Tidigare var Infiniti rätt hemliga, men nu berättar man alla detaljer om nya motorn VC-Turbo med variabelt kompressionsförhållande. Häng med så förklarar vi allt.
Som vi berättat i flera tidigare artiklar är variabelt kompressionsförhållande en våt dröm för alla motoringenjörer. Anledningen är att man alltid vill att förbränningstrycket ska vara så högt som möjligt, utan att skada motorn, för då uppnås den högsta verkningsgraden. Och hög verkningsgrad är lika med låg bränsleförbrukning – och hög toppeffekt.
Ett av de stora problemen med en förbränningsmotor är att den måste köras vid väldigt olika varvtal och med små eller stora effektuttag. Att glida fram på en 70-väg kräver kanske inte mer än 15 hästkrafter, men samtidigt vill man ha 200 hk tillgängligt för att kunna göra en snabb omkörning av en långtradare på 90-väg. Därför är det mycket svårare att konstruera en bilmotor, jämfört med exempelvis en fartygsdiesel som tuffar fram på samma varvtal och effektuttag hela tiden.
För att kombinera låg bränsleförbrukning med hög toppeffekt är de flesta motorer idag turbomatade, både bensin och diesel. För att tåla max turbotryck när toppeffekten behövs måste kompressionsförhållandet i motorn hamna på en säker nivå. Men när motorn inte behöver ge toppeffekt är kompressionsförhållandet egentligen för lågt. Därför blir en turbomotor ineffektiv vid låga effektuttag.
Infiniti och moderbolaget Renault/Nissan har arbetat i 20 år med en teknisk lösning som kan skapa ett variabelt kompressionsförhållande. Och nu är man framme. Till 2018 ska det finnas en seriemässig version ute av Infiniti VC-Turbo.
Tidigare skisser från Infiniti om nya motorn VC-Turbo har varit lite svåra att förstå, inte minst då vevaxelns position varit svår att förstå med de första skisser vi fick från Infiniti. Men i den animerade videofilm ni hittar längre ner på sidan är det mycket lättare att förstå hur vevaxeln funkar i Infiniti VC-Turbo.
Som vi ser i filmen är det alltså vevstakstappens position på vevaxeln som kan varieras. Elservot intill vevaxeln kan med sin fiffiga multilinkkonstruktion vrida ut vevstakstappen till en större radie, liksom dra in tappen till en mindre radie. Det förändrar slaglängden men påverkar framför allt kolvens position i den övre vändpunkten (vid förbränningsrummet).
När diametern är som störst på vevstakstappen når kolven längst upp i cylindern och då är kompressionsförhållandet 14:1. Det är ett kompressionsförhållande som lämpar sig vid låga turbotryck och lågt effektuttag, till exempel vid jämn landsvägskörning.
Men när vevstakstappen vrids ner når kolven inte lika långt upp i cylindern och då reduceras kompressionsförhållandet till 8:1. I den positionen kan turbotrycket maximeras och motorn kan ge både sin högsta toppeffekt och maximala vridmoment, i det här fallet 272 hk (200 kW) och cirka 390 Nm.
Kompressionsförhållandet kan varieras steglöst mellan 14:1 till 8:1 och därmed anpassas exakt efter effektbehov. Eftersom slaglängden varierar påverkas också motorvolymen. Vid 14:1 har motorn en volym på 1.997 cc, vid 8:1 sjunker motorstorleken till 1.970 cc.
Infiniti väljer att jämföra sin fyrcylindriga VC-Turbo motor med sina egna V6-motorer som ger ungefär samma toppeffekt och vridmoment. I den jämförelsen drar VC-Turbo upp till 27 procent mindre bränsle och motorpaketet är 25 kilo lättare än motsvarande V6:a. Avgasutsläppen är ”väsentligt lägre” jämfört med en dieselmotor, menar Infiniti.
För att hålla nere partikelutsläppet använder Infiniti både portinsprutning och direktinsprutning i VC-Turbo. Direktinsprutning gynnar högt effektuttag (då kyls förbränningen) men ger i gengäld högre partikelutsläpp. När maxeffekten inte behövs går motorn istället över till portinsprutning, som ger mindre mängd partiklar. Kamaxlarna är justerbara med variabla ventiltider, vilket gör att motorn kan gå i en så kallad Atkinson-cykel vid lägre effektuttag.
En annan fördel med den variabla slaglängden är att multilänkkonstruktionen till vevaxeln ger bara en tredjedel så mycket vibrationer och buller som en konventionell fyrcylindrig motor. Infiniti VC-Turbo behöver inga balansaxlar och är i sin gångkaraktär rätt lik en V6-motor.
Tittar vi noga på motorbilderna nedan så ser vi att Infiniti integrerat avgasgrenröret i topplocket, för att hålla temperaturen nere. Turboaggregatet bultar alltså direkt in i topplocket. Både vattenpump och oljepump har variabelt flöde för att minska energiåtgången.
Det komplicerade vevpartiet innehåller ungefär tre gånger så många lager som en konventionell motor. I början av konstruktionsarbetet hade man ett ”problemområde” på höga varvtal då VC-Turbo motorn vibrerade och bullrade illa. Enligt Infiniti tog man då hjälp av specialisterna och koncernkollegorna hos Renault Sport Formula 1 för att konstruera vevlagerna på ett annat sätt. F1-motorer varvar extremt högt (åtminstone de äldre varianterna) och hos Renault Sport fanns kunskaperna för att få bort vibrationerna.
Inifiniti berättar att man under 20 års tid testat mer än 100 olika motortyper med variabelt kompressionsförhållande. VC-Turbo har körts i bromsbänk mer än 30.000 timmar, motsvarande en sträcka på 300.000 mil.
Sammanlagt innehåller VC-Turbo motorn över 300 patent och de första seriemodellerna med den här avancerade motorn ska finnas ute på marknaden under 2018.
