Ważny wskaźnik techniczny nowoczesny silnik spalinowy to stopień sprężania, czyli stosunek objętości cylindra roboczego, gdy tłok znajduje się w tzw. dno martwe punkt (BDC) do objętości komory spalania.
Wzrost stopnia sprężania umożliwia stworzenie najbardziej odpowiednich warunków do zapłonu zespołów paliwowych (mieszanki paliwowo-powietrznej) w komorze spalania, a co za tym idzie - bardziej racjonalnego wykorzystania uwolnionej w tym przypadku energii.
Cechy systemu zmiany kompresji
Stopień sprężania zmienia się w zależności od rodzaju używanego paliwa i warunków pracy silnika. Takie zmiany są uwzględniane i stosowane przez układ regulacji stopnia sprężania.
V benzynowe silniki spalinowe wskaźnik ten ogranicza się wyłącznie do obszaru, w którym następuje detonacja zespołów paliwowych. Przy niskich obciążeniach wzrost kompresji nie prowadzi do procesu detonacji, ale przy zwiększonych obciążeniach detonacja może osiągnąć punkt krytyczny.
Silnik kompresyjny MCE-5
Silnik spalinowy wyposażony w taki układ ma dość złożoną konstrukcję, która wiąże się ze zmianą charakterystyki suwu roboczego tłoków w cylindrach.
Sekator zębaty współpracuje z tłokiem roboczym i tłokiem sterującym. Wahacz jest połączony za pomocą dźwigni z wałem korbowym.
Sekator porusza się pod działaniem tłoka sterującego. Komora nad tłokiem zaczyna wypełniać się olejem, którego objętość jest ściśle kontrolowana przez specjalny zawór.
Gdy sekatory się poruszają, zmienia się położenie GMP tłoka, a w konsekwencji objętość robocza komory spalania zmienia się ze znacznym interwałem sprężania.
Obecnie silnik MCE-5 nie został jeszcze wprowadzony do masowej produkcji, ale ma dobre perspektywy rozwoju w przyszłości.
Nowa koncepcja silnika spalinowego wyposażonego w nowoczesny system kompresja prezentowana przez Lotus Cars. To jest unikalne silnik dwusuwowy nazwany Omnivore, który pozwala na użycie Różne rodzaje paliwa - benzyna, olej napędowy, alkohol, etanol itp.
Górna część komory wyposażona jest w podkładkę, której ruch prowadzi do zmiany objętości komory. Pozwala to na osiągnięcie najwyższego współczynnika kompresji 40 do 1.
Pomimo swojej skuteczności, podobny system kompresja obecnie nie pozwala na osiągnięcie dobry występ stosunkowo ekonomiczne zużycie przyjazność dla paliwa i środowiska silnika dwusuwowego.
Silniki z zmienny stopień kompresja.Rozwój silników oraz poprawa ich mocy i wskaźników ekonomicznych wiąże się ze wzrostem stopnia sprężania. Jednak dla silniki benzynowe wielkość stopnia sprężania jest ograniczona występowaniem nieprawidłowych procesów spalania. Jednym z najniebezpieczniejszych jego rodzajów jest zapłon żarowy. Jazda z zapłonem żarowym jest szczególnie niebezpieczna, gdy jest używana jak z napęd mechaniczny z doładowaniem i turbodoładowaniem. Wzrost temperatury i ciśnienia ładunku w cylindrze, nawet przy wysokooktanowej benzynie, przyczynia się do przegrzania powierzchni komory spalania i przedwczesnego niekontrolowanego zapłonu mieszanki jeszcze przed pojawieniem się iskry. Zwykle zapłon następuje z elektrod świecy lub jej izolatora. W takim przypadku czujnik stuków z reguły nie może wyraźnie zarejestrować momentu rozpoczęcia zapłonu jarzeniowego, ale może prowadzić do pojawienia się nagaru i bocznikowania, gdy długa praca przy małych obciążeniach, na przykład w ruchu miejskim.
