Нещодавно на автосалоні в Парижі марка Infiniti (читай, альянс Renault-Nissan) представила двигун із змінним ступенем стиснення. Фірмова технологія Variable Compression-Turbocharged (VC-T) дозволяє варіювати цей самий ступінь, буквально висмоктуючи всі соки з двигуна.
В «ідеальному всесвіті» правило просте - чим вищий ступінь стиснення паливо-повітряної суміші, тим краще. Суміш максимально розширюється, поршні рухаються як заведені, отже потужність і ККД мотора максимальні. Іншими словами, паливо спалюється надзвичайно ефективно.
Все було б чудово, якби не сама природа палива. У ході знущань його терпінню колись настає межа: що рівніше згоряє суміш - тим краще, але при високих навантаженнях (високий ступінь стиснення, великі оберти) суміш починає вибухати, а не згоряти. Таке явище називається детонацією, і ця штука дуже руйнівна. Стінки камери згоряння і сам поршень зазнають серйозних ударних навантажень і поступово, але досить швидко руйнуються. Крім того, падає ефективність мотора – нормальний робочий тиск на поршень падає.
Таким чином, найбільш вигідний варіант - коли двигун у будь-якому режимі працює на межі детонації, не допускаючи цього явища. Інженери Infiniti склали графік, на якому позначили для себе ефективні режими роботи двигуна в залежності від навантаження, величини оборотів та ступеня стиснення паливо-повітряної суміші. (Насправді ефективність згоряння палива можна підвищувати й іншими способами, наприклад, збільшенням кількості клапанів на циліндр, налаштуванням графіка їх роботи, навіть вибором місця над поршнем, куди прямує упорскування порції палива. Звичайно, ми про це пам'ятаємо.) Перші два параметри, Зрозуміло, залежить як від зовнішніх чинників, і від ретельного підбору трансмісії. А третій – ступінь стиснення – також вирішено було змінювати в межах від 8:1 до 14:1.
Технічно це виглядає як введення в конструкцію кривошипно-шатунного механізму додаткового елемента – коромисла між шатуном та коленвалом. Коромисло управляється електромотором – важіль можна зрушувати таким чином, що діапазон ходу поршня варіюється в межах 5 мм. Цього достатньо істотної зміни ступеня стиснення.
Переваг без недоліків не буває. На перший погляд, вони очевидні: збільшення складності конструкції, деяке збільшення у вазі... Однак щодо цих мінусів гріх скаржитися - двигун вийшов дуже збалансованим, завдяки чому з конструкції було виведено балансувальні вали. Імовірно також, що двигун особливо чутливий до марки та якості палива. Здається, цю проблему - у разі, значною мірою - вирішується програмними методами.
Ступінь стиснення – важлива характеристика двигуна внутрішнього згоряння, яка визначається відношенням об'єму циліндра при знаходженні поршня в нижній мертвій точці до об'єму у верхній мертвій точці (об'єму камери згоряння). Підвищення ступеня стиснення створює сприятливі умови для займання та згоряння паливно-повітряної суміші та, відповідно, ефективного використання енергії. Разом з тим робота двигуна на різних режимах і різних паливах передбачає різну величину ступеня стиснення. Ці властивості повною мірою використовуються системою зміни ступеня стискування.
Система забезпечує підвищення потужності та крутного моменту двигуна, зниження витрати палива та шкідливих викидів. Основна заслуга системи зміни ступеня стиснення у можливості роботи двигуна різних марках бензину і навіть різних паливах без погіршення показників і детонації.
Створення двигуна зі змінним ступенем стиснення досить складне технічне завдання, у вирішенні якої існує кілька підходів, що полягають у зміні об'єму камери згоряння. В даний час є досвідчені зразки таких силових установок.
Піонером у створенні двигуна зі змінним ступенем стиснення є фірма SAAB, що представила у 2000 році п'ятициліндровий двигун внутрішнього згоряння, обладнаний системою Variable Compression. У двигуні використана об'єднана головка блоку циліндрів із гільзами циліндрів. Об'єднаний блок з одного боку закріплений на валу, з іншого взаємодіє із кривошипно-шатунним механізмом. КШМ забезпечує усунення об'єднаної головки від вертикальної осі на 4°, чим досягається зміна ступеня стиснення в межах від 8:1 до 14:1.
