genaue Informationüber das erste Benzin der Welt Serienmotor mit variabler Grad Kompression. Sie sagen ihm eine große Zukunft voraus und sagen, dass die von Infiniti entwickelte Technologie zu einer großen Bedrohung für die Existenz von Dieselmotoren werden wird.
Ein Otto-Kolbenmotor, der das Verdichtungsverhältnis*, also den Betrag, um den der Kolben das Luft-Kraftstoff-Gemisch im Zylinder komprimiert, dynamisch verändern kann, ein langjähriger Traum vieler Generationen von Motoreningenieuren Verbrennungs... Einige Automarken waren der Lösung der Theorie mehr denn je nahe, sogar Muster solcher Motoren wurden hergestellt, zum Beispiel konnte Saab damit Erfolge erzielen.
Vielleicht hätte der schwedische Autohersteller ein ganz anderes Schicksal gehabt, wenn Saab nicht im Januar 2000 endgültig von General Motors übernommen worden wäre. Leider waren solche Entwicklungen für den ausländischen Eigentümer nicht interessant und der Fall wurde eingestellt.
*Grad Kompression - Volumen der Brennraum in dem Moment, in dem der Kolben unten ist Totpunkt, auf das Volumen, wenn es bis zum oberen Totpunkt gequetscht wird. Mit anderen Worten, dies ist der Indikator für die Kompression des Luft-Kraftstoff-Gemisches im Zylinder durch den Kolben.
Der Hauptkonkurrent war gebrochen und Nissan als zweiter potenzieller Entwickler Innovationssystem mit variablem Verdichtungsverhältnis, setzte seinen Weg in stolze einsamkeit... 20 Jahre akribische Arbeit, Berechnungen und Modellierungen waren nicht umsonst, Luxussparte Japanisches Unternehmen Die Marke Infiniti hat die letzte Entwicklung des Motors mit variablem Verdichtungsverhältnis vorgestellt, die wir unter der Haube des Modells sehen werden. Wird seine Entwicklung zum Schwanengesang aller Dieselmotoren? Eine interessante Frage.
Das 2,0-Liter-Vierzylinder-Turbo-Triebwerk (Nennleistung 270 PS und 390 Nm Drehmoment) erhielt den Namen VC-T (Variable Compression-Turbocharged). Der Name spiegelt bereits das Funktionsprinzip und die technischen Daten wider. Das VC-T-System ist in der Lage, das Verdichtungsverhältnis von 8:1 auf 14:1 stufenlos und dynamisch dynamisch zu ändern.
Das allgemeine Funktionsprinzip des VC-T-Motorsystems kann wie folgt beschrieben werden:
Dies ist eine schematische, einfache Beschreibung der Funktionsweise des Systems. Tatsächlich ist natürlich alles viel komplizierter.
Wirklich Aggregate mit einem niedrigen Kompressionsverhältnis kann nicht haben Hochleistung... Alles leistungsstarke Motoren besonders in Rennautos, haben in der Regel ein sehr hohes Verdichtungsverhältnis, bei vielen Autos überschreitet es 12: 1 und erreicht bei Methanolmotoren sogar 15: 1. Dieses hohe Verdichtungsverhältnis kann die Motoren jedoch auch effizienter und wirtschaftlicher machen. Dies führt zu einer logischen Frage, warum nicht Motoren machen, die es immer haben würden hochgradig Kompression des Luft-Kraftstoff-Gemischs? Warum einen Gemüsegarten mit komplexen Kolbenantriebssystemen einzäunen?
Der Hauptgrund für die Unmöglichkeit, ein solches System beim Betrieb mit einem herkömmlichen Niedrigoktan Kraftstoff - Aussehen bei hohem Verdichtungsverhältnis und hohe Belastung Detonation. Benzin beginnt nicht zu brennen, sondern zu explodieren. Das verringert die Lebensdauer von Motorkomponenten und -baugruppen und verringert deren Effizienz. Tatsächlich passiert bei einem Benzinmotor das gleiche wie bei einem mit Dieselkraftstoff betriebenen Motor, aufgrund der hohen Verdichtung entzündet sich das Luft-Kraftstoff-Gemisch, obwohl dies nicht zum richtigen Zeitpunkt geschieht und dies nicht von der Auslegung des Motors.
In Momenten der "Krise" der Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches kommt ein variables Verdichtungsverhältnis zu Hilfe, das in Momenten der Spitzenleistung mit maximalem Ladedruck des Turboladers abnehmen kann, wodurch ein Detonieren des Motors verhindert wird. Umgekehrt erhöht sich bei niedrigen Drehzahlen mit niedrigem Ladedruck das Verdichtungsverhältnis, wodurch das Drehmoment erhöht und der Kraftstoffverbrauch gesenkt wird.
Darüber hinaus sind die Motoren mit einem variablen Ventilsteuerungssystem ausgestattet, das es ermöglicht, den Motor im Atkinson-Zyklus zu betreiben, wenn der Motor keine hohe Leistung benötigt.
Solche Motoren finden sich meist in Hybridautos, bei denen es vor allem auf Umweltfreundlichkeit und geringer Kraftstoffverbrauch ankommt.
Das Ergebnis all dieser Änderungen ist ein Motor, der die Kraftstoffeffizienz im Vergleich zu Nissans 3,5-Liter-V6, der ungefähr die gleiche Leistung und das gleiche Drehmoment hat, um 27 Prozent steigern kann. Laut Reuters haben Ingenieure auf einer Pressekonferenz Nissan sagte, dass neuer Motor hat ein Drehmoment, das mit einem modernen Turbodiesel vergleichbar ist, und sollte gleichzeitig billiger in der Herstellung sein als jeder moderne Turbodieselmotor.
Nissan setzt deshalb so stark auf das entwickelte System, weil es aus seiner Sicht das Potenzial hat, Dieselmotoren in vielen Anwendungsbereichen teilweise zu ersetzen, möglicherweise auch günstigere Optionen für Länder, in denen Benzin der Hauptkraftstoff ist, ein Beispiel für eine solche Land sein könnte und Russland.
Wenn sich die Idee durchsetzt, wird es in Zukunft wohl auch Zweizylinder-Benzinantriebe geben, die gut funktionieren. Dies kann einer der Zweige der Systementwicklung werden.
Die Agilität des Motors scheint beeindruckend. Technisch wurde dieser Effekt mit Hilfe eines speziellen Antriebshebels erreicht, der auf die Antriebswelle wirkt und die Position des um das Hauptlager des Pleuels rotierenden Mehrlenkersystems verändert. Rechts ist ein weiterer Hebel am Mehrlenkersystem angebracht, der vom Elektromotor kommt. Es ändert die Position des Systems relativ zu Kurbelwelle... Dies spiegelt sich im Infiniti-Patent und in den Zeichnungen wider. Die Kolbenstange hat einen zentralen Dreh Multi-Link-System, die in der Lage ist, ihren Winkel zu ändern, was zu einer Änderung der effektiven Länge der Kolbenstange führt, was wiederum die Länge des Kolbenhubs im Zylinder ändert, was letztendlich das Verdichtungsverhältnis ändert.
Ein für Infiniti entwickelter Motor sieht schon auf den ersten Blick viel raffinierter aus als sein klassischer Stammesangehöriger. Indirekt bestätigt sich die Vermutung bei Nissan selbst. Sie sagen, es sei wirtschaftlich rentabel, solche Vierzylindermotoren zu bauen, aber nicht die anspruchsvolleren V6 oder V8. Die Kosten aller Pleuelstangenantriebssysteme können unerschwinglich sein.
Mit allem, was gesagt wurde, sollte dieses Engine-Layout, nein, es muss nur Wurzeln schlagen. Diese Leistung und Wirtschaftlichkeit wird für Autos mit Verbrennungsmotoren und Elektromotoren ein konkurrenzloser Pluspunkt sein.
Der VC-T-Motor wird am 29. September um . offiziell vorgestellt Pariser Autosalon.
