементов, и потому даже в теории прост и понятен.