Необхідне значення ступеня стиснення підтримується системою керування двигуном в залежності від навантаження (при максимальному навантаженні – мінімальний ступінь стиснення, при мінімальному – максимальний ступінь стиснення). Незважаючи на вражаючі результати двигуна за потужністю і моментом, що крутить, силова установка не пішла в серію, а роботи по ній в даний час згорнуті.
Більш сучасною розробкою (2010 рік) є 4-циліндровий двигун від MCE-5 Developmentоб'ємом 1,5 л. Крім системи зміни ступеня стиснення двигун оснащений іншими прогресивними системами – безпосереднього впорскування та зміни фаз газорозподілу.
Конструкція двигуна передбачає незалежну зміну величини ходу поршня у кожному циліндрі. Зубчастий сектор, що виконує роль коромисла, з одного боку, взаємодіє з робочим поршнем, з іншого – з поршнем управління. Коромисло важелем з'єднане з колінчастим валом двигуна.
Зубчастий сектор переміщається під дією поршня управління, що виконує роль гідроциліндра. Об'єм над поршнем заповнений олією, об'єм якої регулюється клапаном. Переміщення сектора забезпечує зміну положення верхньої точки мертвої поршня, чим досягається зміна об'єму камери згоряння. Відповідно, змінюється ступінь стиснення в межах від 7:1 до 20:1.
Двигун MCE-5 має всі шанси потрапити до серії у найближчій перспективі.
Ще далі у своїх дослідженнях пішов Lotus Cars, представивши двотактний двигун Omnivore(Дослівно - всеїдна тварина). Як заявлено, двигун здатний працювати на будь-якому виді рідкого палива – бензин, дизельне паливо, етанол, спирт та ін.
У верхній частині камери згоряння двигуна виконана шайба, яка переміщується ексцентриковим механізмом та змінює об'єм камери згоряння. З такою конструкцією досягається рекордний ступінь стиснення 40:1. Тарілчасті клапани в газорозподільному механізмі двигуна Omnivore не використовуються.
Подальший розвиток системи стримує низька економіка палива та екологічність двотактних двигунів, а також їх обмежене застосування на автомобілях.
За більш ніж сторічний життєвий шлях двигун внутрішнього згоряння (ДВЗ) настільки перетворився, що від родоначальника залишився лише принцип дії. Майже всі етапи модернізації були спрямовані на підвищення коефіцієнта корисної дії (ККД) двигуна. Показник ККД можна назвати універсальним. У ньому приховані багато характеристик - витрата палива, потужність, момент, що крутить, склад вихлопних газів і т.д. Широке застосування нових технічних ідей - упорскування палива, електронні системи запалювання та керування двигуном, 4, 5 і навіть 6 клапанів на циліндр - відіграло позитивну роль у підвищенні ККД двигунів.
Проте, як показав Женевський автосалон, до завершення процесу модернізації ДВС ще далеко. На цьому популярному міжнародному автошоу компанія SAAB представила результат своєї 15-річної праці - досвідчений зразок нового двигуна зі змінним ступенем стиснення - SAAB Variable Compression (SVC), що став сенсацією у світі моторів.
Технологія SVC та ряд інших передових та нетрадиційних з точки зору існуючих понять про ДВЗ технічних рішень дозволили забезпечити новинку фантастичними характеристиками. Так, п'ятициліндровий двигун об'ємом всього 1,6 л, створений для звичайних серійних машин, розвиває неймовірну потужність 225 л. та крутний момент 305 Нм. Чудовими виявилися й інші, особливо важливі сьогодні, характеристики - витрата палива при середніх навантаженнях знижено на цілих 30%, настільки ж зменшений показник викидів СО2. Що стосується СО, СН і NОx і т.д., то вони, за твердженням творців, відповідають усім існуючим та запланованим на найближче майбутнє нормам токсичності. На додаток до цього змінний ступінь стиснення дає двигуну SVC можливість працювати на різних марках бензину - від А-76 до Аі-98 практично без погіршення характеристик і виключаючи появу детонації.
Безумовно, істотна заслуга таких показників - технології SVC, тобто. у можливості змінювати ступінь стиснення. Але перед тим, як познайомитися з пристроєм механізму, що дозволило змінювати цю величину, згадаємо деякі істини з теорії конструкції ДВЗ.
