dokładna informacja o pierwszej na świecie benzynie silnik seryjny z zmienny stopień kompresja. Przepowiadają mu wielką przyszłość i mówią, że technologia opracowana przez Infiniti stanie się dużym zagrożeniem dla istnienia silników wysokoprężnych.
Tłokowy silnik benzynowy, który może dynamicznie zmieniać stopień sprężania*, czyli ilość, o jaką tłok spręża mieszankę paliwowo-powietrzną w cylindrze, od dawna marzenie wielu pokoleń inżynierów silnikowych wewnętrzne spalanie... Niektóre marki samochodów były bardziej niż kiedykolwiek bliskie rozwiązania teorii, powstały nawet próbki takich silników, na przykład Saab osiągnął w tym sukces.
Być może szwedzki producent aut miałby zupełnie inny los, gdyby Saab nie został ostatecznie przejęty przez General Motors w styczniu 2000 roku. Niestety takie wydarzenia nie były interesujące dla zagranicznego właściciela i sprawa została zawieszona.
*Stopień kompresja - objętość komora spalania w momencie, gdy tłok znajduje się w dolnym martwy środek, do objętości, gdy jest zmiażdżony do górnego martwego punktu. Innymi słowy jest to wskaźnik kompresji przez tłok mieszanki paliwowo-powietrznej w cylindrze
Główny rywal został przełamany, a Nissan jako drugi potencjalny deweloper system innowacji ze zmiennym stopniem kompresji, kontynuował swoją drogę do dumna samotność... 20 lat żmudnej pracy, obliczeń i modelowania nie poszło na marne, luksusowy podział japońska firma marka Infiniti zaprezentowała ostateczny rozwój silnika o zmiennym stopniu sprężania, który zobaczymy pod maską modelu. Czy jego rozwój będzie łabędzim śpiewem wszystkich silników wysokoprężnych? Ciekawe pytanie.
Czterocylindrowy, turbodoładowany silnik o pojemności 2,0 litra (moc znamionowa 270 KM i moment obrotowy 390 Nm) otrzymał nazwę VC-T (ang. Variable Compression-Turbocharged). Już sama nazwa odzwierciedla zasadę jego działania oraz dane techniczne. System VC-T jest w stanie płynnie i w sposób ciągły dynamicznie zmieniać stopień kompresji od 8:1 do 14:1.
Ogólną zasadę działania układu silnika VC-T można opisać następująco:
To schematyczny, prosty opis działania systemu. W rzeczywistości wszystko jest oczywiście znacznie bardziej skomplikowane.
Naprawdę jednostki napędowe z niskim stopniem kompresji nie może mieć wysoka wydajność... Wszystko potężne silniki szczególnie w samochody wyścigowe z reguły mają bardzo wysoki stopień sprężania, w wielu samochodach przekracza 12:1, a nawet osiąga 15:1 w silnikach metanolowych. Jednak ten wysoki stopień sprężania może również sprawić, że silniki będą bardziej wydajne i ekonomiczne. Prowadzi to do logicznego pytania, dlaczego nie stworzyć silników, które zawsze miały? wysoki stopień kompresja mieszanki paliwowo-powietrznej? Po co ogrodzić ogród warzywny skomplikowanymi systemami napędu tłokowego?
Głównym powodem niemożności zastosowania takiego systemu podczas pracy na konwencjonalnym niskooktanowym paliwo - wygląd przy wysokim stopniu kompresji i wysokie obciążenia detonacja. Benzyna zaczyna się nie palić, ale eksplodować. Zmniejsza to żywotność elementów i zespołów silnika oraz zmniejsza jego wydajność. W rzeczywistości w silniku benzynowym dzieje się to samo, co w silniku zasilanym olejem napędowym, z powodu wysokiego sprężenia dochodzi do zapłonu mieszanki paliwowo-powietrznej, chociaż nie dzieje się to we właściwym czasie i nie jest to przewidziane przez konstrukcja silnika.
W momentach „kryzysu” spalania mieszanki paliwowo-powietrznej na ratunek przychodzi zmienny stopień sprężania, który jest w stanie zmniejszyć się w momentach szczytowej mocy przy maksymalnym ciśnieniu doładowania z turbosprężarki, co zapobiegnie detonacji silnika. I odwrotnie, podczas pracy na niskich obrotach i niskim ciśnieniu doładowania, stopień sprężania wzrośnie, zwiększając w ten sposób moment obrotowy i zmniejszając zużycie paliwa.
Dodatkowo silniki wyposażone są w układ zmiennych faz rozrządu, który umożliwia pracę silnika zgodnie z cyklem Atkinsona w czasie, gdy silnik nie wymaga dużej mocy.
Takie silniki zwykle znajdują się w samochodach hybrydowych, dla których najważniejsze jest przyjazność dla środowiska i niskie zużycie paliwa.
Rezultatem tych wszystkich zmian jest silnik, który jest w stanie zwiększyć zużycie paliwa o 27 procent w porównaniu z 3,5-litrowym silnikiem V6 Nissana, który ma mniej więcej taką samą moc i moment obrotowy. Jak podaje Reuters, na konferencji prasowej inżynierowie Nissan powiedział to nowy silnik ma moment obrotowy porównywalny z nowoczesnym turbodieslem, a jednocześnie powinien być tańszy w produkcji niż jakikolwiek nowoczesny silnik turbodiesel.
Dlatego Nissan tak bardzo stawia na rozwinięty system, ponieważ jego zdaniem ma on potencjał do częściowego zastąpienia silników wysokoprężnych na wiele sposobów, być może włączając w to tańsze opcje dla krajów, w których benzyna jest głównym rodzajem paliwa, przykład takim krajem może być i Rosja.
Jeśli pomysł się przyjmie, prawdopodobnie w przyszłości pojawią się dwucylindrowe silniki benzynowe, które będą dobrze działać. To może stać się jedną z gałęzi rozwoju systemu.
Zwinność silnika wydaje się imponująca. Technicznie efekt ten osiągnięto za pomocą specjalnej dźwigni napędowej działającej na wał napędowy, zmieniającej położenie wielowahaczowego układu obracającego się wokół łożyska głównego korbowodu. Po prawej stronie do systemu wielowahaczowego przymocowana jest kolejna dźwignia pochodząca z silnika elektrycznego. Zmienia pozycję systemu w stosunku do wał korbowy... Znajduje to odzwierciedlenie w patencie i rysunkach Infiniti. Tłoczysko ma centralny obrotowy system wielołączowy, który jest zdolny do zmiany jego kąta, co prowadzi do zmiany efektywnej długości tłoczyska, co z kolei zmienia długość skoku tłoka w cylindrze, co ostatecznie zmienia stopień sprężania.
Silnik zaprojektowany dla Infiniti, nawet na pierwszy rzut oka wygląda znacznie bardziej wyrafinowany niż jego klasyczny członek plemienia. Pośrednio te przypuszczenia potwierdzają się w samym Nissanie. Mówią, że ekonomicznie opłacalne jest wytwarzanie takich czterocylindrowych silników, ale nie bardziej wyrafinowanych V6 lub V8. Koszt wszystkich systemów napędowych korbowodów może być zaporowy.
Biorąc to wszystko pod uwagę, ten układ silnika powinien, nie, po prostu musi się zakorzenić. Ta moc i oszczędność będą bezkonkurencyjnym dodatkiem dla samochodów wyposażonych w silniki spalinowe i elektryczne.
