Strâns legat de eficiență. La motoarele pe benzină, raportul de compresie este limitat la regiunea de ardere a loviturilor. Aceste limitări sunt de o importanță deosebită pentru funcționarea motorului la sarcini complete, în timp ce la sarcini parțiale, raportul ridicat de compresie nu prezintă un pericol de lovire. Este de dorit să reduceți raportul de compresie pentru a crește puterea motorului și pentru a îmbunătăți eficiența, cu toate acestea, dacă raportul de compresie este scăzut pentru toate gamele de funcționare a motorului, acest lucru va duce la o scădere a puterii și la o creștere a consumului de combustibil la sarcini parțiale. În acest caz, valorile raportului de compresie, de regulă, sunt alese mult mai mici decât acele valori la care se realizează cei mai economici indicatori de funcționare a motorului. Evident, înrăutățind eficiența motoarelor, acest lucru este deosebit de pronunțat atunci când se lucrează la sarcini parțiale. Între timp, o scădere a umplerii cilindrilor cu un amestec combustibil, o creștere a cantității relative de gaze reziduale, o scădere a temperaturii pieselor etc. creați oportunități de a crește raportul de compresie la sarcini parțiale pentru a îmbunătăți economia motorului și a crește puterea acestuia. Pentru a rezolva această problemă de compromis, sunt dezvoltate opțiuni de motor cu rapoarte de compresie variabile.
Utilizarea pe scară largă în proiectarea motorului a făcut ca direcția acestei lucrări să fie și mai relevantă. Faptul este că atunci când este supraîncărcat, sarcinile mecanice și termice de pe piesele motorului cresc semnificativ și, prin urmare, acestea trebuie crescute, crescând masa întregului motor în ansamblu. În acest caz, de regulă, durata de viață a pieselor care funcționează în condiții mai încărcate este redusă, iar fiabilitatea motorului scade. În cazul unei tranziții la un raport de compresie variabil, procesul de lucru în motor atunci când este supraîncărcat poate fi organizat astfel încât, datorită unei scăderi corespunzătoare a raportului de compresie la orice presiuni de creștere, presiunile maxime ale ciclului de funcționare (adică eficiența de funcționare) va rămâne neschimbată sau se va schimba nesemnificativ. În același timp, în ciuda creșterii muncii utile pe ciclu și, în consecință, a puterii motorului, sarcinile maxime pe piesele sale pot să nu crească, ceea ce face posibilă creșterea motorului fără a introduce modificări în designul lor.
Este foarte important pentru cursul normal al procesului de ardere într-un motor cu un raport de compresie variabil să selectați forma corectă a camerei de ardere, care asigură cea mai scurtă cale de propagare a flăcării. Schimbarea din fața propagării flăcării trebuie să fie foarte promptă pentru a lua în considerare diferitele moduri de funcționare ale motorului în timpul funcționării vehiculului. Având în vedere utilizarea unor piese suplimentare în mecanismul manivelei, este de asemenea necesar să se dezvolte sisteme cu un coeficient de frecare scăzut, pentru a nu pierde beneficiile utilizării unui raport de compresie variabil.
Una dintre cele mai comune variante ale motorului cu un raport de compresie variabil este prezentată în figură.
Orez. Diagrama motorului cu raport de compresie variabil:
1 - bielă; 2 - piston; 3 - ax excentric; 4 - bielă suplimentară; 5 - jurnalul bielei arborelui cotit; 6 - rocker
La sarcini parțiale, 4 suplimentare ia poziția cea mai joasă și ridică aria cursei pistonului de lucru. Raportul de compresie este maxim. La sarcini mari, excentricul de pe arborele 3 ridică axa capului superior al bielei suplimentare 4. Aceasta mărește jocul deasupra pistonului și scade raportul de compresie.
În 2000, un motor experimental pe benzină SAAB cu un raport de compresie variabil a fost prezentat la Geneva. Caracteristicile sale unice îi permit să ajungă la 225 CP. cu un volum de lucru de 1,6 litri. și mențineți consumul de combustibil comparabil cu jumătate din dimensiunea motorului. Capacitatea de deplasare continuă permite motorului să funcționeze pe benzină, motorină sau alcool.
Cilindrii motorului și capul blocului sunt fabricate ca un monobloc, adică ca un singur bloc și nu separat ca în motoarele convenționale. Un bloc separat este, de asemenea, un carter și un grup bielă-piston. Monoblocul poate fi mutat în carter. În acest caz, partea stângă a monoblocului se sprijină pe axa 1 situată în bloc, care servește drept balama, partea dreaptă poate fi ridicată sau coborâtă cu ajutorul unei tije de legătură 3 controlată de un arbore excentric 4. Pentru a sigila monoblocul și carterul, este prevăzut un capac de cauciuc ondulat 2.
Orez. Motor de compresie variabilă SAAB:
1 - axă; 2 - capac de cauciuc; 3 - bielă; 4 - ax excentric.
Raportul de compresie se modifică atunci când monoblocul este înclinat față de carter prin intermediul unei acționări hidraulice cu o cursă constantă a pistonului. Abaterea monoblocului de la verticală duce la o creștere a volumului camerei de ardere, ceea ce determină o scădere a raportului de compresie.
Pe măsură ce unghiul de înclinare scade, raportul de compresie crește. Abaterea maximă a monoblocului de la axa verticală este de 4%.
