Der weltweit erste Serien-Verbrennungsmotor mit variablem Verdichtungsverhältnis. SAAB-Motor mit variablem Verdichtungsverhältnis Motor mit variablem Verdichtungsverhältnis

„Variables Verdichtungsverhältnis“ ist eine Technologie, die die Zukunft des Ottomotors für weitere 30-50 Jahre sichert und in der Charakteristik den Dieselmotor deutlich hinter sich lässt. Wann werden diese Einheiten erscheinen und inwiefern sind sie besser als die bestehenden?

Auf dem Genfer Autosalon im Jahr 2000 wurde erstmals ein Motor mit variablem Verdichtungsverhältnis beleuchtet (siehe). Dann wurde es von Saab präsentiert. Der damals modernste Saab Variable Compression (SVC) Motor mit fünf Zylindern hatte einen Hubraum von 1,6 Litern, entwickelte aber für einen solchen Hubraum eine unglaubliche Leistung von 225 PS. Mit. und einem Drehmoment von 305 Nm. Auch andere Eigenschaften erwiesen sich als hervorragend: Der Kraftstoffverbrauch bei mittlerer Last sank um bis zu 30 % und der CO2-Ausstoß um den gleichen Betrag. Was CO, CH, NOx usw. angeht, so erfüllen sie nach Angaben der Ersteller alle bestehenden und für die nahe Zukunft geplanten Toxizitätsnormen. Darüber hinaus ermöglichte das variable Verdichtungsverhältnis, dass dieser Motor mit verschiedenen Benzinmarken - von A-76 bis A-98 - praktisch ohne Leistungseinbußen und ohne Detonation betrieben werden konnte. Einige Monate später wurde ein ähnliches Triebwerk von FEV Motorentechnik präsentiert. Es war der 1,8-Liter-Audi A6-Motor, der den Kraftstoffverbrauch um 27 % senkte.

Aufgrund der Komplexität der Konstruktion wurden diese Motoren damals jedoch nicht in Serie gebaut und zur Steigerung des Wirkungsgrades (Wirkungsgrad) wurde der Verbrennungsmotor durch Einführung der Benzindirekteinspritzung, variabler Geometrie des Ansaugtrakts verbessert , intelligente Turbolader etc. Parallel dazu wurde aktiv an der Schaffung von Hybridkraftwerken, Elektrofahrzeugen, der Entwicklung von Wasserstoff-Brennstoffzellen und neuen Methoden der Wasserstoffspeicherung gearbeitet. Nichtsdestotrotz verfolgte das Potenzial von Motoren mit variablem Verdichtungsverhältnis viele Ingenieure. Als Ergebnis haben sich viele Mechanismen herauskristallisiert, um diese Idee „in Metall“ umzusetzen.

Der Umsetzung am nächsten kommt heute das französische MCE-5-Triebwerksprojekt, das bereits 1997 begann. Das damals geborene Konzept hatte viele Mängel, die fast zehn Jahre lang beseitigt werden mussten. In diesem Jahr wurde dieser Motor „in Metall“ präsentiert, wie der Saab im Jahr 2000 auf dem Genfer Autosalon.

Der Vierzylinder hat ein Volumen von 1,5 Litern und liefert eine maximale Leistung von 160 kW (218 PS) und ein Drehmoment von 300 Nm. Neben einem variablen Verdichtungsverhältnis ist der Motor mit Direkteinspritzung, variabler Ventilsteuerung ausgestattet und erfüllt alle vielversprechenden Umweltstandards.

So wird das Kompressionsverhältnis geändert

Der MCE-5 verfügt über einen Regelbereich für das Verdichtungsverhältnis von 7-18 (7: 1-18: 1). Außerdem erfolgt die Steuerung und Änderung des Verdichtungsverhältnisses individuell in jedem Zylinder.

Dieser Mechanismus ist ziemlich kompliziert. Der Hauptteil ist ein doppelseitig geschnittener Getriebesektor, in der Mitte auf einem verkürzten Pleuel des Kurbeltriebs (KShM) aufgesetzt. Das Sektorzahnrad wiederum greift einerseits mit dem Kolbenpleuel und andererseits mit dem Pleuel des Mechanismus zur Volumenänderung der Brennkammer. Das Funktionsprinzip dieser Konstruktion ist sehr einfach - das Sektorzahnrad auf der Pleuelachse ist eine Art Wippe. Und wird dieser Kipphebel in die eine oder andere Richtung gekippt, ändert sich die Lage des oberen Totpunkts (OT) am Kolben und damit auch das Brennraumvolumen. Und da die Größe des Kolbenhubs konstant ist, ändert sich das Verdichtungsverhältnis (das Verhältnis des Volumens der Zylinder zum Volumen der Brennkammer). Für die Neigung des Kipphebels ist eine hydromechanische Struktur verantwortlich, die von einer Elektronik gesteuert wird. Es besteht ebenfalls aus einem Kolben mit Pleuel, dessen unteres Ende in den Kipphebel (Sektorgetriebe) auf der anderen Seite eingreift. Das Volumen oberhalb und unterhalb dieses Kolbens ist mit dem Schmiersystem verbunden, und im Kolben selbst, dem sogenannten Ölkolben, befindet sich ein spezielles Ventil, das den Öldurchfluss von oben nach unten ermöglicht. Gesteuert wird es von einer Exzenterwelle, die mit Hilfe eines Schneckengetriebes den Elektromotor des Valvetronic-Systems (BMW) antreibt. Es dauert weniger als 100 Millisekunden, um das Kompressionsverhältnis von 7 auf 18 zu ändern.

Das Volumen der Brennkammer wird nach dem Prinzip der Änderung der Kapazität der Ölventile eingestellt. Beim Öffnen fährt der Ölkolben hoch und der Brennraum vergrößert sich.

Ressource - Zuverlässigkeit

Konstruktiv ist der neue Motor komplexer geworden. Nach der Wahrscheinlichkeitstheorie soll seine Zuverlässigkeit abnehmen, doch die Macher bestreiten dies. Sie behaupten, dass die Fertigstellung des Motors sehr lange gedauert hat und alles gut berechnet und überprüft wurde. Die Ressource dieser Einheit wird steigen, da die Quer- und Stoßbelastungen, die beim klassischen Verbrennungsmotor durch die Pleuelstange auftreten, deren Achse schräg zur Kolbenachse steht (außer OT und UT) , wirkt nicht mehr auf den Kolben. Beim neuen Motor wird die Kraft des Kolbens und der starr "gebundenen" Pleuelstange nur in der vertikalen Ebene übertragen, bzw. der Druck auf die Zylinderwände ist gering, so dass die Reibflächen dieser Teile viel weniger verschleißen . Solche Konstruktionsmerkmale des Motors sorgten auch für eine Verringerung des Betriebsgeräuschs. Außerdem begann die Kolbengruppe deutlich leiser zu arbeiten und die Energieverluste für die Reibung sanken – das ist ein weiteres Plus von einigen Prozent zugunsten des Wirkungsgrades des Motors.

