Motoare cu compresie variabilă: de la Saab la Infiniti. Nissan dezvoltă ICE cu raport de compresie variabil

Motor VC-T. Imagine: Nissan

Producătorul japonez Nissan Motor a dezvăluit un nou tip de motor cu combustie internă pe benzină care depășește motoarele diesel moderne în anumite privințe.

Noul motor Variable Compression-Turbo (VC-T) este capabil modificați raportul de compresie gazos amestec combustibil, adică pentru a schimba cursa pistoanelor în Cilindrii ICE... Acest parametru este de obicei fixat. Aparent, VC-T va fi primul ICE din lume cu un raport de compresie variabil.

Raportul de compresie este raportul dintre volumul spațiului de sus al pistonului cilindrului unui motor cu ardere internă la poziția pistonului în centrul mort inferior (volumul total al cilindrului) la volumul spațiului de sus al pistonului cilindrului în poziția pistonului în punctul mort superior, adică la volumul camerei de ardere.

Creșterea raportului de compresie în caz generalîși mărește puterea și crește eficiența motorului, adică ajută la reducerea consumului de combustibil.

Motoarele convenționale pe benzină au de obicei un raport de compresie de 8: 1 la 10: 1 și mașini sport iar mașinile de curse pot avea până la 12: 1 sau mai mult. Pe măsură ce crește raportul de compresie, motorul are nevoie de combustibil cu un număr octanic mai mare.

Motor VC-T. Imagine: Nissan

Ilustrația arată diferența de pas a pistonului la diferite rapoarte de compresie: 14: 1 (stânga) și 8: 1 (dreapta). În special, este demonstrat mecanismul pentru schimbarea raportului de compresie de la 14: 1 la 8: 1. Se întâmplă în acest fel.

1. Dacă este necesar să modificați raportul de compresie, modulul este activat Unitate armonicăși schimbă pârghia actuatorului.
2. Pârghia de acționare rotește arborele de antrenare ( Arborele de comandă pe diagramă).
3. Când arborele de acționare se rotește, acesta modifică unghiul suspensiei cu mai multe legături ( Multi-link pe diagramă)
4. Suspensia multi-link determină înălțimea pe care fiecare piston este capabil să o ridice în cilindrul său. Astfel, se modifică raportul de compresie. Centrul mort inferior al pistonului pare să rămână același.

Schimbarea raportului de compresie într-un motor cu ardere internă poate, într-un anumit sens, să fie comparată cu schimbarea unghiului de atac în elicele cu pas variabil - un concept care a fost folosit în elice și elice de mai multe decenii. Pasul variabil al elicei vă permite să mențineți eficiența elicei aproape de optim, indiferent de viteza purtătorului în flux.

Tehnologia de modificare a raportului de compresie a motorului cu ardere internă face posibilă menținerea puterii motorului, respectând în același timp standarde stricte de eficiență a motorului. Acesta este probabil cel mai mult mod real respectă aceste standarde. „Toată lumea lucrează acum la rapoarte variabile de compresie și la alte tehnologii pentru a îmbunătăți dramatic eficiența motoarelor pe benzină", ​​spune James Chao, director general Asia Pacific și consultant IHS. „De cel puțin ultimii douăzeci de ani sau cam așa ceva." ... Merită menționat faptul că în 2000 Saab a arătat un prototip al unui astfel de motor Saab Variable Compression (SVC) pentru Saab 9-5, pentru care a câștigat o serie de premii la expozițiile tehnice. Apoi, compania suedeză a fost cumpărată de îngrijorare Motoare generaleși a încetat să mai lucreze la prototip.

Motor Saab Variable Compression (SVC). Foto: Reedhawk

Motorul VC-T este promis să fie introdus pe piață în 2017 cu Infiniti QX50. Prezentarea oficială este programată pentru 29 septembrie la Salonul Auto de la Paris. Acest doi litri motor cu patru cilindri va avea aproximativ aceeași putere și cuplu ca V6 de 3,5 litri, care își va lua locul, dar va oferi o economie de combustibil de 27% în comparație cu acesta.

Inginerii Nissan spun, de asemenea, că VC-T va fi mai ieftin decât motoarele diesel turbocompresive avansate de astăzi și va respecta pe deplin reglementările actuale privind NOx și alte reglementări privind emisiile. gaze de esapament- astfel de norme se aplică în Uniunea Europeană și în alte țări.

După Infiniti, este planificat echiparea celorlalți cu motoare noi Mașini Nissanși, eventual, o companie parteneră Renault.


Motor VC-T. Imagine: Nissan

Se poate presupune că complicatul Design ICE la început va fi greu de încredere. Este logic să așteptați câțiva ani înainte de a cumpăra o mașină cu motor VC-T, cu excepția cazului în care doriți să participați la testarea unei tehnologii experimentale.

Motor VC-T. Imagine: Nissan

Producătorul japonez Nissan Motor a dezvăluit un nou tip de motor cu combustie internă pe benzină care depășește motoarele diesel moderne în anumite privințe.

Noul motor Variable Compression-Turbo (VC-T) este capabil modificați raportul de compresie amestec combustibil gazos, adică pentru a schimba cursa pistoanelor din cilindrii motorului cu ardere internă. Acest parametru este de obicei fixat. Aparent, VC-T va fi primul ICE din lume cu un raport de compresie variabil.

Raportul de compresie este raportul dintre volumul spațiului de sus al pistonului cilindrului unui motor cu ardere internă la poziția pistonului în centrul mort inferior (volumul total al cilindrului) la volumul spațiului de sus al pistonului cilindrului în poziția pistonului în punctul mort superior, adică la volumul camerei de ardere.

O creștere a raportului de compresie crește, în general, puterea și crește eficiența motorului, adică ajută la reducerea consumului de combustibil.

Motoarele convenționale pe benzină au de obicei rapoarte de compresie între 8: 1 și 10: 1, în timp ce în mașinile sport și mașinile de curse poate ajunge până la 12: 1 sau mai mult. Pe măsură ce crește raportul de compresie, motorul are nevoie de combustibil cu un număr octanic mai mare.

Motor VC-T. Imagine: Nissan

Ilustrația arată diferența de pas a pistonului la diferite rapoarte de compresie: 14: 1 (stânga) și 8: 1 (dreapta). În special, este demonstrat mecanismul pentru schimbarea raportului de compresie de la 14: 1 la 8: 1. Se întâmplă în acest fel.

1. Dacă este necesar să modificați raportul de compresie, modulul este activat Unitate armonicăși schimbă pârghia actuatorului.
2. Pârghia de acționare rotește arborele de antrenare ( Arborele de comandă pe diagramă).
3. Când arborele de acționare se rotește, acesta modifică unghiul suspensiei cu mai multe legături ( Multi-link pe diagramă)
4. Suspensia multi-link determină înălțimea pe care fiecare piston este capabil să o ridice în cilindrul său. Astfel, se modifică raportul de compresie. Centrul mort inferior al pistonului pare să rămână același.