Ale znacznie częściej mamy do czynienia z innym rodzajem nieprawidłowego spalania – detonacją. To jest spalanie z wysokie prędkości(do 2000 m/s) pozostałej części ładunku paliwowo-powietrznego w strefie najbardziej oddalonej od świecy zapłonowej. Spaleniu towarzyszą metalowe uderzenia, czasami błędnie określane jako „stuki”. Przy dłuższej pracy z detonacją silnik się przegrzewa, zaczyna się erozja ścian i pękają skoczki. Wszystkie te zjawiska są szczególnie nasilone podczas stosowania ciśnienia. Czujnik stuków, który automatycznie ustawia późniejszy kąt wyprzedzenia zapłonu w momencie pojawienia się stukania, nie rozwiązuje całkowicie problemu, ponieważ z rymem późniejsze rogi wzrasta czas zapłonu, wzrasta temperatura spalin, zawory wydechowe zaczynają się przepalać, kolektor może nawet pękać itp. Dlatego większość silników benzynowych z doładowaniem, nawet z wydajnym układem chłodzenia powietrza doładowującego, ma znacznie niższy stopień sprężania (o około całą jednostkę, przy wszystkich pozostałych parametrach). W rezultacie w głównych trybach pracy (podczas jazdy po płaskiej drodze z stała prędkość gdy obciążenie nie przekracza 2/3 całości) ze względu na niski stopień sprężania, wzrost zużycia paliwa sięga niekiedy 10-20%. Ale dalej ładunki częściowe gdy ciśnienie i temperatura ładunku w cylindrze spadają, można uniknąć nienormalnych procesów. Wydawałoby się, że w tych trybach należy również podnieść stopień kompresji. Od dawna marzeniem inżynierów było stworzenie urządzenia do zmiany stopnia kompresji w ruchu. Do silniki samochodowe pracując przez znaczną część czasu przy gwałtownie zmiennych obciążeniach, głównym problemem jest możliwość zmiany stopnia sprężania w ułamku sekundy, np. przy przełączaniu z trybu bezczynny ruch do pełnego obciążenia, szczególnie podczas przyspieszania pojazdu o niższe biegi... Istotnym problemem w rozwoju silnika o zmiennym stopniu sprężania jest ciągłe zaostrzanie wymagań dotyczących emisji tlenków azotu, które rosną wraz z wysokie temperatury i ciśnienie podczas spalania. Ale używaj do silniki seryjne potrójny katalizatory oraz systemy mikroprocesorowe Zarządzanie silnikiem, w tym kontrola zapłonu i kontrola stopnia sprężania, mogą rozwiązać te problemy. Dodatkowym powodem zwiększonego zainteresowania rozwojem silnika o zmiennym stopniu sprężania w celu poprawy efektywności paliwowej jest niedawne skupienie się na wielkości emisji CO2 związanej z efektem cieplarnianym na całym świecie. Aby go zmniejszyć, konieczne jest zmniejszenie zużycia paliwa. Jednocześnie celowość optymalizacji stopnia kompresji dla różne tryby determinują stale rosnące wymagania dotyczące emisji CO, CH, a zwłaszcza tlenków azotu.
Jest wiele oryginalne rozwiązania regulacja stopnia kompresji. Jednym z nich była egzekucja dodatkowa kamera w głowicy bloku z zaworem, który odłącza go od głównej komory spalania podczas przełączania na obciążenia częściowe. Główna wada ta decyzja to wzrost powierzchni komory spalania i odpowiednio zwiększone straty w czynniku chłodzącym, przegrzanie zaworu, straty dynamiczne gazu.
Podobnym rozwiązaniem było zamontowanie w głowicy cylindra dodatkowego tłoka hydraulicznego, który po przemieszczeniu zmieniał objętość komory spalania.
Innym kierunkiem była zmiana geometrii mechanizmu korbowego wodzika poprzez wychylenie drążka prowadzącego lub stworzenie innych wariantów mechanizmu korbowego, pozwalających na zmianę położenia tłoka względem głowicy cylindra.
Oryginalnym rozwiązaniem było zastosowanie kompozytowego tłoka teleskopowego z napędem hydraulicznym, który automatycznie przesuwa denka tłoka w zależności od średniego ciśnienia w cylindrze: wraz ze wzrostem napełnienia, a co za tym idzie ciśnienia gazu w cylindrze, wyciskany jest olej komory roboczej dno jest zagłębione w tłok i zwiększa się objętość komory spalania ... Ale te silniki są w produkcja seryjna nie pojawił się ze względu na znaczną komplikację projektu. Ponadto zmiana stopnia kompresji zajęła zbyt dużo czasu.
W silnikach zastosowano rzeczywiste rozwiązanie zmiany stopnia sprężania, aby określić klasę oktanową paliwa. Osiągnięto to poprzez przesunięcie cylindra z głowicą cylindra względem wał korbowy... Jednak w przypadku tych silników nie ma czasu na zmianę stopnia sprężania. kluczowy.