Silnik VC-T zostanie oficjalnie zaprezentowany 29 września o godz Salon Samochodowy w Paryżu.
PS. Czy nowy silnik benzynowy zostanie zastąpiony? silniki Diesla? Mało prawdopodobny. Po pierwsze, konstrukcja silnika benzynowego jest bardziej złożona, a przez to bardziej kapryśna. Ograniczenie głośności ogranicza również zakres zastosowań technologii. Produkcja olej napędowy też nikt nie odwołał, co z tym zrobić, jeśli wszyscy przestawią się na benzynę? Wylać? Magazyn? I wreszcie, zastosowanie jednostek wysokoprężnych (prosta konstrukcja) doskonale sprawdza się w trudnych warunkach środowiskowych, czego nie można powiedzieć o benzynowych silnikach spalinowych.
Najprawdopodobniej dużo nowy rozwój stanie się samochody hybrydowe i nowoczesne runabouts. Co jest również, na swój sposób, znaczną częścią rynku motoryzacyjnego.
Coraz częściej słyszy się autorytatywne opinie, że teraz rozwój silników spalinowych sięgnął najwyższy poziom i nie jest już możliwe zauważalne poprawienie ich wydajności. Projektanci pozostają z pełzającymi ulepszeniami, dopracowywaniem systemów doładowania i wtrysku oraz dodawaniem coraz większej ilości elektroniki. Japońscy inżynierowie nie zgadzają się z tym. Infiniti, które zbudowało silnik ze zmiennym stopniem sprężania, miało do powiedzenia. Dowiemy się jakie są zalety takiego silnika i jaka jest jego przyszłość.
Na wstępie przypomnijmy, że stopień sprężania to stosunek objętości nad tłokiem w dolnym martwym punkcie do objętości, gdy tłok znajduje się u góry. W przypadku silników benzynowych liczba ta wynosi od 8 do 14, w przypadku silników wysokoprężnych - od 18 do 23. Stopień sprężania jest ustalony przez projekt. Oblicza się go w zależności od liczby oktanowej użytej benzyny i obecności doładowania.
Możliwość dynamicznej zmiany stopnia sprężania w zależności od obciążenia pozwala na zwiększenie wydajności silnik z turbodoładowaniem upewniając się, że każda porcja mieszanka paliwowo-powietrzna spalony przy optymalnej kompresji. W przypadku lekkich ładunków, gdy mieszanka jest uboga, stosuje się ją maksymalna kompresja, a w trybie obciążonym, gdy wtryskuje się dużo benzyny i możliwa jest detonacja, silnik spręża mieszankę do minimum. Pozwala to nie regulować „wstecznego” czasu zapłonu, który pozostaje w najbardziej efektywnej pozycji do odłączania mocy. Teoretycznie system zmiany stopnia sprężania w silniku spalinowym umożliwia nawet dwukrotne zmniejszenie objętości roboczej silnika przy zachowaniu właściwości trakcyjnych i dynamicznych.
Schemat silnika ze zmienną objętością komory spalania i korbowodów z systemem podnoszenia tłoka
Jednym z pierwszych, który się pojawił, był system z dodatkowym tłokiem w komorze spalania, który podczas ruchu zmieniał swoją objętość. Ale od razu pojawiło się pytanie o umieszczenie kolejnej grupy części w głowicy bloku, gdzie wałki rozrządu, zawory, wtryskiwacze i świece zapłonowe były już zatłoczone. Ponadto naruszona została optymalna konfiguracja komory spalania, przez co paliwo było spalane nierównomiernie. Dlatego system pozostał w murach laboratoriów. System z tłokami o zmiennej wysokości nie wyszedł poza eksperyment. Dzielone tłoki były zbyt ciężkie i wystąpiły natychmiastowe trudności konstrukcyjne w kontrolowaniu wysokości podnoszenia pokrywy.
Układ podnoszenia wału korbowego na sprzęgłach mimośrodowych FEV Motorentechnik (po lewej) i mechanizm przesuwu do zmiany skoku tłoka
Inni projektanci przeszli przez kontrolę podnoszenia wału korbowego. W tym systemie czopy łożyskowe wału korbowego są umieszczone w mimośrodowych sprzęgłach, które są napędzane przez koła zębate przez silnik elektryczny. Kiedy mimośrody obracają się, wał korbowy unosi się lub opada, co odpowiednio zmienia unoszenie tłoków do głowicy bloku, zwiększa lub zmniejsza objętość komory spalania, a tym samym zmienia stopień sprężania. Taki silnik pokazała w 2000 roku niemiecka firma FEV Motorentechnik. System został zintegrowany z czterocylindrowym turbodoładowanym silnikiem 1,8 l od koncernu Volkswagen, gdzie stopień sprężania zmieniał się od 8 do 16. Silnik rozwijał moc 218 KM. i moment obrotowy 300 Nm. Do 2003 roku silnik był testowany Samochód Audi A6, ale nie wszedł do produkcji.
Nie miałem szczęścia i system odwrotny, zmieniając również wysokość tłoków, ale nie przez sterowanie wałem korbowym, ale przez podniesienie bloku cylindrów. Działający silnik o podobnej konstrukcji zademonstrował w 2000 roku Saab, a także przetestował go na modelu 9-5, planując premierę w produkcja masowa... Nazwany Saab Variable Compression (SVC) pięciocylindrowy silnik z turbodoładowaniem objętość 1,6 litra, rozwinęła moc 225 litrów. z. i moment obrotowy 305 Nm, natomiast zużycie paliwa przy średnich obciążeniach spadło o 30%, a dzięki regulowanemu stopniowi sprężania silnik bez problemu mógł zużywać każdą benzynę - od A-80 do A-98.
Układ silnika Saab Variable Compression, w którym stopień sprężania zmienia się poprzez ugięcie górnej części bloku cylindrów
Saab rozwiązał problem podnoszenia bloku cylindrów w następujący sposób: blok został podzielony na dwie części - górną z głowicą i tulejami cylindrowymi oraz dolną, w której pozostał wał korbowy. Z jednej strony górna część połączona była z dolną zawiasem, a z drugiej zainstalowano napędzany elektrycznie mechanizm, który niczym wieko na skrzyni unosił górną część o kąt do 4 stopni . Zakres stopnia sprężania podczas podnoszenia i opuszczania można było elastycznie zmieniać od 8 do 14. Do uszczelnienia części ruchomych i nieruchomych zastosowano elastyczną gumową osłonę, która okazała się jedną z najbardziej słabe punkty konstrukcje wraz z zawiasami i mechanizm podnoszący... Po przejęciu Saaba przez General Motors Amerykanie zamknęli projekt.
Projekt MCE-5, w którym zastosowano mechanizm z tłokami roboczymi i sterującymi połączonymi za pomocą zębatego wahacza
Na przełomie wieków francuscy inżynierowie z MCE-5 Development S.A. zaproponowali również własny projekt silnika o zmiennym stopniu sprężania. Pokazany przez nich 1,5-litrowy silnik z turbodoładowaniem, w którym stopień sprężania mógł wahać się od 7 do 18, rozwijał moc 220 KM. z. i moment obrotowy 420 Nm. Konstrukcja jest tutaj dość skomplikowana. Korbowód jest podzielony i zaopatrzony od góry (w części zamontowanej na wale korbowym) w zębaty wahacz. Przylega do niego kolejna część korbowodu od tłoka, którego końcówka ma zębatkę. Druga strona wahacza jest połączona z zębatką tłoka sterującego, która jest napędzana przez układ smarowania silnika za pomocą specjalnych zaworów, kanałów i napędu elektrycznego. Gdy tłok sterujący porusza się, działa na wahacz i zmienia się skok tłoka roboczego. Silnik został przetestowany eksperymentalnie na Peugeocie 407, ale producent nie był zainteresowany tym systemem.