Schimbarea raportului de compresie într-un motor cu ardere internă poate, într-un anumit sens, să fie comparată cu schimbarea unghiului de atac în elicele cu pas variabil - un concept care a fost folosit în elice și elice de mai multe decenii. Pasul variabil al elicei vă permite să mențineți eficiența elicei aproape de optim, indiferent de viteza purtătorului în flux.

Tehnologia de modificare a raportului de compresie a motorului cu ardere internă face posibilă menținerea puterii motorului, respectând în același timp standarde stricte de eficiență a motorului. Acesta este probabil cel mai realist mod de a respecta aceste standarde. „Toată lumea lucrează acum la rapoarte variabile de compresie și la alte tehnologii pentru a îmbunătăți dramatic eficiența motoarelor pe benzină", ​​spune James Chao, director general Asia Pacific și consultant IHS. „De cel puțin ultimii douăzeci de ani sau cam așa ceva." ... Este demn de menționat că în 2000 Saab a prezentat un prototip al unui astfel de motor Saab Variable Compression (SVC) pentru Saab 9-5, pentru care a câștigat o serie de premii la expozițiile tehnice. Apoi, compania suedeză a fost cumpărată de General Motors și a încetat să mai lucreze la prototip.

Motor Saab Variable Compression (SVC). Foto: Reedhawk

Motorul VC-T este promis să fie introdus pe piață în 2017 cu Infiniti QX50. Prezentarea oficială este programată pentru 29 septembrie la Salonul Auto de la Paris. Acest cilindru de 2,0 litri cu patru cilindri va avea aproximativ aceeași putere și cuplu ca V6 de 3,5 litri, care va înlocui, dar va oferi cu 27% mai mult consum de combustibil.

Inginerii Nissan spun, de asemenea, că VC-T va fi mai ieftin decât motoarele diesel turbocompresive avansate de astăzi și va respecta pe deplin reglementările actuale privind oxidul de azot și alte emisii de gaze de eșapament, precum cele din Uniunea Europeană și alte țări.

După Infiniti, este planificată dotarea altor mașini ale Nissan și, eventual, a companiei partenere Renault cu motoare noi.


Motor VC-T. Imagine: Nissan

Se poate presupune că proiectarea complicată a motorului cu ardere internă la început este puțin probabil să fie fiabilă. Este logic să așteptați câțiva ani înainte de a cumpăra o mașină cu motor VC-T, cu excepția cazului în care doriți să participați la testarea unei tehnologii experimentale.

„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. Cea mai înaltă tehnologie din acel moment Motor Saab Compresia variabilă (SVC) cu cinci cilindri avea o cilindree de 1,6 litri, dar a dezvoltat o putere inimaginabilă de 225 CP pentru o astfel de cilindree. cu. și un cuplu de 305 Nm. Alte caracteristici s-au dovedit a fi excelente și - 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 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, ci pentru a crește coeficientul acțiune utilă(Eficiență) motorul cu ardere internă a fost îmbunătățit prin introducerea injecției directe de combustibil, geometrie variabilă tract de admisie, turbocompresoare inteligente etc. munca activa peste crearea hibridului centrale electrice, vehicule electrice, dezvoltarea pilelor de combustibil cu hidrogen și noi modalități 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 prezentat „în metal”, ca și 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 și, 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 pistonului superior se va schimba. punct mort(TDC) 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. Îl controlează folosind un arbore excentric, care, cu ajutorul lui unelte melcate 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 debitului supape 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 foloseau o manivelă specială 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.

După cum poate părea la prima vedere, motor modern arderea internă a atins cel mai înalt stadiu al evoluției sale. Pe acest moment diverse sunt produse în serie și, aparute, au implementat suplimentar posibilitatea.

În lista celor mai semnificative evoluții pentru anul trecut se poate distinge: introducerea unor sisteme de injecție de înaltă precizie sub controlul electronicii complexe, obținând de mare putere fără a mări deplasarea datorată sistemelor de supraalimentare, creșterea, utilizarea etc.

Rezultatul este o îmbunătățire vizibilă a performanței, precum și o reducere a emisiilor de eșapament. Cu toate acestea, nu este totul. Proiectanții și inginerii din întreaga lume continuă nu numai să îmbunătățească activ soluțiile existente, ci și să încerce să creeze un design complet nou.

Este suficient să reamintim încercările de a construi, a scăpa de dispozitiv sau de a schimba dinamic raportul de compresie al motorului. Imediat, observăm că, deși unele proiecte sunt încă în curs de dezvoltare, altele au devenit deja o realitate. De exemplu, motoarele cu un raport de compresie variabil. Să aruncăm o privire la caracteristicile, avantajele și dezavantajele acestor ICE.

Citiți în acest articol

Schimbarea raportului de compresie: de ce aveți nevoie de el

Mulți șoferi experimentați sunt familiarizați cu concepte precum octanul pentru motoarele pe benzină, precum și cele diesel. Pentru cititorii mai puțin informați, amintiți-vă că raportul de compresie este raportul dintre volumul de deasupra pistonului, care este coborât la BDC (centrul mort inferior) la volumul când pistonul crește la TDC (centrul mort superior).

Unitățile pe benzină au în medie 8-14, diesel 18-23. Raportul de compresie este o valoare fixă ​​și este stabilit structural în timpul dezvoltării unui anumit motor. De asemenea, cerințele pentru utilizarea numărului octanic de benzină într-un anumit motor vor depinde de raportul de compresie. În paralel, este luat în considerare sau cu supraîncărcare.

Dacă vorbim despre raportul de compresie în sine, de fapt, acesta este un indicator care determină cât de mult va fi comprimat amestecul combustibil-aer din cilindrii motorului. Pur și simplu, un amestec bine comprimat se aprinde mai bine și arde mai complet. Se pare că o creștere a raportului de compresie vă permite să obțineți creșterea motorului, să obțineți un randament îmbunătățit de la motor, să reduceți consumul de combustibil etc.

Cu toate acestea, există și nuanțe. În primul rând, aceasta. Din nou, dacă nu intrați în detalii, în mod normal, încărcarea combustibilului și a aerului din cilindri ar trebui să ardă și să nu explodeze. Mai mult, aprinderea amestecului trebuie să înceapă și să se încheie la ore strict specificate.

În acest caz, combustibilul are așa-numita „rezistență la lovire”, adică capacitatea de a rezista la detonare. Dacă raportul de compresie este mult crescut, atunci combustibilul poate începe să detoneze în motor în anumite condiții de funcționare ale motorului cu ardere internă.

Rezultatul este un proces de ardere explozivă necontrolată în cilindri, distrugerea rapidă a pieselor motorului de către o undă de șoc, o creștere semnificativă a temperaturii în camera de ardere etc. După cum puteți vedea, este imposibil să realizați un raport de compresie ridicat constant din aceste motive. În acest caz, singura ieșire în această situație este capacitatea de a schimba flexibil acest indicator în raport cu diferite moduri de funcționare a motorului.

