Presentació de prova d'un motor revolucionari per a Infiniti — VC-Turbo

Разговор с водещите специалисти на Infiniti и Renault-Nissan — Шиничи Кага и Ален Рапосто

Alain Raposto sembla segur. El vicepresident de l’aliança Renault-Nissan, responsable del desenvolupament del motor, té tots els motius per fer-ho. Al costat del vestíbul on parlem hi ha l’estand d’Infiniti, la filial de luxe de Nissan, que presenta avui el primer motor de producció mundial VC-Turbo amb una relació de compressió variable. La mateixa energia flueix del seu company Shinichi Kiga, cap del departament de motors d'Infiniti.

L’avenç realitzat pels dissenyadors d’Infiniti és realment enorme. La creació d’un motor de gasolina de sèrie amb un grau de compressió variable és una revolució realment tecnològica que, malgrat nombrosos intents, no s’ha donat fins ara a ningú. Per entendre el significat de tal cosa, és bo llegir la nostra sèrie "Què passa al motor del cotxe", que descriu els processos de combustió del motor de gasolina. Aquí esmentarem, però, que des del punt de vista termodinàmic, com més alta sigui la relació de compressió, més eficaç és el motor, de manera molt senzilla, de manera que les partícules de combustible i oxigen de l’aire són molt més properes i les reaccions químiques més complet, a més, la calor no es dissipa a l’exterior, sinó que la consumeixen les pròpies partícules.

L’alt grau de compressió és un dels grans avantatges del motor dièsel sobre el de gasolina. El fre d’aquest últim és el fenomen de la detonació, ben descrit a la sèrie d’articles en qüestió. A càrregues més altes, respectivament una vàlvula d’acceleració més àmplia (com quan s’accelera per avançar), la quantitat de mescla d’aire combustible que entra a cada cilindre és major. Això significa una pressió més alta i una temperatura mitjana de funcionament més alta. Aquest últim, al seu torn, provoca una compressió més forta dels residus de la mescla combustible-aire del front de la flama de la combustió, una formació més intensa de peròxids i hidroxèrxids en el residu i l’inici de la combustió explosiva al motor, que normalment és a velocitats extremadament altes., un anell metàl·lic i una dispersió literal de l'energia generada per la mescla residual.

Per reduir aquesta tendència a càrregues elevades (per descomptat, la tendència a la detonació depèn d'altres factors com la temperatura externa, la temperatura del refrigerant i l'oli, la resistència a la detonació dels combustibles, etc.) els dissenyadors es veuen obligats a reduir el grau de compressió. Amb això, però, perden en termes d’eficiència del motor. Tot l’anterior és encara més cert en presència de turboalimentació, ja que l’aire, encara que refredat per l’intercooler, encara entra precomprimit als cilindres. Això significa més combustible i una major tendència a detonar. Després de la introducció massiva de motors de reducció de mida turboalimentats, aquest problema es va fer encara més evident. Per tant, els dissenyadors parlen d'una "relació de compressió geomètrica", la determinada pel disseny del motor i "real" quan es té en compte el factor de precompressió. Per tant, fins i tot en els motors turbo moderns amb injecció directa de combustible, que juguen un paper important en el refredament intern de la cambra de combustió i en la reducció de la temperatura mitjana del procés de combustió, respectivament la tendència a la detonació, la relació de compressió rarament supera els 10,5: 1.

Però, què passaria si el grau geomètric de compressió pogués canviar durant el treball. Ser alt en modes de càrrega baixa i parcial, assolint el màxim teòric i reduir-se a alta pressió de turbocompressió i alta pressió i temperatura als cilindres per evitar detonacions. Això permetria tant la possibilitat d'augmentar la potència amb un turboaliment amb una pressió més alta com una eficiència més alta, respectivament un menor consum de combustible.

Aquí, després de 20 anys de treball, el motor Infiniti demostra que això és possible. Segons Raposto, la feina feta pels equips per crear-la va ser enorme i el resultat del turment de tàntal. S'han provat diverses variants en termes d'arquitectura del motor, fins que es va assolir fa 6 anys i es van iniciar els ajustos precisos. El sistema permet un ajust dinàmic i continu de la relació de compressió en el rang de 8: 1 a 14: 1.

La construcció en si és enginyosa: la biela de cada cilindre no transmet el seu moviment directament als colls de la biela del cigonyal, sinó a una cantonada d’un enllaç intermedi especial amb un forat al centre. La unitat es col·loca al coll de la biela (es troba a la seva obertura) i en rebre la força de la biela en un extrem la transmet al coll ja que la unitat no gira, sinó que realitza un moviment oscil·lant. A l'altre costat de la unitat en qüestió hi ha un sistema de palanca que serveix de mena de suport. El sistema de palanca gira la unitat al llarg del seu eix, desplaçant així el punt de fixació de la biela a l'altre costat. Es conserva el moviment oscil·lant de la unitat intermèdia, però el seu eix gira i determina així diferents posicions inicials i finals de la biela, respectivament el pistó i un canvi dinàmic del grau de compressió en funció de les condicions.

Dirà, però això complica infinitament el motor, introdueix nous mecanismes de moviment en el sistema i tot això condueix a un augment de la fricció i de les masses inertes. Sí, a primera vista és així, però amb el mecanisme del motor VC-Turbo hi ha fenòmens molt interessants. Les unitats addicionals de cada biela, controlades per un mecanisme comú, equilibren en gran mesura les forces del segon ordre, de manera que, malgrat el seu desplaçament de dos litres, el motor de quatre cilindres no necessita eixos d’equilibri. A més, atès que la biela no realitza el moviment ampli de rotació típic, sinó que transmet la força del pistó en un extrem de la unitat intermèdia, és pràcticament més petita i lleugera (això depèn de tota la dinàmica complexa de forces transmeses a través de el sistema en qüestió).) i - el més important - té un traç de deflexió a la part inferior de només 17 mm. S'evita el moment de major fricció, amb motors convencionals, típics per al moment d'engegar el pistó des del punt mort superior, quan la biela pressiona l'eix del cigonyal i les pèrdues són les més grans.

Així, segons els senyors Raposto i Kiga, les deficiències s’eliminen en gran mesura. D’aquí els avantatges de canviar dinàmicament la relació de compressió, que es basa en programes de programari preestablerts basats en proves de banc i de carretera (milers d’hores) sense necessitat de mesurar en temps real el que passa al motor. Més de 300 noves patents estan integrades a la màquina. El caràcter avantguardista d’aquest últim inclou també un sistema d’injecció de combustible dual amb un injector per a la injecció directa d’un cilindre, que s’utilitza principalment per a arrencades en fred i càrregues més altes, i un injector als col·lectors d’admissió que proporciona millors condicions per al desplaçament del combustible i un menor consum d’energia a càrrega parcial. Per tant, el complex sistema d'injecció ofereix el millor d'ambdós mons. Per descomptat, el motor també requereix un sistema de lubricació més sofisticat, ja que els mecanismes descrits anteriorment tenen canals de lubricació a pressió especials, que complementen els canals principals del cigonyal.

El resultat d'això a la pràctica és que el motor de gasolina de quatre cilindres de 272 CV. i 390 Nm de parell consumiran un 27% menys de combustible que l’anterior motor atmosfèric de sis cilindres amb prop d’aquesta potència.

Text: Georgi Kolev, enviat especial d'automobilisme i esport Bulgària a París