Andere Möglichkeiten, das Volumen der Brennkammer zu ändern:

Das Konstruktionsmerkmal des ersten deklarierten Motors mit variablem Verdichtungsverhältnis ist der Kopf 1 und die Spitze des Blocks 2 Zylinder waren beweglich und mit Hilfe einer speziellen Kurbel 3 relativ zur Kurbelwelle auf und ab bewegt 4 mit fester Achse und der Unterseite des Zylinderblocks.

Yuri Datsyk
Foto MCE

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Die zweite Generation des Infiniti QX50-Crossovers erhielt eine Reihe von Innovationen, von denen die wichtigste ein einzigartiger Motor war - ein 2,0-Liter "Turbo Four" VC-Turbo mit variablem Verdichtungsverhältnis. Die Idee, einen Ottomotor zu schaffen, bei dem das Verdichtungsverhältnis in den Zylindern variabel wäre, ist nicht neu. So können Sie beim Beschleunigen, wenn die höchste Motoreffizienz erforderlich ist, für einige Sekunden seine Wirtschaftlichkeit opfern, indem Sie das Verdichtungsverhältnis reduzieren - dies verhindert eine Detonation und Selbstentzündung des Kraftstoffgemisches, die bei hohen Lasten auftreten können. Bei gleichmäßiger Bewegung sollte dagegen das Verdichtungsverhältnis erhöht werden, um eine effizientere Verbrennung des Kraftstoffgemisches zu erreichen und den Kraftstoffverbrauch zu senken - in diesem Fall ist die Belastung des Motors gering und die Klopfgefahr minimal. Im Allgemeinen ist in der Theorie alles einfach, aber es stellte sich als nicht so einfach heraus, diese Idee in die Praxis umzusetzen. Und die japanischen Designer waren die ersten, die die Idee in ein Serienmodell überführten.

Die Essenz der von Nissan entwickelten Technologie besteht darin, den maximalen Kolbenhub (den sogenannten oberen Totpunkt - TDC) in Abhängigkeit von der erforderlichen Motorleistung kontinuierlich zu verändern, was wiederum zu einer Verringerung oder Erhöhung des Verdichtungsverhältnisses in die Zylinder. Ein wesentlicher Bestandteil dieses Systems ist die spezielle Verbindung der Pleuel, die über einen beweglichen Kipphebel mit der Kurbelwelle verbunden sind. Der Block wiederum ist mit einer Exzentersteuerwelle und einem Elektromotor verbunden, der auf Befehl der Elektronik diesen raffinierten Mechanismus in Gang setzt und die Neigung der Kipphebel und die OT-Position der Kolben insgesamt verändert vier Zylinder gleichzeitig.

Unterschied im Verdichtungsverhältnis abhängig von der OT-Position des Kolbens. Im linken Bild befindet sich der Motor im Sparmodus, rechts im Maximalleistungsmodus. A: Wenn eine Änderung des Verdichtungsverhältnisses erforderlich ist, dreht sich der Elektromotor und bewegt den Antriebsarm. B: Der Antriebsarm dreht die Steuerwelle. C: Wenn sich die Welle dreht, wirkt sie auf den mit dem Kipphebel verbundenen Hebel und ändert dessen Neigungswinkel. D: Je nach Stellung des Kipphebels wird der OT des Kolbens angehoben oder abgesenkt und damit das Verdichtungsverhältnis verändert.

Dadurch wird beim Beschleunigen das Verdichtungsverhältnis auf 8:1 reduziert, wonach der Motor mit einem Verdichtungsverhältnis von 14:1 in den Sparmodus geht. Gleichzeitig variiert sein Arbeitsvolumen von 1997 bis 1970 cm3. Der „Turbo Four“ des neuen Infiniti QX50 entwickelt ein Fassungsvermögen von 268 Litern. Mit. und einem Drehmoment von 380 Nm - deutlich mehr als der 2,5-Liter-V6 des Vorgängers (seine Leistung beträgt 222 PS und 252 Nm) und verbraucht dabei ein Drittel weniger Benzin. Zudem ist der VC-Turbo 18 kg leichter als der Sauger „Sechser“, nimmt weniger Platz unter der Haube ein und erreicht sein maximales Drehmoment im unteren Drehzahlbereich.

Übrigens, die Verdichtungsverhältnis-Steuerung erhöht nicht nur die Effizienz des Motors, sondern reduziert auch das Vibrationsniveau. Dank der Schlepphebel nehmen die Pleuel beim Arbeitshub der Kolben eine fast senkrechte Position ein, während sie sich bei herkömmlichen Motoren seitlich hin- und herbewegen (daher haben die Pleuel ihren Namen). Dadurch läuft dieses 4-Zylinder-Aggregat auch ohne Ausgleichswellen so leise und laufruhig wie ein V6. Doch nicht nur die variable OT-Position über ein komplexes Hebelsystem zeichnet den neuen Motor aus. Durch Änderung des Verdichtungsverhältnisses kann dieses Aggregat auch zwischen zwei Arbeitszyklen wechseln: dem klassischen Otto, der von den meisten Benzinmotoren verwendet wird, und dem Atkinson-Zyklus, der hauptsächlich in Hybriden zu finden ist. Im letzteren Fall (bei hohem Verdichtungsverhältnis) dehnt sich das Arbeitsgemisch aufgrund des größeren Kolbenhubs stärker aus und verbrennt effizienter, wodurch der Wirkungsgrad steigt und der Benzinverbrauch sinkt.

Der untere Hebel bewegt sich nach oben oder unten und verändert die Position des Kolbens relativ zum Brennraum.

Neben zwei Arbeitstakten nutzt dieser Motor auch zwei Einspritzsysteme: den klassischen MPI und den direkten GDI, der die Verbrennungseffizienz verbessert und das Klopfen bei hohen Verdichtungsverhältnissen vermeidet. Beide Systeme arbeiten abwechselnd und bei hoher Last gleichzeitig. Einen positiven Beitrag zur Effizienzsteigerung des Motors leistet auch eine spezielle Beschichtung der Zylinderwände, die durch Plasmaspritzen aufgebracht und anschließend abgeschreckt und gehont wird. Das Ergebnis ist eine ultraglatte „spiegelähnliche“ Oberfläche, die die Kolbenringreibung um 44% reduziert.

Und was ist der Vorteil?