PS Wird also der neue Benziner ersetzen Dieselmotoren? Kaum. Erstens ist das Design eines Benzinmotors komplexer und daher skurriler. Die Volumenbegrenzung schränkt auch den Anwendungsbereich der Technologie ein. Produktion Dieselkraftstoff auch keiner hat abgesagt, was tun damit, wenn alle auf benzin umsteigen? Ausgießen? Lagerhaus? Und schließlich eignet sich der Einsatz von Dieselaggregaten (einfache Bauweise) hervorragend für schwierige Umgebungsbedingungen, was bei Otto-Verbrennungsmotoren nicht der Fall ist.
Höchstwahrscheinlich viel Neue Entwicklung wird werden Hybridautos und moderne Flitzer. Was auf seine Weise auch ein beachtlicher Teil des Automobilmarktes ist.
Zunehmend sind maßgebliche Meinungen zu hören, die jetzt die Entwicklung von Verbrennungsmotoren erreicht haben das höchste niveau und es ist nicht mehr möglich, ihre Leistung merklich zu verbessern. Den Designern bleiben schleichende Upgrades, das Polieren der Boost- und Einspritzsysteme und das Hinzufügen von immer mehr Elektronik. Japanische Ingenieure stimmen dem nicht zu. Infiniti, das den Motor mit variablem Verdichtungsverhältnis baute, kam zu Wort. Wir werden herausfinden, was die Vorteile eines solchen Motors sind und was seine Zukunft ist.
Als Einführung sei daran erinnert, dass das Verdichtungsverhältnis das Verhältnis des Volumens über dem Kolben am unteren Totpunkt zum Volumen ist, wenn sich der Kolben oben befindet. Für Benzinmotoren beträgt diese Zahl 8 bis 14, für Dieselmotoren - von 18 bis 23. Das Verdichtungsverhältnis ist durch die Konstruktion festgelegt. Sie wird in Abhängigkeit von der Oktanzahl des verwendeten Benzins und der vorhandenen Aufladung berechnet.
Durch die Möglichkeit, das Verdichtungsverhältnis je nach Last dynamisch zu ändern, können Sie die Effizienz steigern Turbomotor stellen Sie sicher, dass jede Portion Luft-Kraftstoff-Gemisch bei optimaler Verdichtung verbrannt. Für leichte Lasten, wenn das Gemisch mager ist, wird es verwendet maximale Kompression, und im beladenen Modus, wenn viel Benzin eingespritzt wird und eine Detonation möglich ist, komprimiert der Motor das Gemisch auf ein Minimum. Dadurch können Sie den Zündzeitpunkt "zurück" nicht einstellen, der in der effektivsten Position zum Entfernen der Leistung bleibt. Theoretisch ermöglicht das System zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses beim Verbrennungsmotor eine bis zu zweifache Reduzierung des Arbeitsvolumens des Motors unter Beibehaltung der Traktions- und Dynamikeigenschaften.
Schema eines Motors mit variablem Brennraumvolumen und Pleuel mit Kolbenhubsystem
Als eines der ersten erschien ein System mit einem zusätzlichen Kolben im Brennraum, der während der Bewegung sein Volumen veränderte. Aber sofort stellte sich die Frage, eine weitere Teilegruppe in den Blockkopf zu setzen, wo Nockenwellen, Ventile, Injektoren und Zündkerzen schon gedrängt waren. Außerdem wurde die optimale Konfiguration der Brennkammer verletzt, weshalb der Kraftstoff ungleichmäßig verbrannt wurde. Daher blieb das System innerhalb der Wände der Labore. Das System mit Kolben mit variabler Höhe ging nicht über das Experiment hinaus. Die geteilten Kolben waren übermäßig schwer, und sofort traten strukturelle Schwierigkeiten bei der Steuerung der Hubhöhe der Abdeckung auf.
Kurbelwellen-Hubsystem an Exzenterkupplungen FEV Motorentechnik (links) und Traverse-Mechanik zur Veränderung des Kolbenhubs
Andere Konstrukteure haben den Kurbelwellenhub gesteuert. Bei diesem System sind die Lagerzapfen der Kurbelwelle in Exzenterkupplungen untergebracht, die über Zahnräder von einem Elektromotor angetrieben werden. Wenn sich die Exzenter drehen, hebt oder senkt sich die Kurbelwelle, was entsprechend den Hub der Kolben zum Blockkopf verändert, das Volumen des Brennraums vergrößert oder verkleinert und dadurch das Verdichtungsverhältnis verändert. Ein solcher Motor wurde im Jahr 2000 von der deutschen Firma FEV Motorentechnik gezeigt. Das System wurde in einen 1,8-l-Vierzylinder-Turbomotor von integriert des Volkswagen Konzerns, wobei das Verdichtungsverhältnis von 8 bis 16 variiert wurde. Der Motor entwickelte eine Leistung von 218 PS. und einem Drehmoment von 300 Nm. Bis 2003 wurde der Motor getestet auf Audi-Auto A6, ging aber nicht in Produktion.
Hatte nicht viel Glück und Umkehrsystem, auch die Höhe der Kolben ändern, aber nicht durch Steuern der Kurbelwelle, sondern durch Anheben des Zylinderblocks. Ein funktionierender Motor ähnlicher Bauart wurde im Jahr 2000 von Saab demonstriert und auch am Modell 9-5 getestet, das in auf den Markt kommen soll Massenproduktion... Synchronisierter Saab-Fünfzylinder mit variabler Kompression (SVC) Turbomotor Volumen von 1,6 Liter, entwickelt eine Leistung von 225 Litern. mit. und einem Drehmoment von 305 Nm, während der Kraftstoffverbrauch bei mittlerer Last um 30% sank und aufgrund des einstellbaren Verdichtungsverhältnisses der Motor problemlos jedes Benzin verbrauchen konnte - von A-80 bis A-98.
Saab Variable Compression Motorsystem, bei dem das Verdichtungsverhältnis durch Durchbiegung des oberen Teils des Zylinderblocks verändert wird
Saab löste das Problem des Anhebens des Zylinderblocks wie folgt: Der Block wurde in zwei Teile geteilt – den oberen mit dem Kopf und die Zylinderlaufbuchsen und den unteren, wo die Kurbelwelle verblieb. Auf der einen Seite war das Oberteil durch ein Scharnier mit dem Unterteil verbunden, auf der anderen wurde ein elektrisch angetriebener Mechanismus eingebaut, der wie ein Deckel auf einer Truhe das Oberteil um einen Winkel von bis zu 4 Grad anhob . Der Bereich des Verdichtungsverhältnisses beim Heben und Senken konnte flexibel von 8 bis 14 variiert werden. Zur Abdichtung der beweglichen und feststehenden Teile wurde eine elastische Gummiummantelung verwendet, die sich als eine der stärksten herausstellte schwache Punkte Konstruktionen, zusammen mit Scharnieren und Hebemechanismus... Nach der Übernahme von Saab durch General Motors schlossen die Amerikaner das Projekt.
MCE-5-Projekt, das einen Mechanismus mit Arbeits- und Steuerkolben verwendet, die über einen gezahnten Kipphebel verbunden sind
Um die Jahrhundertwende schlugen die französischen Ingenieure der Firma MCE-5 Development S.A. auch die Konstruktion des Motors mit variablem Verdichtungsverhältnis vor. Der von ihnen gezeigte 1,5-Liter-Turbomotor, bei dem das Verdichtungsverhältnis von 7 bis 18 variiert werden konnte, entwickelte eine Leistung von 220 PS. mit. und einem Drehmoment von 420 Nm. Der Aufbau ist hier recht kompliziert. Das Pleuel ist geteilt und oben (im an der Kurbelwelle verbauten Teil) mit einer Zahnschwinge versehen. Daran schließt sich ein weiterer Teil des Pleuels vom Kolben an, dessen Spitze eine Zahnstange aufweist. Die andere Seite des Kipphebels ist mit der Steuerkolbenstange verbunden, die über spezielle Ventile, Kanäle und einen elektrischen Antrieb durch das Motorschmiersystem angetrieben wird. Bei einer Bewegung des Steuerkolbens wirkt dieser auf den Kipphebel und der Hub des Arbeitskolbens ändert sich. Der Motor wurde experimentell an einem Peugeot 407 getestet, aber der Autohersteller war an diesem System nicht interessiert.
