REKLAMA
Ta innowacyjna 2,0-litrowa, rzędowa, 4-cylindrowa jednostka napędowa, jako pierwsza na świecie, ma chłodzoną cieczą głowicę zintegrowaną z kolektorem wylotowym typu 4 w 2 i turbosprężarką typu twin-scroll.
Nowy silnik spełnia wymagania normy EURO 6, rozwija moc maks. 175 kW/238 KM w zakresie 4800-5600 obr/min i moment obrotowy 350 Nm w zakresie 1650-4000 obr/min, co pozwala na rozpędzanie NX 200t od 0 do 100 km/h w ciągu 7,1 sekundy i zapewnia prędkość maksymalną 200 km/h. Średnie zużycie paliwa wynosi 7,7 l/100 km, a poziom emisji CO2 - 178 g/km.
Głowica ze zintegrowanym kolektorem wylotowym 4 w 2 i turbosprężarką typu twin-scroll
To wyjątkowe, pierwsze na świecie połączenie różnych rozwiązań technicznych zostało stworzone w celu zapewnienia krótkiego czasu reakcji (z minimalną zwłoką turbosprężarki) i wysokiego momentu obrotowego w zakresie niskich prędkości obrotowych przy niskim zużyciu paliwa.
Kolektor wylotowy typu "4 w 2" łączy te pary cylindrów, w których tłoki poruszają się zgodnie w fazie (sprężanie lub rozprężanie). W połączeniu z bardzo wydajną turbosprężarką twin-scroll, ta innowacyjna konstrukcja kolektora zapobiega powstawaniu zakłóceń między zmianami ciśnienia gazów wylotowych z poszczególnych cylindrów i pozwala na uzyskanie wysokiego momentu obrotowego w możliwie najszerszym zakresie prędkości obrotowych.
W silniku zastosowano chłodnicę powietrza doładowującego zamontowaną bezpośrednio do silnika, co w znaczący sposób skraca długość kanałów za turbosprężarką, co z kolei minimalizuje zwłokę turbosprężarki zapewniając krótki czas reakcji.
W turbosprężarce twin-scroll zastosowano układ płynnego sterowania pracą zaworu obejściowego. Takie rozwiązanie ogranicza straty pompowania poprzez ograniczenie ciśnienia zwrotnego w zakresie niskich obciążeń silnika, kiedy turbosprężarka nie jest wykorzystywana. Pozwoliło to osiągnąć nie tylko niskie zużycie paliwa, ale również spełnić wymagania normy EURO6.
Dodatkowo, połączenie kolektora wylotowego z głowicą poprawiło schładzanie spalin bez wpływu na czas rozgrzewania reaktora katalitycznego. To nie tylko pomaga wydłużyć czas eksploatacji reaktora katalitycznego, ale również rozszerza zakres pracy silnika na optymalnej, stechiometrycznej mieszance paliwowo-powietrznej.
Układ wtrysku paliwa D-4ST
Układ zasilania D-4ST (4-suwowy silnik benzynowy z wtryskiem bezpośrednim, wersja Superior z turbosprężarką) wykorzystuje bezpośredni wtrysk paliwa i turbodoładowanie – sterowanie ciśnieniem doładowania oraz zoptymalizowany kształt kanałów dolotowych w głowicy oraz tłoków zapewania "wysoki stopień zawirowania mieszanki".
Układ D-4ST składa się z układu wysokiego ciśnienia podającego paliwo bezpośrednio do cylindrów i układu niskiego ciśnienia podającego paliwo do kanałów dolotowych. W zależności od obciążenia silnika paliwo podawane jest bezpośrednio do cylindrów lub kanałów dolotowych, co umożliwia optymalizację procesu spalania we wszystkich warunkach jazdy, i co przekłada się na wysoki moment obrotowy w zakresie niskich prędkości obrotowych silnika oraz niskie zużycie paliwa.
Innowacyjny układ Dual VVT-iW
W nowym turbodoładowanym silniku Lexusa zastosowano innowacyjny mechanizm sterujący fazami rozrządu, w którym do sterowania fazami zaworów wylotowych zastosowano układ VVT-i, a zaworów dolotowych układ VVT-iW. Takie rozwiązanie pozwoliło na optymalizację przebiegu momentu obrotowego w całym zakresie prędkości obrotowych silnika oraz rozruch silnika w cyklu Otto a następnie pracę w wymagającym mniejszej ilości paliwa cyklu Atkinsona.