Ein weiteres einzigartiges Merkmal des VC-Turbo ist die in seine obere Halterung integrierte Active Torque Road Active Vibration Reduction, die auf einem Hubantrieb basiert. Dieses System wird von einem Beschleunigungssensor gesteuert, der Motorvibrationen erkennt und als Reaktion darauf gegenphasige Dämpfungsvibrationen erzeugt. Aktive Stützen in Infiniti wurden erstmals 1998 bei einem Dieselmotor verwendet, aber dieses System erwies sich als zu umständlich, sodass es sich nicht durchsetzte. Das Projekt lag bis 2009 unter dem Teppich, als japanische Ingenieure begannen, es zu verbessern. Es dauerte weitere 8 Jahre, um das Problem des Übergewichts und der überdimensionierten Schwingungsdämpfer zu lösen. Aber das Ergebnis kann sich sehen lassen: Dank ATR ist der 4-Zylinder des neuen Infiniti QX50 9 dB leiser als der V6 des Vorgängers!

Einer derjenigen, die einem Serienmotor mit variablem Verdichtungsverhältnis am nächsten kamen, war die Marke Saab. Die Schweden haben jedoch den oberen und unteren Teil des Zylinderblocks gegeneinander verschoben. Und beim Infiniti / Nissan-Motor haben Änderungen das Design des Kurbeltriebs beeinflusst.

Die Erfindung betrifft den Maschinenbau, hauptsächlich Wärmekraftmaschinen, und insbesondere einen Kolben-Verbrennungsmotor (ICE) mit variablem Verdichtungsverhältnis. Das technische Ergebnis der Erfindung besteht darin, die Kinematik des Mechanismus zur Übertragung der Kräfte des Kolben-Verbrennungsmotors zu verbessern, um die Möglichkeit bereitzustellen, das Verdichtungsverhältnis zu steuern, während die Reaktion in den Lagern und die Trägheitskräfte zweiter Ordnung reduziert werden. Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine weist einen im Zylinder beweglich gelagerten Kolben auf, der schwenkbar mit der Pleuelstange verbunden ist. Die Bewegung des Pleuels wird auf die Kurbelwellenkurbel übertragen. Um gleichzeitig eine steuerbare Änderung des Verdichtungsverhältnisses und des Kolbenhubs bereitzustellen, ist zwischen der Pleuelstange und der Kurbel ein Übertragungsglied vorgesehen, das dazu eingerichtet ist, seine Bewegung unter Verwendung eines Steuerhebels zu steuern. Das Übertragungsglied ist in Form eines Querhebels ausgeführt, der über ein Scharnier mit der Kurbel verbunden ist, das sich in einer Zwischenstellung im Bereich zwischen zwei Drehpunkten befindet. An einem der Drehpunkte ist der Querlenker mit der Pleuelstange und am anderen mit dem Querlenker verbunden. Der Steuerhebel ist außerdem schwenkbar mit einer zusätzlichen Kurbel oder einem Exzenter verbunden, die Steuerbewegungen ausführen, die Rollachse des Steuerhebels verschieben und dadurch das Verdichtungsverhältnis der Brennkraftmaschine verändern. Darüber hinaus kann die Rollachse des Steuerhebels eine kontinuierliche zyklische Bewegung ausführen, die mit der Drehung der Kurbelwelle synchronisiert ist. Gleichzeitig können unter Beachtung bestimmter geometrischer Verhältnisse zwischen den einzelnen Gliedern des Kraftübertragungsmechanismus deren Belastungen reduziert und die Laufruhe der Brennkraftmaschine erhöht werden. 12 pp. f-ly, 10 krank.

Zeichnungen für das RF-Patent 2256085

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf den Maschinenbau, hauptsächlich auf Wärmekraftmaschinen. Die Erfindung betrifft insbesondere eine Kolben-Brennkraftmaschine (ICE) mit einem im Zylinder beweglich gelagerten Kolben, der gelenkig mit einem Pleuel verbunden ist, dessen Bewegung auf die Kurbel der Kurbelwelle übertragen wird, während zwischen der Pleuelstange und der Kurbel eine Übertragungsverbindung vorgesehen ist, die mit der Fähigkeit versehen ist, ihre Bewegung unter Verwendung eines Steuerhebels zu steuern, um eine kontrollierte Bewegung des Kolbens zu ermöglichen, vor allem um die Möglichkeit zu schaffen, die Verdichtungsverhältnis und Kolbenhub, und der in Form eines Querhebels ausgeführt ist, der über ein Scharnier mit der Kurbel verbunden ist, das sich in einer Zwischenstellung im Bereich zwischen der Abstützung und dem Verbindungspunkt des Querlenkers befindet der Pleuelstange und dem Drehpunkt, an dem der Querlenker mit dem Querlenker verbunden ist, und in einiger Entfernung von der diese beiden Drehpunkte verbindenden Linie, an der der Querlenker mit dem Querlenker bzw. der Pleuelstange verbunden ist.

Von Wirbeleit F.G., Binder K. und Gwinner D., "Entwicklung von Kolben mit variabler Kompressionshöhe zur Steigerung des Wirkungsgrades und der spezifischen Leistung von Verbrennungsmotoren", SAE Techn. Pap., 900229, ist für einen Verbrennungsmotor ähnlicher Art mit automatisch variablem Verdichtungsverhältnis (PARSS) durch Höhenveränderung des Kolbens bekannt, der aus zwei Teilen besteht, zwischen denen Hydraulikkammern gebildet sind. Die Änderung des Verdichtungsverhältnisses wird automatisch durchgeführt, indem die Position eines Teils des Kolbens relativ zum anderen geändert wird, indem Öl mit speziellen Bypassventilen von einer dieser Kammern in eine andere umgeleitet wird.

Zu den Nachteilen dieser technischen Lösung gehört die Tatsache, dass Systeme des PARSS-Typs das Vorhandensein eines Verdichtungsverhältnis-Steuerungsmechanismus voraussetzen, der sich in einer Hochtemperatur- und hochbelasteten Zone (im Zylinder) befindet. Erfahrungen mit Systemen wie PARSS haben gezeigt, dass in Transienten, insbesondere beim Beschleunigen eines Autos, der Betrieb des Verbrennungsmotors von einer Detonation begleitet wird, da die hydraulische Steuerung keine schnelle und gleichzeitige Änderung des Verdichtungsverhältnisses quer alle Zylinder.

Der Wunsch, den Mechanismus zur Regulierung des Verdichtungsverhältnisses aus der Hochtemperatur- und mechanisch belasteten Zone zu entfernen, hat zu anderen technischen Lösungen geführt, die eine Änderung des kinematischen Schemas des Verbrennungsmotors und die Einführung zusätzlicher Elemente (Glieder) beinhalten. hinein, deren Steuerung für eine Änderung des Verdichtungsverhältnisses sorgt.