Un astfel de motor „funcțional” a fost propus recent de inginerii premium Marca Infiniti(divizia de elită a Nissan). De asemenea, alți producători de automobile (SAAB, Peugeot, Volkswagen etc.) au fost și rămân implicați în evoluții similare. Deci, să aruncăm o privire la un motor cu raport de compresie variabil.

Raport de compresie variabilă: Cum funcționează

În primul rând, capacitatea disponibilă de a modifica raportul de compresie vă permite să creșteți semnificativ performanța motoarelor turbo, reducând în același timp consumul de combustibil. Pe scurt, în funcție de modul de funcționare și de sarcini pornite Combustibil ICE sarcina este comprimată și arsă în cele mai optime condiții.

Când sarcina pe unitatea de putere este minimă, un cilindru este alimentat cu un amestec economic „slab” (mult aer și puțin combustibil). Un raport ridicat de compresie este potrivit pentru un astfel de amestec. Dacă sarcina motorului crește (se furnizează un amestec „bogat”, în care există mai multă benzină), atunci riscul de detonare crește în mod natural. În consecință, pentru a preveni acest lucru, raportul de compresie este redus dinamic.

La motoarele unde raportul de compresie este constant, schimbarea este un fel de protecție împotriva lovirii. Acest unghi este deplasat „înapoi”. Bineînțeles, o astfel de schimbare a unghiului duce la faptul că, deși nu există detonare, pierde și putere. În ceea ce privește un motor cu un raport de compresie variabil, nu este nevoie să schimbați VOZ, adică nu există pierderi de putere.

În ceea ce privește implementarea circuitului în sine, de fapt, sarcina se reduce la faptul că există o scădere fizică a volumului de lucru al motorului, dar toate caracteristicile (putere, cuplu etc.)

Imediat, observăm că s-a lucrat la o astfel de decizie diferite companii... Ca urmare, căi diferite controlul raportului de compresie, de exemplu, un volum variabil al camerei de ardere, biele cu posibilitatea ridicării pistoanelor etc.

• Una dintre cele mai vechi evoluții a fost introducerea unui piston suplimentar în camera de ardere. Pistonul specificat s-a putut mișca în timp ce schimba volumul. Dezavantajul întregului design a fost nevoia de a instala piese suplimentare în. De asemenea, au apărut imediat modificări ale formei camerei de ardere, combustibilul a ars inegal și defect.

Din aceste motive, acest proiect nu a fost niciodată finalizat. Aceeași soartă a avut loc și dezvoltarea, care a avut pistoane cu capacitatea de a-și schimba înălțimea. Pistoanele de tip divizat indicate s-au dovedit a fi grele, s-au adăugat dificultăți cu privire la implementarea controlului înălțimii de ridicare a capacului pistonului etc.

• Dezvoltările ulterioare nu au afectat pistoanele și camera de ardere; a fost acordată o atenție maximă problemei ridicării arborelui cotit. Cu alte cuvinte, sarcina a fost de a implementa controlul ascensorului arborelui cotit.

Schema dispozitivului este astfel încât jantele de rulment ale arborelui să fie amplasate în cuplaje speciale de tip excentric. Aceste ambreiaje sunt acționate de roți dințate care sunt conectate la un motor electric.

Rotația excentricelor vă permite să vă ridicați sau să coborâți, ceea ce duce la o schimbare a înălțimii ridicării pistonului în raport cu. Ca urmare, volumul camerei de ardere crește sau scade, iar raportul de compresie se schimbă în același timp.

Rețineți că mai multe prototipuri au fost construite pe baza modelului de 1,8 litri unitate turbo de la Volkswagen, raportul de compresie a variat de la 8 la 16. Motorul a fost testat mult timp, dar nu a devenit niciodată o unitate de serie.

• O altă încercare de a găsi o soluție a fost motorul, în care raportul de compresie a fost modificat prin ridicarea întregului bloc de cilindri. Dezvoltarea aparține mărcii Saab, iar unitatea însăși a intrat aproape chiar în serie. Motorul, cunoscut sub numele de SVC, este o unitate de 1,6 litri cu 5 cilindri, supraalimentată.

Puterea era de aproximativ 220 CP. sec., cuplu puțin peste 300 Nm. Este de remarcat faptul că consumul de combustibil în modul de încărcare medie a scăzut cu aproape o treime. În ceea ce privește combustibilul în sine, a devenit posibil să se completeze atât AI-76, cât și 98.

Inginerii Saab au împărțit blocul de cilindri în două părți convenționale. În partea de sus erau capetele și garniturile de cilindri, în timp ce în partea de jos erau arborele cotit. Un fel de conexiune a acestor părți ale blocului, pe de o parte, era o balama mobilă și, pe de altă parte, un mecanism special echipat cu o acționare electrică.

Așa că s-a realizat oportunitatea de a crește ușor partea de sus la un anumit unghi. Acest unghi de creștere a fost de doar câteva grade, în timp ce raportul de compresie a variat de la 8 la 14. În același timp, o carcasă de cauciuc trebuia să etanșeze „îmbinarea”.

În practică, părțile de ridicare pentru partea superioară a unității în sine, precum și carcasa de protecție în sine, s-au dovedit a fi elemente foarte slabe. Poate că acest lucru a împiedicat motorul să intre în serie și proiectul a fost închis în continuare.

• Următoarea dezvoltare a fost propusă în continuare de inginerii din Franța. Un motor turbo cu un volum de lucru de 1,5 litri a reușit să schimbe raportul de compresie de la 7 la 18 și a dat o putere de aproximativ 225 CP. Caracteristica cuplului este fixată la aproximativ 420 Nm.

Structural, unitatea este complexă, împărțită. În zona în care biela este atașată la arborele cotit, piesa este echipată cu un balansier dințat special. La joncțiunea bielei cu pistonul, a fost introdusă și o șină de tip angrenaj.

Pe cealaltă parte, un suport de piston a fost atașat la balansier, care a realizat controlul. Sistemul a fost condus din sistemul de lubrifiere, fluidul de lucru a trecut printr-un sistem complex de canale, supape și a existat, de asemenea, o acționare electrică suplimentară.

Pe scurt, mișcarea pistonului de control a afectat brațul basculant. Ca urmare, înălțimea de ridicare a pistonului principal din cilindru s-a schimbat, de asemenea. Rețineți că, de asemenea, motorul nu a devenit serial, iar proiectul a fost înghețat.

• Următoarea încercare de a crea un motor cu un raport de compresie variabil a fost decizia inginerilor Infiniti, și anume motorul VCT (Variable Compression Turbocharged). În acest motor, a devenit posibilă modificarea raportului de compresie de la 8 la 14. Caracteristica de proiectare este un mecanism de traversare unic.