Ступінь стиснення
Ступінь стиснення – це відношення суми об'ємів циліндра та камери згоряння до об'єму камери згоряння. Зі збільшенням ступеня стиснення в камері згоряння підвищуються тиск і температура, що створює більш сприятливі умови для займання та згоряння горючої суміші та підвищує ефективність використання енергії палива, тобто. ККД. Чим ступінь стиснення вищий, тим ККД більший.
Проблем із створенням бензинових моторів із високим ступенем стиску немає і не було. А не роблять їх із наступної причини. При такті стиснення таких двигунів тиск в циліндрах підвищується до дуже великих величин. Це, природно, викликає підвищення температури в камері згоряння та створює сприятливі умови для появи детонації. А детонація, як знаємо (див. стор. 26) - явище небезпечне. У всіх створених до цього часу двигунах ступінь стиснення була постійною і визначалася в залежності від тиску та температурного режиму в камері згоряння при максимальному навантаженні, коли витрати палива та повітря максимальні. Працює двигун у такому режимі не завжди, можна сказати, навіть дуже рідко. На трасі або в місті, коли швидкість практично постійна, двигун працює при малих або середніх навантаженнях. У такій ситуації для ефективнішого використання енергії палива непогано б мати і більший ступінь стиснення. Цю проблему вирішили інженери SAAB – творці технології SVC.
Технологія SVC
Насамперед необхідно відзначити, що в новому двигуні замість традиційної головки блоку і гільз циліндрів, які відливали безпосередньо в блоці або запресовувалися, є одна моноголовка, що об'єднала голівку блоку та гільзи циліндрів. Для зміни ступеня стиснення, а точніше, об'єму камери згоряння моноголовка зроблена рухомою. З одного боку вона посаджена на вал, що виконує функцію опори, а з іншого - спирається і рухається окремим кривошипно-шатунним механізмом. Радіус кривошипа забезпечує зміщення головки щодо вертикальної осі на 40. Цього цілком достатньо, щоб змінювати об'єм камери для отримання ступеня стиснення від 8:1 до 14:1.
Необхідний ступінь стиснення визначає електронна система керування двигуном SAAB Trionic, яка стежить за навантаженням, швидкістю, якістю палива та на підставі цього керує гідроприводом кривошипу. Так, при максимальному навантаженні встановлюється ступінь стиснення 8:1, а за мінімального - 14:1. Об'єднання гільз циліндрів з їх головкою, до того ж дозволило інженерам SAAB надати каналам сорочки охолодження більш досконалу форму, що підвищило ефективність процесу відведення тепла від стінок камери згоряння і гільз циліндрів.
Рухливість гільз циліндрів та їх головки вимагали внесення змін до конструкції блоку двигуна. Площина стику блоку та головки стала нижчою на 20 см. Що стосується герметичності стику, то вона забезпечується гумовою гофрованою прокладкою, яка зверху захищена від пошкоджень металевим кожухом.
Малий, та удав
Для багатьох може стати незрозумілим, як у двигун із таким невеликим об'ємом «зарядили» більше двохсот «коней» - адже така потужність може негативно позначитися на його ресурсі. Створюючи двигун SVC, інженери керувалися зовсім іншими завданнями. Доведення моторесурсу до необхідних норм – справа технологів. Що стосується малого об'єму двигуна, то зроблено у повній відповідності до теорії ДВС. Виходячи з її законів, найбільш сприятливий режим роботи двигуна з точки зору підвищення ККД - при великому навантаженні (на підвищених оборотах), коли дросельна заслінка повністю відкрита. І тут він максимально використовує енергію палива. Оскільки двигуни з меншим робочим об'ємом працюють переважно при максимальних навантаженнях, те й ККД вони вище.
Секрет переваги малолітражних двигунів за показником ККД пояснюється відсутністю про насосних втрат. Виникають вони при невеликих навантаженнях, коли двигун працює на малих оборотах і дросельна заслінка лише трохи відкрита. У цьому випадку при такті впуску в циліндрах створюється велике розрядження - вакуум, що чинить опір руху поршня вниз і знижує ККД. При повністю відкритій дросельній заслінці таких втрат немає, тому що повітря надходить у циліндри практично безперешкодно.