So beschreibt beispielsweise Jante A., "Kraftstoffverbrauchssenkung von Verbrennungsmotoren durch kinematische Mittel", Automobil-Industrie, Nr. 1 (1980), S. 61-65, den Verbrennungsmotor (deren kinematisches Diagramm in Abb .1), bei dem zwischen der Kurbel 15 und dem Pleuel 12 zwei Zwischenlenker eingebaut sind - ein weiteres Pleuel 13 und ein Kipphebel 14. Der Kipphebel 14 führt eine Schwingbewegung mit einem Schwingmittelpunkt im Drehpunkt Z aus. Das Verdichtungsverhältnis wird durch Verändern der Position von Punkt A durch Drehen des am Gehäuse befestigten Exzenters 16 gesteuert ... Der Exzenter 16 dreht sich in Abhängigkeit von der Motorlast, während sich der am Drehpunkt Z befindliche Schwenkpunkt entlang eines Kreisbogens bewegt und somit die Position des oberen Totpunkts des Kolbens verändert.

Aus der Arbeit von Christoph Bolling u Fig. 2), bei dem zwischen Kurbel 17 und Pleuel 12 ein zusätzliches Pleuel 13 eingebaut ist. Das Pleuel 12 ist zusätzlich mit dem Kipphebel 14 verbunden, der mit dem Schwingzentrum am Drehpunkt eine Schwingbewegung ausführt Punkt Z. Das Verdichtungsverhältnis wird gesteuert, indem die Position des Drehpunkts Z durch Drehen des am Motorgehäuse befestigten Exzenters 16 verändert wird. Der Exzenter 16 dreht sich in Abhängigkeit von der Motorlast, während sich der am Drehpunkt Z befindliche Schwenkpunkt entlang eines Kreisbogens bewegt und somit die Position des oberen Totpunkts des Kolbens verändert.

Aus der Anmeldung DE 4312954 A1 (21.04.1993) ist ein Motor vom Typ IFA bekannt (deren kinematische Darstellung in Figur 3 dargestellt ist), bei dem zwischen der Kurbel 17 und der Pleuelstange 12 eine zusätzliche Pleuelstange 13 eingebaut ist. außerdem ist mit einem der Enden die Schwinge 14 verbunden, deren zweites Ende eine Schaukelbewegung mit dem Schwungmittelpunkt am Drehpunkt Z ausführt. Das Verdichtungsverhältnis wird durch Änderung der Position des Drehpunkts Z um . gesteuert Drehen des Exzenters 16, der am Motorgehäuse befestigt ist. Der Exzenter 16 dreht sich in Abhängigkeit von der Motorlast, während sich der am Drehpunkt Z befindliche Schwenkpunkt entlang eines Kreisbogens bewegt und somit die Position des oberen Totpunkts des Kolbens verändert.

Die den Motoren der oben beschriebenen Konstruktionen innewohnenden Nachteile (bekannt aus der Arbeit von Jante A., aus der Arbeit von Christoph Bolling et al. und aus der Anmeldung DE 4312954 A1) sind in erster Linie auf die ungenügend hohe Laufruhe aufgrund hoher Trägheitskräfte zweiter Ordnung bei der translatorischen Rückbewegung von Massen, die mit den Besonderheiten der Kinematik der Mechanismen verbunden sind und zu einer übermäßigen Vergrößerung der Gesamtbreite oder Gesamthöhe des Aggregats führen . Aus diesem Grund sind solche Motoren für ihre Verwendung als Fahrzeugmotoren praktisch ungeeignet.

Mit der Regelung des Verdichtungsverhältnisses in einer Kolben-Brennkraftmaschine können Sie folgende Aufgaben lösen:

Erhöhen Sie den durchschnittlichen Druck Pe, indem Sie den Ladedruck erhöhen, ohne den maximalen Verbrennungsdruck über die angegebenen Grenzen hinaus zu erhöhen, indem Sie das Verdichtungsverhältnis verringern, wenn die Motorlast ansteigt;

Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs im Bereich niedriger und mittlerer Lasten durch Erhöhung des Verdichtungsverhältnisses bei sinkender Motorlast;

Verbessern Sie die Laufruhe des Motors.

Durch die Regulierung des Verdichtungsverhältnisses lassen sich je nach Art des Verbrennungsmotors folgende Vorteile erzielen (bei Verbrennungsmotoren mit Fremdzündung):

Unter Beibehaltung des erreichten Motorwirkungsgrades bei niedrigen und mittleren Lasten wird eine weitere Steigerung der Motornennleistung durch eine Erhöhung des Ladedrucks mit einer Verringerung des Verdichtungsverhältnisses sichergestellt (siehe Abb. 4a, wobei die Kurven durch die Position x . gekennzeichnet sind). beziehen sich auf einen herkömmlichen Motor, und die durch die Position y angezeigten Kurven beziehen sich auf einen Motor mit variablem Verdichtungsverhältnis);

Unter Beibehaltung der erreichten Motornennleistung wird eine Senkung des Kraftstoffverbrauchs bei niedrigen und mittleren Lasten durch eine Erhöhung des Verdichtungsverhältnisses bis zur zulässigen Klopfgrenze sichergestellt (siehe Abb. 4b, wobei sich die durch die Position x gekennzeichneten Kurven auf eine konventionelle Motor, und die durch die Position y angezeigten Kurven beziehen sich auf einen Motor mit variablem Verdichtungsverhältnis);

Unter Beibehaltung der erreichten Nennleistung des Motors steigt die Wirtschaftlichkeit bei niedrigen und mittleren Lasten, sowie der Geräuschpegel des Motors bei reduzierter Nenndrehzahl der Kurbelwelle (siehe Abb. 4c, wo die durch die Position gekennzeichneten Kurven) x beziehen sich auf einen konventionellen Motor und die Kurven y beziehen sich auf einen Motor mit variablem Verdichtungsverhältnis).

Ähnlich wie bei einem Verbrennungsmotor mit Fremdzündung kann das Verdichtungsverhältnis bei einem Dieselmotor in die folgenden drei gleichen Richtungen gesteuert werden:

Bei konstantem Hubraum und konstanter Nenndrehzahl wird die Motorleistung durch Erhöhung des Ladedrucks gesteigert. In diesem Fall wird nicht der Wirkungsgrad gesteigert, sondern die Leistung des Fahrzeugs (siehe Abb. 5a, wobei sich die mit der Position x gekennzeichneten Kurven auf einen konventionellen Motor und die mit der Position y gekennzeichneten Kurven auf eine Variable beziehen Verdichtungsverhältnis Motor);

Bei konstantem Arbeitsvolumen und Nennleistung wird der mittlere Druck Pe mit abnehmender Nenndrehzahl erhöht. In diesem Fall erhöht sich die Wirtschaftlichkeit des Motors unter Beibehaltung der Leistungscharakteristik des Fahrzeugs, indem der mechanische Wirkungsgrad erhöht wird (siehe Abb. 5b, wobei sich die durch die Position x angegebenen Kurven auf einen herkömmlichen Motor beziehen und die mit Position y bezieht sich auf einen Motor mit variablem Verdichtungsverhältnis);

Der vorhandene Motor mit großem Hubraum wird nicht durch einen Motor mit kleinem Hubraum, aber gleicher Leistung ersetzt (siehe Abb. 5c, wobei sich die mit der Position x gekennzeichneten Kurven auf einen konventionellen Motor und die mit der Position y gekennzeichneten Kurven auf einen Motor beziehen mit variablem Verdichtungsverhältnis. ). In diesem Fall steigt der Wirkungsgrad des Motors im Mittel- und Volllastbereich, sowie Gewicht und Abmessungen des Motors werden reduziert.