Teraz projektanci Infiniti postanowili się wypowiedzieć, prezentując silnik z technologią Variable Compression-Turbocharged (VC-T), która pozwala na dynamiczną zmianę stopnia sprężania z 8 na 14. Japońscy inżynierowie zastosowali mechanizm trawersowy: stworzyli ruchomy przegub korbowodu z jego dolną szyjką, które z kolei połączone są systemem dźwigni napędzanych silnikiem elektrycznym. Po otrzymaniu polecenia z jednostki sterującej silnik elektryczny przesuwa pręt, układ dźwigni zmienia położenie, regulując w ten sposób wysokość podnoszenia tłoka i odpowiednio zmieniając stopień sprężania.
Zmienna konstrukcja systemu kompresji Silnik Infiniti VC-T: a - tłok, b - korbowód, c - trawers, d - wał korbowy, e - silnik elektryczny, f - wał pośredni, g - ciąg.
Dzięki tej technologii dwulitrowy turbodoładowany silnik benzynowy Infiniti VC-T rozwija moc 270 KM, będąc o 27% bardziej ekonomicznym niż inne dwulitrowe silniki firmy o stałym stopniu sprężania. Japończycy planują wprowadzić silniki VC-T do masowej produkcji w 2018 roku, wyposażając je w crossover QX50, a następnie w inne modele.
Należy zauważyć, że to właśnie wydajność jest obecnie głównym celem opracowywania silników o zmiennym stopniu sprężania. Na nowoczesny rozwój technologii ciśnieniowych i wtryskowych, dla projektantów nie jest to duży problem z nadrabianiem mocy w silniku. Kolejne pytanie: ile benzyny w super napompowanym silniku wleci do rury? W przypadku konwencjonalnych silników szeregowych wskaźniki zużycia mogą być niedopuszczalne, co działa jak ogranicznik mocy pompowania. Japońscy projektanci postanowili pokonać tę barierę. Według Nieskończoność, ich silnik benzynowy VC-T jest w stanie działać jako alternatywa dla nowoczesnych turbodoładowanych diesli, wykazując takie samo zużycie paliwa przy najlepsza wydajność pod względem mocy i niższej toksyczności spalin.
Jaki jest wynik końcowy?
Prace nad silnikami o zmiennym stopniu sprężania trwają już kilkanaście lat - w tym kierunku zajmowali się projektanci Forda, Mercedesa, Nissana, Peugeota i Volkswagena. Inżynierowie Instytuty badawcze a firmy po obu stronach Atlantyku otrzymały tysiące patentów. Ale jak dotąd żaden taki silnik nie wszedł do masowej produkcji.
Infiniti też nie radzi sobie dobrze. Jak przyznają sami twórcy silnika VC-T, ich pomysł nadal ma wspólne problemy: złożoność i koszt konstrukcji wzrosły, a problemy z wibracjami nie zostały rozwiązane. Ale Japończycy mają nadzieję sfinalizować projekt i wprowadzić go do masowej produkcji. Jeśli tak się stanie, przyszli nabywcy muszą tylko zrozumieć: za ile będą musieli przepłacić Nowa technologia jak niezawodny będzie taki silnik i ile zaoszczędzi na paliwie.
Silnik VC-T. Zdjęcie: Nissan
Przedstawienie japońskiego producenta samochodów Nissan Motor nowy typ benzynowy silnik spalinowy, który pod pewnymi względami przewyższa zaawansowane nowoczesne silniki wysokoprężne.
Nowy silnik Variable Compression-Turbo (VC-T) jest w stanie zmień stopień kompresji gazowa mieszanina palna, czyli zmienić skok tłoków na Butle lodowe... Ten parametr jest zwykle ustalony. Najwyraźniej VC-T będzie pierwszym na świecie ICE ze zmiennym stopniem kompresji.
Stopień sprężania to stosunek objętości przestrzeni nadtłokowej cylindra silnika spalinowego w położeniu tłoka w dolnym martwym punkcie ( maksymalna głośność cylinder) do objętości przestrzeni nadtłokowej cylindra w położeniu tłoka w górnym martwym punkcie, czyli do objętości komory spalania.
Zwiększenie stopnia kompresji w przypadek ogólny zwiększa jego moc i zwiększa Sprawność silnika, czyli pomaga zmniejszyć zużycie paliwa.
Konwencjonalne silniki benzynowe zwykle mają stopień sprężania od 8:1 do 10:1, a samochody sportowe a samochody wyścigowe mogą mieć do 12:1 lub więcej. Wraz ze wzrostem stopnia sprężania silnik potrzebuje paliwa o wyższej liczbie oktanowej.
Silnik VC-T. Zdjęcie: Nissan
Ilustracja przedstawia różnicę skoku tłoka przy różnych stopniach sprężania: 14:1 (po lewej) i 8:1 (po prawej). W szczególności zademonstrowano mechanizm zmiany stopnia kompresji z 14:1 na 8:1. Tak się dzieje.
- Jeśli konieczna jest zmiana stopnia kompresji, moduł jest aktywowany Napęd harmoniczny i przesuwa dźwignię siłownika.
- Dźwignia uruchamiająca obraca wał napędowy ( Wał sterujący na schemacie).
- Gdy wał napędowy obraca się, zmienia kąt nachylenia zawieszenie wielowahaczowe (Multi-link na schemacie)
- Zawieszenie wielowahaczowe określa wysokość, na jaką każdy tłok jest w stanie podnieść się w swoim cylindrze. W ten sposób zmienia się stopień kompresji. Wydaje się, że dolny martwy punkt tłoka pozostaje taki sam.
Zmianę stopnia sprężania w silniku spalinowym można w pewnym sensie porównać do zmiany kąta natarcia w śmigłach o zmiennym skoku – koncepcji stosowanej w śmigłach i śmigłach od wielu dziesięcioleci. Zmienny skok śmigła pozwala na utrzymanie sprawności napędu bliskiej optymalnej, niezależnie od prędkości ruchu nośnika w strumieniu.
Technologia zmiany stopnia kompresja silnika spalinowego umożliwia utrzymanie mocy silnika przy jednoczesnym spełnieniu surowych norm dotyczących sprawności silnika. To chyba najbardziej prawdziwy sposób zgodne z tymi normami. „Wszyscy pracują obecnie nad zmiennymi stopniami sprężania i innymi technologiami, które radykalnie poprawią wydajność silników benzynowych" – mówi James Chao, dyrektor zarządzający Azji i Pacyfiku oraz konsultant IHS. „Od co najmniej ostatnich dwudziestu lat". Warto wspomnieć, że w 2000 roku Saab pokazał prototyp takiego silnika Saab Variable Compression (SVC) do Saaba 9-5, za który zdobył szereg nagród na wystawach technicznych. Następnie szwedzka firma została kupiona przez General Motors i przestała pracować nad prototypem.