La viteza minimă de rotație a arborelui cotit și resetarea alimentării cu combustibil, precum și la sarcini reduse, monoblocul ocupă cea mai mică poziție în care volumul camerei de ardere este minim (raport de compresie - 14). Sistemul boost este oprit și aerul pătrunde direct în motor.
Sub sarcină, datorită rotației arborelui excentric, biela deviază monoblocul lateral, iar volumul camerei de ardere crește (raport de compresie - 8). În acest caz, ambreiajul acționează supraalimentatorul și aerul începe să curgă în motor sub presiune excesivă.
Orez. Schimbarea sursei de aer la motorul SAAB în diferite moduri:
1 - supapă de accelerație; 2 - supapă de bypass; 3 - ambreiaj; a - la o frecvență redusă de rotație a arborelui cotit; b - la modurile de încărcare
Raportul optim de compresie este calculat de unitatea de control a sistemului electronic, luând în considerare viteza arborelui cotit, sarcina, tipul de combustibil și alți parametri.
Datorită necesității de a răspunde rapid la modificările raportului de compresie din acest motor, a fost necesar să se abandoneze turbocompresorul în favoarea supraîncărcării mecanice cu răcirea interioară a aerului cu o presiune maximă de alimentare de 2,8 kgf / cm2.
Consumul de combustibil pentru motorul dezvoltat este cu 30% mai mic decât cel al unui motor convențional de aceeași dimensiune, iar indicatorii de toxicitate a gazelor de eșapament corespund standardelor actuale.
Compania franceză MCE-5 Development, dezvoltată pentru concernul Peugeot-Citroen, un motor cu un raport de compresie variabil VCR (Variable Compression Ratio). Această soluție utilizează cinematica originală a mecanismului manivelei.
În acest design, transmiterea mișcării de la tija de legătură la pistoane se realizează printr-un sector dublu dințat 5. Pe partea dreaptă a motorului există un rack de transmisie de sprijin 7, pe care se sprijină sectorul 5. O astfel de angrenare asigură o mișcare strict alternativă a pistonului cilindrului, care este conectat la cremaliera 4. Rack-ul 7 este conectat la pistonul 6 al cilindrului hidraulic de comandă.
În funcție de modul de funcționare al motorului, semnalul unității de comandă a motorului modifică poziția pistonului 6 al cilindrului de comandă conectat la rack 7. Mutarea rack-ului de comandă 7 în sus sau în jos modifică poziția TDC și BDC a pistonul motorului și, împreună cu acestea, raportul de compresie de la 7: 1 la 20: 1 în 0,1 sec. Dacă este necesar, este posibil să modificați raportul de compresie pentru fiecare cilindru separat.
Orez. Motor VCR cu compresie variabilă:
1 - arborele cotit; 2 - bielă; 3 - rolă de susținere dințată; 4 - cremalieră a pistonului; 5 - sector dințat; 6 - pistonul cilindrului de comandă; 7 - cremalieră de comandă.
Tehnologia unică a raportului de compresie reprezintă o adevărată descoperire în designul motorului - VC-Turbo de 2 litri își modifică constant caracteristicile, ajustând raportul de compresie pentru o putere optimă și o eficiență maximă a consumului de combustibil. În ceea ce privește caracteristicile de tracțiune, acest motor turbo pe benzină de 2 litri este destul de comparabil cu motoarele turbodiesel avansate cu aceeași cilindrare.
Motorul VC-Turbo constant și complet neobservat de șofer modifică raportul de compresie prin intermediul unui sistem de pârghii care ridică sau coboară centrul mort superior (TDC) al pistoanelor, permițând astfel cele mai bune performanțe și economie.
Un raport ridicat de compresie, în principiu, face motorul mai eficient, dar în anumite moduri există riscul de ardere explozivă (detonare). Pe de altă parte, raportul de compresie scăzut evită lovirea și oferă putere și cuplu ridicat. În timpul conducerii, raportul de compresie al motorului VC-Turbo se schimbă de la 8: 1 (pentru o dinamică maximă) la 14: 1 (pentru un consum minim de combustibil), subliniind filosofia INFINITI orientată spre conducător.
Motorul VC-Turbo al INFINITI este primul motor din lume cu raport de compresie variabil gata de producție - și debutează în producție pe noul QX50. Această tehnologie unică de compresie variabilă reprezintă o descoperire în designul motorului cu ardere - VC-Turbo de 2,0 litri al QX50 se transformă continuu, ajustându-și raportul de compresie pentru a optimiza puterea și consumul de combustibil. Acesta combină puterea unui motor pe benzină turbo de 2,0 litri cu cuplul și eficiența unui motor diesel cu patru cilindri avansat.
Combinația unică de dinamică și eficiență transformă VC-Turbo într-o alternativă reală la turbo dieselurile moderne, nu în cuvinte, ci respingând de fapt opinia că numai unitățile hibride și diesel pot oferi un cuplu și o eficiență ridicate. VC-Turbo dezvoltă 268 CP. (200 kW) la 5600 rpm și 380 Nm la 4400 rpm, care este cea mai bună combinație de putere și tracțiune între motoarele cu patru cilindri. Raportul putere-greutate al VC-Turbo este mai mare decât cel al multor motoare turbo concurente și se apropie de cel al unor V6 pe benzină. Turbocompresorul cu un singur debit asigură faptul că motorul răspunde instantaneu la o livrare crescută de combustibil.
