[@Менеджер сайта]

Новый 2-литровый 4-цилиндровый агрегат Lexus с турбонаддувом оснащен передовой независимой системой изменения фаз газораспределения, что позволяет двигателю плавно переключаться между циклами Отто и Аткинсона. Кроме того, применена интеллектуальная система управления, как двигателем, так и турбонаддувом, которая обеспечивает абсолютно плоскую кривую крутящего момента.

Став «сердцем» Lexus NX 200t 2015-го г.в., этот двигатель обозначил собою возврат Toyota к турбонаддуву после того, как целых два десятилетия значительная часть внимания и средств концерна отдавалась разработкам гибридных силовых агрегатов, включая двигатели, работающие в цикле Аткинсона в сочетании с электромоторами. Последние двигатели с турбонаддувом Toyota, предназначенные для американского рынка сбыта, были представлены рядным шестицилиндровым 2JZ-GTE с двойным турбонаддувом для Supra и 3S-GTE с турбонаддувом для Celica All-Trac. Обе модели выпускались в конце девяностых.



Новый двигатель этой версии Lexus получил код 8AR-FTS, что указывает на восьмой по счету выпуск 4-цилиндровых двигателей семейства AR. Диаметр цилиндра и длина хода этой версии – 3,4 x 3,4 дюйма (123 ci). Хотя большая часть размеров блоков цилиндра и опорная поверхность идентична характеристикам других двигателей на базе AR, в этой версии головка цилиндра абсолютно другая и поддерживает как прямой впрыск, так и впрыск во впускной канал, плюс турбона твин-скрол.

«Выпускной коллектор встроен в головку цилиндра», - поясняет Пол Уильямсен (Paul Williamsen), руководитель Обучающего и подготовительного международного центра Lexus. «Система турбонаддува напрямую крепится болтами к боковой части головки цилиндра, за счет чего снижается расстояние между выпускным клапаном и лопастями турбины».

Lexus не отказывается от всех четырех выхлопных импульсов, а скорее, объединяет цилиндры 1-4 и 2-3 в пары и направляет их к соответствующим впускным каналам в системе двойного турбонаддува.

«Крыльчатка имеет привод в двух точках», - говорит Уильямсен. «Это позволяет нам контролировать скорость потока разными способами с помощью этих двух каналов».

Регулирование скорости потока жидкости осуществляется посредством перепускной заслонки на одном из каналов для снижения давления наддува, в то время как второй канал имеет обводной контур. При перемещении дросселя назад скорость прохождения отработавших газов быстро снижается. Если эти газы продолжают медленно перемещаться в сторону наддува, турбинное колесо синхронно замедляется.

«Мы использовали этот принцип обводного контура на нашей последней модели Celica. Таким образом, мы смогли добиться вращения, а не абсолютного замедления работы системы турбонаддува в момент снижения скорости подачи выхлопных газов», - говорит Уильямсен.

Двойные верхние распределительные валы двигателя могут синхронизироваться независимо друг от друга за счет широкого диапазона угла поворота кривошипа (эта система носит название VVT-iW), что и позволяет двигателю 8AS-FTS выполнять переключение между циклами Отто и Аткинсона.



«В цикле Отто фазы газораспределения симметричны через ВМТ», - поясняет Уильямсен. «А цикл Аткинсона отличается асимметричностью своей работы. Коэффициенты сжатия и расширения – разные».



Когда двигатель находится в цикле Аткинсона, фазы газораспределения для впускных клапанов синхронизируются или их работа замедляется таким образом, что клапан закрывается намного позднее по сравнению с работой на такте сжатия. И это эффективно снижает коэффициент динамического сжатия. Так происходит в результате того, что вместо сжатия этой смеси за счет закрытия клапана поршень «выталкивает» часть поступающей топливно-воздушной смеси обратно через впускной канал, пока он остается открытым. Тем самым снижается уровень насосных потерь или энергии, необходимой для такта сжатия.

«Итак, теперь у вас есть более высокий коэффициент сжатия, за счет которого достигается более высокий уровень производительности и, кроме того, коэффициент сжатия – ниже. Благодаря этому снижается уровень трения и паразитных потерь», - говорит Уильямсен. «Обратная сторона медали – это ограниченный диапазон частот вращения в цикле Аткинсона. Именно поэтому он обычно не использовался для автомобилей. Раньше единственным способом заставить Аткинсона работать эффективно была установка нагнетателя с муфтами сцепления. Например, Мазда так делала на своем Millenia. Если выражаться в технических терминах, то при установке нагнетателя этот режим работы называют циклом Миллера».

Еще одним способом обеспечить эффективную работу двигателя в цикле Аткинсона – применить электроэнергию. Этот вариант мы видим на гибридных автомобилях. Тем не менее, на новой модели NX инженеры Lexus применили опыт Toyota с VVT и турбонагнетателями и разработали абсолютно новый турбонагнетатель и систему охлаждения, которые позволяют двигателю плавно переключаться между циклами Отто и Аткинсона, не теряя при этом преимуществ Аткинсона в тех случаях, если нагнетание не требуется.

«Ситуации, в которых Аткинсон является идеальным решением - это применение «частичного» или «легкого» дросселирования», - говорит Уильямсен.



В промежуточный охладитель поступает предназначенная для этого охлаждающая жидкость (не путать с охлаждающей жидкостью для двигателя). Сам охладитель закреплен болтами на задней части двигателя, что снижает объем дополнительных работ. Максимальное нагнетание для 8AR-FTS составляет примерно 17 фунтов.

«Мы сами смогли спроектировать с ноля и турбонагнетатель, и двигатель, как единый узел. Нам не пришлось искать каких-то сторонних комплектующих деталей и агрегатов, мы просто сделали свою работу», - добавляет Уильямсен.

Подача топлива выполняется с помощью уникального синтеза прямого впрыска и впрыска во впускной канал, которому концерн Toyota присвоил код D4S. Эта комбинация не является своеобразным «отражением» инжекторов прямого впрыска. Кроме того, она не обеспечивает подачу достаточного количества топлива (как это происходит в случае с некоторыми гоночными двигателями на E85). Скорее, этот синтез служит для обеспечения правильного распыления.

«На двигателях с более высоким рабочим объемом мы можем получить хорошую топливную смесь за счет обычного прямого впрыска», - объясняет Уильямсен. «Когда объемы цилиндров снижаются примерно на 500 сс на цилиндр, мы можем с точностью утверждать, что в этом случае результаты по выхлопам и послойному смесеобразованию будут значительно выше. И это как раз достигается за счет комбинирования прямого впрыска и впрыска во впускные каналы».



Номинальная мощность двигателя составляет 235 лс при частоте оборотов 5600 об/мин и при максимальном крутящем моменте, равном 258 lb-ft при 4000 об/мин. Благодаря опции «управляющая логика по крутящему моменту» («torque demand control logic»), которая встроена в интеллектуальную систему управления двигателем, происходит настолько точная регулировка турбонаддува с одновременной координацией объема подаваемого топлива и синхронизацией фаз газораспределения, что в результате двигатель «выдает» постоянную кривую крутящего момента.

«Фактически, кривая крутящего момента остается абсолютно плоской в диапазоне от 1650 до 4000 об/мин», - гордо говорит Уильямсен. «А это значит, что кривая мощности настолько же абсолютно прямая. Никаких колебаний, никаких скачков вверх, никаких падений вниз!»

Перейти на сайт Enginelabs

[@Константи_н]

"Ничто не может победить рабочий объем"-Уолтер Оуен Бентли