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当前在国内B级车领域,合资品牌还拥有比较强势的地位,曾经的日系三剑客:丰田凯美瑞、本田雅阁、日产天籁,与德系的迈腾、美系的君威/君越等“共分天下”。在日系三剑客中,日产天籁,在销量上虽然与凯美瑞、雅阁有一定的差距,但是紧追不舍,实力不容小觑。号称“技术日产”的NISSAN,在天籁这款车型中是如何体现的呢?
款天籁,分别搭载了MR.0L自然吸气发动机、KR.0T可变压缩比涡轮增压发动机,其中KR20这款发动机,压缩比可以在8:1-14:1之间变化,最大功率kW,最大马力匹,最大扭矩达到了N·m。KR20,这款发动机有何特殊之处呢,相比于福特的EcoBoost发动机如何呢,下面咱们一起看一看。
一、KR20发动机推出的背景
随着汽车排放法规的趋严,各汽车品牌厂商为了提升发动机的热效率、降低二氧化碳排放,深挖发动机的潜力,比如大众开发出了EA涡轮增压系列发动机,马自达从基础燃烧原理出发开发出了SPCCI火花塞点火控制压燃点火技术。为了追求在小排量低油耗的基础上实现高性能,日产在涡轮增压发动机的基础上,推出了可变压缩比涡轮增压发动机(VC-TURBO)。
从提出专利申请到成功量产,日产用了20年的时间,这也凸显了在内燃机领域技术开发和迭代的艰辛。当前KR20,除了天籁有搭载,英菲尼迪QX50、英菲尼迪QX60也有搭载。
二、KR20技术解析
为什么要采用可变压缩比?
大家都知道,发动机的压缩比=活塞处于下止点的气缸容积V1/活塞处于上止点的气缸容积V2。理论上而言,如果压缩比更大,发动机缸内燃烧的爆发力更强,而且活塞的做功行程可以更长,化学能转化为机械能的效率更高。但是,当发动机处于高负荷时,压缩至上止点的燃油混合气体,在较大的压缩比下,极易出现自行燃烧并发生爆震,爆震会降低发动机的功率输出而且会损坏发动机,在这种工况下为了抑制爆震,除了采用高标号的燃油,一般会延后点火提前角——而这又会降低发动机的功率输出。所以,在高负荷下,如果采用低压缩比,不但可以抑制爆震,而且可以提高发动机的最大功率扭矩输出,提高燃烧效率。
在低负荷下,采用高压缩比,则没有爆震的风险,而且活塞的做功行程可以更长,燃烧效率更高。总结一下,在低负荷工况下采用高压缩比,高负荷工况下采用低圧缩比,可以提升燃烧效率,提升发动机性能。
可变压缩比如何实现?
根据压缩比的定义,相信大家也能想到一些实现路径:比如将活塞销、连杆或曲轴销设计成“可动”的,就可以改变活塞的行程,进而改变压缩比。不过在工程实现上,只有日产实现了最终的量产,设计出了多连杆式曲轴旋转机构。
如上图,当发动机处于加速超车的高负荷工况下,驱动电机顺时针旋转,可以减小发动机压缩比,最低可以达到8:1。当车辆完成加速处于行驶平缓的中低负荷工况时,如上图所示,驱动电机逆时针旋转,带动A连杆向下转动,向下转动的A连杆带动C连杆向上移动,向上移动的C连杆,通过L连杆带动U连杆向下移动,这样活塞就可以达到更低的“下止点”,进而提高了压缩比。
多连杆式曲轴旋转机构优化
从上面的分析中,是不是感觉整体原理挺简单?工作原理的确简单,但是在工程上实现难度是比较大的,日产对于多连杆式曲轴旋转机构在结构上进行了优化:首先,采用更小巧的L连杆,而且将控制轴安装于曲轴正下方,不但减轻了质量,而且减少了空间占用;其次,驱动电机采用超薄型高减速比谐波减速电机,可以降低能耗的同时降低工作噪音。相比于传统发动机,由于L连杆的存在,KR20发动机的活塞运动更接近正弦曲线,扭矩输出更加平衡,所以取消了传统发动机的平衡轴;而且借助于小巧的L连杆,减小了活塞对于缸体的横向冲击力度,降低震动的同时,减少了活塞与缸体的摩擦力,不但可以提升发动机的寿命,又提高了化学能转化为机械能的转化率。
KR20发动机采用的其它先进技术
KR20,作为一台涡轮增压发动机,采用了当前发动机主流的技术。包括双喷射系统:高压缸内直接喷射系统,可以精确控制瞬时供油量,提高动力响应;进气歧管喷射系统,可以让燃油有充分的时间与空气混合,促进充分燃烧,降低排放。双喷射系统综合了高压缸内直喷和进气歧管喷射的优点。
可变气门正时系统,在进气凸轮轴和排气凸轮轴上都安装了电动调节器,可以对进排气门进行无级正时调节。在不同的工况下,通过调节进气门、排气门的开启和关闭时间,可以提升特定工况下的进气效率、废气排放效率,从而提高燃烧效率,降低排放。
集成式排气歧管,将排气歧管集成安装到气缸盖中,这样废气再循环冷却就可以在气缸盖内进行。既可以借助缸盖内的冷却系统,降低废气温度保护涡轮,又可以确保发动机在冷启动时利用废气温度实现快速暖机。
三、KR20口碑如何根据大型第三方质量反馈平台车质网公布的数据,2年从1月1日至今,天籁的投诉量排在了中型轿车的首位,达到了起,不过主要集中在车身附件及电器方面,发动机层面没有投诉。
而关于车身附件及电器的投诉,主要集中在0款及以前的车型,款天籁的投诉量是相对较少的。
四、对比福特EcoBoost发动机
日产的可变压缩比涡轮增压发动机,在年获得了沃德十佳发动机。对于福特的EcoBoost发动机,于年和年获得了沃德十佳发动机,并且福特、林肯旗下的多款车型都有搭载,在技术层面,这款发动机搭载了缸内直喷、可变气门正时和双涡道增压器等。
两款发动机,从性能参数对比看,天籁所搭载的可变压缩比涡轮增压发动机的最大功率略高一点,福特的EcoBoost发动机的最大扭矩略高一点,整体而言两款发动机在性能方面,不相上下。油耗方面,款天籁所标定的NEDC百公里油耗都是6.6L,2款蒙迪欧标定的WLTC百公里油耗是7.11L,但是WLTC工况更贴合实际,所以无法比较;不过,对于款天籁,小熊APP实测百公里油耗是8.4L,还是相当省油的。
写在最后
天籁所搭载的可变压缩比涡轮增压发动机,为了追求在小排量低油耗的基础上实现高性能,设计了多连杆式曲轴旋转机构,可以在低负荷工况下采用高压缩比,在高负荷工况下采用低压缩比,提高了发动机整体工况的燃烧效率。而且还搭载了当前主流的技术,包括双喷射系统、可变气门正时系统、集成式排气歧管等,实测百公里油耗8.4L,整体节油性能还是不错的。
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