Noul INFINITI QX50 cu motor VC-Turbo este cel mai eficient vehicul din clasa sa cu o eficiență de neegalat. Versiunea cu tracțiune față utilizează doar 8,7 l / 100 km combinat, cu 35% mai bună decât generația anterioară V6 QX50. Versiunea cu tracțiune integrală a crossover-ului premium cu un consum mediu de 9,0 l / 100 km este cu 30% mai eficientă decât predecesorul său.
Alte avantaje evidente ale designului noului motor includ dimensiunile compacte și greutatea redusă. Blocul cilindrului și chiulasa sunt turnate din aliaj de aluminiu ușor, iar componentele raportului de compresie sunt fabricate din oțel cu conținut ridicat de carbon. Drept urmare, noul VC-Turbo cântărește cu 18 kg mai ușor decât motorul din seria VQ de 3,5 litri al INFINITI și ocupă, de asemenea, mai puțin spațiu în compartimentul motorului.
Un sistem de pârghii, un motor electric și o cutie de viteze unică de reducere a undelor sunt responsabile pentru modificarea raportului de compresie la motorul VC-Turbo. Motorul electric este conectat la pârghia de comandă printr-o cutie de viteze. Cutia de viteze se rotește rotind arborele de comandă din blocul de cilindri, care la rândul său schimbă poziția brațelor basculante prin care pistoanele acționează arborele cotit. Înclinarea brațelor basculante schimbă poziția centrului mort superior al pistoanelor și, odată cu aceasta, raportul de compresie. Un arbore de control excentric reglează simultan raportul de compresie la toți cilindrii. Ca rezultat, nu numai raportul de compresie, ci și cilindrata motorului variază de la 1997 cm3 (8: 1) la 1970 cm3 (14: 1).
De asemenea, motorul VC-Turbo comută fără probleme între ciclul de funcționare standard al lui Otto și ciclul lui Atkinson, sporind și mai mult puterea și eficiența. Ciclul Atkinson a fost utilizat în mod tradițional pentru a îmbunătăți eficiența sistemelor hibride de propulsie. Când motorul cu ardere internă funcționează conform ciclului Atkinson, supapele de admisie sunt închise, permițând amestecului de lucru din cilindri să se extindă mai mult, arzând cu o eficiență mai mare. Motorul INFINITI funcționează pe ciclul Atkinson la rapoarte ridicate de compresie, unde, datorită cursei mai lungi a pistonului, supapele de admisie rămân deschise pentru o perioadă scurtă de timp deja în faza de compresie.
Motorul VC-Turbo al INFINITI este primul motor din lume cu raport de compresie variabil gata de producție - și debutează în producție pe noul QX50. Această tehnologie unică de compresie variabilă reprezintă o descoperire în designul motorului cu combustie - VC-Turbo de 2,0 litri al QX50 se transformă continuu, ajustându-și raportul de compresie pentru a optimiza puterea și consumul de combustibil. Acesta combină puterea unui motor pe benzină turbo de 2,0 litri cu cuplul și eficiența unui motor diesel cu patru cilindri avansat.
Atunci când raportul de compresie al VC-Turbo este redus, motorul revine la funcționarea normală (ciclul Otto), cu faze de evacuare, compresie, combustie și evacuare clar separate, obținând astfel o putere mai mare a grupului de propulsie.
În plus față de raportul de compresie variabil, motorul VC-Turbo folosește și o serie de alte tehnologii avansate INFINITI. Echilibrul optim între eficiență și putere este asigurat atât de sistemele de injecție multipunct (MPI), cât și de cele directe (GDI):
- GDI îmbunătățește eficiența arderii prin prevenirea lovirii motorului la rapoarte ridicate de compresie
- MPI, la rândul său, pregătește amestecul de combustibil în avans, asigurând arderea completă a acestuia în cilindri la sarcini reduse.
La anumite turații, motorul trece independent de la un sistem de injecție la altul, iar la sarcini maxime, acestea pot funcționa în același timp.
Motorul VC-Turbo al INFINITI este primul motor din lume cu raport de compresie variabil gata de producție - și debutează în producție pe noul QX50. Această tehnologie unică de compresie variabilă reprezintă o descoperire în designul motorului cu combustie - VC-Turbo de 2,0 litri al QX50 se transformă continuu, ajustându-și raportul de compresie pentru a optimiza puterea și consumul de combustibil. Acesta combină puterea unui motor pe benzină turbo de 2,0 litri cu cuplul și eficiența unui motor diesel cu patru cilindri avansat.
Motorul VC-Turbo al INFINITI este primul motor din lume cu raport de compresie variabil gata de producție - și debutează în producție pe noul QX50. Această tehnologie unică de compresie variabilă reprezintă o descoperire în designul motorului cu combustie - VC-Turbo de 2,0 litri al QX50 se transformă continuu, ajustându-și raportul de compresie pentru a optimiza puterea și consumul de combustibil. Acesta combină puterea unui motor pe benzină turbo de 2,0 litri cu cuplul și eficiența unui motor diesel cu patru cilindri avansat.
Motorul VC-Turbo al INFINITI este primul motor din lume cu raport de compresie variabil gata de producție - și debutează în producție pe noul QX50. Această tehnologie unică de compresie variabilă reprezintă o descoperire în designul motorului cu combustie - VC-Turbo de 2,0 litri al QX50 se transformă continuu, ajustându-și raportul de compresie pentru a optimiza puterea și consumul de combustibil. Acesta combină puterea unui motor pe benzină turbo de 2,0 litri cu cuplul și eficiența unui motor diesel cu patru cilindri avansat.