Щоб уникнути насосних втрат на всі 100%, в новому двигуні інженери SAAB також використовували наддув повітря під високим тиском - 2,8 атм., за допомогою механічного нагнітача - компресора. Перевага компресору було віддано з кількох причин: по-перше, жоден турбонагнітач не здатний створити такий тиск наддуву; по-друге, реакція компресора зміну навантаження практично миттєва, тобто. немає уповільнення, притаманного турбонаддува. Наповнення циліндрів свіжим зарядом у двигуні SAAB покращили і за допомогою популярного сьогодні сучасного газорозподільного механізму, в якому на кожен циліндр припадає по чотири клапани, та завдяки застосуванню проміжного охолоджувача повітря (Intercooler).
Досвідчений зразок двигуна SVC, за оцінкою німецької компанії з розробки моторів FEV Motorentechnie в Aachen, є цілком працездатним. Але незважаючи на позитивну оцінку, у серійне виробництво його буде запущено через деякий час - після його доопрацювання та доведення під запити покупців.
Як здається, сучасний двигун внутрішнього згоряння досяг вищої щаблі своєї еволюції. На даний момент серійно випускаються різні і, з'явилися, додатково реалізована можливість.
У списку найбільш значущих напрацювань останніми роками можна назвати: використання систем високоточного упорскування під керівництвом складної електроніки, отримання великої потужності без збільшення робочого обсягу завдяки системам турбонаддува, збільшення , використання тощо.
Результатом стало помітне поліпшення характеристик, а також зниження рівня токсичності газів, що відпрацювали. Однак, це ще не все. Конструктори та інженери по всьому світу продовжують не лише активно працювати над удосконаленням уже існуючих рішень, але й намагаються створити абсолютно нову конструкцію.
Досить згадати спроби побудувати, позбавитися в пристрої або динамічно змінювати ступінь стиснення двигуна. Відразу зазначимо, хоча одні проекти ще перебувають у стадії розробки, інші вже стали реальністю. Наприклад, двигуни зі змінним ступенем стиснення. Давайте розглянемо особливості, переваги та недоліки таких ДВС.
Читайте у цій статті
Зміна ступеня стиснення: навіщо це потрібно
Багато досвідчених водіїв знають такі поняття, як і октанове число для бензинових моторів, а також для дизельних. Для менш обізнаних читачів нагадаємо, що ступінь стиснення є відношенням обсягу над поршнем, який опущений в НМТ (нижня мертва точка) до того обсягу, коли поршень піднявся в ВМТ (верхня мертва точка).
Бензинові агрегати мають, у середньому, показник 8-14, дизелі 18-23. Ступінь стиснення є фіксованою величиною та конструктивно закладається під час розробки того чи іншого двигуна. Також від ступеня стиснення залежатимуть і вимоги до використання октанового числа бензину у тому чи іншому моторі. Паралельно враховується і те, чи з наддувом.
Якщо говорити про самий ступінь стиснення, фактично це показник, який визначає, наскільки сильно стискатиметься паливно-повітряна суміш у циліндрах двигуна. Якщо просто, добре стисла суміш краще запалюється і повноцінніше згоряє. Виходить, збільшення ступеня стиснення дозволяє досягти зростання двигуна, отримати покращену віддачу від двигуна, знизити витрату палива і т.д.
Проте є й нюанси. Насамперед, це . Знову ж таки, якщо не вдаватися до подробиць, в нормі заряд палива та повітря в циліндрах повинен саме горіти, а не вибухати. Більше того, займання суміші повинно починатися і закінчуватися в задані моменти.
При цьому паливо має так звану детонаційну стійкість, тобто здатність протистояти детонації. Якщо ж сильно збільшити рівень стиснення, тоді пальне може почати детонувати в двигуні за певних режимів роботи ДВС.
Результат - неконтрольований вибуховий процес згоряння в циліндрах, швидке руйнування деталей двигуна ударною хвилею, значне зростання температури камери згоряння і т.д. Як видно, зробити постійним високий ступінь стиснення не можна саме з цих причин. При цьому єдиним виходом в даній ситуації є можливість гнучко змінювати цей показник стосовно різних режимів роботи двигуна.