Se bazează pe conexiunea bielei cu gâtul inferior, care este mobil. De asemenea, este utilizat un sistem de pârghii, care sunt acționate de un motor electric.

Controlerul controlează procesul prin trimiterea de semnale către motorul electric. Motorul electric, după ce primește o comandă de la unitatea de control, schimbă forța, iar sistemul de pârghie implementează o schimbare de poziție, care vă permite să schimbați înălțimea de ridicare a pistonului.

Rezultatul este o unitate Infiniti VCT de 2,0 litri cu o putere de aproximativ 265 CP. a permis economisirea a aproape 30% din combustibil în comparație cu motoarele cu ardere internă similare, care în același timp au un raport de compresie constant.

Dacă producătorul reușește să rezolve în mod eficient problemele actuale (complexitate de proiectare, vibrații crescute, fiabilitate, cost final ridicat de producție a unității etc.), atunci declarațiile optimiste ale reprezentanților companiei se pot împlini, iar motorul însuși are toate șansele de a deveni un serial deja în 2018-2019.

Să rezumăm

Luând în considerare informațiile de mai sus, devine clar că motoarele cu raport de compresie variabil sunt capabile să ofere o reducere semnificativă a consumului de combustibil până la motoare pe benzină turboalimentat.

Pe fundalul globalului criza combustibilului, precum și strângerea constantă a standardelor de mediu, aceste motoare permit nu numai arderea eficientă a combustibilului, ci și limitarea puterii motorului.

Cu alte cuvinte, un astfel de motor cu ardere internă este destul de capabil să ofere toate avantajele unui motor turbo puternic pe benzină de mare viteză. În același timp, în ceea ce privește consumul de combustibil, o astfel de unitate se poate apropia de omologii turbodiesel, care sunt populari astăzi, în principal datorită propriilor lor.

Citește și

Dispozitivul turbocompresorului, principalele elemente structurale, alegerea turbinei. Avantajele și dezavantajele motoarelor turbo pe benzină și diesel.

Suntem obișnuiți cu faptul că raportul de compresie și deplasarea sunt parametri de proiectare nemodificați ai unui motor de automobile. Se pare că acest obicei va trebui curând înțărcat. Tendințele în dezvoltarea ingineriei motorului indică faptul că viitorul aparține motoarelor cu „variabil imuabil”. Și aceasta nu este în niciun caz o perspectivă vagă - vorbim despre viitor, care este pe prag și deja bate la ușă.

Prolog

Acum aproape 15 ani, concernul suedez SAAB, un expert de renume în domeniul tehnologia motorului, a revoltat din nou pacea comunității auto mondiale. La Salonul Auto de la Geneva din 2000, a demonstrat rezultatul senzațional al multor ani de muncă la proiectul SVC (SAAB Variable Compression) - un prototip de scânteie cu suflantă mecanicăși raport de compresie variabil. Publicul a fost „revoltat” atât de caracteristicile de putere fantastice ale unității, cât și de apetitul modest. Modelul inline-five de 1,6 litri a dezvoltat puterea nominală și cuplul maxim caracteristic unui motor V-6 de 3 litri (225 CP / 5800 min-1 și respectiv 333 Nm / 4000 min-1). La testarea motorului SVC în SAAB 9-5, consumul de combustibil cu ciclu combinat a fost de numai 8,3 l / 100 km.

O combinație atât de mare de compactitate, caracteristici de tractiune, consumul de combustibil și, în consecință, emisiile toxice promiteau perspective strălucitoare atât pentru preocuparea suedeză, cât și pentru întreaga industrie auto mondială din secolul XXI. Nu fără motiv conceptul SVC a primit imediat mai multe premii de la organizatori. Expoziția de la Genevași o serie de publicații auto. În comentariile entuziaste ale multor profesioniști auto serioși, s-a susținut că începutul productie in masa Motoarele SVC sunt o chestiune de doi-trei ani. Între timp, au trecut aproape 15 și nu există „Saabs” cu motoare miraculoase. Pasiunile în jurul senzaționalului proiect SVC s-au calmat și nu există informații noi despre destinul său ulterior. Capetele fierbinți dintre fanii SAAB „rulează butoaie” către conducerea GM - spun ei, au înghețat în mod deliberat proiectul, care a amenințat că va conduce o miză în producția de „ummografe” „G-Em” de mai mulți litri și deraiază un întreaga ramură a industriei lor americane. În general, povestea este curioasă. Un detectiv, s-ar putea spune. Pentru a o înțelege obiectiv, mai întâi trebuie să înțelegeți care este esența ideii de a schimba neschimbătorul.

Pe degete

Din teoria motoarelor termice, care a fost inițiată în prima jumătate a secolului al XIX-lea de către omul de știință și inginer francez Sadi Carnot, se știe că eficiența unui ciclu termodinamic ideal (randamentul său termic) crește odată cu creșterea gradului de compresie (c) a fluidului de lucru. Influența raportului de compresie asupra eficienței motoarelor termice reale - motoare cu combustie internă pentru automobile- nu atât de lipsit de ambiguitate. O creștere „nelimitată”, justificată teoretic, a raportului de compresie este împiedicată de pierderile mecanice în creștere simultane pentru frecare și schimb de gaze, sarcinile termice și mecanice pe piesele motorului, în special combustibilii auto și multe altele. Prin urmare, în raport cu un motor cu ardere internă (de un anumit design), putem vorbi despre valoarea optimă a raportului de compresie la care se atinge eficiența maximă efectivă, care este responsabilă pentru eficiența consumului de combustibil și caracteristicile de putere ridicate. Mai precis, despre gama valorilor optime в, deoarece la diferite condiții de funcționare ale motorului, gradul de influență al factorilor limitativi este diferit și cel mai muncă eficientă poate fi realizat cu diferite rapoarte de compresie.

Luați, de exemplu, motoare cu scânteie aspirate extern. Studiile arată că raportul de compresie optim pentru astfel de motoare se află în intervalul 13-15. O creștere suplimentară în b nu duce la o îmbunătățire vizibilă a performanței motorului datorită creșterii pierderilor mecanice. În același timp, acest parametru pentru motoarele moderne pe benzină este de obicei de aproximativ 10, adică semnificativ mai puțin decât optim. Motivul este dorința de a evita detonarea, al cărei pericol apare în principal la încărcare maximă, la presiuni și temperaturi ridicate în camera de ardere. Se știe că motorul unei mașini de oraș funcționează cu o clapetă complet deschisă pentru cel mult 10% din timpul de funcționare. Aceasta înseamnă că cea mai mare parte a acestuia nu câștigă energie și risipește combustibilul. Indiferent dacă raportul de compresie este reglabil, în moduri mișcare inactivăși sarcini parțiale, motorul ar putea funcționa la un nivel optim de intrare și numai la modurile de putere ar scădea la un nivel sigur. Se estimează că această măsură ar reduce consumul de benzină cu aproximativ 10%. Nu foarte multe, dar nu prea puține, dacă ținem cont de numărul imens de „vehicule pe benzină” operate. Economiile totale în petrol și reducerea emisiilor în atmosferă ar fi destul de tangibile.