Motorul VC-Turbo al INFINITI este primul motor din lume cu raport de compresie variabil gata de producție - și debutează în producție pe noul QX50. Această tehnologie unică de compresie variabilă reprezintă o descoperire în designul motorului cu combustie - VC-Turbo de 2,0 litri al QX50 se transformă continuu, ajustându-și raportul de compresie pentru a optimiza puterea și consumul de combustibil. Acesta combină puterea unui motor pe benzină turbo de 2,0 litri cu cuplul și eficiența unui motor diesel cu patru cilindri avansat.
Turbocompresorul cu un singur debit crește puterea și eficiența motorului, oferind răspunsuri rapide la pedala de accelerație la toate turațiile și raporturile de compresie. Datorită supraalimentării, puterea motorului este comparabilă cu motorul cu șase cilindri cu aspirație naturală. Compresorul cu un singur debit se caracterizează prin compactitate, precum și pierderi reduse de energie termică și presiunea gazelor de eșapament.
Galeria de evacuare integrată în capul de aluminiu al blocului crește, de asemenea, eficiența motorului și determină dimensiunea sa compactă. Această soluție a permis inginerilor INFINITI să plaseze convertorul catalitic chiar în spatele turbinei, reducând astfel calea gazelor de eșapament. Datorită acestui fapt, convertorul catalitic se încălzește mai repede după pornirea motorului și intră în modul de funcționare mai devreme.
Tehnologia raportului de compresie variabilă reprezintă o descoperire în dezvoltarea sistemului de propulsie. QX50, propulsat de VC-Turbo, este primul vehicul de serie care oferă șoferilor un motor care se transformă la cerere, stabilind un nou punct de referință pentru capacitatea și rafinamentul trenului de propulsie. Acest motor neobișnuit de neted oferă clienților putere și performanță, precum și eficiență și economie.
Presiunea de creștere este controlată de o poartă de gunoi controlată electronic, care controlează precis fluxul de gaze de eșapament prin turbină. Acest lucru asigură o putere și o economie ridicate și contribuie la reducerea emisiilor dăunătoare.
Datorită raportului de compresie variabil, motorul VC-Turbo perfect echilibrat renunță la arborii de echilibru necesari în mod normal de motoarele cu patru cilindri. VC-Turbo este mai neted decât omologii convenționali în linie, iar nivelurile de zgomot și vibrații sunt comparabile cu cele ale V6 tradițional. Acest lucru a devenit posibil, printre altele, datorită dispunerii cu brațe oscilante suplimentare, în care bielele sunt aproape verticale în timpul cursei de lucru a pistoanelor (spre deosebire de mecanismul tradițional al manivelei, unde se deplasează dintr-o parte în alta). Rezultatul este o mișcare alternativă perfectă care nu necesită arbori de echilibrare. Acesta este motivul pentru care VC-Turbo este la fel de compact ca un patru cilindri tradițional de 2 litri, în ciuda raportului său de compresie variabil.
De remarcat în special este nivelul de vibrații extrem de scăzut al noului motor. Într-un test din fabrică în care INFINITI compară performanțele VC-Turbo cu motoarele cu patru cilindri ale concurenților săi, motorul revoluționar oferă niveluri de zgomot semnificativ mai mici - aproape ca unitățile cu 6 cilindri.
Acest lucru se datorează și învelișului „oglindă” al INFINITI pe pereții cilindrilor - reduce frecarea cu 44%, permițând motorului să funcționeze mai lin. Acoperirea este aplicată prin pulverizare cu plasmă, apoi întărită și șlefuită pentru a crea o suprafață ultra-netedă.
Noul INFINITI QX50 cu motor VC-Turbo de 2,0 litri este primul vehicul din lume care este echipat cu reducere activă a vibrațiilor cu tija de cuplu activ (ATR). Noul QX50 este singurul vehicul din clasa sa care dispune de această tehnologie. Integrat în suportul superior al motorului, prin care cea mai mare parte a zgomotului și vibrațiilor este transmis de obicei corpului, ATR este echipat cu un senzor de accelerație care detectează vibrațiile. Sistemul generează vibrații reciproce în antifază, permițând celor patru cilindri să rămână la fel de silențioși și netezi ca motoarele V6 și reduce zgomotul motorului cu 9 dB comparativ cu QX50 precedent. Drept urmare, VC-Turbo este unul dintre cele mai silențioase și mai echilibrate motoare din segmentul SUV premium.
Primele monturi active din lume au fost instalate de INFINITI pe un motor diesel în 1998, confirmând inovația mărcii în domeniul trenurilor de propulsie. Inginerii INFINITI au dezvoltat sistemul ATR din 2009 până în 2017, acordând o atenție specială reducerii dimensiunii și greutății - pe primele prototipuri, dimensiunile motorului de vibrații au fost considerate principala problemă. Cu toate acestea, dezvoltarea unor actuatoare cu piston mai compacte a făcut posibilă montarea ATR într-o carcasă mai mică, păstrând în același timp capacitatea sistemului de a amortiza vibrațiile cât mai eficient posibil.
Pe subiect:
- Britanicii au stabilit data pentru sfârșitul erei ICE
Specialiștii H2 au vorbit despre eficiență ...
„Raportul de compresie variabilă” este o tehnologie care va asigura viitorul motorului pe benzină pentru încă 30-50 de ani, iar din punct de vedere al caracteristicilor îi va permite să depășească semnificativ motoarele diesel. Când vor apărea aceste unități și cum sunt mai bune decât cele existente?