Silnik Saaba o zmiennej kompresji (SVC). Zdjęcie: Reedhawk
Silnik VC-T ma zostać wprowadzony na rynek w 2017 roku wraz z Infiniti QX50. Oficjalna prezentacja zaplanowana jest na 29 września podczas Salonu Samochodowego w Paryżu. Ten dwulitrowy czterocylindrowy silnik będzie miał mniej więcej taką samą moc i moment obrotowy jak 3,5-litrowy V6, który zastąpi, ale zapewni o 27% większą oszczędność paliwa.
Inżynierowie Nissana twierdzą również, że VC-T będzie tańszy niż dzisiejsze zaawansowane silniki wysokoprężne z turbodoładowaniem i będzie w pełni zgodny z obecnymi przepisami dotyczącymi emisji NOx i innymi. spaliny- takie zasady obowiązują w Unii Europejskiej i niektórych innych krajach.
Po Infiniti planowane jest wyposażanie innych samochodów Nissana i ewentualnie firmy partnerskiej Renault w nowe silniki. 
Silnik VC-T. Zdjęcie: Nissan
Można założyć, że skomplikowane ICE projekt na początku nie będzie to wiarygodne. Z zakupem auta z silnikiem VC-T warto poczekać kilka lat, chyba że chcesz wziąć udział w testowaniu eksperymentalnej technologii.
Wynalazek dotyczy budowy silnika, w szczególności silników spalinowych tłokowych z komorą spalania o zmiennej objętości i sterowanymi zaworami dolotowymi. Wynik techniczny polega na możliwości zwiększenia wydajności silnika i zmniejszeniu wpływu na środowisko. Według wynalazku sterowanie tłokowym silnikiem spalinowym zapewnia dobór objętości komory spalania w połączeniu z doborem czasu otwierania i zamykania zawory wlotowe oraz w połączeniu z wyborem częstotliwości, z jaką wykonywane są skoki robocze. 11 pkt. mucha, 1 rys.
[0001] Niniejszy wynalazek dotyczy sposobu sterowania do modulowania momentu obrotowego tłokowego silnika spalinowego wewnętrznego spalania z komorą spalania mającą zmienną objętość i sterowanymi zaworami wlotowymi.
Wynalazek ma zastosowanie do silników pracujących ze zmiennym obciążeniem, na przykład do: silniki gaźnikowe oraz silniki Diesla zaprojektowany do wprawienia w ruch Pojazd, samoloty, łodzie, statki itp., a także do napędzania sprężarek, pomp hydraulicznych, generatorów elektrycznych itp.
Wynalazek wymaga zastosowania systemu sterowania. O działaniu systemu sterowania decyduje jego oprogramowanie. Oprogramowanie, za pomocą którego można wdrożyć niniejszy wynalazek, może, na przykład, stanowić część większego systemu sterowania, używanego również do sterowania innymi charakterystykami i parametrami danego silnika.
Najnowocześniejszy
W ciągu ostatnich dziesięcioleci rozwój silników spalinowych koncentrował się na poprawie efektywności ich pracy i zmniejszeniu wpływu na środowisko poprzez wprowadzenie cyfrowych układów sterowania np. wtryskiem paliwa i zapłonem.
Jednak pomimo tych usprawnień pozostaje problem, że zmiana trybu pracy prowadzi do niskiej średniej wydajności i znaczącego wpływu na środowisko. Zmienia się również skład spalin, co utrudnia ich oczyszczanie.
Wiadomo, że zmienny stopień sprężania zwiększa sprawność silnika. Ponadto wiadomo, że wprowadzenie zaworów swobodnie sterowanych, tzw. siłowników zaworów sterowanych, prowadzi do możliwości zastąpienia sterowania przepustnicą wcześniejszym zamykaniem zaworów dolotowych podczas suwu ssania, tzw. cykl Millera , oraz do możliwości całkowitego zamknięcia cylindra w tak krótkim czasie., jak jeden obrót silnika, co jest również nazywane modulacja częstotliwości moment obrotowy lub pomijanie cyklu, co skutkuje znacznym wzrostem sprawności silnika. Ponadto stwierdzono, że przy zastosowaniu sterowanych napędów zaworów możliwe jest przełączenie z pracy w cyklu dwutaktowym na pracę w cyklu czterotaktowym.
Cel wynalazku
Celem niniejszego wynalazku jest zapewnienie sposobu sterowania do modulowania momentu obrotowego tłokowego silnika spalinowego wewnętrznego spalania posiadającego komorę spalania o zmiennej objętości i sterowane zawory, proponowany sposób eliminujący wyżej wymienione wady i prowadzący do zwiększonej sprawności silnika i zmniejszonego wpływu na środowisko.
Istota wynalazku
Cele niniejszego wynalazku są osiągane w wyżej wymienionym sposobie, charakteryzującym się tym, że moment obrotowy wymagany dla danych warunków pracy uzyskuje się poprzez dobór objętości komory spalania w połączeniu z doborem czasów otwierania i zamykania zaworów wlotowych w kombinacji z wyborem częstotliwości, z jaką wykonywane są skoki tłok.
O ile wynalazca wie, nikt wcześniej nie proponował połączenia zastosowania zmiennego stopnia sprężania i sterowanych napędów zaworów w tym samym silniku. Korzystnie, przy maksymalnym obciążeniu, stosuje się maksymalną objętość komory spalania. Gdy ładunek jest obniżany, objętość jest zmniejszana, przy jednoczesnym zastosowaniu wcześniejszego zamknięcia zaworów wlotowych, do takiego stopnia, aby osiągnąć optymalną wydajność, która jest maksymalna dla wymaganego trybu pracy. W miarę zmniejszania się obciążenia, moment obrotowy modulowany częstotliwością jest używany, gdy wymagane obciążenie jest osiągane przez wybór częstotliwości skoku przez system sterowania, przy zachowaniu charakterystyki lub parametrów odpowiadających poziomowi obciążenia, przy którym zostało ono osiągnięte. optymalna moc silnik. Jestem gruby niska prędkość obrót silnika wymaga dużego momentu obrotowego, najlepiej w cyklu dwusuwowym. Ponieważ zgodnie z wynalazkiem stosowanie zmiennego stopnia sprężania łączy się z zastosowaniem sterowanych siłowników zaworów, uzyskuje się efekty synergiczne, na przykład większą redukcję zużycia paliwa niż suma redukcji zużycia paliwa, które można osiągane przez oddzielne zastosowanie zmiennego stopnia sprężania lub sterowanych siłowników zaworów.
Zmienny stopień sprężania to zmiana objętości między tłokiem a górną częścią cylindra w górnym martwym punkcie tłoka.
Zawory sterowane lub siłowniki zaworów sterowanych to zawory, których czasy otwarcia i zamknięcia, a także skok i powierzchnia sterowane są za pomocą siłowników, które są uruchamiane sygnałami z układu sterowania zaworami. Zawory sterowane mają siłowniki, które są uruchamiane pneumatycznie, hydraulicznie, elektromagnetycznie lub w inny podobny sposób.
Skok roboczy to skok tłoka, podczas którego energia masy gazu, rozszerzająca się podczas procesu spalania, zamienia się w Praca mechaniczna... Uderzenia mogą odbywać się w cyklach optymalnych lub normalnych, jak w nowoczesnych silnikach.