Nun entschieden sich die Designer von Infiniti, mitzureden und präsentierten einen Motor mit Variable Compression-Turbocharged (VC-T)-Technologie, die eine dynamische Änderung des Verdichtungsverhältnisses von 8 auf 14 ermöglicht. Japanische Ingenieure verwendeten einen Traversenmechanismus: Sie stellten ein bewegliches Gelenk her der Pleuelstange mit ihrem unteren Hals, der wiederum durch ein elektromotorisch angetriebenes Hebelsystem verbunden ist. Nach einem Befehl von der Steuereinheit bewegt der Elektromotor die Stange, das Hebelsystem ändert die Position, wodurch die Hubhöhe des Kolbens eingestellt und dementsprechend das Verdichtungsverhältnis geändert wird.
Design des variablen Kompressionssystems Infiniti-Motor VC-T: a - Kolben, b - Pleuel, c - Traverse, d - Kurbelwelle, e - Elektromotor, f - Zwischenwelle, g - Schub.
Dank dieser Technologie entwickelt der Zweiliter-Benzin-Turbo Infiniti VC-T eine Leistung von 270 PS und ist damit 27 % sparsamer als andere Zweiliter-Motoren des Unternehmens bei konstanter Verdichtung. Die Japaner planen, die VC-T-Motoren 2018 in Massenproduktion zu bringen und sie mit der QX50-Frequenzweiche und dann anderen Modellen auszustatten.
Beachten Sie, dass die Effizienz heute das Hauptziel bei der Entwicklung von Motoren mit variablem Verdichtungsverhältnis ist. Bei moderne Entwicklung Druck- und Einspritztechnologien ist es für Konstrukteure kein großes Problem, die Leistung im Motor nachzuholen. Eine andere Frage: Wie viel Benzin in einem superaufgepumpten Motor fliegt in das Rohr? Bei herkömmlichen Serienmotoren können die Verbrauchsraten inakzeptabel sein, was als Begrenzer für die Aufblasleistung wirkt. Japanische Designer beschlossen, diese Barriere zu überwinden. Entsprechend Unendlich, ihr VC-T-Benzinmotor ist in der Lage, als Alternative zu modernen Turbodieselmotoren zu fungieren und weist den gleichen Kraftstoffverbrauch bei beste Leistung hinsichtlich Leistung und geringerer Abgastoxizität.
Was ist das Endergebnis?
Seit mehr als einem Dutzend Jahren wird an Motoren mit variablem Verdichtungsverhältnis gearbeitet - auf diesem Gebiet waren Designer von Ford, Mercedes-Benz, Nissan, Peugeot und Volkswagen tätig. Ingenieure Forschungsinstitute und Unternehmen auf beiden Seiten des Atlantiks haben Tausende von Patenten erhalten. Aber bisher ist noch kein einziger solcher Motor in Serie gegangen.
Auch Infiniti geht es nicht gut. Wie die Entwickler des VC-T-Motors selbst zugeben, hat ihre Idee immer noch gemeinsame Probleme: Die Komplexität und die Kosten der Struktur sind gestiegen, Probleme mit Vibrationen sind nicht gelöst. Aber die Japaner hoffen, das Design fertigzustellen und es in die Massenproduktion zu bringen. Wenn dies passiert, müssen zukünftige Käufer nur verstehen: Wie viel wird zu viel bezahlen müssen neue Technologie wie zuverlässig ein solcher Motor ist und wie viel Kraftstoff er spart.
VC-T-Motor. Bild: Nissan
Der japanische Autohersteller Nissan Motor enthüllt neuer Typ ein Benzin-Verbrennungsmotor, der die fortschrittlichen modernen Dieselmotoren in mancher Hinsicht übertrifft.
Der neue Variable Compression-Turbo (VC-T) Motor ist in der Lage Verdichtungsverhältnis ändern gasförmiges brennbares Gemisch, d. h. den Hub der Kolben ändern in ICE-Zylinder... Dieser Parameter ist normalerweise fest. Anscheinend wird der VC-T der weltweit erste ICE mit variablem Verdichtungsverhältnis sein.
Das Verdichtungsverhältnis ist das Verhältnis des Volumens des Überkolbenraums des Zylinders einer Brennkraftmaschine an der Position des Kolbens am unteren Totpunkt ( volle Lautstärke Zylinder) auf das Volumen des Überkolbenraums des Zylinders, wenn sich der Kolben im oberen Totpunkt befindet, also auf das Volumen des Brennraums.
Erhöhen des Verdichtungsverhältnisses in Allgemeiner Fall erhöht seine Kraft und erhöht Motoreffizienz, das heißt, es hilft, den Kraftstoffverbrauch zu senken.
Konventionelle Ottomotoren haben typischerweise ein Verdichtungsverhältnis von 8:1 bis 10:1 und Sportwagen und Rennwagen können bis zu 12:1 oder mehr sein. Mit steigendem Verdichtungsverhältnis benötigt der Motor Kraftstoff mit einer höheren Oktanzahl.
VC-T-Motor. Bild: Nissan
Die Abbildung zeigt den Unterschied der Kolbensteigung bei unterschiedlichen Verdichtungsverhältnissen: 14:1 (links) und 8:1 (rechts). Insbesondere wird der Mechanismus zum Ändern des Verdichtungsverhältnisses von 14:1 auf 8:1 demonstriert. Es geschieht auf diese Weise.
- Wenn das Verdichtungsverhältnis geändert werden muss, wird das Modul aktiviert Harmonischer Antrieb und verschiebt den Betätigungshebel.
- Der Betätigungshebel dreht die Antriebswelle ( Steuerwelle auf dem Diagramm).
- Wenn sich die Antriebswelle dreht, ändert sie den Neigungswinkel Mehrlenkeraufhängung (Mehrfachverbindung auf dem Diagramm)
- Die Mehrlenkeraufhängung bestimmt die Höhe, die jeder Kolben in seinem Zylinder anheben kann. Somit wird das Kompressionsverhältnis geändert. Der untere Totpunkt des Kolbens scheint gleich zu bleiben.
Die Änderung des Verdichtungsverhältnisses bei einem Verbrennungsmotor kann gewissermaßen mit der Änderung des Anstellwinkels bei Verstellpropellern verglichen werden – ein Konzept, das bei Propellern und Propellern seit vielen Jahrzehnten angewendet wird. Die variable Steigung des Propellers ermöglicht es Ihnen, die Effizienz des Propellers nahezu optimal zu halten, unabhängig von der Geschwindigkeit des Trägers im Strom.
Technologie für den Studiengangwechsel Verdichtung des Verbrennungsmotors ermöglicht es, die Motorleistung beizubehalten und gleichzeitig strenge Standards für die Motoreffizienz zu erfüllen. Das ist wahrscheinlich das Meiste Echter Weg diese Standards einhalten. "Alle arbeiten jetzt an variablen Verdichtungsverhältnissen und anderen Technologien, um die Effizienz von Benzinmotoren dramatisch zu verbessern", sagt James Chao, Asia Pacific Managing Director und IHS Consultant, "seit mindestens zwanzig Jahren oder so." ... Erwähnenswert ist, dass Saab im Jahr 2000 einen Prototyp eines solchen Saab Variable Compression (SVC) Motors für den Saab 9-5 zeigte, für den es auf Fachausstellungen eine Reihe von Auszeichnungen erhielt. Dann wurde das schwedische Unternehmen von General Motors gekauft und stellte die Arbeit am Prototyp ein.