Pentru prima dată, un motor cu un raport de compresie variabil a fost aprins la Salonul Auto de la Geneva în 2000 (a se vedea). Apoi a fost introdus de Saab. Cel mai de înaltă tehnologie Saab Variable Compression (SVC) cu cinci cilindri în acel moment avea o cilindree de 1,6 litri, dar a dezvoltat o putere incredibilă de 225 CP pentru o astfel de cilindree. cu. și un cuplu de 305 Nm. Alte caracteristici s-au dovedit, de asemenea, excelente - consumul de combustibil la sarcini medii a scăzut cu până la 30%, iar emisiile de CO2 au scăzut cu aceeași cantitate. În ceea ce privește CO, CH, NOx etc., conform creatorilor, aceștia respectă toate standardele de toxicitate existente și planificate pentru viitorul apropiat. În plus, raportul de compresie variabil a făcut posibil ca acest motor să funcționeze pe diferite mărci de benzină - de la A-76 până la A-98 - cu practic nicio deteriorare a performanței și fără detonare. Câteva luni mai târziu, o unitate de putere similară a fost prezentată de FEV Motorentechnik. A fost motorul Audi A6 de 1,8 litri, care a redus consumul de combustibil cu 27%.
Cu toate acestea, datorită complexității designului, aceste motoare nu au intrat în serie în acel moment și, pentru a crește eficiența (eficiența), motorul cu ardere internă a fost îmbunătățit prin introducerea injecției directe de combustibil, geometrie variabilă a tractului de admisie , turbocompresoare inteligente etc. În paralel, s-a desfășurat o activitate activă la crearea centralelor electrice hibride, a vehiculelor electrice, la dezvoltarea celulelor de combustibil cu hidrogen și a noilor metode de stocare a hidrogenului. Cu toate acestea, potențialul inerent motoarelor cu un raport de compresie variabil a bântuit mulți ingineri. Ca urmare, au apărut multe mecanisme pentru a pune în aplicare această idee „în metal”.
Cel mai apropiat de implementarea sa astăzi este proiectul de motor francez MCE-5, care a început în 1997. Conceptul care s-a născut atunci avea o mulțime de neajunsuri, care trebuiau eliminate timp de aproape zece ani. Anul acesta, acest motor a fost prezentat „în metal”, la fel ca Saab în 2000 la Salonul Auto de la Geneva.
Cilindrul cu patru cilindri are un volum de 1,5 litri și oferă o putere maximă de 160 kW (218 CP) și un cuplu de 300 Nm. În plus față de un raport de compresie variabil, motorul este echipat cu injecție directă, un sistem variabil de distribuție a supapelor și se încadrează în toate standardele promițătoare de mediu.
Cum se modifică raportul de compresie
MCE-5 are un interval de control al raportului de compresie de 7-18 (7: 1-18: 1). Mai mult, controlul și modificarea raportului de compresie au loc individual în fiecare cilindru.
Acest mecanism este destul de complicat. Partea principală este un angrenaj tăiat pe două fețe, situat în mijloc pe o bielă scurtată a mecanismului manivelei (KShM). La rândul său, angrenajul sectorial, pe de o parte, se angajează cu tija de legătură a pistonului, iar pe de altă parte, cu biela mecanismului de modificare a volumului camerei de ardere. Principiul de funcționare al acestui design este foarte simplu - angrenajul sectorial pe axa bielei este un fel de basculant. Și dacă acest basculant este înclinat într-o parte sau alta, poziția punctului mort superior (TDC) se va schimba la piston și, în consecință, volumul camerei de ardere. Și întrucât magnitudinea cursei pistonului este constantă, raportul de compresie se schimbă (raportul dintre volumul cilindrilor și volumul camerei de ardere). O structură hidromecanică, care este controlată de electronică, este responsabilă pentru înclinarea brațului basculant. De asemenea, este alcătuit dintr-un piston cu bielă, al cărui capăt inferior acționează basculantul (angrenajul sectorial) de cealaltă parte. Volumul de deasupra și de dedesubtul acestui piston este conectat la sistemul de lubrifiere, iar în pistonul însuși, numit piston de ulei, există o supapă specială care permite trecerea uleiului de sus în jos. Este controlat de un arbore excentric, care, cu ajutorul unui angrenaj melcat, acționează motorul electric al sistemului Valvetronic (BMW). Este nevoie de mai puțin de 100 de milisecunde pentru a modifica raportul de compresie de la 7 la 18.
Volumul camerei de ardere este reglat în conformitate cu principiul modificării capacității supapelor de ulei. Când sunt deschise, pistonul de ulei crește și camera de ardere crește.
Resurse - fiabilitate
Structural, noul motor a devenit mai complex. Conform teoriei probabilității, fiabilitatea acesteia ar trebui să scadă, dar creatorii neagă acest lucru. Ei susțin că a fost nevoie de foarte mult timp pentru a termina motorul și totul a fost bine calculat și verificat. Resursa acestei unități va crește, deoarece sarcinile laterale și de șoc care apar în motorul clasic cu ardere internă datorită tijei de legătură, a cărei axă este situată într-un unghi față de axa pistonului (cu excepția TDC și BDC) , nu va mai acționa asupra pistonului. În noul motor, forța pistonului și a bielei rigid „legată” de acesta este transmisă numai în plan vertical, respectiv presiunea pe pereții cilindrului este mică, astfel încât suprafețele de frecare ale acestor piese se uzează mult mai puțin . Astfel de caracteristici de proiectare ale motorului au asigurat, de asemenea, o scădere a nivelului de zgomot al funcționării sale. Și, în plus, grupul de pistoane a început să funcționeze mult mai silențios și pierderile de energie pentru frecare au scăzut - acesta este un alt plus câteva procente în favoarea eficienței motorului.