Jak na nowoczesny samochód orginalny wzór Silnik o zmiennym stopniu sprężania na tej samej zasadzie został opracowany przez firmę znaną z wielu odważnych, progresywnych rozwiązań. Jest to szczególnie ważne, ponieważ 5-cylindrowy rzędowy silnik 1,6 l o długim skoku (S / D = 88 / 68 mm) został wyposażony w mechanicznie napędzaną sprężarkę wyporową, która zapewnia ciśnienie doładowania do 2,8 bara. Łożyska wału korbowego znajdują się w skrzyni korbowej. Monoblok cylindrów jest zintegrowany z głowicą, w której zawory i wałki rozrządu... Skrzynia korbowa i monoblok mają wspólną oś. Mechanizm mimośrodowy z korbowodem na sygnale jednostka elektroniczna sterowanie obraca monoblok względem skrzyni korbowej o 40 stopni, a stopień sprężania zmienia się z 8 (przy pracy z doładowaniem) do 14 (przy niskich obciążeniach). Silnik rozwija 165 kW przy 6000 obr./min (140 KM) i maksymalny moment obrotowy 305 Nm przy 4000 obr./min. Te wskaźniki wydajności odpowiadają konwencjonalnemu silnikowi o pojemności roboczej 3 litrów.
1. ramię łączące
2. przekładnia synchronizacyjna
3. stojak na tłok
4. Tłok roboczy
5. zawór wydechowy
6. głowica cylindra
7. zawór wlotowy
8. Sterowanie tłokiem
Silnik VC-T. Zdjęcie: Nissan
Japoński producent samochodów Nissan Motor wprowadził nowy typ benzynowego silnika spalinowego, który pod pewnymi względami przewyższa zaawansowane współczesne. silniki Diesla.
Nowy silnik Variable Compression-Turbo (VC-T) jest zdolny do zmień stopień kompresji gazowy mieszanina palna czyli zmienić skok tłoków w Butle lodowe... Ten parametr jest zwykle ustalony. Podobno VC-T będzie pierwszym w Lodowy świat z zmienny stopień kompresowanie mieszaniny.
Stopień sprężania - stosunek objętości przestrzeni nadtłokowej cylindra silnika wewnętrzne spalanie gdy tłok jest w dolnym martwy środek (maksymalna głośność cylinder) do objętości przestrzeni nadtłokowej cylindra, gdy tłok znajduje się 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 oraz samochody wyścigowe może wynosić nawet 12:1 lub więcej. Wraz ze wzrostem stopnia sprężania silnik potrzebuje paliwa o wyższej liczbie oktanowej.
Silnik VC-T. Zdjęcie: Nissan
Ilustracja pokazuje 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 śmigła bliskiej optymalnej, niezależnie od prędkości 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 pokazała prototyp takiego silnika Saab o zmiennej kompresji (SVC) dla Saaba 9-5, za który zdobyła szereg nagród na wystawach technicznych. Następnie szwedzka firma została kupiona przez koncern Silniki ogólne i przestał 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 o godz Salon Samochodowy w Paryżu... Ten dwulitrowy silnik czterocylindrowy będzie miał mniej więcej taką samą moc i moment obrotowy jak 3,5-litrowy V6, który zajmie jego miejsce, ale zapewni 27% oszczędności paliwa w porównaniu z nim.
Inżynierowie Nissana twierdzą również, że VC-T będzie tańszy niż dzisiejsze zaawansowane turbodoładowane silniki wysokoprężne i będzie w pełni zgodny z obecnymi przepisami dotyczącymi emisji NOx i innymi. spaliny- takie zasady obowiązują w Unii Europejskiej i niektórych innych krajach.
Później Infiniti nowość planuje się wyposażyć inne silniki Samochody Nissan i ewentualnie firma partnerska Renault. 
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 technologii eksperymentalnej.
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 zdolny do zmień stopień kompresji gazowa mieszanka palna, czyli do zmiany skoku tłoków w cylindrach silnika spalinowego. 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 (całkowita objętość cylindra) do objętości przestrzeni nadtłokowej cylindra w położeniu tłoka w górnym martwym punkcie, to znaczy do objętości komory spalania.
Wzrost stopnia sprężania generalnie zwiększa jego moc i zwiększa sprawność silnika, czyli przyczynia się do zmniejszenia zużycia paliwa.
Konwencjonalne silniki benzynowe zazwyczaj mają stopień sprężania od 8:1 do 10:1, podczas gdy w samochodach sportowych i wyścigowych może on wynosić nawet 12:1 lub więcej. Wraz ze wzrostem stopnia sprężania silnik potrzebuje paliwa o wyższej liczbie oktanowej.
Silnik VC-T. Zdjęcie: Nissan
Ilustracja pokazuje 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 zawieszenia wielowahaczowego ( 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 śmigła bliskiej optymalnej, niezależnie od prędkości nośnika w strumieniu.