Un raport de compresie variabil ar merge bine pentru motoarele diesel. Dieselurile moderne, dintre care majoritatea sunt supraalimentate, au, de asemenea, un raport de compresie care nu este optim. La proiectarea motoarelor diesel, este selectat pe baza asigurării unui pornire stabilă la rece a motorului. În funcție de designul motorului, acesta poate lua valori de la 16 la 24, care este mai mare decât optimul. Un raport de compresie excesiv de ridicat, datorită caracteristicilor de pornire acceptabile, previne creșterea presiunii de creștere, adică creșterea puterii specifice motoarelor diesel. Una dintre consecințele unui raport de compresie ridicat este mare presiune maximăîn camera de ardere. Când este sub presiune, crește și mai mult, ceea ce amenință să depășească sarcini admise pe piesele motorului, reducându-i resursele și chiar distrugerea. Abilitatea de a regla flexibil raportul de compresie al turbodieselurilor ar permite pornirea motorului fără probleme la V ridicat și la modurile de putere, să-l reducă la 10-11, crescând în același timp presiunea de impuls. În acest fel, puterea poate fi crescută semnificativ fără teama de a depăși presiunea limitată de ardere.

Avantajele menționate, care promit capacitatea de a controla raportul de compresie, așa cum se spune, se află la suprafață. Dar toate acestea sunt flori, fructe de pădure - în față.

Două coborâșuri

Nu este un secret faptul că datorăm apariția multor tehnologii moderne în construcția de motoare luptei pentru reducerea consumului de combustibil și reducerea emisiilor de dioxid de carbon și a altor produse de ardere a combustibililor de hidrocarburi în atmosferă. În ciuda succeselor obținute, lupta nu este deloc terminată. Noile provocări așteaptă pentru foile de motor, conduse de un proces și mai dur reglementările de mediuși cerințele în creștere privind performanțele la volan ale mașinilor. Noile strategii pentru dezvoltarea motoarelor auto sunt răspunsul la noi provocări. Majoritatea experților din domeniul ingineriei auto sunt de acord că, în viitorul apropiat, două strategii interdependente vor fi deosebit de relevante: reducerea și reducerea vitezei. Numele primului din transcrierea rusă se pronunță „reducere” și înseamnă „reducere în dimensiune”, numele celui de-al doilea, sunând ca „descreștere”, înseamnă „reducere a frecvenței de rotație”. Să fim atenți la ambele „coborâșuri”, deoarece acestea se raportează direct la subiectul conversației.

Reducerea dimensiunii înseamnă deplasarea în două direcții: creșterea puterii și cuplului motorului fără a crește deplasarea acestuia sau reducerea deplasării cu caracteristici de ieșire constante. În ambele cazuri, indicatorii specifici ai motorului cresc, în special puterea litrului, care servește la atingerea principalului obiectiv - reducerea consumului de combustibil. Cu alte cuvinte, vorbim despre dezvoltarea unor motoare compacte și în același timp puternice. Astfel de unități folosesc combustibilul mai eficient (în special la sarcini parțiale) din cauza pierderilor mai mici pentru schimbul de gaz și frecare, precum și scăderea mai mică a căldurii din fluidul de lucru în pereții camerei de ardere.

Este posibil să se reducă și mai mult pierderile de pompare și pierderile de frecare dacă, la un motor compact, o creștere a puterii se realizează nu datorită creșterii turației arborelui cotit, ci datorită creșterii cuplului pe întreaga gamă de turații. Acest lucru poate fi realizat prin creșterea raportului de umplere și a presiunii efective medii a cilindrului (vezi fișa de înșelăciune 2). Astfel, strategia de reducere devine și mai avantajoasă atunci când este completată cu reducerea vitezei.

Trebuie remarcat faptul că ideea de a crește caracteristicile specifice motoarelor nu este nouă. De-a lungul istoriei dezvoltării, motoarele auto au fost îmbunătățite constant, devenind mai compacte și mai puternice. Un alt lucru este că acum această tendință a devenit o prioritate și au apărut oportunități tehnologice care fac posibilă obținerea unui salt calitativ în această direcție. Strategiile de dimensionare și reducere a turației sunt relevante atât pentru motoarele pe benzină, cât și pentru cele diesel, dar motoarele cu scânteie au un potențial de dezvoltare mult mai mare în aceste zone. Pentru a atinge obiectivele prevăzute într-un motor cu aprindere prin scânteie, este planificată utilizarea mai multor tehnologii deja dovedite:

Sincronizare complet variabilă a supapei cu patru supape pe cilindru (VVA);

Injecție directă de combustibil (GDI);

Injecție forțată de aer (CH).

Dar cheia succesului în crearea unui motor pe benzină compact, puternic și eficient din punct de vedere al consumului de combustibil este tehnologia Variable Compression Ratio (VCR). Într-adevăr, pentru a obține o creștere tangibilă a puterii de litri, este necesară o creștere a presiunii ridicate. În acest caz, riscul de detonare în modurile de încărcare va crește de multe ori. Pentru a o evita, motoarele forțate, de obicei, cu un raport de compresie fix „se extind” - reduc valoarea ε cu mai multe unități (până la 7-8) și se îndepărtează mai mult de optim. Prețul care trebuie plătit pentru aceasta este munca instabilă și lăcomia motorului „neclantat” la încărcări la ralanti și parțiale. Tehnologia VCR va permite motorului extrem de accelerat să funcționeze extrem de eficient în toate modurile. Pentru a face acest lucru, trebuie doar să învățați cum să reglați ușor £ în intervalul de la 14 la 7. Controlul complet asupra detonației în condiții de creștere a presiunii ridicate va face posibilă reducerea cilindrării motorului cu până la 50%, menținându-și în același timp puterea. caracteristici.

Datorită reglării flexibile a raportului de compresie, va fi posibil să se influențeze parametrii proceselor fizice din motor care afectează consumul de combustibil și emisia de componente toxice:

Presiunea și temperatura la sfârșitul cursei de compresie;

Presiunea maximă și temperatura de ardere;

Raportul de expansiune și eficiența indicatorului;

Volumul camerei de ardere;

Temperatura gazelor de eșapament.

Împreună cu reducerea extremă, aceasta oferă oportunități extraordinare de a economisi energie și de a reduce emisiile de dioxid de carbon. Deci, conform informațiilor de la diferite surse, motoarele VCR supraalimentate compacte vor consuma cu 20-40% mai puțin combustibil în comparație cu cele tradiționale motoare atmosferice putere echivalentă. De exemplu, consumul de combustibil al motorului SVC a fost de aproximativ 30%. Emisiile de gaze cu efect de seră vor fi reduse cu aceeași cantitate.