Saab Motor mit variabler Kompression (SVC). Foto: Reedhawk
Der VC-T-Motor soll 2017 mit dem Infiniti QX50 auf den Markt kommen. Die offizielle Präsentation ist für den 29. September auf dem Pariser Autosalon geplant. Dieser Zweiliter-Vierzylinder hat ungefähr die gleiche Leistung und das gleiche Drehmoment wie der 3,5-Liter-V6, der ersetzt, aber 27 % mehr Kraftstoffverbrauch liefert.
Nissan-Ingenieure sagen auch, dass der VC-T billiger sein wird als die modernen Turbodieselmotoren von heute und die aktuellen NOx- und anderen Emissionsvorschriften vollständig erfüllen. Abgase- solche Regeln gelten in der Europäischen Union und einigen anderen Ländern.
Nach Infiniti ist geplant, weitere Autos von Nissan und eventuell Partnerfirma Renault mit neuen Motoren auszustatten. 
VC-T-Motor. Bild: Nissan
Es ist davon auszugehen, dass die komplizierten ICE-Design zunächst wird es kaum zuverlässig sein. Es ist sinnvoll, mit dem Kauf eines Autos mit VC-T-Motor einige Jahre zu warten, es sei denn, Sie möchten an der Erprobung einer experimentellen Technologie teilnehmen.
Die Erfindung betrifft den Motorenbau, insbesondere Hubkolben-Brennkraftmaschinen mit einem Brennraum mit variablem Volumen und gesteuerten Einlassventilen. Technisches Ergebnis liegt in der Möglichkeit, den Wirkungsgrad des Motors zu steigern und die Umweltbelastung zu reduzieren. Erfindungsgemäß erfolgt die Steuerung der Kolbenbrennkraftmaschine durch die Wahl des Brennraumvolumens in Kombination mit der Wahl des Öffnungszeitpunktes und des Schließzeitpunktes Einlassventile und in Kombination mit der Wahl der Frequenz, mit der die Arbeitshübe ausgeführt werden. 11 pp. f-ly, 1 dwg.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Steuerverfahren zum Modulieren des Drehmoments einer Hubkolben-Brennkraftmaschine mit einem Brennraum mit variablem Volumen und gesteuerten Einlassventilen.
Die Erfindung ist auf Motoren anwendbar, die mit variabler Last arbeiten, zum Beispiel auf Vergasermotoren und Dieselmotoren entworfen, um in Bewegung zu setzen Fahrzeug, Flugzeuge, Boote, Schiffe etc. sowie zum Antrieb von Kompressoren, Hydraulikpumpen, Stromgeneratoren etc.
Die Erfindung erfordert die Verwendung eines Steuersystems. Der Betrieb des Steuersystems wird durch seine Software bestimmt. Die Software, mit der die vorliegende Erfindung implementiert werden kann, kann beispielsweise Teil eines größeren Steuersystems sein, das auch verwendet wird, um andere Eigenschaften und Parameter des fraglichen Motors zu steuern.
Der letzte Stand der Technik
In den letzten Jahrzehnten hat sich die Entwicklung von Verbrennungsmotoren darauf konzentriert, die Effizienz ihres Betriebs zu verbessern und die Umweltbelastung durch die Einführung digitaler Steuerungssysteme, beispielsweise für Kraftstoffeinspritzung und Zündung, zu reduzieren.
Trotz dieser Verbesserungen bleibt jedoch das Problem, dass eine Änderung der Betriebsweise zu einem geringen durchschnittlichen Wirkungsgrad und einer erheblichen Umweltbelastung führt. Auch die Zusammensetzung der Abgase ändert sich, was deren Reinigung behindert.
Es ist bekannt, dass ein variables Verdichtungsverhältnis den Wirkungsgrad eines Motors erhöht. Darüber hinaus ist bekannt, dass die Einführung frei gesteuerter Ventile, der sogenannten gesteuerten Ventilaktoren, zu der Möglichkeit führt, die Drosselklappensteuerung durch ein früheres Schließen der Einlassventile während des Ansaugtakts, den sogenannten Miller-Zyklus, zu ersetzen , und auf die Möglichkeit, den Zylinder innerhalb einer so kurzen Zeit wie einer Umdrehung des Motors vollständig zu schließen, die auch als bezeichnet wird Frequenzmodulation Drehmoment oder Sprungzyklus, was zu einer deutlichen Steigerung der Motoreffizienz führt. Darüber hinaus hat sich gezeigt, dass bei Verwendung von gesteuerten Ventiltrieben vom Zweitaktbetrieb auf den Viertaktbetrieb umgeschaltet werden kann.
Zweck der Erfindung
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Steuerverfahren zum Modulieren des Drehmoments einer Hubkolben-Brennkraftmaschine mit einer Brennkammer mit variablem Volumen und gesteuerten Ventilen bereitzustellen, wobei das vorgeschlagene Verfahren die oben genannten Nachteile beseitigt und zu einem erhöhten Motorwirkungsgrad und einer verringerten Umweltbelastung führt.
Das Wesen der Erfindung
Die Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden bei dem vorgenannten Verfahren dadurch gelöst, dass das für gegebene Betriebsbedingungen erforderliche Drehmoment durch die Wahl des Brennraumvolumens in Kombination mit der Wahl der Öffnungs- und Schließzeiten der Einlassventile in Kombination erreicht wird mit der Wahl der Frequenz, mit der die Hübe ausgeführt werden.
Soweit dem Erfinder bekannt ist, hat bisher niemand vorgeschlagen, die Verwendung eines variablen Verdichtungsverhältnisses und gesteuerter Ventilantriebe in demselben Motor zu kombinieren. Vorzugsweise wird bei maximaler Last das maximale Volumen der Brennkammer genutzt. Beim Absenken der Last wird das Volumen unter gleichzeitiger Nutzung des früheren Schließens der Einlassventile soweit reduziert, dass ein optimaler Wirkungsgrad erreicht wird, der für die gewünschte Betriebsart maximal ist. Bei weiter abnehmender Last wird ein frequenzmoduliertes Drehmoment verwendet, wenn die erforderliche Last durch die Wahl der Hubfrequenz durch die Steuerung erreicht wird, während die Kennlinie oder Parameter entsprechend dem Lastniveau, bei dem sie erreicht wurde, beibehalten werden. optimale Leistung Motor. Wenn um langsame Geschwindigkeit Die Drehung des Motors erfordert ein großes Drehmoment, vorzugsweise unter Verwendung eines Zweitaktzyklus. Da erfindungsgemäß die Verwendung eines variablen Verdichtungsverhältnisses mit der Verwendung von gesteuerten Ventilaktuatoren kombiniert wird, werden Synergieeffekte erzielt, z durch separate Verwendung eines variablen Verdichtungsverhältnisses oder gesteuerter Ventilstellglieder erreicht.
Das variable Verdichtungsverhältnis ist die Volumenänderung zwischen dem Kolben und der Oberseite des Zylinders am oberen Totpunkt des Kolbens.
Gesteuerte Ventile oder gesteuerte Ventilaktoren sind Ventile, deren Öffnungs- und Schließzeiten sowie Hub und Fläche durch Aktoren gesteuert werden, die durch Signale der Ventilsteuerung angesteuert werden. Gesteuerte Ventile haben Stellglieder, die durch pneumatische, hydraulische, elektromagnetische oder andere ähnliche Mittel betätigt werden.
Der Arbeitshub ist der Hub des Kolbens, bei dem die Energie der beim Verbrennungsprozess expandierenden Gasmasse in mechanische Arbeit... Die Hübe können in optimalen oder normalen Zyklen erfolgen, wie bei modernen Motoren.