Такий «робочий» двигун нещодавно запропонували інженери преміального бренду Infiniti (елітний підрозділ Nissan). Також в аналогічні розробки були і залишаються залучені інші автовиробники (SAAB, Peugeot, Volkswagen тощо). Отже, давайте розглянемо двигун із змінним ступенем стиснення.
Змінний ступінь стиснення двигуна: як це працює
Насамперед доступна можливість змінювати ступінь стиснення дозволяє значною мірою збільшити продуктивність турбомоторів з одночасним зменшенням витрати палива. У двох словах, залежно від режиму роботи та навантажень на ДВЗ паливний заряд стискається і згоряє в оптимальних умовах.
Коли навантаження на силовий агрегат мінімальні, циліндри подається економічна «бідна» суміш (багато повітря і мало палива). Для такої суміші добре підходить високий ступінь стиснення. Якщо навантаження на мотор зростають (подається «багата» суміш, в якій більше бензину), тоді закономірно зростає ризик виникнення детонації. Відповідно, щоб цього не сталося, ступінь стиснення динамічно зменшується.
У двигунах, де ступінь стиснення стала, своєрідним захистом від детонації є зміна . Цей кут зсувається "назад". Звичайно, такий зсув кута призводить до того, що хоча детонації немає, але при цьому втрачається і потужність. Що стосується мотора зі змінним ступенем стиснення, зрушувати УОЗ немає необхідності, тобто не відбувається потужних втрат.
Щодо самої реалізації схеми, фактично завдання зводиться до того, що відбувається фізичне зменшення робочого об'єму двигуна, проте зберігаються всі характеристики (потужність, момент і т.д.)
Відразу зазначимо, що над таким рішенням працювали різні компанії. В результаті з'явилися різні способи управління ступенем стиснення, наприклад, об'єм камери згоряння, що змінюється, шатуни з можливістю підйому поршнів і т.д.
- Однією з ранніх розробок стало впровадження додаткового поршня в камеру згоряння. Зазначений поршень міг переміщатися, одночасно змінюючи обсяг. Мінусом всієї конструкції стала необхідність встановлювати додаткові деталі. Також відразу проявилися зміни форми камери згоряння, пальне згоряло нерівномірно та неповноцінно.
З вказаних причин цей проект так і не було завершено. Така ж доля спіткала і розробку, яка мала поршні з можливістю зміни їхньої висоти. Зазначені поршні розрізного типу виявилися важкими, ще додалися проблеми щодо реалізації управління висотою підйому кришки поршня і т.д.
- Подальші розробки вже не торкалися поршні та камери згоряння, максимум уваги було приділено питанню підйому колінчастого валу. Інакше кажучи, стояло завдання реалізувати управління висотою підйому коленвала.
Схема пристрою така, що опорні шийки валу розташовані у спеціальних муфтах ексцентрикового типу. Вказані муфти рухаються за допомогою шестерень, які пов'язані з електричним двигуном.
Проворот ексцентриків дозволяє підняти або опустити , що призводить до зміни висоти підйому поршнів по відношенню до . В результаті об'єм камери згоряння збільшується або зменшується, одночасно змінюється ступінь стиснення.
Зазначимо, що було збудовано кілька прототипів на базі 1.8-літрового турбованого агрегату від Volkswagen, ступінь стиснення змінювався від 8 до 16. Двигун довго випробовували, але серійним агрегат так і не став.
- Ще однією спробою знайти рішення став двигун, у якому ступінь стиснення змінювався за допомогою підйому всього блоку циліндрів. Розробка належить бренду Saab, а сам агрегат мало не потрапив у серію. Двигун відомий як SVC, об'єм 1.6 літра, агрегат із 5 циліндрами, оснащений турбонаддувом.
Потужність становила близько 220 л. с., момент, що крутить, трохи більше 300 Нм. Примітно, що витрати пального в режимі середніх навантажень знизилися майже на третину. Щодо самого палива, з'явилася можливість заливати як АІ-76, так і 98-й.
Інженери Saab розділили блок циліндрів, виділивши дві умовні частини. У верхній були головки і гільзи циліндрів, тоді як у нижній частині колінчастий вал. Своєрідним з'єднанням цих частин блоку з одного боку був рухомий шарнір, з другого особливий механізм, оснащений електроприводом.