Grundlage der vorliegenden Erfindung war die Aufgabe, die Kinematik einer Kolben-Brennkraftmaschine so zu verbessern, dass bei geringen Baukosten eine Steuerung des Verdichtungsverhältnisses bei gleichzeitiger Reduzierung der Rückwirkung in den Lagern und der 2. Ordnung möglich ist Trägheitskräfte.

Bei einer Kolben-Brennkraftmaschine der eingangs der Beschreibung angegebenen Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Länge der zwischen dem Bezugspunkt liegenden Seite, an der der Querlenker mit dem Querlenker und dem Bezugspunkt, an dem der Querlenker mit der Pleuelstange verbunden ist, die Länge der Seite, die sich zwischen dem Drehpunkt befindet, an dem der Querlenker mit dem Querlenker verbunden ist, und dem Drehpunkt, mit dem der Querlenker mit der Kurbel verbunden ist , und die Länge der Seite, die zwischen dem Drehpunkt, an dem der Querlenker mit der Pleuelstange verbunden ist, und dem Drehpunkt, mit dem der Querlenker mit der Kurbel verbunden ist, in Bezug auf den Radius der Kurbel die folgenden Beziehungen erfüllt:

Gemäß einer der bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Kolben-ICE weist der Querlenker die Form eines Dreieckslenkers auf, an dessen Scheiteln sich die Drehpunkte befinden, an denen der Querlenker mit dem Steuerhebel und dem Verbindungselement verbunden ist Stange und das Scharnier, über das der Querlenker mit der Kurbel verbunden ist.

Vorzugsweise erfüllen die Länge l des Pleuels und die Länge k des Steuerhebels sowie der Abstand e zwischen der Kurbelwellendrehachse und der Längsachse des Zylinders hinsichtlich des Radius r der Kurbel folgende Beziehungen:

Für den Fall, dass sich der Querlenker und das Pleuel auf derselben Seite des Querlenkers befinden, beträgt der Abstand f zwischen der Längsachse des Zylinders und dem Drehpunkt des Querlenkers mit dem Motorgehäuse und der Abstand p zwischen der Kurbelwelle Achse und dem angegebenen Drehpunkt sollten hinsichtlich des Radius r Kurbel vorzugsweise folgende Beziehungen erfüllt sein:

Im gleichen Fall, wenn sich der Querlenker und die Pleuelstange auf gegenüberliegenden Seiten des Querlenkers befinden, beträgt der Abstand f zwischen der Längsachse des Zylinders und dem Drehpunkt des Querlenkers und der Abstand p zwischen der Kurbelwellenachse und dem Der angegebene Drehpunkt sollte bezüglich des Radius r der Kurbel vorzugsweise folgende Beziehungen erfüllen:

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kolben-Brennkraftmaschine ist der Drehpunkt des Steuerhebels entlang einer gesteuerten Bahn bewegbar.

Es ist auch bevorzugt, die Möglichkeit vorzusehen, den Drehpunkt des Steuerhebels in verschiedenen einstellbaren Winkelstellungen zu fixieren.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kolben-Brennkraftmaschine ist es möglich, die Winkellage des Drehpunktes des Steuerhebels in Abhängigkeit von den die charakterisierenden Werten und Betriebsparametern der Brennkraftmaschine einzustellen Betriebsmodus des Verbrennungsmotors.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kolben-Brennkraftmaschine ist es möglich, den Drehpunkt des Steuerhebels entlang einer mit der Drehung der Kurbelwelle synchronisierten gesteuerten Bahn zu bewegen.

In einer anderen bevorzugten Ausführungsform des Kolben-ICE gemäß der Erfindung ist es möglich, die Bewegung des Drehpunkts des Steuerhebels entlang einer gesteuerten Bahn mit der Drehung der Kurbelwelle zu synchronisieren und die Möglichkeit der Einstellung der Phasenverschiebung zwischen der Bewegung von dieser Punkt und die Drehung der Kurbelwelle in Abhängigkeit von den Werten, die den Betriebsmodus des Verbrennungsmotors und die Betriebsparameter ICE charakterisieren.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kolben-Brennkraftmaschine ist es möglich, die Bewegung des Drehpunkts des Steuerhebels entlang einer gesteuerten Bahnkurve mit der Drehung der Kurbelwelle zu synchronisieren, während es möglich ist, das Übersetzungsverhältnis zwischen der Bewegung dieses Punktes und der Drehung der Kurbelwelle.

Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Kolben-Brennkraftmaschine 1 ist in den Fig. 6a und 6b dargestellt und weist ein Gehäuse 2 mit einem Zylinder 3 und einem darin eingebauten Kolben 4 auf, ein Pleuel 6, das an einem Ende gelenkig mit einem Kolben verbunden ist 4 eine Kurbel 8 einer in einem Gehäuse 2 eingebauten Kurbelwelle, ein nachlaufendes Pleuel 10, auch Schalthebel 10 genannt und an einem Ende gelenkig mit dem Gehäuse 2 verbunden, und einen Dreiecksquerlenker 7, der mit einem seiner Scheitel gelenkig mit verbunden ist das zweite Ende der Pleuelstange 6, ihr zweiter Scheitel ist schwenkbar mit der Kurbel 8 verbunden, und ihr dritter Scheitel ist schwenkbar mit der nachlaufenden Pleuelstange 10 verbunden. der Z-Punkt seiner gelenkigen Verbindung hat die Fähigkeit, sich auf einer kontrollierten Bahn zu bewegen, die beispielsweise durch einen Exzenter oder eine zusätzliche Kurbel 11 bestimmt wird.

Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Kolben-Brennkraftmaschine hat je nach Lage der Schwingachse des nachlaufenden Pleuels zwei Gestaltungsmöglichkeiten (siehe Fig. 6a und 6b):

In der ersten Version (Fig. 6a) ist die horizontale Ebene, in der die Schwingachse der gezogenen Pleuelstange 10 liegt, d.h. der Punkt Z ihrer Drehverbindung liegt über dem Verbindungspunkt der Kurbel 8 mit dem Querlenker 7, wenn sich die Kurbel in ihrem oberen Totpunkt befindet, oder anders ausgedrückt, die nachlaufende Pleuelstange 10 und die Pleuelstange 6 befinden sich auf eine Seite des Querhebels 7;

In der zweiten Version (Fig. 6b) ist die horizontale Ebene, in der die Schwingachse der gezogenen Pleuelstange 10 liegt, d.h. der Punkt Z ihrer Drehverbindung liegt unterhalb des Verbindungspunkts der Kurbel 8 mit dem Querlenker 7, wenn sich die Kurbel in ihrem oberen Totpunkt befindet, oder anders ausgedrückt, die nachlaufende Pleuelstange 10 und die Pleuelstange 6 befinden sich auf gegenüberliegende Seiten des Querhebels 7.