Leerlauf ist der Hub eines Kolbens ohne Gasaustausch, Luftzufuhr oder Verbrennung; Im Leerlauf wird keine Arbeit verrichtet. Während eines solchen Hubs gibt es wenig Reibungsverlust und Wärmeverlust. Im Leerlauf wird weder Luft noch Luft/Kraftstoff-Gemisch durch den Motor gepumpt. Der Leerlauf setzt voraus, dass zumindest die Einlassventile gesteuert und im Leerlauf geschlossen gehalten werden, um das Eindringen von Luft zu verhindern, bis sie wieder geöffnet werden. Erfindungsgemäß ist es jedoch bevorzugt, dass auch die Auslassventile steuerbar sind.
Die Hubfrequenz kann zwischen 0 und 100 % der Motordrehzahl variiert werden. Diese Frequenz kann gewählt werden, indem bei jeder n-ten Umdrehung des Motors ein Arbeitstakt ausgeführt wird, wobei die restlichen Hübe im Leerlauf sind. Alternativ wird während jeder n-ten Motorumdrehung eine Abfolge von Arbeitstakten durchgeführt und der Leerlauf durchgeführt. Das erforderliche Drehmoment wird von einem Sensor gemessen und an die Steuerung übermittelt, die die Frequenz der Arbeitshübe vorwählt.
Der optimale Hub ist der Hub, bei dem die zu verrichtende Arbeit unter Berücksichtigung der bestehenden Wirtschafts- und Umweltbedingungen sowie des Kraftstoffverbrauchs am größten ist. Durch die Wahl der Frequenz der optimalen Arbeitshübe wird durch die Bereitstellung des erforderlichen Drehmoments die beste Wirtschaftlichkeit erreicht.
Beim Arbeiten mit einem Viertakt-Zyklus beinhaltet der optimale Hub das vorzeitige Schließen der Einlassventile, den Miller-Zyklus, im Gegensatz zu herkömmlichen moderne Motoren, und verzögertes Öffnen Auslassventile, der Atkinson-Zyklus, im Gegensatz zur traditionellen Praxis. Das Volumen der Brennkammer wird nach Möglichkeit unter Berücksichtigung des Erhalts gewählt bestes Ergebnis unter gegebenen Bedingungen beträgt das Volumen der Brennkammer daher etwa 20-80% des maximalen Volumens der Brennkammer und vorzugsweise 30-50% des spezifizierten maximalen Volumens.
Durch Experimentieren mit dem Motor können für jede Motordrehzahl die entsprechenden Parameterwerte ermittelt werden. Alternativ kann das Steuerungssystem adaptiv, d. h. selbstlernend, sein.
Der optimale Hub für einen Zweitakt-Zyklus unterscheidet sich vom optimalen Hub für einen Viertakt-Zyklus, da der beim Öffnen der Auslassventile vorhandene Zylinderdruck zum Gasaustausch genutzt werden muss. Durch schnelles Öffnen der Auslassventile entsteht ein Impuls des Abgases, der wiederum einen Unterdruck im Zylinder erzeugt, d.h. Druck unter 1 Atmosphäre. Die Auslassventile werden geschlossen und dann werden die Einlassventile gleichzeitig geöffnet, um das Schließen der Auslassventile und den niedrigen Druck optimal zu nutzen, um die richtige Luftmenge vor dem nächsten Kompressionstakt und dem nächsten Arbeitstakt anzusaugen. Optimale Hübe können auch mit Auslassöffnungen ausgeführt werden, die sich öffnen oder offen bleiben, wenn der Kolben erreicht unten tot Punkte.
Während eines Zweitaktzyklus kann eine Spülpumpe verwendet werden, die den Gasaustausch ganz oder teilweise in Kombination mit einem niedrigen Druck im Zylinder übernimmt.
Unter bestimmten Betriebsbedingungen kann es erforderlich sein, von den optimalen Arbeitshüben abzuweichen, z. B. wenn maximale Leistung gefordert wird oder andere extreme Bedingungen.
Der Motor und sein Steuersystem können mit der Fähigkeit ausgelegt werden, mehr als einen Satz optimaler Hubparameter für eine gegebene Motordrehzahl einzustellen, wenn zwei oder mehr Kraftstoffarten verwendet werden, die aufgrund ihrer unterschiedlichen Eigenschaften unterschiedlichen optimalen Hüben entsprechen. Beispiele für solche Kombinationen sind Benzin und Ethylalkohol. Es gibt einen Satz für jede Drehzahl. optimale Parameter Arbeitshub für Benzin und einen anderen - für Ethylalkohol.
Erfindungsgemäß sind die Luft- und Kraftstoffversorgungssysteme so vorkonfiguriert, dass in jedem Takt bei einer gegebenen Motordrehzahl für die Verbrennung die gleichen Luft- und Kraftstoffmassen und das gleiche Luft- und Kraftstoffgemisch zur Verbrennung wie in anderen Takten verwendet werden bei gleicher Geschwindigkeit. Außerdem für Arbeitshübe mögliche Mengen rezirkulierte Abgase sind die gleichen. Da sich die Verbrennungsbedingungen wiederholen und sich nicht ändern, führt dies dazu, dass für jeden auftretenden Arbeitstakt bei konstante Geschwindigkeit Drehung des Motors wird die gleiche Arbeit verrichtet, und chemische Zusammensetzung Das Rauchgas bleibt konstant, was die Reinigung des Rauchgases erleichtert.
Bei herkömmlichen Hubkolben-Verbrennungsmotoren, die mit einem Viertakt-Zyklus betrieben werden, erfolgt die Taktverbrennung bei jeder zweiten Motorumdrehung, während sie bei einem mit einem Zweitakt-Zyklus betriebenen Motor bei jeder Motorumdrehung stattfindet. Gaswechselsysteme solcher Motoren machen andere Hubintervalle nicht möglich, da Luft, Kraftstoffreste, wie unverbrannte Kohlenwasserstoffe, durch den Motor gepumpt werden, wodurch sein Wirkungsgrad sinkt und die Umweltbelastung steigt. Um die Erfindung und ihre Vorteile nutzen zu können, müssen die dem Gasaustausch dienenden Ventile und Kanäle während eines oder mehrerer aufeinanderfolgender Leerhübe schließen können, was häufig bei Teillast verwendet wird. Dementsprechend erfordert die Erfindung steuerbare Ventile, zumindest steuerbare Einlassventile.
Bei Verwendung von gesteuerten Ventilen, deren Öffnen und Schließen und ggf. deren Hub durch eine digitale Steuerung mit Sensoren gesteuert wird, die die Stellung der Kurbelwelle und/oder die Stellung des Kolbens und die Motordrehzahl ermitteln, und die dazugehörigen elektronische Mittel und Software Gaswechsel und Arbeitshübe können nur bei Bedarf durchgeführt werden. In der restlichen Zeit bleiben die Ventile, zumindest die Einlassventile, geschlossen. Dies impliziert, dass die Frequenz der optimalen Hübe ausgewählt wird, um das erforderliche Drehmoment zu erreichen.
Das Steuerverfahren verwendet ein digitales Steuersystem, das das angeforderte Drehmoment zu jedem Zeitpunkt bestimmt. Liegt dieses Drehmoment in dem Bereich, in dem es mit den optimalen Arbeitshüben erreicht werden kann, vorzugsweise von Leerlauf bis 50 % der Last, dann wählt die Steuerung eine bestimmte Frequenz der Arbeitshübe, nämlich diejenige, die das Erreichen von das erforderliche Drehmoment. Bei einem gegebenen Wert der Rotationsgeschwindigkeit erbringen die Arbeitshübe die Leistung der gleichen Arbeit für jeden erzeugten Arbeitshub. Daher ist diese Frequenz die gewünschte Frequenz der Arbeitshübe, um den erforderlichen Drehmomentwert zu erreichen.