Так було реалізовано можливість трохи підняти верхню частину під певним кутом. Такий кут підйому становив лише кілька градусів, у своїй ступінь стиснення змінювалася від 8 до 14. У своїй герметизувати «стик» мав кожух з гуми.
Насправді самі деталі для підйому верхньої частини блоку, і навіть сам захисний кожух виявилися дуже слабкими елементами. Можливо, саме це завадило двигуну потрапити в серію і проект далі закрили.
- Чергову розробку далі запропонували інженери із Франції. Турбомотор з робочим об'ємом 1.5 літра отримав можливість змінювати ступінь стиснення від 7 до 18 і видавав потужність близько 225 л. Моментна характеристика зафіксована на позначці 420 Нм.
Конструктивно агрегат складний, із розділеним . У тій області, де шатун кріпиться до колінвалу, деталь оснастили спеціальним зубчастим коромислом. У місці з'єднання шатуна з поршнем також було впроваджено планку-рейку зубчастого типу.
З іншого боку до коромисла було прикріплено рейку поршня, який реалізовував управління. Система приводилася від системи мастила, робоча рідина проходила через складну систему каналів, клапанів, а також додатковий електропривод.
У двох словах, переміщення керуючого поршня впливало на коромисло. В результаті змінювалася і висота підйому основного поршня в циліндрі. Зазначимо, що двигун також не став серійним, а проект заморожено.
- Наступною спробою створити двигун із змінним ступенем стиснення стало рішення інженерів Infiniti, а саме двигун VCT (від англ. Variable Compression Turbocharged). У цьому двигуні стало можливим змінювати ступінь стиснення від 8 до 14. Особливістю конструкції є унікальний траверсний механізм.
В основі лежить з'єднання шатуна з нижньою шийкою, яке є рухомим. Також використано систему важелів, які приводяться в дію від електродвигуна.
Керує процесом контролер, посилаючи сигнали електродвигун. Електромотор після отримання команди від блоку управління зміщує тягу, а система важелів реалізує зміну положення, що дозволяє змінювати висоту підйому поршня.
В результаті агрегат Infiniti VCT з робочим об'ємом 2.0 літри з потужністю близько 265 к.с. дозволив економити майже 30% пального порівняно з аналогічними ДВЗ, які при цьому мають постійний ступінь стиснення.
Якщо виробнику вдасться ефективно вирішити проблеми (складність конструкції, підвищені вібрації, надійність, висока кінцева вартість виробництва агрегату і т.д.), тоді оптимістичні заяви представників компанії цілком можуть втілитися в реальність, а сам двигун має всі шанси стати серійним. вже у 2018-2019 році.
Підведемо підсумки
З урахуванням наведеної вище інформації стає зрозуміло, що двигуни зі змінним ступенем стиснення здатні забезпечити значне зниження витрат палива на бензинових моторах з турбонаддувом.
На тлі глобальної паливної кризи, а також постійного посилення екологічних норм ці двигуни дозволяють не тільки ефективно спалювати пальне, але і не обмежувати при цьому потужність двигуна.
Іншими словами, подібний ДВС цілком здатний запропонувати всі переваги потужного високооборотистого бензинового турбодвигуна. При цьому за витратою палива подібний агрегат може впритул наблизитися до турбодизельних аналогів, які сьогодні популярні, в першу чергу, завдяки своїй.
Читайте також
Форсування двигуна. Плюси та мінуси доробки двигуна без турбіни. Основні методи форсування: тюнінг ГБЦ, колінвал, ступінь стиснення, впуск і випуск.
Ідея створення бензинового мотора, де ступінь стиснення в циліндрах була б величиною непостійною, не нова. Так, при розгоні, коли потрібна найбільша віддача двигуна, можна на кілька секунд пожертвувати його економічністю, зменшивши ступінь стиснення, - це дозволить запобігти детонації, мимовільному займанню паливної суміші, яке може виникнути при високих навантаженнях. При рівномірному русі ступінь стиснення, навпаки, бажано підвищити, щоб досягти більш ефективного згоряння паливної суміші та зниження витрати пального - у цьому випадку навантаження на мотор невелике і небезпека виникнення детонації мінімальна.
Загалом, теоретично все просто, проте реалізувати цю ідею практично виявилося негаразд легко. І японські конструктори стали першими, хто зумів довести задум до серійного зразка.
