理论教育 日产VQ系列发动机:世界顶级V6动力

日产VQ系列发动机:世界顶级V6动力

时间:2023-08-26 理论教育 版权反馈
【摘要】:日产VQ发动机因其平稳度和高功率输出被公认为世界上最好的V6发动机之一。性能新高度从1994年诞生到现在,日产VQ系列发动机一直在持续改善,总目标是简单、轻量化、低磨损和响应迅速。为解决上述问题,日产新VQ系列发动机采用加大直径的主轴颈,并增加了曲轴的整体刚性。活塞裙的作用是防止活塞在气缸内摇摆,新VQ系列发动机利用非对称的活塞裙设计减小了运动摩擦。

日产VQ系列发动机:世界顶级V6动力

是什么让VQ系列发动机创造了连续十四年荣获世界十佳的奇迹,而最新的VQ发动机又采用了什么新技术使之能在行业中继续领跑。

日产VQ发动机因其平稳度和高功率输出被公认为世界上最好的V6发动机之一。那么它的奇迹是怎样产生的呢?这还得从头说起。1988年,日产开始了全新V6发动机的研制工作,当时的开发理念现在听起来还比较奇怪——是“羽毛”。柔软轻盈的羽毛和坚硬机械的发动机能有什么联系呢?没错,日产目的是要打造一款动力表现象羽毛般柔滑顺畅的发动机,它采用轻量化设计,追求高性能和高效率,让强大的动力以最柔和舒畅的方式释放出来,提供给驾驶人的是收放自如的驾驶乐趣,所谓的“以柔克刚、刚柔并济”,说的就是这个道理。

1994年,被命名为VQ30DE的全新V6发动机终于面世,问世后的第二年,它就被首次评选年度发动机的《沃德汽车世界》(Ward's Auto World)列入十佳行列,并被称为“地球上运转最平顺、动力最畅快的V6发动机”,这是对VQ30DE性能表现的最好点评。从此,VQ系列发动机开始了它的光辉历程。

1994年,日产在日本IWAKIP工厂开始投产VQ发动机,并装载在当年上市的CEFIRO(风度)上。为了研发此款发动机,日产投资了约570亿日元,共获得近400件专利

1995年VQ发动机第一次荣获《沃德汽车世界》“世界十佳发动机”奖项。

1995年之后的十年间,VQ发动机历经多次的更新换代,连续数年蝉联此权威奖项。

2003年,装配有VQ发动机的天籁在日本本土销售了3.3万辆。2004年,国产天籁依旧应用了VQ发动机,成为国内首款装载3.5升发动机的中高级轿车。

最新的VQ37HR装在英菲尼迪G37车上

2007~2008年,VQ37HR发动机又使VQ发动机继续蝉联“世界十佳发动机”奖项,并成就了VQ系列发动机连续14次蝉联此奖项的业界神话。(1)性能新高度

从1994年诞生到现在,日产VQ系列发动机一直在持续改善,总目标是简单、轻量化、低磨损和响应迅速。最新一代VQ发动机经过重新设计后,尺寸和刚度都发生了改变,刚度变得更强了,但重量却有所降低(实际上,3.5升VQ发动机与上代重量持平,2.5升VQ发动机重量减轻了8千克,同时重心有所降低)。总之,它们是让人印象深刻的发动机。通过降低所有运动部件的摩擦,增加曲轴和相关部件的刚度,新一代VQ发动机做到了全工况平滑运转。

新款3.5升发动机叫VQ35HR(它广泛装备英菲尼迪G35、M35、FX35、EX35和日产Skyline、350Z等高性能车型,从这一代机型开始,VQ发动机的后缀从DE转变成HR,说明发动机制造和理念方面都有重大升级)。后面这个“HR”是日产给它定下的全新目标,“HR”是“High Revolution和High Response”的缩写,翻译过来就是“更高转速、更迅捷反应”,这个简练的后缀表明,VQ系列发动机站到了一个更高的平台。

当然,提升发动机最高转速是所有自然吸气发动机的追求目标,F1赛车发动机就是最好的例子,正因为它的最高转速高达19000转/分,才能从排量只有区区2.4升的V8发动机当中压榨出高达514.5千瓦(700马力)的惊人动力。要在排量一定的情况下增加动力,除了采用增压技术之外,提升发动机最高转速就是最有效的方法了。事实证明,VQ35HR达到了设计目标,在新一代G35身上,它的极限转速直抵一般机型难以企及的7500转/分,比上一代车型的发动机提高了500转/分。最大功率也随之有显著提升,在6800转/分达到了232千瓦(316马力),超出前代发动机26千瓦(35马力)。

千万别以为提升500转/分是很容易的一件事,尤其对于强调平顺性的VQ系列发动机来说,这具有非常高的挑战性,绝大部分的零部件都得经过重新设计。因为,要提高转速,机械部件尤其是诸如活塞、连杆、缸体这些最关键的机械部件的刚性和强度都要随之提高,这种难度不亚于重新设计一款发动机。但对设计师来说,新型发动机对性能的追求必须一丝不苟。

最高转速的攀升换来的是更加出色的极限动力性能,而在同样的转速下,VQ35HR的动力参数也全面超越了前代,各种工况下的动力潜能相应提升。(2)新VQ发动机的主要优势