Gesteuerte Ventile sorgen für Luft- und Kraftstoffzufuhr und Abgasabfuhr sowie Gaswechsel unmittelbar vor und nach den Arbeitshüben. Bei der Wahl der Frequenz, mit der der Arbeitshub bei jeder Umdrehung ausgeführt wird, muss auch bei jeder Umdrehung ein Gasaustausch erfolgen, wie in Zweitaktmotor... Der Gaswechsel kann auch wie bei modernen Viertaktmotoren erfolgen, also mit einem Ansaugtakt, wodurch bei jeder zweiten Motorumdrehung ein Arbeitstakt ausgeführt wird. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das spezifizierte Drehmoment durch Auswählen der Frequenz von Zweitaktzyklen oder Viertaktzyklen oder einer solchen Frequenz erreicht, bei der ein oder mehrere Zweitaktzyklen mit einem oder mehreren Viertaktzyklen kombiniert werden. Gemäß der vorliegenden Erfindung können unterschiedliche Hubfrequenzen für unterschiedliche Motorzylinder ausgewählt werden. Wenn die Einlassventile steuerbar sind, die Auslassventile jedoch nicht, können nur vier Taktzyklen durchgeführt werden.
Das Regelsystem regelt auf Anforderung einer Drehmomenterhöhung oder -verringerung durch den Fahrer, zum Beispiel unter Verwendung des Gaspedals hierfür in konventioneller oder ähnlicher Weise, das Verhältnis der Hübe in Bezug auf die Anzahl der Leerhübe von der Motor. Somit werden die Hübe gemäß obiger Definition optimiert, da die Steuerung auch das Volumen des Brennraums in einem steuerbaren Bereich sowie die zugeführte Luftmenge durch zeitliches Öffnen und Schließen des Einlasses steuern kann Ventile und möglicherweise die Höhe des Ventilhubs.
Der Motor wird gesteuert, indem die Anzahl der Hübe in Bezug auf die Anzahl der Leerhübe für jeden Zylinder variiert wird und indem dieses Verhältnis von Zylinder zu Zylinder unterschiedlich variiert wird. Das Steuersystem steuert den Motor, indem es das Öffnen und Schließen von Einlass- bzw. Auslassventilen in der Brennkammer jedes Zylinders steuert oder indem es nur die Einlassventile öffnet und schließt, wenn die Auslassventile nicht steuerbar sind. Somit erfolgt das Öffnen und Schließen der Einlassventile und ggf. auch der Auslassventile nach dem von der Fahrerseite angeforderten Drehmoment. Die Steuerung erfolgt mittels Steuersignalen von einem Steuergerät bezogen auf das Steuerungssystem. Wenn die Auslassventile nicht steuerbar sind, müssen die Hübe in einem Viertaktzyklus ausgeführt werden. Wenn sowohl die Einlass- als auch die Auslassventile betätigte Ventile sind, kann das Steuersystem konfiguriert werden, um zwischen Viertaktzyklen und Zweitaktzyklen in den Motorzylindern umzuschalten. Beispielsweise könnte ein Zylinder mit einem Zweitakt-Zyklus und der andere mit einem Viertakt-Zyklus arbeiten. Die Steuerung muss in der Lage sein, zu berechnen, unter welchen Bedingungen Zweitaktzyklen oder Viertaktzyklen am effektivsten sind, und auf dieser Grundlage einen dieser Zyklentypen auswählen und eine bestimmte Häufigkeit von Arbeitshüben verwenden. Dementsprechend umfasst das Steuerverfahren das Auswählen zwischen einem Push-Pull-Zyklus und einem Viertaktzyklus basierend auf diesen vorbestimmten Bedingungen. Das Steuerungssystem umfasst eine Steuereinheit, die ein entsprechendes Computerprogramm enthält, das auf einem Speichermedium aufgezeichnet ist. Die Steuereinheit ist funktionell mit einer Schaltung verbunden, beispielsweise zur pneumatischen, hydraulischen, elektromagnetischen oder sonstigen Ansteuerung von Aktuatoren, die den Betrieb zumindest der Einlassventile, aber möglicherweise auch der Auslassventile, steuern. Das Steuergerät kann beispielsweise so ausgestaltet sein, dass es im Aktorkreis eingebaute Magnetspulen für Stellelemente ansteuert, die auf die Einlass- oder Auslassventile des Motors wirken. Die Steuereinheit ist funktionell mit einem Drehmomentanforderungselement, beispielsweise einem Fahrpedal, verbunden, über das der Fahrer eine Anforderung stellt, das Motordrehmoment zu erhöhen oder zu verringern. Das Steuerungssystem für das frequenzmodulierte Drehmoment kann Teil eines Systems sein, z. B. ein Teil, der dem Modus entspricht wirtschaftliches Arbeiten, in einem größeren Steuersystem, das auch andere Eigenschaften oder Parameter des betreffenden Motors steuert.
Je niedriger die Last ist, desto größer ist die relative Verringerung des Kraftstoffverbrauchs und der Umweltbelastung, die mit der vorliegenden Erfindung erreicht wird. Der Motor und sein Steuerungssystem können so ausgelegt werden, dass sie sowohl den gesamten Bereich des Motors mit unterschiedlichen Frequenzen optimaler Arbeitshübe abdecken als auch nur einen Parameter steuern.
Ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen, ist es möglich, dafür zu sorgen, dass nur Luft oder eine Kombination von Kraftstoff und Luft während einer oder mehrerer Motorumdrehungen in den Zylinder eindringt und sich im Zylinder ansammelt, um beispielsweise das Mischen und/oder die Umwandlung von Kraftstoff zu verbessern zu vergasen. Die Erfindung ist nicht auf die Auswahl nur der absolut optimalen Hübe oder die Auswahl der optimalen Frequenz beschränkt.
Erfindungsgemäß wird somit ein Steuerungsverfahren zum Modulieren des Drehmoments einer Hubkolben-Brennkraftmaschine mit einem Brennraum mit variablem Volumen und gesteuerten Einlassventilen bereitgestellt, bei dem das für einen vorbestimmten Betriebsmodus angeforderte Drehmoment erreicht wird durch Wahl des Brennraumvolumens in Kombination mit der Wahl der Öffnungs- und Schließzeiten der Einlassventile in Kombination mit der Wahl der Häufigkeit, mit der die Arbeitshübe ausgeführt werden.
In diesem Fall ist es vorzuziehen:
Verwenden Sie bei maximaler Last das maximale Volumen der Brennkammer,
Mit abnehmender Last wird das Volumen des Brennraums reduziert und das Schließen der Einlassventile erfolgt früher, und
Bei weiter abnehmender Last wird die Frequenz der Arbeitshübe gewählt.
Die Wahl der Frequenz der Hübe erfolgt vorzugsweise von Leerlauf bis 50 % der Maximallast.
Vorzugsweise sind die Auslassventile steuerbar und das Volumen des Brennraums wird in Kombination mit der Wahl der Öffnungs- und Schließzeiten sowohl der Einlassventile als auch der Auslassventile sowie in Kombination mit der Wahl der Hubfrequenz gewählt.
Vorzugsweise weist der Motor mehrere Zylinder auf, und für verschiedene Zylinder Wählen Sie verschiedene Frequenzen der Arbeitshübe.
Arbeitshübe können mit vorgezogenem Schließen der Einlassventile ausgeführt werden. Die Hübe können auch mit verzögertem Öffnen der Auslassventile durchgeführt werden.
Zum Beispiel wird das Volumen der Brennkammer auf 20-80% ihres maximalen Volumens gesteuert, wenn die Taktfrequenz gewählt wird. Vorzugsweise beträgt das Volumen der Brennkammer 30-50% ihres maximalen Volumens, wenn die Taktfrequenz gewählt wird.
Bei einer vorbestimmten, vom Drehmoment unabhängigen Motordrehzahl verbrennt jeder Takt vorzugsweise im Wesentlichen die gleiche Masse an Luft und Kraftstoff und im Wesentlichen das gleiche Luft/Kraftstoff-Verhältnis wie die anderen Takte.
Zusätzlich je nach angefordertem Drehmoment bei der vorgeschlagenen Regelungsart Zweitakt- oder Viertaktzyklus, und die Arbeitshübe werden mit einem Zweitakt- und einem Viertaktzyklus ausgeführt.