Bieg jałowy to skok tłoka bez wymiany gazu, dopływu powietrza lub spalania; żadna praca nie jest wykonywana podczas bezczynności. Podczas tego skoku dochodzi do niewielkich strat tarcia i strat ciepła. Podczas pracy na biegu jałowym przez silnik nie jest pompowane powietrze ani mieszanka paliwowo-powietrzna. Na biegu jałowym zakłada się, że przynajmniej zawory wlotowe są sterowane i utrzymywane w stanie zamkniętym podczas biegu jałowego, zapobiegając przedostawaniu się powietrza, dopóki nie zostaną ponownie otwarte. Jednak zgodnie z wynalazkiem korzystne jest, aby zawory wydechowe były również sterowalne.
Częstotliwość skoków można zmieniać w zakresie od 0 do 100% prędkości silnika. Częstotliwość tę można wybrać wykonując suw mocy podczas każdego n-tego obrotu silnika, podczas gdy pozostałe suwy są na biegu jałowym. Alternatywnie wykonywana jest sekwencja suwów pracy i bieg jałowy jest wykonywany podczas każdego n-tego obrotu silnika. Wymagany moment obrotowy jest mierzony przez czujnik i przekazywany do układu sterującego, który wybiera częstotliwość skoków roboczych.
Skok optymalny to skok, podczas którego wykonywana praca jest możliwie największa, biorąc pod uwagę istniejące warunki ekonomiczno-środowiskowe oraz zużycie paliwa. Zapewnienie wymaganego momentu obrotowego poprzez dobór częstotliwości optymalnych skoków roboczych pozwala uzyskać najlepszą wydajność operacyjną.
Podczas pracy w cyklu czterotaktowym optymalny skok obejmuje wcześniejsze zamknięcie zaworów ssących, cykl Millera, w przeciwieństwie do konwencjonalnego nowoczesne silniki i opóźnione otwarcie zawory wydechowe, cykl Atkinsona, w przeciwieństwie do tradycyjnej praktyki. Objętość komory spalania dobierana jest z rozważań uzyskania, jeśli to możliwe najlepszy wynik w danych warunkach, w wyniku czego objętość komory spalania wynosi około 20-80% maksymalnej objętości komory spalania, a korzystnie 30-50% określonej objętości maksymalnej.
Eksperymentując z silnikiem, można określić odpowiednie wartości parametrów dla każdej prędkości silnika. Alternatywnie system sterowania może być adaptacyjny, to znaczy samouczący się.
Skok optymalny dla cyklu dwusuwowego różni się od skoku optymalnego dla cyklu czterosuwowego, ponieważ ciśnienie w cylindrze, które występuje, gdy zawory wydechowe są otwarte, musi być wykorzystane do wymiany gazu. Gwałtowne otwarcie zaworów wydechowych powoduje impuls spalin, który z kolei wytwarza niskie ciśnienie w cylindrze, tj. ciśnienie poniżej 1 atmosfery. Zawory wydechowe są zamykane, a następnie otwierają się zawory wlotowe, aby jak najlepiej wykorzystać zamknięcie zaworów wydechowych i niskie ciśnienie do wlotu odpowiedniej ilości powietrza przed następnym suwem sprężania i następnym suwem pracy. Optymalne skoki można również wykonać za pomocą portów wylotowych, które otwierają się lub pozostają otwarte, gdy tłok osiągnie dno martwe zwrotnica.
Podczas cyklu dwusuwowego można zastosować pompę czyszczącą, odpowiedzialną za wymianę gazową w całości lub w części, w połączeniu z niskim ciśnieniem w butli.
W pewnych warunkach roboczych może być konieczne odejście od optymalnych skoków roboczych, na przykład, gdy wymagana jest maksymalna wydajność lub w innych ekstremalnych warunkach.
Silnik i jego układ sterowania można zaprojektować z możliwością ustawienia więcej niż jednego zestawu optymalnych parametrów skoku dla danej prędkości obrotowej silnika przy zastosowaniu dwóch lub więcej rodzajów paliwa, które ze względu na różnicę w ich właściwościach odpowiadają różnym optymalnym uderzeń. Przykładami takich kombinacji są benzyna i alkohol etylowy. Na każdą prędkość obrotową przypada jeden zestaw. optymalne parametry skok roboczy dla benzyny i inny - dla alkoholu etylowego.
Zgodnie z niniejszym wynalazkiem, układy zasilania powietrzem i paliwem są wstępnie skonfigurowane tak, że te same masy powietrza i paliwa oraz ta sama mieszanka powietrza i paliwa są wykorzystywane do spalania w każdym suwie przy danej prędkości silnika do spalania, jak w innych suwach przy tej samej prędkości obrotowej. Dodatkowo do uderzeń roboczych możliwe ilości recyrkulowane gazy odlotowe są takie same. Ponieważ warunki spalania powtarzają się i nie zmieniają, prowadzi to do tego, że dla każdego skoku roboczego występującego przy stała prędkość obroty silnika, ta sama praca jest wykonywana i skład chemiczny spaliny pozostają stałe, co ułatwia czyszczenie spalin.
W konwencjonalnych tłokowych silnikach spalinowych pracujących w cyklu czterosuwowym spalanie suwowe następuje przy co drugim obrocie silnika, natomiast w silniku pracującym w cyklu dwusuwowym następuje przy każdym obrocie silnika. Układy wymiany gazowej takich silników uniemożliwiają inne okresy skoków, ponieważ przez silnik pompowane są powietrze, pozostałości paliwa, takie jak niespalone węglowodory, w wyniku czego spada jego sprawność i wzrasta wpływ na środowisko. W celu wykorzystania wynalazku i jego zalet, zawory i kanały wykorzystywane do wymiany gazowej muszą być w stanie zamykać się podczas jednego lub więcej kolejnych suwów jałowych, co jest często stosowane przy częściowym obciążeniu. Odpowiednio, wynalazek wymaga sterowanych zaworów, co najmniej sterowanych zaworów wlotowych.
W przypadku stosowania zaworów sterowanych, których otwieranie i zamykanie oraz ewentualnie podnoszenie jest kontrolowane przez cyfrowy układ sterowania z czujnikami określającymi położenie wału korbowego i/lub położenie tłoka i prędkość obrotową silnika oraz odpowiednie środki elektroniczne oraz oprogramowanie wymianę gazu i skoki robocze można wykonywać tylko wtedy, gdy jest to konieczne. Przez resztę czasu zawory, a przynajmniej zawory wlotowe, pozostają zamknięte. Oznacza to, że częstotliwość suwów optymalnych jest dobierana tak, aby osiągnąć wymagany moment obrotowy.
Metoda sterowania wykorzystuje cyfrowy system sterowania, który w każdym momencie określa żądany moment obrotowy. Jeżeli moment ten mieści się w zakresie, w jakim można go osiągnąć przy optymalnych skokach roboczych, najlepiej od biegu jałowego do 50% obciążenia, to układ sterowania dobiera określoną częstotliwość skoków roboczych, czyli taką, która powinna zapewnić osiągnięcie wymagany moment obrotowy. Przy danej wartości prędkości obrotowej skoki robocze zapewniają wykonanie tej samej pracy dla każdego wytworzonego skoku roboczego. Dlatego częstotliwość ta jest pożądaną częstotliwością suwów, aby osiągnąć wymaganą wartość momentu obrotowego.