Position des Z-Punktes des Scharniergelenks des Längslenkers ändern, d.h. seine Schwenkachse ermöglicht durch eine einfache Steuerbewegung, ausgeführt durch eine zusätzliche Kurbel bzw. einen Regelexzenter, die Veränderung des Verdichtungsverhältnisses. Außerdem ist der Z-Punkt der Anlenkung des Längslenkers, d.h. seine Schwingachse kann eine kontinuierliche zyklische Bewegung ausführen, die mit der Drehung der Kurbelwelle synchronisiert ist.

Wie in Fig. 7 gezeigt, weist die erfindungsgemäße Kolben-Brennkraftmaschine erhebliche Vorteile gegenüber den bekannten Systemen (beschrieben von Jante A., von Christoph Bolling et al. und in DE 4312954 A1) sowie gegenüber dem herkömmlichen Kurbeltrieb auf (CM) in Bezug auf die Glätte seiner Arbeit.

Diese Vorteile lassen sich jedoch nur erreichen, wenn bestimmte geometrische Verhältnisse eingehalten werden, nämlich durch die richtige Wahl der Längen der einzelnen Elemente und deren Lage relativ zur Kurbelwellenachse.

Erfindungsgemäß ist es wichtig, die Abmessungen der einzelnen Elemente (bezogen auf den Kurbelradius) und die Koordinaten der einzelnen Gelenke des Kraftübertragungsmechanismus zu bestimmen, was durch Optimierung eines solchen Mechanismus durch kinematische und dynamische Analyse. Der Zweck der Optimierung eines solchen durch neun Parameter beschriebenen Mechanismus (Abb. 8) besteht darin, die auf seine einzelnen Glieder wirkenden Kräfte (Last) auf ein möglichst niedriges Niveau zu reduzieren und die Laufruhe zu erhöhen.

Nachfolgend wird anhand von Fig. 9 (9a und 9b), die das kinematische Diagramm der in Fig. 6 gezeigten Brennkraftmaschine (6a bzw. 6b) zeigt, das Funktionsprinzip des verstellbaren Kurbeltriebs erläutert. Während des Betriebs des Verbrennungsmotors führt dessen Kolben 4 im Zylinder eine hin- und hergehende Bewegung aus, die auf die Pleuelstange 6 übertragen wird. Die Bewegung der Pleuelstange 6 wird über den Stützpunkt (Drehpunkt) B auf den Querhebel übertragen 7, deren Bewegungsfreiheit durch seine Verbindung mit der Nachlaufpleuelstange 10 eingeschränkt ist Querlenker 7 kann sich entlang eines Kreisbogens bewegen, dessen Radius gleich der Länge der nachlaufenden Pleuelstange 10 ist. Die Lage einer solchen kreisförmigen Bewegungsbahn des Bezugspunktes C relativ zum Motorgehäuse wird bestimmt durch die Position des Punktes Z. Wenn sich die Position des Punktes Z der gelenkigen Verbindung der nachlaufenden Pleuelstange ändert, wird die Position der Kreisbahn, auf der sich der Referenzpunkt C bewegen kann, was es ermöglicht, die Bewegungsbahnen von . zu beeinflussen andere Elemente des Kurbeltriebs, vor allem die Position des Kurbelarms. Kolben 4. Der Drehpunkt Z des nachlaufenden Pleuels bewegt sich vorzugsweise auf einer Kreisbahn. Der Drehpunkt Z des Drehgelenks der Nachlaufpleuelstange kann sich jedoch auch entlang einer beliebigen anderen vorbestimmten gesteuerten Bahn bewegen, während es auch möglich ist, den Punkt Z des Drehgelenks der Nachlaufpleuelstange in einer beliebigen Position der Trajektorie von . zu fixieren seine Bewegung.

Der Querhebel 7 ist außerdem über ein Scharnier A mit der Kurbel 8 der Kurbelwelle 9 verbunden. Dieses Scharnier A bewegt sich auf einer Kreisbahn, deren Radius durch die Länge der Kurbel 8 bestimmt wird. Das Scharnier A nimmt eine Zwischenstellung ein bei Betrachtung entlang der Linie, die die Drehpunkte B und C des Querhebels 7 verbindet. Das Vorhandensein der kinematischen Verbindung des Bezugspunkts C mit der nachlaufenden Pleuelstange 10 ermöglicht es, ihre Translationsbewegung entlang der Längsachse 5 des . zu beeinflussen Kolben 4. Die Bewegung des Bezugspunkts B entlang der Längsachse 5 des Kolbens wird durch die Bewegungsbahn des Bezugspunkts C des Querarms 7 bestimmt. Der Einfluss auf die Bewegung des Bezugspunkts B ermöglicht die Steuerung der Hin- und Herbewegung des Kolbens 4 durch die Pleuelstange 6 und dadurch die Position des VMT einstellen. Kolben 4.

Bei der in Fig. 9a gezeigten Ausführungsform befinden sich die nachlaufende Pleuelstange 10 und die Pleuelstange 6 auf einer Seite des Querlenkers 7.

Durch Verdrehen des als Zusatzkurbel 11 ausgebildeten Stellgliedes von der in Fig. 9a gezeigten etwa horizontalen Position beispielsweise in die vertikal nach unten weisende Position ist es möglich, die Position des TDM zu verschieben. Kolben 4 nach oben und erhöhen dadurch das Verdichtungsverhältnis.

Fig. 9b zeigt ein kinematisches Diagramm einer Brennkraftmaschine gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel, das sich von dem in Fig. 9a gezeigten Diagramm nur dadurch unterscheidet, dass die nachlaufende Pleuelstange 10 zusammen mit einem Steuerlenker in Form einer zusätzlichen Kurbel 11' , jeweils ein Verstellexzenter, und die Pleuelstange 6 befinden sich auf unterschiedlichen Seiten des Querhebels 7. Im Übrigen ist das Funktionsprinzip des in Fig. 9b gezeigten Kurbeltriebs ähnlich dem Funktionsprinzip des Kurbeltrieb gemäß Fig. 9a, bei dem sich die nachlaufende Pleuelstange 10 und die Pleuelstange 6 auf einer Seite des Querhebels 7 befinden.