Tehnologia de compresie variabilă va permite o varietate de scenarii de gestionare a motorului pentru a ajuta la reducerea emisiilor de eșapament. De exemplu, la pornirea unui motor rece, va fi posibilă reducerea deliberată a eficienței indicatorului. Creșterea rezultată a temperaturii gazelor de eșapament va accelera încălzirea catalizatorului și, în același timp, va reduce emisia de oxizi de azot. La modul de putere maximă, tehnologia VCR va reduce încărcăturile de căldură din camera de ardere și sistemul de evacuare, fără a recurge la metoda de răcire utilizată în mod obișnuit - îmbogățirea amestecului și emisiile crescute asociate de CO și HC. Acest tip de măsuri vor asigura creșterea Cerințe de mediu la motoare fără complicația și creșterea costului sistemelor de curățare a gazelor de eșapament. Potrivit experților, datorită tehnologiei raportului de compresie variabil, motoarele cu scânteie vor fi capabile să scoată din funcțiune motoarele diesel și să redea conducerea pierdută în materie de eficiență și ecologie.

Abilitatea de a schimba neschimbatul încălzește sufletul celor care susțin folosirea specii alternative combustibil. Raportul de compresie ajustabil pe scară largă simplifică mult sarcina de a crea un motor multi-combustibil care să funcționeze la fel de eficient pe benzină, gaz natural sau amestec alcool-benzină E-85, care este deosebit de popular în Suedia și Statele Unite. În cele din urmă, tehnologia VCR deschide calea pentru introducerea de noi și îmbunătățirea tehnologiilor promițătoare existente pentru construcția de motoare: utilizarea ciclului adaptiv Atkinson, formarea sarcinilor stratificate amestec aer-combustibil, incinerarea amestecurilor ultra-slabe și o serie de altele.

Lista completă a potențialelor avantaje ale ICE-urilor cu un raport de compresie variabil nu este epuizată de acest lucru, dar cele de mai sus sunt suficiente pentru a înțelege de ce majoritatea producătorilor de automobile sunt interesați de evoluțiile în această direcție.

Era doar pe hârtie ...

Idee Crearea ICE raportul de compresie variabil nu a intrat ieri în posesia minții constructorilor de motoare. Putem spune că recent nu se confruntă decât cu renașterea ei. Primul s-a întâmplat în zorii secolului al XX-lea, astfel încât ideea schimbării neschimbării nu este mult mai tânără decât motoarele cu combustie internă. Până la jumătatea secolului trecut, aproape toate metodele cunoscute astăzi erau deja dezvoltate și brevetate (sub formă de diagrame sau modele), ceea ce a făcut posibilă variația raportului de compresie într-un motor cu ardere internă. Unele dintre soluțiile propuse, din diverse motive, au rămas pe hârtie, unele au fost încorporate în hardware. Unele dintre motoarele VCR create au fost aduse la nivelul de dezvoltare experimentală și doar câteva au fost produse în serie mică și instalate pe mașini. Există, de asemenea, astfel de „încarnări” care au fost utilizate de aproape o sută de ani și vor fi utilizate în motoarele cu ardere internă, dar nu în scopuri de transport. Mai multe despre acest lucru vor fi discutate mai târziu. În primul rând, să vedem în ce direcții s-a dezvoltat ideea schimbării neschimbării.

Nu este dificil să definim aceste direcții în principiu. Pentru a face acest lucru, trebuie să vă amintiți că raportul de compresie geometrică este raportul dintre volumul maxim și minim al cilindrului atunci când pistonul se află la BDC și respectiv TDC (a se vedea fișa 1). Se poate vedea din expresia de mai sus pentru b că este posibil să se influențeze raportul de compresie prin schimbarea volumului camerei de compresie (V), a volumului de lucru al motorului (Vh) sau a ambilor parametri în același timp. Mai mult, cu un volum de lucru constant, raportul de compresie poate fi variat numai datorită volumului camerei de compresie. O analiză a schemei structurale a unui motor tradițional cu ardere internă cu mecanism cu manivelă (KShM) oferă principalele metode de influențare a înălțimii camerei de compresie (hc):

1) o schimbare a scheletului motorului (distanța de la axa de rotație a arborelui cotit la arcul camerei de compresie);

2) schimbarea înălțimii pistonului;

3) schimbarea lungimii bielei;

4) schimbarea razei manivelei.

Este important de reținut că în acest din urmă caz ​​- când raza manivelei se schimbă - împreună cu raportul de compresie, volumul de lucru al motorului (dimensiunea cursei pistonului) se va schimba, de asemenea. Posibilitatea acțiunii simultane pe ambele geometrice Parametru ICE foarte tentant. Mai ales dacă respectă o relație inversă - cu o creștere a raportului de compresie, volumul de lucru va scădea și invers. Acest lucru va face posibilă, de exemplu, reducerea deplasării motorului la modurile de pornire și încărcare parțială și, în același timp, să lucrați cu un indicator ridicat și o eficiență mecanică datorită pierderilor mari de pompare și reducerii pierderilor de pompare. Pe măsură ce sarcina crește și presiunea de creștere crește, motorul se „extinde” și, în același timp, „crește” în dimensiune. În acest fel, va fi posibil să se obțină atât o putere nominală ridicată, cât și o eficiență maximă a combustibilului în fiecare punct al caracteristicii sarcinii motorului.

Este posibil să micșorați sau să măriți volumul camerei de compresie nu numai prin schimbarea înălțimii acesteia. Să luăm în considerare alte modalități de influențare a valorii lui Y ca un al cincilea punct separat. Lista rezultată nu ar fi, de asemenea, completă fără încă un punct al șaselea. Faptul este că considerațiile de mai sus au vizat motoarele în care mișcare de translație pistonul este transformat în rotația arborelui cotit folosind KShM. Multe alte mecanisme de conversie sunt cunoscute în domeniu, inclusiv cele care vă permit să controlați mișcarea pistoanelor și să afectați raportul de compresie și deplasarea. Utilizarea lor în proiectarea motoarelor VCR poate fi, de asemenea, foarte promițătoare.

Timp de aproape un secol care a trecut de la începerea ideii, inginerii-inventatori nu au neglijat niciuna dintre direcțiile indicate. Să notăm câteva dintre rezultatele pe care le-au obținut.

Schimbarea scheletului motorului

Unul dintre primele motoare VCR construite pe acest principiu a fost creat în anii 1920 de talentatul inginer și cercetător britanic Sir Harry Ricardo. Sir Ricardo și-a dezvoltat motorul cu un singur cilindru cu compresie variabilă pentru a studia proprietățile combustibililor și fenomenul detonației. Ulterior a introdus în viața de zi cu zi conceptul numărului octanic de combustibil. La motorul Ricardo, dimensiunea scheletului a fost modificată datorită mișcării cilindrului și a capului blocului în raport cu carterul și arborele cotit staționare. Cilindrul a fost conectat la carter cu ajutorul unei piulițe cu filet trapezoidal - mișcarea cilindrului a fost realizată prin rotirea acestuia. Schimbarea distanței dintre arborele cotit și arborele cu came a fost compensată de o rolă intermediară în antrenarea lanțului arborelui cu came. Majoritatea motoarelor incluse în facilitățile de cercetare, inclusiv cele mai moderne, au o schemă similară. Acestea sunt utilizate pe scară largă pentru a studia tot felul de procese fizice într-un motor cu ardere internă. Privind în perspectivă, să spunem că conceptul SVC multi-cilindru folosește și principiul de a varia scheletul datorită deplasării monoblocului, care include cilindrii și computerul principal.