Zawory sterowane zapewniają dopływ powietrza i paliwa oraz odprowadzanie spalin, a także wymianę gazu bezpośrednio przed i po suwach roboczych. Przy doborze częstotliwości, z jaką wykonywany jest skok roboczy przy każdym obrocie, wymiana gazowa musi również następować przy każdym obrocie, jak w silnik dwusuwowy... Wymianę gazową można również przeprowadzić jak w nowoczesnych silnikach czterosuwowych, czyli z wykorzystaniem suwu ssania, w wyniku czego przy co drugim obrocie silnika wykonywany jest suw roboczy. Zgodnie z niniejszym wynalazkiem, określony moment obrotowy uzyskuje się poprzez wybór częstotliwości cykli dwusuwowych lub cykli czterosuwowych, lub takiej częstotliwości, przy której jeden lub więcej cykli dwusuwowych jest połączonych z jednym lub większą liczbą cykli czterosuwowych. Zgodnie z niniejszym wynalazkiem, dla różnych cylindrów silnika można dobierać różne częstotliwości skoku. Jeśli zawory wlotowe są sterowalne, ale zawory wydechowe nie, to można wykonać tylko cztery cykle.
System sterowania, w odpowiedzi na żądanie kierowcy zwiększenia lub zmniejszenia momentu obrotowego, na przykład za pomocą pedału przyspieszenia w sposób konwencjonalny lub podobny, steruje proporcją skoków w stosunku do liczby skoków na biegu jałowym silnik. W ten sposób skoki są zoptymalizowane zgodnie z powyższą definicją, ponieważ system sterowania jest również w stanie kontrolować objętość komory spalania w kontrolowanym zakresie, a także ilość dostarczanego powietrza poprzez czas otwierania i zamykania wlotu zawory i ewentualnie wielkość skoku zaworu.
Silnik jest sterowany przez zmianę liczby suwów w stosunku do liczby suwów biegu jałowego dla każdego cylindra oraz przez zmianę tego stosunku w zależności od cylindra. Układ sterowania steruje silnikiem poprzez sterowanie otwieraniem i zamykaniem zaworów wlotowych i wylotowych, odpowiednio, w komorze spalania każdego cylindra, lub otwieraniem i zamykaniem tylko zaworów wlotowych, jeżeli zawory wylotowe nie są sterowalne. W ten sposób otwieranie i zamykanie zaworów wlotowych i ewentualnie także zaworów wydechowych opiera się na momencie obrotowym wymaganym od strony kierowcy. Sterowanie odbywa się za pomocą sygnałów sterujących z jednostki sterującej związanej z układem sterowania. Jeżeli zawory wydechowe nie są sterowalne, suwy muszą być wykonywane w cyklu czterosuwowym. Jeśli oba zawory dolotowe i wydechowe są zaworami sterowanymi, system sterowania można skonfigurować tak, aby przełączał się między cyklami czterosuwowymi i dwusuwowymi w cylindrach silnika. Na przykład jeden cylinder może pracować w cyklu dwusuwowym, a drugi w cyklu czterosuwowym. Układ sterowania musi być w stanie obliczyć, w jakich warunkach cykle dwutaktowe lub czterotaktowe są najbardziej efektywne i na tej podstawie wybrać jeden z tych typów cykli i zastosować określoną częstotliwość skoków roboczych. W związku z tym sposób sterowania obejmuje wybór między cyklem przeciwsobnym a cyklem czterosuwowym w oparciu o te z góry określone warunki. System sterowania zawiera jednostkę sterującą, która zawiera odpowiedni program komputerowy zapisany na nośniku pamięci. Jednostka sterująca jest funkcjonalnie powiązana z pewnymi obwodami, na przykład do pneumatycznego, hydraulicznego, elektromagnetycznego lub innego uruchamiania siłowników, które sterują działaniem co najmniej zaworów wlotowych, ale ewentualnie także zaworów wylotowych. Jednostka sterująca może być zaprojektowana na przykład tak, aby sterowała elektrozaworami zainstalowanymi w obwodzie siłownika do elementów wykonawczych, które działają na zawory ssące lub wydechowe silnika. Jednostka sterująca jest funkcjonalnie powiązana z elementem żądającym momentu obrotowego, takim jak pedał przyspieszenia, za pomocą którego kierowca żąda zwiększenia lub zmniejszenia momentu obrotowego silnika. Układ sterowania momentem modulowanym częstotliwościowo może być częścią układu, na przykład częścią odpowiadającą trybowi ekonomiczna praca, w większym układzie sterowania, który kontroluje również inne cechy lub parametry danego silnika.
Im mniejsze obciążenie, tym większe względne zmniejszenie zużycia paliwa i wpływu na środowisko osiągnięte dzięki wynalazkowi. Silnik i jego układ sterowania można zaprojektować tak, aby obejmował zarówno cały zakres pracy silnika z różnymi częstotliwościami optymalnych skoków roboczych, jak i sterowanie tylko jednym parametrem.
Bez odchodzenia od zakresu niniejszego wynalazku, możliwe jest zapewnienie, aby tylko powietrze lub kombinacja paliwa i powietrza wchodziły i gromadziły się w cylindrze podczas jednego lub więcej obrotów silnika, na przykład w celu poprawy mieszania i/lub konwersji paliwo na gaz. Wynalazek nie ogranicza się do wyboru tylko bezwzględnie optymalnych skoków lub do wyboru optymalnej częstotliwości.
Tak więc, zgodnie z wynalazkiem, zapewniono sposób sterowania do modulowania momentu obrotowego tłokowego silnika spalinowego wewnętrznego spalania, który ma komorę spalania o zmiennej objętości i sterowane zawory dolotowe, w którym moment obrotowy wymagany dla z góry określonego trybu pracy jest osiągany przez dobór objętości komory spalania w połączeniu z doborem czasów otwierania i zamykania zaworów ssących w połączeniu z doborem częstotliwości wykonywania suwów roboczych.
W takim przypadku preferowane jest:
Przy maksymalnym obciążeniu stosować maksymalną objętość komory spalania,
Wraz ze spadkiem obciążenia zmniejsza się objętość komory spalania, a zamykanie zaworów wlotowych odbywa się wcześniej, oraz
Przy dalszym zmniejszaniu obciążenia wybierana jest częstotliwość skoków roboczych.
Wybór częstotliwości uderzeń jest korzystnie przeprowadzany od biegu jałowego do 50% maksymalnego obciążenia.
Korzystnie zawory wydechowe są sterowalne, a objętość komory spalania jest dobierana w połączeniu z doborem czasów otwierania i zamykania zarówno zaworów wlotowych, jak i zaworów wydechowych, a także w połączeniu z doborem częstotliwości uderzeń.
Korzystnie silnik ma wiele cylindrów, a dla różne cylindry wybierz różne częstotliwości uderzeń roboczych.
Skoki robocze można wykonywać przy zaawansowanym zamykaniu zaworów wlotowych. Skoki mogą być również wykonywane z opóźnionym otwarciem zaworów wydechowych.
Na przykład objętość komory spalania jest regulowana tak, aby wynosiła 20-80% jej maksymalnej objętości, gdy wybrana jest częstotliwość skoków. Korzystnie objętość komory spalania wynosi 30-50% jej maksymalnej objętości, gdy wybrana jest częstotliwość suwu.
Przy z góry określonej prędkości silnika, która jest niezależna od momentu obrotowego, każdy suw spala korzystnie zasadniczo taką samą masę powietrza i paliwa oraz zasadniczo taki sam stosunek powietrza do paliwa, jak inne suwy.
Dodatkowo w zależności od żądanego momentu obrotowego w proponowanej metodzie sterowania dwusuwowy lub cykl czterosuwowy, a skoki robocze wykonywane są w cyklu dwutaktowym i czterotaktowym.