1)全工况运转平稳——通过加长连杆、梯形缸体等一些结构改善,新VQ系列发动机显著减少了内摩擦。其结果是在发动机所有工况,甚至到7500转/分的红线转速,发动机都能做到超乎寻常的运转平稳,节气门响应异常灵敏。

2)同级别中顶级动力输出——改进进排气系统,提升燃烧效率,造成同级中顶级的动力输出水平。同时,燃油经济性和排放水平也是一流的。

3)令人振奋的加速声响——对称进排气系统使发动机声响随着转速的升高线性和清晰地增长,音效令人振奋。(3)新VQ发动机的主要技术

新一代VQ35HR和VQ25HR采用了众多新技术和工艺,使得它们拥有更高的转速、更大的功率,同时油耗和排放有所降低。1)加长连杆(仅VQ35HR)。

为了支撑高转速,日产采用了赛车发动机的降低摩擦技术:加长连杆7.6毫米,同时相应增加缸套的长度。这样的结果是降低了活塞的倾斜程度,减少了对汽缸壁的侧向力。因此也就降低了高速时的摩擦力。导致活塞能更平稳地高速运动,发动机的高速特性有了保障。2)新梯形结构。

VQ35HR发动机

VQ35HR发动机缸体

VQ35HR发动机气缸盖

VQ35HR发动机进气集成器

VQ35HR发动机节气门体(www.daowen.com)

VQ35HR发动机活塞

VQ35HR发动机排气歧管

VQ35HR发动机加长连杆

高速时,曲轴的变形导致了振动的增加。对此,VQ35HR采用梯形结构支撑曲轴,这种结构增加了发动机的整体刚性,大大减少了高速时的振动。3)增加曲轴刚性。

在发动机高速工况下,曲轴有可能产生弯曲和扭曲现象,造成噪声、振动和对主轴颈潜在的损伤。为解决上述问题,日产新VQ系列发动机采用加大直径的主轴颈,并增加了曲轴的整体刚性。这样高速振动被降低了。4)不对称活塞裙。

活塞裙的作用是防止活塞在气缸内摇摆,新VQ系列发动机利用非对称的活塞裙设计减小了运动摩擦。小活塞裙应用在受侧向力较小的一面,减小摩擦损失达到7.6%,支持了发动机的平稳运行。5)对称进排气系统。

为降低进气阻力,新VQ系列发动机对称布置双进气系统。与通常的单进气系统相比,能造成发动机更有效的进气分配。6)直线进气口(仅VQ35HR)。

为了维持高转速和高动力输出,新VQ发动机采用了直线进气口设计,进气路径变得更加畅通平直。进气阻力降低了18%,显著改善了进气效率。在高速、高负荷时发动机有足够的进气量,这是保证充沛动力的重要前提。7)CVTC连续可变气门正时。

进排气都采用了连续可变气门正时系统,优化了发动机的气门控制。进气端采用电液控制可变气门系统(CVTC),而排气端使用电磁气门控制(e-VTC),气门控制灵活,改善了燃烧效率。8)优化气门直径。

理论上加大气门直径可以增加空气流量,但实际上也有可能增加空气流动阻力,特别是当旁边气门有干扰气流的情况下。新VQ发动机没有盲目扩大气门直径,而是经过优化设计,把进气过程中的阻力降低,

对称进排气系统

优化气门直径,加大进气流量

最新的12孔喷嘴与原喷嘴对比

加长连杆减少摩擦力

增加进气效率。9)提高压缩比。

VQ发动机通过提高压缩比获得更好的燃烧热效率和更高的动力输出,同时还能改善燃油经济性。为了应对压缩比升高带来的氮氧化物问题,排气后处理方面增加了相应的内容。10)无氢菱形碳涂层。

作为改善临界表面摩擦特性的方法之一,日产给气门挺杆用上了无氢菱形碳涂层。这一纳米技术提供了极端光滑的表面处理,戏剧般地降低了40%的摩擦损失。针对该涂层,用特殊的机油添加剂形成耐久、超低磨损的润滑油膜。摩擦损失的显著降低,转换到燃料端,就是燃烧效率的提升。据悉,配合其他改善措施,燃油效率可提升10%,排放处于一流水平。11)镜面抛光。

曲轴和凸轮轴的主轴颈是发动机的关键部位,因此加工工艺非常严格。VQ发动机在这些部位采用了精细的抛光工艺,使得主轴颈像镜面一样光滑。同样也能起到降低摩擦的作用。12)精细雾化燃油喷射。

喷油器喷出的油滴越小,则燃油与空气的混合效果越好,燃烧更完全,碳氢化合物的排放也少。新VQ发动机的采用12孔喷嘴(每个喷嘴的直径只有130微米),相比以前的4孔喷嘴(喷嘴直径250微米),新喷嘴能保证喷油更离散,雾化效果更好,带来更好的燃烧效率。

13)铱火花塞

火花塞中心电极采用铱合金,提高了点火能量。使得即使是刚起动的发动机都有稳定的燃烧过程,降低了有害物质的排放。

新发动机功率提升

铱火花塞

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