Darüber hinaus verwendet das vorgeschlagene Kontrollverfahren ein Kontrollsystem mit Computer Programm die über eine Signalsteuerung in Abhängigkeit vom vom Fahrer angeforderten Drehmoment Hubzahl, Ventilansprechzeit, Ventilhub, Brennraumvolumen und den Betrieb im Zweitakt- oder Viertakt-Zyklus anwählt.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die Zeichnung zeigt schematisch einen Motor, in dem das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt wird.
Kurze Beschreibung einer Ausführungsform der Erfindung
Die Zeichnung zeigt schematisch einen Zylinder 1 mit einem Kolben 2. Beim Ansaugtakt eines Viertaktzyklus bewegt sich der Kolben 2 und Luft, ggf. zusammen mit Kraftstoff, strömt durch das geöffnete Einlassventil 3. Das Auslassventil 4 ist geschlossen. Um das Volumen des Brennraums 6 zu verändern, wird ein Kolben 5 mit variablem Verdichtungsverhältnis verwendet, das angegebene Volumen ist das Volumen zwischen Kolben 2 und der Decke des Zylinders 1 am oberen Totpunkt des Kolbens 2. Zur Betätigung der Aktuatoren um die Ventile 3 und 4 und den Kolben 5 mit variablem Verdichtungsverhältnis zu steuern, einen pneumatischen Kreis 7. Die Steuereinheit 8 ist funktionell mit dem Kreis 7 verbunden, um diesen Kreis unter Verwendung von Signalen und die Steuerung der Ventile 3 und 4 zu steuern, die dem Kreis 7 zugeordnet sind. sowie Kolben 5 mit variablem Verdichtungsverhältnis. Das Element 9, beispielsweise ein Fahrpedal, steht mit der Steuereinheit 8 in Wirkverbindung, um eine Anforderung zur Drehmomenterzeugung bereitzustellen. Sensor 10, in der Nähe der Messscheibe 12, die auf montiert ist Kurbelwelle 11, ist funktionell mit der Steuereinheit 8 verbunden und gibt aus die neuesten Informationenüber die Drehzahl und Position der Kurbelwelle und / oder die Position des Kolbens 2 im Zylinder 1. Das Steuergerät 8 entscheidet, wann die gesteuerten Ventile 3 und 4 öffnen oder schließen sollen und in welcher Position sich der Kolben 5 mit variablem Verdichtungsverhältnis beim Kolben . befinden soll 2 befindet sich im oberen Totpunkt. Die gesteuerten Ventile 3 und 4 werden beispielsweise durch elektromagnetische, hydraulische oder pneumatische Mittel betätigt. Der Kolben 5 mit variablem Verdichtungsverhältnis wird beispielsweise durch elektromagnetische, hydraulische oder pneumatische Mittel bewegt. Der Kolben 5 mit variablem Verdichtungsverhältnis kann mit der Kurbelwelle 11 (nicht gezeigt) verbunden und so konfiguriert sein, dass er in Abstimmung mit der Bewegung des Kolbens 2 eine variable Hubbewegung ausführt automatisches System Durch Steuern des Kolbens 5 mit variablem Verdichtungsverhältnis kann dieser kontinuierlich nach der Position suchen, an der die optimale Verdichtung erreicht wird.
Patentansprüche 1. Steuerungsverfahren zur Modulation des Drehmoments einer Kolbenbrennkraftmaschine mit einem Brennraum (6) mit veränderlichem Volumen und gesteuerten Einlassventilen (3), dadurch gekennzeichnet, dass das angeforderte Drehmoment für eine vorgegebene Betriebsart erreicht wird durch Auswählen des Volumens der Verbrennungskammer (6) in Kombination mit der Auswahl der Öffnungs- und Schließzeiten der Einlassventile (3) in Kombination mit der Auswahl der Häufigkeit, mit der die Hübe ausgeführt werden.
2. Steuerverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei maximaler Last das maximale Volumen des Brennraums genutzt wird, bei Abnahme der Last das Volumen des Brennraums verkleinert wird und das Schließen der Einlassventile (3) wird früher durchgeführt und mit einer weiteren Abnahme der Last wird die Frequenz der Arbeitshübe ausgewählt ...
3. Steuerverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wahl der Frequenz der Arbeitshübe ausgehend vom Leerlauf bis 50 % der Maximallast erfolgt.
4. Steuerverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassventile steuerbar sind und das Volumen des Brennraums (6) in Kombination mit der Wahl der Öffnungs- und Schließzeiten sowohl der Einlassventile (3) als auch . gewählt wird der Auslassventile (4), sowie in Kombination mit der Wahl der Häufigkeit der Ausführung der Arbeitshübe.
5. Steuerverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor mehrere Zylinder (1) aufweist und für verschiedene Zylinder (1) unterschiedliche Taktfrequenzen gewählt werden.
6. Steuerverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitshübe mit vorzeitigem Schließen der Einlassventile (3) durchgeführt werden.
7. Steuerverfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Hübe mit verzögertem Öffnen der Auslassventile (4) durchgeführt werden.
8. Steuerungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen der Brennkammer (6) auf 20-80% ihres maximalen Volumens gesteuert wird, wenn die Taktfrequenz gewählt wird.
9. Steuerungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen des Brennraums (6) 30-50% seines maximalen Volumens beträgt, wenn die Taktfrequenz gewählt wird.
10. Steuerverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer vorgegebenen, drehmomentunabhängigen Motordrehzahl bei jedem Arbeitstakt im Wesentlichen die gleiche Luft- und Kraftstoffmasse und mit im Wesentlichen gleichem Luft-zu -Kraftstoffverhältnis wie bei anderen Arbeitshüben.
11. Steuerungsverfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass je nach angefordertem Drehmoment ein Zweitakt- oder Viertaktzyklus gewählt wird und die Arbeitshübe mit einem Zweitakt- und einem Viertakttakt ausgeführt werden -Hubzyklus.
12. Steuerverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Steuersystem (8) mit einem Computerprogramm verwendet, das durch Signalsteuerung anhand des vom Fahrer angeforderten Drehmomentwertes die Häufigkeit der Arbeitshübe auswählt , Ventilansprechzeit, Ventilhub , das Volumen des Brennraums (6) und Betrieb im Zweitakt- oder Viertakttakt.
Seit mehr als einem Jahrhundert hat sich der Verbrennungsmotor (ICE) so stark verändert, dass nur das Funktionsprinzip vom Vorfahren geblieben ist. Fast alle Modernisierungsstufen waren darauf ausgerichtet, die Effizienz des Motors zu steigern. Der Effizienzindikator kann als universell bezeichnet werden. Darin verbergen sich viele Eigenschaften - Kraftstoffverbrauch, Leistung, Drehmoment, Abgaszusammensetzung usw. Der weit verbreitete Einsatz neuer technischer Ideen - Kraftstoffeinspritzung, elektronische Zünd- und Motormanagementsysteme, 4, 5 und sogar 6 Ventile pro Zylinder - hat gespielt positive Rolle bei der Effizienzsteigerung von Motoren.
Doch bis zum Abschluss der ICE-Modernisierung ist es, wie der Genfer Autosalon zeigte, noch ein weiter Weg. Auf dieser beliebten internationalen Automesse SAAB-Unternehmen präsentierte das Ergebnis seiner 15-jährigen Arbeit - einen Prototyp eines neuen Motors mit variablem Verdichtungsverhältnis - SAAB Variable Compression (SVC), der in der Welt der Motoren zu einer Sensation geworden ist.