Ponadto w proponowanej metodzie sterowania wykorzystuje się system sterowania z program komputerowy który za pomocą sygnału sterującego, na podstawie żądanego przez sterownik momentu obrotowego, wybiera częstotliwość skoku, czas reakcji zaworu, skok zaworu, objętość komory spalania oraz pracę w cyklu dwutaktowym lub czterotaktowym.
Krótki opis rysunków
Rysunek przedstawia schematycznie silnik, w którym zaimplementowano sposób według niniejszego wynalazku.
Krótki opis przykładu wykonania wynalazku
Rysunek przedstawia schematycznie cylinder 1 z tłokiem 2. Podczas suwu ssania w cyklu czterosuwowym tłok 2 porusza się i powietrze, ewentualnie wraz z paliwem, przepływa przez otwarty zawór wlotowy 3. Zawór wydechowy 4 jest zamknięty. Do zmiany objętości komory spalania 6 stosuje się tłok 5 o zmiennym stopniu sprężania, wskazana objętość to objętość pomiędzy tłokiem 2 a stropem cylindra 1 w górnym martwym punkcie tłoka 2. Do uruchomienia siłowników w celu sterowania zaworami 3 i 4 oraz tłokiem 5 o zmiennym stopniu sprężania, obwód pneumatyczny 7. Jednostka sterująca 8 jest funkcjonalnie połączona z obwodem 7 w celu sterowania tym obwodem za pomocą sygnałów i sterowania zaworami 3 i 4 powiązanymi z obwodem 7, jak również tłok 5 o zmiennym stopniu sprężania. Element 9, na przykład pedał przyspieszenia, jest czynnie połączony z jednostką sterującą 8 w celu wysłania żądania wytworzenia momentu obrotowego. Czujnik 10, umieszczony w pobliżu tarczy z podziałką 12, która jest zamontowana na wał korbowy 11, jest funkcjonalnie połączony z jednostką sterującą 8 i problemy najnowsze informacje o prędkości obrotowej i położeniu wału korbowego i/lub położeniu tłoka 2 w cylindrze 1. Jednostka sterująca 8 decyduje, kiedy sterowane zawory 3 i 4 mają się otwierać lub zamykać oraz w jakiej pozycji ma znajdować się tłok 5 o zmiennym stopniu sprężania, a kiedy tłok 2 znajduje się w górnym martwym centrum. Sterowane zawory 3 i 4 są uruchamiane na przykład środkami elektromagnetycznymi, hydraulicznymi lub pneumatycznymi. Tłok 5 o zmiennym stopniu sprężania jest poruszany na przykład za pomocą środków elektromagnetycznych, hydraulicznych lub pneumatycznych. Tłok 5 o zmiennym stopniu sprężania może być połączony z wałem korbowym 11 (nie pokazano) i może być skonfigurowany do wykonywania zmiennego ruchu posuwisto-zwrotnego w koordynacji z ruchem tłoka 2. Ponadto, w system automatyczny Tłok sterujący 5 o zmiennym stopniu sprężania może w sposób ciągły poszukiwać położenia, w którym osiągane jest optymalne sprężanie.
1. Sposób sterowania do modulowania momentu obrotowego silnika spalinowego tłokowego, w którym znajduje się komora spalania (6) o zmiennej objętości i sterowanych zaworach dolotowych (3), charakteryzująca się tym, że moment obrotowy wymagany dla z góry określonego trybu pracy jest osiągany przez dobór objętości komory (6) spalania w połączeniu z doborem czasów otwierania i zamykania zaworów ssących (3) w połączeniu z doborem częstotliwości z jaką wykonywane są suwy.
2. Sposób sterowania według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że przy maksymalnym obciążeniu stosuje się maksymalną objętość komory spalania, przy zmniejszeniu obciążenia zmniejsza się objętość komory spalania i zamyka się zawory wlotowe (3) wykonuje się wcześniej i przy dalszym spadku obciążenia wybierana jest częstotliwość skoków roboczych ...
3. Sposób sterowania według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że wybór częstotliwości suwów roboczych jest dokonywany począwszy od biegu jałowego do 50% maksymalnego obciążenia.
4. Sposób sterowania według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że zawory wydechowe są sterowalne, a objętość komory spalania (6) jest dobierana w połączeniu z wyborem czasu otwarcia i zamknięcia obu zaworów wlotowych (3) oraz zawory wydechowe (4), a także w połączeniu z doborem częstotliwości wykonywania suwów roboczych.
5. Sposób sterowania według zastrz. 1, znamienny tym, że silnik ma wiele cylindrów (1) i dla różnych cylindrów (1) dobierane są różne częstotliwości suwów.
6. Sposób sterowania według zastrz. 1, znamienny tym, że suwy robocze są wykonywane z wyprzedzającym zamknięciem zaworów wlotowych (3).
7. Sposób sterowania według zastrz. 4, znamienny tym, że suwy są wykonywane z opóźnionym otwarciem zaworów wydechowych (4).
8. Sposób sterowania według zastrz. 1, znamienny tym, że objętość komory spalania (6) reguluje się tak, aby wynosiła 20-80% jej maksymalnej objętości, gdy wybrana jest częstotliwość suwów.
9. Sposób sterowania według zastrz. 1, znamienny tym, że objętość komory spalania (6) wynosi 30-50% jej maksymalnej objętości, gdy wybrana jest częstotliwość suwów.
10. Sposób sterowania według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że przy z góry określonej prędkości obrotowej silnika, która nie zależy od momentu obrotowego, przy każdym suwie roboczym spalana jest zasadniczo ta sama masa powietrza i paliwa i zasadniczo taka sama -stosunek paliwa jak w przypadku innych suwów roboczych.
11. Sposób sterowania według dowolnego z zastrzeżeń 4 do 10, znamienny tym, że w zależności od żądanego momentu obrotowego wybierany jest cykl dwutaktowy lub czterotaktowy, a suwy robocze są wykonywane w cyklu dwutaktowym i czterotaktowym. -cykl skoku.
12. Sposób sterowania według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że wykorzystuje układ sterowania (8) z programem komputerowym, który za pomocą sterowania sygnałowego, w oparciu o wartość momentu obrotowego żądaną przez kierowcę, wybiera częstotliwość suwów roboczych , czas reakcji zaworu, skok zaworu , objętość komory spalania (6) oraz praca w cyklu dwutaktowym lub czterotaktowym.
Przez ponad wiek życia silnik spalinowy (ICE) zmienił się tak bardzo, że po przodku pozostała tylko zasada działania. Prawie wszystkie etapy modernizacji miały na celu zwiększenie sprawności silnika. Wskaźnik wydajności można nazwać uniwersalnym. Ukrytych jest w nim wiele cech - zużycie paliwa, moc, moment obrotowy, skład spalin itp. Powszechne stosowanie nowych pomysłów technicznych - wtrysku paliwa, elektronicznego zapłonu i systemów zarządzania silnikiem, 4, 5, a nawet 6 zaworów na cylinder - odegrało pozytywna rola w zwiększaniu sprawności silników.