Opóźnione zamykanie zaworów dolotowych w cyklu Atkinsona zmniejsza straty pompowania i zużycie paliwa. W układzie VVT-iW zastosowano blokadę położenia środkowego, która nie tylko pozwala na pracę w cyklu Atkinsona bez pogarszania zdolności do rozruchu w niskich temperaturach, ale zapewnia dobre osiągi przy całkowcie otwartej przepustnicy.
Mała masa i dodatkowe zaawansowane rozwiązania techniczne
Nowy turbodoładowany silnik o pojemności 2 litrów jest bardzo lekki i ma bardzo zwartą budowę. Odlewany z niskoniklowej stali żarodopornej, z pokrywą głowicy, kolektorem dolotowym i przewodami dolotowymi z tworzywa sztucznego, waży zaledwie 160 kg. Przed rozpoczęciem intensywnym prób drogowych, podczas których przejechano ponad milion kilometrów, jednostka napędowa była poddawana badaniom stanowiskowym przez ponad 10000 godzin.
Zastosowano szereg rozwiązań, których celem było obniżenie tarcia różnych elementów silnika, co przyczyniło się do zmniejszenia zużycia paliwa. Wał korbowy z odsadzeniem pozwolił na zmniejszenie siły dociskającej tłoki co ścianek cylindrów, co spowodowało zmniejszenie strat wynikających z tarcia. Udoskonalono proces obróbki mechanicznej tulei cylindrowej, a płaszcz tłoka poddano obróbce powierzchniowej, co zmniejszyło opory ruchu. Zastosowano pierścienie tłokowe o niskim napięciu wstępnym oraz zmniejszono masy elementów ruchomych.
W mechanizmie rozrządu zastosowano lekkie dźwigienki zaworowe na łożyskach rolkowych oraz łańcuch rozrządu o niskim tarciu, a cierne elementy łańcucha wykonano z materiału o niskim współczynniku tarcia. Materiały o niskim współczynniku tarcia zastosowano również w uszczelniaczach wału korbowego, a przepływ oleju w układzie smarowania został zoptymalizowany dzięki zastosowaniu pompy oleju o zmiennym wydatku.
Sterowanie przepływem ciepła w silniku dodatkowo przyczynia się do obniżenia zużycia paliwa. Aby skrócić czas rozgrzewania silnika, kiedy silnik jest zimny, zastosowano układ ograniczający przepływ cieczy chłodzącej w kadłubie oraz wyłączanie układu chłodzenia denek tłoków.
Płynna i cicha praca oraz lepsze brzmienie silnika turbodoładowanego
W nowym silniku, oprócz optymalizacji sztywności głównych elementów konstrukcyjnych pod kątem tłumienia drgań, zastosowano wałek wyrównoważający z kołami zębatymi z tworzywa sztucznego, co zapewnia jeszcze bardziej płynną pracę.
Olej w układzie smarowania, nie zawierający związków wapnia, zapobiega spalaniu stukowemu przy niskiej prędkości obrotowej, a układ dysz odpowiedzialnych za chłodzenie tłoków dodatkowo zapobiega spalaniu stukowemu.
Chłodzenie cieczą powietrza doładowującego zapewnia krótszy o 0,3 sekundy czas rozpędzania od 0 - 100 km/h w porównaniu z chłodzeniem powietrzem. Odpowiedni kształt krzywa rozpędzania zawdzięcza wysokiemu momentowi obrotowemu w zakresie niskich prędkości obrotowych.
Silniki turbodoładowane mają tendencje do głośnej pracy przy całkowicie zamkniętej przepustnicy, o czym świadczy charakterystyczny "świst". Aby w znacznym stopniu ograniczyć ten hałas zastosowano sterowany elektrycznie zawór obejściowy oraz układ rezonansowy. Ponieważ osiągi silnika turbodoładowanego zależą między innymi od charakteru przepływu powietrza w układzie dolotowym, inżynierownie Lexusa poświęcili uwagę opracowaniu specjalnych kształtów kanałów dolotowych, które pozwalają na rozwijanie mocy bez dodatkowego hałasu.
Nowa 6-przełożeniowa skrzynia biegów
Z nowym silnikiem współpracuje nowa, sekwencyjna, automatyczna sześcioprzełożeniowa skrzynia biegów, zapewniająca równowagę pomiędzy wysokimi osiągami, związanymi z ciśnieniem doładowania, a oszczędnością paliwa. Algorytm sterowania zoptymalizowany pod kątem wysokiego momentu napędowego oblicza moment obrotowy silnika i odpowiednio dobiera przełożenie pozwalając uzyskać błyskawiczne rozpędzanie.
źródło: Lexus