Se cunosc multe modele de motoare în care, dimpotrivă, arborele cotit are capacitatea de a se deplasa în raport cu cilindrul. Un brevet german din 1968 descrie un motor Varimax în care rulmenții arborelui cotit sunt atârnați în carter pe un cadru. Cadrul este susținut pe ambele părți de tije verticale - fixate pe o parte și reglabile pe cealaltă. Decalarea axei arborelui cotit se realizează prin schimbarea lungimii tijelor reglabile. Mai des, pentru a mișca arborele, se propune instalarea lagărelor sale principale în bucșe excentrice. Unul dintre motoarele VCR dezvoltate de specialiștii cunoscutei companii de cercetare din Germania FEV Motorentechnik este amenajat în conformitate cu această schemă. Bucșele au jante dințate, care se plasează cu roți dințate situate pe un singur arbore.

Un dezavantaj comun al structurilor menționate este scăderea rigidității scheletului motorului, „coloana vertebrală” a acestuia, datorită utilizare inevitabilă conexiuni suplimentare între carter, arborele cotit și cilindru. Mecanismele responsabile de schimbarea înălțimii scheletului sunt supuse unor sarcini grele din gaze și forțe inerțiale.

Construcții cu mobil arbore cotitîn plus, suferă de rigiditate insuficientă a suporturilor și probleme serioase asociat cu alinierea axei „genunchiului” cu axa arborelui de intrare al cutiei de viteze. Astfel, ceea ce nu este critic pentru instalațiile staționare de laborator prezintă provocări considerabile în dezvoltarea de produse fiabile pentru vehiculele de transport.

Schimbarea înălțimii pistonului

La prima vedere, schimbarea înălțimii pistonului pare a fi cea mai atractivă metodă de influențare a raportului de compresie. Într-adevăr, spre deosebire de altele, această metodă necesită modificări minime în arhitectură. motor de bază... Designul pistonului cu înălțime variabilă a fost propus în 1952 de British Engine Research Institute. Pistonul este format din două părți - un „corp” cu o fustă și un cap mobil realizat sub formă de sticlă. Suprafața de contact dintre corp și cap este etanșată, în cavitatea internă dintre ele prin canalele din biela ulei de motor... O modificare a cantității sale duce la o variație a înălțimii pistonului. Cu o creștere a înălțimii, jocul peste piston scade, raportul de compresie crește și invers. Alimentarea cu ulei este reglată de un sistem de supape.

În urma britanicilor, motoarele preocupărilor Ford și Mercedes-Benz au funcționat în aceeași direcție și au propus propriile versiuni de pistoane „telescopice”. Ele s-au diferențiat într-o schemă de alimentare cu ulei ușor diferită și în organizarea sigiliului capului mobil. Pistoanele au fost utilizate la proiectarea motoarelor fabricate în loturi mici... Gama de variație a raportului de compresie pentru diferite motoare a fost diferită. De exemplu, pe mașini Clasa M-B S era 11-14, datorită acestui efect Eficiența motoarelor a crescut cu 5%.

Cel mai notabil succes în această direcție a fost obținut de corporația americană Continental. De câțiva ani a produs motorul diesel special AVCR-1100 cu înălțime variabilă a pistonului. Raportul de compresie din acesta a variat între 10 și 22. Creșterea înălțimii pistonului de la minim la maxim a avut loc în 60-65 de cicluri, sau aproximativ 3 s, deoarece este posibilă doar pentru o perioadă scurtă de timp, în timp ce forțele inerțiale care acționează asupra pistonului depășesc forța contrapresiunii gazelor. Răspunsul lent nu este cel mai semnificativ dezavantaj al modelelor de piston telescopic. Un mecanism cu elemente de precizie este forțat să funcționeze în condiții de temperaturi și sarcini ridicate. Una dintre consecințele probabile ale acestui fapt este cocsarea uleiului și pierderea mobilității capului pistonului. În plus, implementarea metodei este asociată cu o creștere semnificativă a masei pistoanelor, cu toate consecințele care rezultă.

Modificarea lungimii bielei și a razei manivelei

În diferite momente, au fost propuse un număr mare de modele de biele cu lungime variabilă. Majoritatea s-au bazat pe aceleași soluții care au fost folosite pentru a schimba înălțimea pistoanelor. Corpul bielei a fost realizat telescopic, lungimea acestuia a fost schimbată cu ajutorul dispozitivelor mecanice sau hidraulice. Aceste modele suferă de aceleași dezavantaje ca și pistoanele telescopice. Mai mult, fiabilitatea designului sa dovedit a fi chiar mai mică datorită faptului că biela, spre deosebire de piston, este supusă unor sarcini mari de îndoire. Mai multe brevete au propus schimbarea lungimii bielei prin plasarea elementelor excentrice în capetele superioare sau inferioare. Implementarea practică a acestor metode sa dovedit a fi atât de dificilă încât au rămas idei pure.

Utilizarea unui mecanism excentric a fost, de asemenea, considerată ca un mijloc de modificare a razei manivelei. Firma olandeză de inginerie Gomecsys a avansat cel mai îndepărtat în această direcție. În designul pe care l-a propus, un manșon excentric mobil cu un inel dințat este plasat în jurul știftului. Poziția sa unghiulară se modifică datorită rotației unei roți dințate cu diametru mare cu angrenaje interne... Conform acestui principiu, 2- și

Motoare cu 4 cilindri - prototipuri GoEngine. Mecanismul dezvoltat este deservit simultan de doi cilindri. Prin urmare, este potrivit numai pentru motoarele cu o anumită schemă - un număr par de cilindri, dintre care doi adiacenți funcționează sincron. În alte cazuri, numărul de perechi de viteze, masa și dimensiunile motorului cresc excesiv. Numai acest lucru restrânge semnificativ posibilitățile sale de aplicare practică.

Schimbarea volumului camerei de compresie

Metodele alternative de modificare a volumului camerei de compresie sunt reduse în principal la dispozitivul unei camere împărțite, constând din două părți comunicante - principala și suplimentară. Volumul camerei suplimentare este variat de mișcarea bolții sale, care se realizează prin hidraulică, mecanică sau Dispozitive electrice... Aceasta modifică volumul total al camerei de ardere și, în consecință, raportul de compresie.