Niemniej jednak, jak pokazał Geneva Motor Show, do zakończenia procesu modernizacji ICE jest jeszcze długa droga. Na tym popularnym międzynarodowym pokazie samochodowym Firma SAAB zaprezentowała efekt 15 lat pracy - prototyp nowego silnika o zmiennym stopniu sprężania - SAAB Variable Compression (SVC), który stał się sensacją w świecie silników.
technologia SVC oraz szereg innych zaawansowanych i niekonwencjonalnych pod względem istniejące koncepcje O ICE techniczne rozwiązania umożliwiły nadanie nowości o fantastycznych właściwościach. Tak więc pięciocylindrowy silnik o pojemności zaledwie 1,6 litra, stworzony dla konwencjonalnego maszyny seryjne, rozwija niesamowitą moc 225 KM. i moment obrotowy 305 Nm. Inne cechy, które dziś są szczególnie ważne, okazały się znakomite – zużycie paliwa przy średnich obciążeniach zostało zredukowane aż o 30%, a emisja CO2 została zmniejszona o tyle samo. Jeśli chodzi o CO, CH i NOx, itp., według twórców, są one zgodne ze wszystkimi istniejącymi i planowanymi w najbliższej przyszłości normami toksyczności. Ponadto zmienny stopień sprężania daje silnikowi SVC możliwość pracy przy różne marki benzyna - od A-76 do AI-98 - praktycznie bez pogorszenia wydajności i wykluczenia pojawienia się detonacji.
Niewątpliwie istotną zaletą takich cech jest technologia SVC, tj. w możliwości zmiany stopnia kompresji. Zanim jednak zapoznamy się ze strukturą mechanizmu, który umożliwił zmianę tej wartości, przywołajmy kilka prawd z teorii konstrukcji silnika spalinowego.
Stopień sprężania
Stopień sprężania to stosunek sumy objętości cylindra i komory spalania do objętości komory spalania. Wraz ze wzrostem stopnia sprężania w komorze spalania wzrasta ciśnienie i temperatura, co stwarza korzystniejsze warunki do zapłonu i spalania mieszanki palnej oraz zwiększa efektywność energetyczną paliwa tj. Efektywność. Im wyższy stopień kompresji, tym większa wydajność.
Problemy z tworzeniem silniki benzynowe wysoka kompresja nie jest i nigdy nie była. I nie robią ich z następującego powodu. Podczas suwu sprężania takich silników ciśnienie w cylindrach wzrasta do bardzo wysokich wartości. Powoduje to w naturalny sposób wzrost temperatury w komorze spalania i stwarza dogodne warunki do pojawienia się detonacji. A detonacja, jak wiemy (patrz strona 26), jest niebezpiecznym zjawiskiem. We wszystkich dotychczas wytworzonych silnikach stopień sprężania był stały i był wyznaczany w zależności od ciśnienia i reżim temperaturowy w komorze spalania przy maksymalnym obciążeniu, gdy zużycie paliwa i powietrza jest maksymalne. Silnik nie zawsze pracuje w tym trybie, można nawet powiedzieć bardzo rzadko. Na autostradzie lub w mieście, gdy prędkość jest prawie stała, silnik pracuje przy małych i średnich obciążeniach. W takiej sytuacji po więcej efektywne wykorzystanie paliwo energetyczne byłoby miło mieć wysoki stopień sprężania. Problem ten rozwiązali inżynierowie SAAB - twórcy technologii SVC.
Technologia SVC
Przede wszystkim należy zauważyć, że w nowym silniku zamiast tradycyjnej głowicy bloku i tulei cylindrowych, które były odlewane bezpośrednio w bloku lub wprasowywane, jest jedna monogłowica, która łączy głowicę bloku i cylinder wkładki. Aby zmienić stopień sprężania, a raczej objętość komory spalania, mono-głowica jest ruchoma. Z jednej strony osadzony jest na wale pełniącym funkcję podpory, z drugiej spoczywa i jest napędzany oddzielnym mechanizm korbowy... Promień korby zapewnia przesunięcie głowicy względem osi pionowej o 40. To wystarczy, aby zmienić objętość komory i uzyskać stopień sprężania od 8:1 do 14:1.
Wymagany stopień sprężania określa elektroniczny system zarządzania silnikiem SAAB Trionic, który monitoruje obciążenie, prędkość, jakość paliwa i na tej podstawie steruje hydraulicznym napędem korbowym. Tak więc przy maksymalnym obciążeniu współczynnik kompresji jest ustawiony na 8: 1, a na minimum - 14: 1. Połączenie tulei cylindrowych z głowicą, między innymi, pozwoliło inżynierom SAAB na zwiększenie kanałów płaszcza chłodzącego idealny kształt, co zwiększyło efektywność procesu odprowadzania ciepła ze ścian komory spalania i tulei cylindrowych.
Mobilność tulei cylindrowych i ich głowic wymagała zmian w konstrukcji bloku silnika. Płaszczyzna połączenia między blokiem a głowicą obniżyła się o 20 cm, szczelność połączenia zapewnia gumowa uszczelka falista, która od góry jest chroniona przed uszkodzeniem metalową obudową.
Mały, ale inteligentny
Dla wielu może stać się niezrozumiałe, jak ponad dwieście „koni” zostało „załadowanych” do silnika o tak małej objętości – w końcu taka moc może niekorzystnie wpłynąć na jego zasoby. Tworząc silnik SVC inżynierowie kierowali się zupełnie innymi zadaniami. Doprowadzenie zasobu motorycznego do wymaganych standardów to zadanie dla technologów. Jeśli chodzi o małą objętość silnika, to odbywa się to w pełnej zgodzie z teorią silników spalinowych. W oparciu o jego prawa, najkorzystniejszy tryb pracy silnika z punktu widzenia zwiększania sprawności jest przy dużym obciążeniu (na zwiększone obroty), gdy przepustnica jest całkowicie otwarta. W tym przypadku maksymalnie wykorzystuje energię paliwa. A ponieważ silniki o mniejszej pojemności skokowej pracują głównie przy maksymalne obciążenia, wtedy ich wydajność jest wyższa.
Sekret doskonałości silniki subkompaktowe pod względem wydajności tłumaczy się to brakiem tak zwanych strat pompowania. Występują przy niskich obciążeniach, gdy silnik pracuje na niskich obrotach, a przepustnica jest tylko nieznacznie otwarta. W tym przypadku podczas suwu ssania w cylindrach powstaje duża próżnia - próżnia, która opiera się ruchowi tłoka w dół i odpowiednio zmniejsza wydajność. Całkowicie otwarte przepustnica nie ma takich strat, ponieważ powietrze dostaje się do cylindrów praktycznie bez przeszkód.
Aby uniknąć strat pompowania o 100%, w nowym silniku inżynierowie SAAB zastosowali również „sprężanie” powietrza pod wysokie ciśnienie- 2,8 atm., Używam dmuchawa mechaniczna- sprężarka. Sprężarka była preferowana z kilku powodów: po pierwsze, żadna turbosprężarka nie jest w stanie wytworzyć takiego ciśnienia doładowania; po drugie, reakcja sprężarki na zmiany obciążenia jest niemal natychmiastowa; nie ma charakterystyki hamowania turbodoładowania. Napełnianie butli nowym ładunkiem w Silnik SAAB ulepszony i za pomocą nowoczesnego popularnego mechanizmu dystrybucji gazu, w którym znajdują się cztery zawory na cylinder oraz dzięki zastosowaniu intercoolera powietrza (Intercooler).
Oceniono prototypowy silnik SVC niemiecka firma do rozwoju silników FEV Motorentechnie w Aachen, jest dość funkcjonalny. Jednak mimo pozytywnej oceny, jakiś czas później zostanie wprowadzony do produkcji seryjnej – po przeróbce i dostosowaniu do potrzeb klientów.