Technologia zmiany stopnia sprężania silnika spalinowego umożliwia utrzymanie mocy silnika przy jednoczesnym spełnieniu surowych norm dotyczących sprawności silnika. Jest to prawdopodobnie najbardziej realistyczny sposób na spełnienie tych standardów. „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 czterocylindrowy silnik o pojemności 2,0 litra będzie miał mniej więcej taką samą moc i moment obrotowy jak 3,5-litrowy silnik 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 obowiązującymi przepisami dotyczącymi emisji tlenków azotu i innych emisji spalin – takie przepisy obowiązują w Unii Europejskiej i niektórych innych krajach.
Po Infiniti w nowe silniki planowane jest wyposażenie innych samochodów Nissana i ewentualnie firmy partnerskiej Renault.
Silnik VC-T. Zdjęcie: Nissan
Można założyć, że skomplikowana konstrukcja silnika spalinowego na początku raczej nie będzie niezawodna. Z zakupem auta z silnikiem VC-T warto poczekać kilka lat, chyba że chcesz wziąć udział w testowaniu technologii eksperymentalnej.
Niedawno na Paris Motor Show marka Infiniti (czytaj, Sojusz Renault-Nissan) wprowadził silnik o zmiennym stopniu sprężania. Opatentowana technologia Variable Compression-Turbocharged (VC-T) pozwala na zróżnicowanie tego stopnia, dosłownie wysysając cały sok z silnika.
W „idealnym wszechświecie” zasada jest prosta – im wyższy stopień sprężania mieszanki paliwowo-powietrznej, tym lepiej. Mieszanina maksymalnie się rozpręża, tłoki poruszają się tak, jak były nawinięte, a zatem moc i Sprawność silnika maksymalny. Innymi słowy, paliwo jest spalane niezwykle wydajnie.
Wszystko byłoby super, gdyby nie sam charakter paliwa. W trakcie zastraszania jego cierpliwość czasami osiąga granicę: im gładko spala się mieszanina, tym lepiej, ale przy dużych obciążeniach ( wysoki stopień kompresja, wysoka prędkość) mieszanina zaczyna raczej eksplodować niż palić. Zjawisko to nazywa się detonacją i jest bardzo destrukcyjne. Ściany komory spalania i sam tłok ulegają silnym obciążeniom udarowym i stopniowo, ale dość szybko, zapadają się. Dodatkowo spada sprawność silnika - normalna ciśnienie operacyjne spada na tłok.
Tak więc najbardziej opłacalną opcją jest sytuacja, gdy silnik w dowolnym trybie pracuje na granicy detonacji, zapobiegając temu zjawisku. Inżynierowie Infiniti sporządzili wykres, na którym nakreślili efektywne tryby pracy silnika w zależności od obciążenia, prędkości i stopnia sprężania mieszanki paliwowo-powietrznej. (W rzeczywistości efektywność spalania paliwa można poprawić w inny sposób, np. zwiększając liczbę zaworów na cylinder, dostosowując ich harmonogram pracy, a nawet wybierając miejsce nad tłokiem, gdzie kierowany jest wtrysk porcji paliwa Oczywiście o tym pamiętamy.) Pierwsze dwa parametry, co zrozumiałe, zależą zarówno od czynników zewnętrznych, jak i od starannego doboru przekładni. I trzeci – stopień kompresji – również zdecydowano się na zmianę w zakresie od 8:1 do 14:1.
Technicznie wygląda to na wprowadzenie do konstrukcji mechanizmu korbowego. dodatkowy element- wahacze między korbowodem a wałem korbowym. Wahacz napędzany jest silnikiem elektrycznym - dźwignię można tak przesunąć, aby skok tłoka wahał się w granicach 5 mm. To wystarczy, aby znacząco zmienić stopień kompresji.
Nie ma zalet bez wad. Na pierwszy rzut oka są oczywiste: wzrost złożoności konstrukcji, pewien przyrost masy… Grzechem jest jednak narzekać na te wady – silnik okazał się bardzo wyważony, dzięki czemu wałki wyważające zostały usunięte z projektu. Jest również prawdopodobne, że silnik jest szczególnie wrażliwy na markę i jakość paliwa. Wydaje się, że problem ten – przynajmniej w dużym stopniu – rozwiązują metody programowe.
Ponieważ nazwa technologii zawiera słowo Turbocharged, oczywiste jest, że takie silniki będą turbodoładowane. Pierwszy z nich – dwulitrowy 270-konny silnik zmieści się pod maską crossovera Infiniti QX50. Twierdzą, że silnik o zmiennym stopniu sprężania zużywa aż 27% mniej paliwa, Jak silnik konwencjonalny podobna objętość. Postać jest niezwykle imponująca. Musimy myśleć, że przyjazność dla środowiska (ilość emisji szkodliwe substancje) na jego wysokości.