Суть розробленої корпорацією Nissan технології в тому, щоб, залежно від необхідної віддачі двигуна, постійно змінювати максимальну висоту підйому поршнів (так звану верхню мертву точку - ВМТ), що в свою чергу призводить до зменшення або зростання ступеня стиснення в циліндрах. Ключовою деталлю цієї системи є особливе кріплення шатунів, які з'єднуються з колінчастим валом через рухомий блок коромисел. Блок у свою чергу пов'язаний з ексцентриковим керуючим валом і електромотором, який по команді електроніки приводить цей хитрий механізм рух, змінюючи нахил коромисел і положення ВМТ поршнів у всіх чотирьох циліндрах одночасно.
Різниця ступеня стиснення в залежності від положення ВМТ поршня. На лівій картинці двигун знаходиться в економічному режимі, на правій - в режимі максимальної віддачі. A: коли потрібна зміна ступеня стиснення, електромотор повертає та переміщає важіль приводу. B: важіль приводу повертає керуючий вал. C: коли вал обертається, він діє важіль, пов'язаний з коромислом, змінюючи кут нахилу останнього. D: залежно від положення коромисла, ВМТ поршня піднімається або опускається, змінюючи таким чином ступінь стиснення.
В результаті при розгоні ступінь стиснення зменшується до 8:1, після чого двигун переходить в економічний режим роботи зі ступенем стиснення 14:1. Його робочий обсяг змінюється від 1997 до 1970 см 3 . "Турбочетвірка" нового Infiniti QX50 розвиває потужність 268 л. с. і момент, що крутить, в 380 Нм - відчутно більше, ніж 2,5‑літровий V6 попередника (його показники — 222 к. с. і 252 Нм), витрачаючи при цьому на третину менше бензину. Крім того, VC-Turbo на 18 кг легше за атмосферну «шістку», займає менше місця під капотом і досягає максимуму крутного моменту в зоні нижчих оборотів.
До речі, система регулювання ступеня стиснення не тільки підвищує ефективність роботи двигуна, а й знижує рівень вібрацій. Завдяки коромислам шатуни при робочому ході поршнів займають майже вертикальне положення, тоді як у звичайних двигунів вони ходять з боку в бік (через це шатуни і отримали свою назву). В результаті навіть без врівноважувальних валів цей 4-циліндровий агрегат працює так само тихо і плавно, як V6.
Але становище ВМТ, що змінюється, за допомогою складної системи важелів - не єдина особливість нового мотора. Змінюючи ступінь стиснення, цей агрегат також здатний перемикатися між двома робочими циклами: класичним Отто, за яким функціонує основна маса бензинових двигунів, і циклом Аткінсона, що зустрічається в основному у гібридів. В останньому випадку (за високого ступеня стиснення) через більший хід поршнів робоча суміш сильніше розширюється, згоряючи з більшою ефективністю, в результаті зростає ККД і знижується витрата бензину.
Крім двох робочих циклів, цей мотор також використовує дві системи впорскування: класичний розподілений MPI та безпосередній GDI, який підвищує ефективність згоряння палива та дозволяє уникнути детонації при високих ступенях стиснення. Обидві системи працюють поперемінно, а за високих навантажень - одночасно. Позитивний внесок у підвищення ККД двигуна вносить особливе покриття стінок циліндрів, яке наноситься методом плазмового напилення, а потім загартовується і хонінгується. В результаті виходить ультрагладка «дзеркальна» поверхня, що на 44% зменшує тертя поршневих кілець.
Ще одна унікальна особливість мотора VC-Turbo – це інтегрована в його верхню опору система активного придушення вібрацій Active Torque Road, основою якої є зворотно-поступальний актуатор. Ця система керується датчиком прискорень, що фіксує коливання двигуна і у відповідь генерує вібрації, що гасять, в протифазі. Активні опори в Infiniti вперше використовували в 1998 році на дизельному моторі, але та система виявилася занадто громіздкою, тому не набула поширення. Проект пролежав під сукном до 2009 року, доки японські інженери не взялися за його вдосконалення. На те, щоб вирішити проблему надмірної ваги та розмірів гасника коливань, пішло ще 8 років. Але результат вражає: завдяки ATR 4-циліндровий агрегат нового Infiniti QX50 працює на 9 дБ тихіше, ніж V6 попередника!