Alte modalități de modificare a volumului camerei de ardere:
 |
||
 |
||
 |
||
 |
Caracteristica de proiectare a funcționării primului motor declarat cu un raport de compresie variabil este capul 1 și partea de sus a blocului 2 cilindrii erau mobili și cu ajutorul unei manivele speciale 3 deplasat în sus și în jos față de arborele cotit 4 cu o axă fixă și fundul blocului de cilindri.
|
|
Yuri Datsyk
Fotografie MCE
Dacă găsiți o eroare, selectați o bucată de text și apăsați Ctrl + Enter.
Se aud din ce în ce mai multe opinii autoritare că acum dezvoltarea motoarelor cu ardere internă a atins cel mai înalt nivel și nu mai este posibil să le îmbunătățim semnificativ performanța. Designerii au rămas cu upgrade-uri târâtoare, lustruind sistemele de creștere și injecție și adăugând tot mai multe electronice. Inginerii japonezi nu sunt de acord cu acest lucru. Infiniti, care a construit motorul cu un raport de compresie variabil, și-a spus cuvântul. Vom afla care sunt avantajele unui astfel de motor și care este viitorul acestuia.
Ca o introducere, amintiți-vă că raportul de compresie este raportul dintre volumul de deasupra pistonului în centrul mort inferior și volumul când pistonul este în partea de sus. Pentru motoarele pe benzină, această cifră este de la 8 la 14, pentru motoarele diesel - de la 18 la 23. Raportul de compresie este fixat de proiectare. Se calculează în funcție de numărul octanic al benzinei utilizate și de prezența supraalimentării.
Capacitatea de a modifica dinamic raportul de compresie în funcție de sarcină vă permite să creșteți eficiența motorului turbocompresor, asigurându-vă că fiecare porțiune a amestecului aer-combustibil arde cu o compresie optimă. Pentru sarcini reduse, atunci când amestecul este slab, se folosește compresia maximă, iar în modul încărcat, când se injectează multă benzină și este posibilă detonarea, motorul comprimă amestecul la minimum. Acest lucru vă permite să nu reglați timpul de aprindere „înapoi”, care rămâne în cea mai eficientă poziție pentru a scoate puterea. Teoretic, sistemul de modificare a raportului de compresie în motorul cu ardere internă face posibilă reducerea volumului de lucru al motorului de până la două ori, menținând în același timp tracțiunea și caracteristicile dinamice.
Schema unui motor cu un volum variabil al camerei de ardere și biele cu un sistem de ridicare a pistonului
Unul dintre primii care au apărut a fost un sistem cu un piston suplimentar în camera de ardere, care, în timp ce se deplasa, și-a schimbat volumul. Dar a apărut imediat întrebarea cu privire la plasarea unui alt grup de piese în capul blocului, unde arborii cu came, supapele, injectoarele și bujiile erau deja aglomerate. Mai mult, configurația optimă a camerei de ardere a fost încălcată, motiv pentru care combustibilul a fost ars inegal. Prin urmare, sistemul a rămas în interiorul pereților laboratoarelor. Sistemul cu pistoane cu înălțime variabilă nu a mers mai departe decât experimentul. Pistoanele despicate erau excesiv de grele și existau dificultăți structurale imediate în controlul înălțimii de ridicare a capacului.
Sistem de ridicare a arborelui cotit pe cuplaje excentrice FEV Motorentechnik (stânga) și mecanism de traversare pentru schimbarea ridicării pistonului
Alți designeri au trecut prin controlul ridicării arborelui cotit. În acest sistem, jantele lagărului arborelui cotit sunt adăpostite în ambreiaje excentrice, care sunt antrenate prin angrenaje de un motor electric. Când excentricii se rotesc, arborele cotit crește sau cade, ceea ce, în consecință, modifică ridicarea pistoanelor la capul blocului, crește sau scade volumul camerei de ardere și, prin urmare, modifică raportul de compresie. Un astfel de motor a fost prezentat în 2000 de către compania germană FEV Motorentechnik. Sistemul a fost integrat într-un motor cu patru cilindri turbo de 1,8 litri de la Volkswagen, unde raportul de compresie a variat de la 8 la 16. Motorul a dezvoltat o putere de 218 CP. și un cuplu de 300 Nm. Până în 2003, motorul a fost testat pe Audi A6, dar nu a intrat în producție.
Sistemul invers s-a dovedit, de asemenea, să nu fie foarte reușit, ceea ce schimbă și înălțimea pistoanelor, dar nu prin controlul arborelui cotit, ci prin ridicarea blocului de cilindri. Un motor de lucru cu un design similar a fost demonstrat în 2000 de către Saab și l-a testat și pe modelul 9-5, planificând să lanseze producția în serie. Supranumit Saab Variable Compression (SVC), motorul turbo de 1,6 litri cu cinci cilindri a produs 225 CP. cu. și un cuplu de 305 Nm, în timp ce consumul de combustibil la sarcini medii a scăzut cu 30%, iar datorită raportului de compresie reglabil, motorul ar putea consuma cu ușurință orice benzină - de la A-80 la A-98.