Bild 10 zeigt eine weitere kinematische Darstellung des Kurbeltriebs einer Kolben-Brennkraftmaschine, die die Positionen bestimmter Punkte dieses Kurbeltriebs zeigt und auf der die Schraffur die optimalen Bereiche anzeigt, innerhalb derer unter Berücksichtigung der oben genannten optimalen Bereiche von Werten für die Längen und Positionen der Elemente des Kurbeltriebs zum Bezugspunkt B der Anlenkung des Querlenkers 7 mit der Pleuelstange 6 bewegt werden kann, dem Bezugspunkt C der Anlenkung des Querlenkers 7 zum Nachlaufpleuel 10 und dem Anlenkpunkt Z des Nachlaufpleuels 10. Um einen besonders ruhigen Lauf der Brennkraftmaschine bei geringster Belastung einzelner Elemente und Glieder ihres Kurbeltriebs zu gewährleisten, müssen die geometrischen Parameter (Länge und Position) der Elemente und Glieder dieses Kurbeltriebs müssen bestimmte, vorzuziehende Verhältnisse erfüllen. Die Längen der Seiten a, b und c des Dreieckquerlenkers 7, wobei a die Länge der Seite bezeichnet, die zwischen dem Drehpunkt B der Pleuelstange und dem Drehpunkt C der Pleuelstange liegt, b die Länge der Seite, die zwischen dem Gelenk A der Kurbel und dem Drehpunkt C der Pleuelstange liegt, und c bezeichnet den Abstand zwischen dem Gelenk A der Kurbel und dem Drehpunkt B der Pleuelstange, kann durch die folgenden Ungleichungen in Abhängigkeit von . beschrieben werden der Radius r, der gleich der Länge der Kurbel 8 ist:

Die Länge l des Pleuels 6, die Länge k des Pleuels 10 und der Abstand e zwischen der Drehachse der Kurbelwelle 9 und der Längsachse 5 des Zylinders 3, die auch die Längsachse des sich bewegenden Kolbens ist in diesem Zylinder gemäß einer bevorzugten Ausführungsform die folgenden Beziehungen erfüllen:

Für die in Fig. 9a gezeigte Ausführungsform, bei der sich die Pleuelstange 6 und die nachlaufende Pleuelstange 10 auf derselben Seite des Querlenkers 7 befinden, ist es auch möglich, das optimale Größenverhältnis einzustellen. Dabei ist der Abstand f zwischen der Längsachse 5 des Zylinders und dem Punkt Z der Anlenkung des Nachlaufhebels 10 an seinem Steuerlenker, sowie der Abstand p zwischen der Achse der Kurbelwelle und dem angegebenen Punkt Z von das Gelenk erfüllt gemäß einer bevorzugten Ausführungsform die folgenden Beziehungen:

Wenn sich das Nachlaufpleuel und das Pleuel auf gegenüberliegenden Seiten des Querlenkers befinden, ist der optimale Abstand f zwischen der Längsachse des Kolbens und dem Punkt Z der Anlenkung des Nachlaufhebels an seinem Steuerlenker sowie der optimaler Abstand p zwischen der Kurbelwellenachse und dem angegebenen Punkt Z des Gelenks, kann anhand folgender Übersetzungen gewählt werden:

BEANSPRUCHEN

1. Kolben-Verbrennungsmotor (ICE), der einen im Zylinder beweglich gelagerten Kolben (4) aufweist, der gelenkig mit dem Pleuel (6) verbunden ist, dessen Bewegung auf die Kurbel (8) übertragen wird der Kurbelwelle (9), während zwischen der Pleuelstange (6) und der Kurbel (8) ein Übertragungsglied vorgesehen ist, das mit der Fähigkeit ausgestattet ist, seine Bewegung mit dem Steuerhebel (10) zu steuern, um eine kontrollierte Bewegung bereitzustellen des Kolbens vor allem, um das Verdichtungsverhältnis und den Kolbenhub zu ändern, und der in Form eines Querhebels (7) ausgeführt ist, der über ein Scharnier (A .) mit der Kurbel (8) verbunden ist ), die sich in einer Zwischenposition im Bereich zwischen dem Bezugspunkt (B), in dem der Querlenker (7) mit der Pleuelstange (6) verbunden ist, und dem Bezugspunkt (C) befindet, in dem der Querlenker ( 7) mit dem Steuerhebel (10) verbunden ist, und in einiger Entfernung von der Linie, die diese beiden Ankerpunkte (B, C) verbindet, in der der Querlenker (7) mit dem Steuerhebel (10) verbunden ist bzw. der Pleuelstange (6), dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der Seite (a) zwischen dem Bezugspunkt (C), in dem der Querlenker (7) mit dem Querlenker (10) verbunden ist, und der Bezugspunkt (B), in dem der Querlenker (7) mit der Pleuelstange (6) verbunden ist, die Länge der Seite (b), die zwischen dem Drehpunkt (C) liegt, in dem der Querlenker (7) liegt der mit dem Steuerhebel (10) verbunden ist, und dem Drehzapfen (A), mit dem der Querlenker (7) mit der Kurbel (8) verbunden ist, und der Länge der Seite (c), die sich zwischen dem Bezugspunkt (B) befindet, bei dem der Querlenker (7) mit der Pleuelstange (6) verbunden ist, und das Scharnier (A), mit dem der Querlenker (7) mit der Kurbel (8) verbunden ist, hinsichtlich des Radius (r) der Kurbel erfüllen die folgenden Beziehungen:

6. Kolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Punkt (Z) der gelenkigen Verbindung des Steuerhebels (10) entlang einer gesteuerten Bahn bewegbar ist.

7. Kolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage des Punktes (Z) der gelenkigen Verbindung des Steuerhebels (10) mittels einer auf dem Scharnier aufliegenden zusätzlichen Kurbel verstellbar ist .

8. Kolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage des Punktes (Z) der gelenkigen Verbindung des Steuerhebels (10) mittels eines Exzenters einstellbar ist.

9. Kolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass es möglich ist, den Punkt (Z) der gelenkigen Verbindung des Steuerhebels (10) in verschiedenen einstellbaren Winkelstellungen zu fixieren.

10. Kolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass es möglich ist, die Winkellage des Punktes (Z) der Gelenkverbindung des Steuerhebels (10) in Abhängigkeit von den charakterisierenden Werten einzustellen Betriebsmodus des Verbrennungsmotors und die Betriebsparameter des Verbrennungsmotors.

11. Kolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass es möglich ist, mit der Drehung der Kurbelwelle die Bewegung des Punktes (Z) der gelenkigen Verbindung des Steuerhebels (10) entlang einer gesteuerten Bahn zu synchronisieren.

12. Kolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Drehung der Kurbelwelle (9) eine Bewegung des Punktes (Z) der gelenkigen Verbindung des Steuerhebels (10) entlang a . synchronisiert werden kann gesteuerte Trajektorie und die Möglichkeit, die Phasenverschiebung zwischen der Bewegung dieses Punktes ( Z) und der Drehung der Kurbelwelle (9) in Abhängigkeit von den den Betriebsmodus des Verbrennungsmotors charakterisierenden Werten und den Betriebsparametern des internen Verbrennungsmotor.

13. Kolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Drehung der Kurbelwelle (9) eine Bewegung des Punktes (Z) der gelenkigen Verbindung des Steuerhebels (10) entlang a . synchronisiert werden kann gesteuerte Trajektorie, während es möglich ist, das Übersetzungsverhältnis zwischen dem Bewegungspunkt (Z) und der Drehung der Kurbelwelle (9) zu ändern.

VC-T-Motor. Bild: Nissan

Der japanische Autohersteller Nissan Motor hat einen neuen Benzin-Verbrennungsmotor vorgestellt, der die modernen Dieselmotoren in mancher Hinsicht übertrifft.

Der neue Variable Compression-Turbo (VC-T) Motor ist in der Lage Verdichtungsverhältnis ändern gasförmiges brennbares Gemisch, dh den Hub der Kolben in den Zylindern der Brennkraftmaschine zu verändern. 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 im unteren Totpunkt (volles Zylindervolumen) zum Volumen des Überkolbenraums von des Zylinders an der Position des Kolbens am oberen Totpunkt, also auf das Volumen des Brennraums.

Eine Erhöhung des Verdichtungsverhältnisses erhöht im Allgemeinen seine Leistung und erhöht die Effizienz des Motors, dh es hilft, den Kraftstoffverbrauch zu senken.

Herkömmliche Ottomotoren haben typischerweise Verdichtungsverhältnisse zwischen 8:1 und 10:1 und können in Sportwagen und Rennwagen bis zu 12:1 oder mehr betragen. 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.

1. Wenn das Verdichtungsverhältnis geändert werden muss, wird das Modul aktiviert Harmonischer Antrieb und verschiebt den Betätigungshebel.
2. Der Betätigungshebel dreht die Antriebswelle ( Steuerwelle auf dem Diagramm).
3. Wenn sich die Antriebswelle dreht, ändert sie den Winkel der Mehrlenkeraufhängung ( Mehrfachverbindung auf dem Diagramm)
4. Die Mehrlenkeraufhängung bestimmt die Höhe, auf die jeder Kolben in seinem Zylinder steigen 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 Propellersteigung ermöglicht es Ihnen, die Effizienz des Propellers nahezu optimal zu halten, unabhängig von der Bewegungsgeschwindigkeit des Trägers im Strom.

Die Technologie zur Änderung des Verdichtungsverhältnisses des Verbrennungsmotors ermöglicht es, die Motorleistung zu erhalten und gleichzeitig strenge Standards für die Motoreffizienz zu erfüllen. Dies ist wahrscheinlich der realistischste Weg, um diese Standards zu erfüllen. „Alle arbeiten jetzt an variablen Verdichtungsverhältnissen und anderen Technologien, um die Effizienz von Benzinmotoren dramatisch zu verbessern“, sagte 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 Motors mit variabler Kompression (SVC) für den Saab 9-5 zeigte, für den es auf Fachausstellungen mehrere 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 2,0-Liter-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 Vorschriften zu Stickoxid- und anderen Abgasemissionen, wie sie in der Europäischen Union und einigen anderen Ländern gelten, vollständig erfüllen.

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 der komplizierte Aufbau des Verbrennungsmotors zunächst nicht zuverlässig ist. 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.

Infiniti (lesen Sie Renault-Nissan Alliance) hat kürzlich auf dem Pariser Autosalon einen Motor mit variabler Kompression vorgestellt. Die proprietäre Variable Compression-Turbocharged (VC-T)-Technologie ermöglicht es Ihnen, genau diesen Grad zu variieren und buchstäblich den ganzen Saft aus dem Motor zu saugen.

Im „idealen Universum“ ist die Regel einfach: Je höher das Verdichtungsverhältnis des Luft-Kraftstoff-Gemisches, desto besser. Das Gemisch dehnt sich so weit wie möglich aus, die Kolben bewegen sich wie aufgewickelt, daher sind die Leistung und der Wirkungsgrad des Motors maximal. Mit anderen Worten, der Kraftstoff wird äußerst effizient verbrannt.

Alles wäre großartig, wenn nicht die Natur des Kraftstoffs wäre. Bei Mobbing stößt seine Geduld manchmal an ihre Grenzen: Je gleichmäßiger das Gemisch verbrennt, desto besser, aber bei hoher Belastung (hohe Verdichtung, hohe Drehzahlen) beginnt das Gemisch zu explodieren, nicht zu brennen. Dieses Phänomen wird Detonation genannt, und dieses Ding ist sehr destruktiv. Die Wände der Brennkammer und der Kolben selbst erfahren starke Stoßbelastungen und kollabieren allmählich, aber ziemlich schnell. Außerdem sinkt der Wirkungsgrad des Motors - der normale Arbeitsdruck am Kolben sinkt.

Daher ist die rentabelste Option, wenn der Motor in einem beliebigen Modus kurz vor der Detonation steht, um dieses Phänomen zu verhindern. Infiniti-Ingenieure haben ein Diagramm erstellt, in dem sie die effektiven Betriebsarten des Motors in Abhängigkeit von Last, Drehzahl und Verdichtungsverhältnis des Kraftstoff-Luft-Gemischs für sich bezeichnet haben. (Tatsächlich kann die Effizienz der Kraftstoffverbrennung auf andere Weise verbessert werden, zum Beispiel durch Erhöhen der Anzahl der Ventile pro Zylinder, Anpassen ihres Betriebsplans, sogar durch Auswählen einer Stelle über dem Kolben, an der der Kraftstoffanteil eingespritzt wird. wir erinnern uns daran.) Die ersten beiden Parameter hängen verständlicherweise sowohl von äußeren Faktoren als auch von der sorgfältigen Auswahl des Getriebes ab. Und als drittes - das Verdichtungsverhältnis - wurde ebenfalls beschlossen, im Bereich von 8:1 auf 14:1 zu ändern.

Technisch sieht dies aus wie die Einführung eines zusätzlichen Elements in das Design des Kurbeltriebs - eines Kipphebels zwischen Pleuel und Kurbelwelle. Der Kipphebel wird von einem Elektromotor angetrieben - der Hebel kann so bewegt werden, dass der Kolbenhubbereich innerhalb von 5 mm variiert. Dies reicht aus, um das Kompressionsverhältnis deutlich zu ändern.

Es gibt keine Vorteile ohne Nachteile. Auf den ersten Blick sind sie offensichtlich: eine Zunahme der Komplexität der Konstruktion, eine gewisse Gewichtszunahme ... Es ist jedoch eine Sünde, diese Nachteile zu beklagen - der Motor erwies sich als sehr ausgewuchtet, wodurch die Ausgleichswellen aus dem Design entfernt. Es ist auch wahrscheinlich, dass der Motor besonders empfindlich auf die Marke und die Qualität des Kraftstoffs reagiert. Es scheint, dass dieses Problem - zumindest zu einem großen Teil - durch programmatische Methoden gelöst wird.