SVC-Technologie und eine Reihe weiterer fortschrittlicher und unkonventioneller bestehende KonzepteÖ ICE technisch Lösungen ermöglichten es, der Neuheit fantastische Eigenschaften zu verleihen. Also ein Fünfzylinder-Motor mit nur 1,6 Litern Volumen, geschaffen für konventionelle Serienmaschinen, entwickelt eine unglaubliche Leistung von 225 PS. und einem Drehmoment von 305 Nm. Andere Eigenschaften, die heute besonders wichtig sind, erwiesen sich als hervorragend: Der Kraftstoffverbrauch bei mittlerer Last wurde um bis zu 30 % gesenkt, der CO2-Ausstoß um den gleichen Betrag. Was CO, CH und NOx usw. angeht, so erfüllen sie nach Angaben der Ersteller alle bestehenden und für die nahe Zukunft geplanten Toxizitätsnormen. Darüber hinaus ermöglicht das variable Verdichtungsverhältnis dem SVC-Motor, bei verschiedene Marken Benzin - von A-76 bis AI-98 - praktisch ohne Leistungseinbußen und ohne das Auftreten von Detonationen.
Zweifellos liegt ein wesentlicher Vorteil solcher Eigenschaften in der SVC-Technologie, d.h. in der Fähigkeit, das Kompressionsverhältnis zu ändern. Bevor wir uns jedoch mit der Struktur des Mechanismus vertraut machen, der es ermöglichte, diesen Wert zu ändern, erinnern wir uns an einige Wahrheiten aus der Theorie der Konstruktion von Verbrennungsmotoren.
Kompressionsrate
Das Verdichtungsverhältnis ist das Verhältnis der Summe aus Zylinder- und Brennraumvolumen zum Brennraumvolumen. Mit einer Erhöhung des Verdichtungsverhältnisses im Brennraum steigen Druck und Temperatur, was günstigere Bedingungen für die Zündung und Verbrennung des brennbaren Gemisches schafft und die Energieeffizienz des Kraftstoffs, d.h. Effizienz. Je höher das Verdichtungsverhältnis, desto höher der Wirkungsgrad.
Probleme beim Erstellen Benzinmotoren Hochkompression ist und war nie. Und sie tun sie aus folgendem Grund nicht. Während des Verdichtungstaktes solcher Motoren steigt der Druck in den Zylindern auf sehr hohe Werte. Dies bewirkt natürlich eine Temperaturerhöhung im Brennraum und schafft günstige Bedingungen für das Auftreten einer Detonation. Und Detonation ist bekanntlich (siehe Seite 26) ein gefährliches Phänomen. Bei allen bis zu diesem Zeitpunkt entstandenen Motoren war das Verdichtungsverhältnis konstant und wurde in Abhängigkeit von Druck und Temperaturregime in der Brennkammer bei maximaler Last, wenn der Kraftstoff- und Luftverbrauch maximal ist. Der Motor arbeitet in diesem Modus nicht immer, man könnte sogar sagen sehr selten. Auf der Autobahn oder in der Stadt, wenn die Geschwindigkeit nahezu konstant ist, läuft der Motor bei geringer bis mittlerer Last. In einer solchen Situation für mehr effektiver Einsatz Kraftstoffenergie wäre schön, ein hohes Verdichtungsverhältnis zu haben. Dieses Problem wurde von SAAB-Ingenieuren gelöst - den Schöpfern der SVC-Technologie.
SVC-Technologie
Zunächst ist anzumerken, dass im neuen Motor statt des traditionellen Kopfes von Block und Zylinderlaufbuchsen, die direkt in den Block eingegossen oder eingepresst wurden, ein Mono-Kopf vorhanden ist, der Blockkopf und Zylinder vereint Liner. Zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses bzw. des Brennraumvolumens wird der Monokopf beweglich ausgeführt. Es sitzt zum einen auf einer Welle, die die Funktion einer Stütze übernimmt, zum anderen ruht und wird es von einer separaten Kurbelmechanismus... Der Radius der Kurbel sorgt für eine Verschiebung des Kopfes relativ zur vertikalen Achse um 40. Dies reicht völlig aus, um das Volumen der Kammer zu ändern, um ein Verdichtungsverhältnis von 8:1 bis 14:1 zu erhalten.
Das erforderliche Verdichtungsverhältnis bestimmt das elektronische Motormanagementsystem SAAB Trionic, das Last, Drehzahl, Kraftstoffqualität überwacht und darauf basierend den hydraulischen Kurbeltrieb steuert. Bei maximaler Last wird das Verdichtungsverhältnis also auf 8: 1 und bei minimalem - 14: 1 eingestellt. Durch die Kombination der Zylinderlaufbuchsen mit ihrem Kopf konnten die SAAB-Ingenieure unter anderem den Kühlmantelkanälen mehr verleihen Perfekte Form, die die Effizienz des Prozesses der Wärmeabfuhr von den Wänden des Brennraums und der Zylinderlaufbuchsen erhöht.
Die Beweglichkeit der Zylinderlaufbuchsen und deren Köpfe erforderte Änderungen in der Konstruktion des Motorblocks. Die Fugenebene zwischen Block und Kopf ist um 20 cm abgesenkt, die Dichtheit der Fuge wird durch eine Gummi-Welldichtung gewährleistet, die von oben durch ein Metallgehäuse vor Beschädigungen geschützt ist.
Klein aber fein
Für viele mag es unverständlich werden, wie mehr als zweihundert „Pferde“ in einen Motor mit so geringem Volumen „geladen“ wurden - schließlich kann eine solche Leistung seine Ressource beeinträchtigen. Bei der Erstellung der SVC-Engine wurden die Ingenieure von ganz anderen Aufgaben geleitet. Es ist die Aufgabe von Technologen, die Motorressource auf die erforderlichen Standards zu bringen. Das kleine Volumen des Motors entspricht vollständig der Theorie der Verbrennungsmotoren. Die günstigste Betriebsart des Motors aus Sicht der Effizienzsteigerung ist nach seinen Gesetzen bei hoher Last (ein erhöhte Drehzahl) wenn die Drosselklappe ganz geöffnet ist. In diesem Fall nutzt er die Energie des Kraftstoffs optimal. Und da Motoren mit kleinerem Hubraum hauptsächlich bei maximale Belastungen, dann ist ihre Effizienz höher.
Das Geheimnis der Exzellenz Kleinstmotoren in Bezug auf den Wirkungsgrad erklärt sich dies durch das Fehlen sogenannter Pumpverluste. Sie treten bei niedrigen Lasten auf, wenn der Motor mit niedrigen Drehzahlen läuft und die Drosselklappe nur geringfügig geöffnet ist. In diesem Fall entsteht während des Ansaugtaktes in den Zylindern ein großer Unterdruck – ein Unterdruck, der der Abwärtsbewegung des Kolbens entgegenwirkt und dementsprechend den Wirkungsgrad verringert. Vollständig offen Gaspedal solche Verluste gibt es nicht, da die Luft praktisch ungehindert in die Zylinder eindringt.
Um Pumpverluste zu 100 % zu vermeiden, verwendeten die SAAB-Ingenieure beim neuen Motor auch die „Druckbeaufschlagung“ der Luft unter hoher Druck- 2,8 atm., Verwendung mechanisches Gebläse- Kompressor. Dem Verdichter wurde aus mehreren Gründen der Vorzug gegeben: Erstens ist kein Turbolader in der Lage, einen solchen Ladedruck zu erzeugen; zweitens reagiert der Kompressor auf Laständerungen fast augenblicklich; es gibt keine Verzögerungscharakteristik der Turboaufladung. Füllen der Zylinder mit einer frischen Ladung in SAAB-Motor verbessert und mit Hilfe des modernen populären Gasverteilungsmechanismus, bei dem es vier Ventile pro Zylinder gibt, und dank der Verwendung eines Ladeluftkühlers (Intercooler).
Prototyp SVC-Motor bewertet Deutsches Unternehmen für die Motorenentwicklung FEV Motorentechnie in Aachen, ist voll funktionsfähig. Doch trotz der positiven Bewertung soll es einige Zeit später in die Serienproduktion gehen – nachdem es überarbeitet und auf die Bedürfnisse der Kunden abgestimmt wurde.