Sistem motor Saab Variable Compression, în care raportul de compresie este modificat prin devierea părții superioare a blocului de cilindri
Saab a rezolvat problema ridicării blocului de cilindri după cum urmează: blocul a fost împărțit în două părți - cea superioară cu capul și căptușelile cilindrilor și cea inferioară, unde a rămas arborele cotit. Pe o parte, partea superioară a fost conectată la cea inferioară printr-o balama, iar pe cealaltă, a fost instalat un mecanism acționat electric, care, ca un capac pe un piept, a ridicat partea superioară cu un unghi de până la 4 grade . Gama raportului de compresie în timpul ridicării și coborârii poate fi variată flexibil de la 8 la 14. O carcasă elastică din cauciuc a fost utilizată pentru etanșarea părților mobile și staționare, care s-a dovedit a fi unul dintre cele mai slabe puncte ale structurii, împreună cu balamalele și mecanismul de ridicare. După achiziționarea Saab de către General Motors, americanii au închis proiectul.
Proiectul MCE-5, care utilizează un mecanism cu pistoane de lucru și de control conectate printr-un basculant dințat
La începutul secolului, inginerii francezi de la MCE-5 Development S.A. și-au propus, de asemenea, propriul design pentru un motor cu raport de compresie variabil. Motorul turbo de 1,5 litri pe care l-au prezentat, în care raportul de compresie ar putea varia de la 7 la 18, a dezvoltat o putere de 220 CP. cu. și un cuplu de 420 Nm. Construcția este destul de complicată aici. Biela este împărțită și prevăzută în partea superioară (în partea instalată pe arborele cotit) cu un balansier dințat. Adiacent la acesta se află o altă parte a bielei de la piston, al cărei vârf are un rack dințat. Cealaltă parte a balansierului este conectată la suportul pistonului de comandă, care este condus prin sistemul de ungere a motorului prin intermediul unor supape speciale, canale și o acționare electrică. Când pistonul de comandă se mișcă, acesta acționează asupra balansierului și schimbarea ridicării pistonului de lucru. Motorul a fost testat experimental pe un Peugeot 407, dar producătorul auto nu a fost interesat de acest sistem.
Acum, designerii Infiniti au decis să-și spună cuvântul prezentând un motor cu tehnologie VC-T (Variable Compression-Turbocharged), care permite modificarea dinamică a raportului de compresie de la 8 la 14. Inginerii japonezi au folosit un mecanism de traversare: au realizat o îmbinare mobilă a bielei cu gâtul inferior, care, la rândul său, este conectat printr-un sistem de pârghii acționat de un motor electric. După ce a primit o comandă de la unitatea de comandă, motorul electric mișcă tija, sistemul de pârghie schimbă poziția, ajustând astfel înălțimea de ridicare a pistonului și, în consecință, modificând raportul de compresie.
Proiectarea sistemului de compresie variabilă pentru motorul Infiniti VC-T: a - piston, b - bielă, c - traversă, d - arborele cotit, e - motor electric, f - arbore intermediar, g - tracțiune.
Datorită acestei tehnologii, Infiniti VC-T turbo pe benzină de doi litri dezvoltă o putere de 270 CP, fiind cu 27% mai economică decât alte motoare de doi litri ale companiei cu un raport de compresie constant. Japonezii intenționează să lanseze motoarele VC-T în producție de masă în 2018, echipându-le cu crossover-ul QX50 și apoi cu alte modele.
Rețineți că eficiența este acum obiectivul principal al dezvoltării motoarelor cu un raport de compresie variabil. Odată cu dezvoltarea modernă a tehnologiilor de presurizare și injecție, nu este o mare problemă pentru proiectanți să ajungă din urmă cu puterea motorului. O altă întrebare: câtă benzină dintr-un motor supraumflat va zbura în țeavă? Pentru motoarele seriale convenționale, ratele de consum pot fi inacceptabile, care acționează ca un limitator pentru puterea de umflare. Designerii japonezi au decis să depășească această barieră. Potrivit Infiniti, motorul lor pe benzină VC-T este capabil să acționeze ca o alternativă la motoarele diesel turbocompresive moderne, prezentând același consum de combustibil, cu performanțe mai bune în ceea ce privește puterea și emisiile mai mici.
Care este linia de jos?
Lucrările la motoare cu un raport de compresie variabil se desfășoară de mai bine de o duzină de ani - designeri de la Ford, Mercedes-Benz, Nissan, Peugeot și Volkswagen erau angajați în acest domeniu. Inginerii din institutele de cercetare și companiile de pe ambele maluri ale Atlanticului au primit mii de brevete. Dar până acum niciun astfel de motor nu a intrat în producția de masă.
Nici Infiniti nu merge bine. Așa cum recunosc dezvoltatorii motorului VC-T, ideea lor încă are probleme comune: complexitatea și costul structurii au crescut, problemele cu vibrațiile nu au fost rezolvate. Dar japonezii speră să finalizeze designul și să îl lanseze în producția de masă. Dacă se întâmplă acest lucru, atunci viitorii cumpărători trebuie doar să înțeleagă: cât de mult va trebui să plătească în exces pentru noua tehnologie, cât de fiabil va fi un astfel de motor și cât de mult va economisi combustibil.