Unul dintre primele astfel de sisteme a fost stăpânit de compania franceză Hispano-Suiza. Motorul diesel HS-103 V8 a folosit o cameră vortex cu volum variabil, al cărui acoperiș mobil a fost mutat sub acțiunea hidraulică. Un dispozitiv similar pentru reglarea raportului de compresie într-un motor cu scânteie a fost brevetat de compania Ford. Diferența a fost că, în acest design, partea mobilă a camerei suplimentare a fost mutată folosind o camă profilată. În cele din urmă, raportul de compresie în motorul concept ALVAR, al cărui autor aparține la concernul Volvo... Aici seifuri camere suplimentare compresia era partea inferioară a pistoanelor secundare mici, care erau conduse de un arbore situat în chiulasă.

Metoda de împărțire a camerei de compresie este atractivă prin faptul că modificările necesare sunt limitate doar de proiectarea capului. Pe de altă parte, chiulasa (în special a unui motor multivalv modern) este deja strâns ambalată. Așadar, plasarea unui element suplimentar în el este o mare problemă. Prezența unui "apendice" în camera de ardere perturbă inevitabil procesul de formare și ardere a amestecului, ceea ce duce la o deteriorare a caracteristicilor de mediu ale motorului. În cele din urmă, mecanismul de reglare funcționează în zona sarcinilor termice și mecanice maxime, care nu pot decât să îi afecteze fiabilitatea.

În această etapă, pot fi trase câteva concluzii intermediare. Din păcate, nu sunt foarte reconfortanți. Pentru motoarele cu KShM tradițional, au fost propuse și testate diferite opțiuni pentru reglarea raportului de compresie. Majoritatea au făcut posibilă rezolvarea sarcinii de schimbare, dar niciunul dintre ei nu s-a dovedit a fi absolut preferabil și potrivit pentru utilizarea pe scară largă pe motoarele seriale din cauza dificultăților de fabricare sau a asigurării performanțelor acceptabile. Acest lucru i-a determinat pe inginerii de motoare să se gândească la alte tipuri de mecanisme care transformă mișcarea de translație în rotație.

Utilizarea mecanismelor de transformare netradiționale

Această linie de lucru privind crearea unui motor VCR fără tensiune poate fi numită populară. Mulți producători de automobile - Ford, Mercedes-Benz, Nissan, Peugeot / Citroen - și companii de cercetare auto: FEV Motorentechnik din Germania, Mayflower britanic și franceza MCE-5 Development s-au angajat în aceasta și continuă să se angajeze activ în aceasta. Fla de mulți ani, dezvoltări similare au fost efectuate la NAMI. Să încercăm să înțelegem motivul interesului pentru acest subiect.

După ce ați analizat un volum important de TMM (teoria mecanismelor și mașinilor, în argoul studențesc - acesta este mormântul meu), puteți găsi un număr imens de scheme cinematice de mecanisme care, în principiu, pot fi utilizate într-un motor cu ardere internă pentru transferați mișcarea de la piston la arborele cotit. mecanism cu manivela- cel mai simplu dintre ei, care este meritul său incontestabil. Conform clasificării KIJJM, este un mecanism de conversie cu un singur element, deoarece pistonul este conectat la manivela printr-o singură verigă - biela. A fost atrasă atenția inginerilor asupra mecanismelor cu trei elemente, care, cu relativă simplitate, sunt potențial capabile să le ofere avantaj important- control flexibil al mișcării pistonului. Dispozitivele din trei piese sunt împărțite în două grupuri mari- echilibrare și traversare. În prima, legătura (echilibrarea) conectată la biela se rotește, în cea de-a doua, face o mișcare plană complexă și se numește traversă. Mecanismele de echilibrare sunt conectate la manivela prin tracțiune, cele treverse - prin traversarea însăși.

Multe modele de motoare cu ardere internă echilibrate au fost brevetate și testate experimental. Majoritatea erau motoare în 2 timpi cu mișcare opusă a pistonului. Cercetările au arătat că bazarea pe mecanisme de echilibrare nu dă roade. Deși motoarele de echilibrare au demonstrat suficiente fiabilitate ridicată, aveau dimensiuni semnificativ mai mari în comparație cu cele tradiționale, depășindu-le ușor în ceea ce privește posibilitatea de a regla mișcarea pistoanelor. Au fost obținute rezultate mult mai încurajatoare în timpul testării experimentale a mecanismelor de traversare. S-a demonstrat că oferă următoarele beneficii în anumite condiții:

Gama acceptabilă de reglare a raportului de compresie (ε = 7-15);

Posibilitatea reglării simultane a raportului de compresie și a volumului de lucru și în conformitate cu algoritmul optim;

Capacitatea de a minimiza dezechilibrul motorului prin optimizarea legii mișcării pistonului și utilizarea masei elementelor suplimentare;

Sarcini mici pe comenzile mecanismului VCR și, ca urmare, o viteză destul de mare;

Absența pieselor exotice, utilizarea tehnologiilor tradiționale pentru construcția de motoare.

De aceea, mecanismul de traversare este luat ca bază de majoritatea dezvoltatorilor de motoare VCR menționate mai sus. Aceasta nu înseamnă că toți se mișcă „pistă în pistă”. Sunt utilizate diferite scheme cinematice și diverse soluții de proiectare. Expresia „în anumite condiții” a fost folosită anterior dintr-un motiv. Într-adevăr, avantajele mecanismelor de traversare sunt inerente în ele în niciun caz „prin definiție”. Acestea sunt realizate numai atunci când parametrii geometrici și de proiectare ai tuturor legăturilor sunt optimizați din punctul de vedere al legii mișcării pistonului, echilibrului mecanismului și rezistenței. În stadiul actual, aceste întrebări sunt subiectul principal al cercetării.

În plus, sunt elaborate diverse opțiuni pentru mecanismul de acționare și algoritmul pentru controlul automat al raportului de compresie.

Între timp, MCE-5 lucrează într-o direcție diferită. Designul motorului VCR propus de ea folosește KShM, dar într-un mod neconvențional. Capul superior al bielei nu este conectat la piston, ci la ax roata dintata, care, la rândul său, este conectat la o tijă fixată rigid de piston. La prima vedere, soluția nu este incontestabilă, dar, potrivit dezvoltatorilor, are o serie de avantaje. Se susține că mecanismul vă permite să reglați raportul de compresie pe o gamă largă, oferă pierderi minime de frecare datorită absenței presiunii laterale a pistonului pe pereții cilindrului, este extrem de fiabil și are o durată de viață lungă.

Vom putea verifica acest lucru în următorul articol, care va fi dedicat celor mai promițătoare proiecte ICE cu „variabilă neschimbată”.

Pentru informații unice despre proiectarea, funcționarea și repararea sistemelor de supraalimentare, consultați site-ul web turbomaster.ru

Editorii sunt recunoscători doctorului în științe tehnice Georg Ter-Mkrtichyan pentru ajutorul său în pregătirea articolului.

• Serghei Samokhin