Ideea creării unui motor pe benzină, în care raportul de compresie din cilindri ar fi variabil, nu este nouă. Deci, în timpul accelerației, când este necesară cea mai mare putere a motorului, îi puteți sacrifica economia timp de câteva secunde prin reducerea raportului de compresie - acest lucru va preveni detonarea, arderea spontană a amestecului de combustibil, care poate apărea la sarcini mari. Cu o mișcare uniformă, raportul de compresie, dimpotrivă, ar trebui mărit pentru a obține o ardere mai eficientă a amestecului de combustibil și a reduce consumul de combustibil - în acest caz, sarcina pe motor este redusă și riscul de detonare este minim.
În general, totul este simplu în teorie, dar s-a dovedit a nu fi atât de ușor să implementăm această idee în practică. Iar designerii japonezi au fost primii care au adus ideea într-un eșantion serial.
Esența tehnologiei dezvoltate de Nissan este schimbarea continuă a ridicării maxime a pistonului (așa-numitul punct mort superior - TDC), în funcție de puterea necesară a motorului, ceea ce duce la scăderea sau creșterea raportului de compresie în cilindrii. O parte esențială a acestui sistem este conexiunea specială a bielelor, care sunt conectate la arborele cotit printr-un ansamblu de balansier mobil. Blocul, la rândul său, este conectat la un arbore de control excentric și la un motor electric, care, la comanda electronice, pune în mișcare acest mecanism viclean, schimbând înclinația brațelor basculante și poziția TDC a pistoanelor în toate patru cilindri în același timp.
Diferența raportului de compresie în funcție de poziția TDC a pistonului. În imaginea din stânga, motorul este în modul economic, în dreapta - în modul de ieșire maximă. R: Când este necesară o modificare a raportului de compresie, motorul electric se rotește și mișcă brațul de acționare. B: Brațul de acționare rotește arborele de comandă. C: când arborele se rotește, acesta acționează asupra pârghiei asociate cu balansierul, schimbând unghiul de înclinare al acestuia. D: în funcție de poziția brațului basculant, TDC-ul pistonului este ridicat sau coborât, modificând astfel raportul de compresie.
Ca urmare, în timpul accelerației, raportul de compresie este redus la 8: 1, după care motorul intră în modul economic cu un raport de compresie de 14: 1. În același timp, volumul său de lucru variază între 1997 și 1970 cm 3. „Turbo-four” al noului Infiniti QX50 dezvoltă o capacitate de 268 litri. cu. și cuplu de 380 Nm - semnificativ mai mult decât V6 de 2,5 litri al predecesorului său (performanța sa - 222 CP și 252 Nm), consumând în același timp cu o treime mai puțin benzină. În plus, VC-Turbo este cu 18 kg mai ușor decât „șase” aspirate natural, ocupă mai puțin spațiu sub capotă și atinge cuplul maxim la turațiile inferioare.
Apropo, sistemul de control al raportului de compresie nu numai că mărește eficiența motorului, dar reduce și nivelul vibrațiilor. Datorită brațelor basculante, bielele în timpul cursei de lucru a pistoanelor ocupă o poziție aproape verticală, în timp ce la motoarele convenționale se deplasează dintr-o parte în alta (motiv pentru care bielele au primit numele lor). Prin urmare, chiar și fără arbori de echilibru, această unitate cu 4 cilindri funcționează la fel de liniștit și lin ca un V6.
Dar poziția variabilă TDC utilizând un sistem complex de pârghii nu este singura caracteristică a noului motor. Prin modificarea raportului de compresie, această unitate poate, de asemenea, să comute între două cicluri de lucru: clasicul Otto, care este utilizat de cea mai mare parte a motoarelor pe benzină, și ciclul Atkinson, care se găsește în principal în hibrizi. În acest din urmă caz (la un raport de compresie ridicat), datorită cursei mai mari a pistonului, amestecul de lucru se extinde mai mult, arzând cu o eficiență mai mare, ca urmare, eficiența crește și consumul de benzină scade.
În plus față de două cicluri de funcționare, acest motor folosește și două sisteme de injecție: MPI clasic și GDI direct, care îmbunătățește eficiența arderii și evită lovirea la rapoarte ridicate de compresie. Ambele sisteme funcționează alternativ și la sarcini mari simultan. O acoperire specială a pereților cilindrilor, care este aplicată prin pulverizare cu plasmă, apoi stinsă și șlefuită, contribuie, de asemenea, pozitiv la creșterea eficienței motorului. Rezultatul este o suprafață ultra-netedă, „asemănătoare oglinzii”, care reduce fricțiunea inelului pistonului cu 44%.
O altă caracteristică unică a VC-Turbo este reducerea activă a vibrațiilor active cu cuplu rutier, integrată în montajul său superior, care se bazează pe un actuator alternativ. Acest sistem este controlat de un senzor de accelerație care detectează vibrațiile motorului și ca răspuns generează vibrații de amortizare antifază. Suporturile active din Infiniti au fost folosite pentru prima dată în 1998 pe un motor diesel, dar acel sistem s-a dovedit a fi prea greoi, deci nu s-a extins. Proiectul a stat sub covor până în 2009, când inginerii japonezi au început să-l îmbunătățească. Au mai durat 8 ani pentru a rezolva problema amortizorului de vibrații supraponderal și supradimensionat. Dar rezultatul este impresionant: datorită ATR, unitatea cu 4 cilindri a noului Infiniti QX50 este cu 9 dB mai silențioasă decât V6 a predecesorului său!