Primul motor cu combustie în serie din lume cu un raport de compresie variabil. Motor SAAB cu raport de compresie variabil Motor cu raport de compresie variabil

„Raportul de compresie variabil” este o tehnologie care va oferi 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 (vezi). Apoi a fost prezentat de Saab. Cel mai high-tech motor Saab Variable Compression (SVC) cu cinci cilindri avea la acea vreme o cilindree de 1,6 litri, dar dezvolta o putere incredibilă de 225 CP pentru o astfel de cilindree. cu. si un cuplu de 305 Nm. Alte caracteristici s-au dovedit a fi 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, acestea 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 - practic fără 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, din cauza complexității designului, aceste motoare nu au intrat în serie la acel moment, iar 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 lucrat activ la crearea de centrale hibride, vehicule electrice, dezvoltarea pilelor de combustie cu hidrogen și noi metode de stocare a hidrogenului. Cu toate acestea, potențialul inerent motoarelor cu un raport de compresie variabil i-a bântuit pe mulți ingineri. Ca urmare, au apărut multe mecanisme pentru a implementa această idee „în metal”.

Cel mai apropiat de implementarea sa astăzi este proiectul francez de motor MCE-5, care a început în 1997. Conceptul care s-a născut atunci a avut o mulțime de neajunsuri, care au trebuit 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.

Cel 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. Pe lângă un raport de compresie variabil, motorul este echipat cu injecție directă, un sistem de sincronizare variabil al 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 sector de viteze tăiat cu două fețe, în mijloc, așezat pe o biela scurtată a mecanismului manivelei (KShM). La rândul său, angrenajul sectorial, pe de o parte, se cuplează cu biela 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 de pe axa bielei este un fel de balansoar. Și dacă acest culbutor este înclinat într-o parte sau alta, poziția punctului mort superior (PMS) se va schimba la piston și, în consecință, volumul camerei de ardere. Și deoarece mărimea cursei pistonului este constantă, raportul de compresie se modifică (raportul dintre volumul cilindrilor și volumul camerei de ardere). O structură hidromecanică, care este controlată de electronică, este responsabilă pentru înclinarea culbutorului. De asemenea, constă dintr-un piston cu o bielă, al cărui capăt inferior cuplează culbutorul (angrenajul sectorial) pe cealaltă parte. Volumul de deasupra și dedesubtul acestui piston este conectat la sistemul de lubrifiere, iar în pistonul propriu-zis, 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, antrenează motorul electric al sistemului Valvetronic (BMW). Este nevoie de mai puțin de 100 de milisecunde pentru a schimba raportul de compresie de la 7 la 18.

Volumul camerei de ardere este reglat în funcție de principiul modificării capacității supapelor de ulei. Când sunt deschise, pistonul de ulei urcă și camera de ardere crește.

Resurse - fiabilitate

Din punct de vedere structural, noul motor a devenit mai complex. Conform teoriei probabilității, fiabilitatea sa ar trebui să scadă, dar creatorii neagă acest lucru. Ei susțin că a durat foarte mult până la terminarea motorului 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 bielei, a cărei axă este situată în unghi față de axa pistonului (cu excepția TDC și BDC) nu va mai actiona asupra pistonului. La noul motor, forța pistonului și a bielei „legate” rigid de acesta se transmite doar 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 acestuia. Și, în plus, grupul de piston a început să funcționeze mult mai liniștit, iar pierderile de energie pentru frecare au scăzut - acesta este un alt plus câteva procente în favoarea eficienței motorului.

Alte modalități de a modifica volumul camerei de ardere:

Caracteristica de proiectare a primului motor declarat cu un raport de compresie variabil este capul 1 iar partea de sus a blocului 2 cilindrii erau deplasabili si cu ajutorul unei manivele speciale 3 deplasat în sus și în jos în raport cu arborele cotit 4 cu o axă fixă ​​și partea inferioară a blocului cilindrilor.

Yuri Datsyk
Fotografie MCE

Dacă găsiți o eroare, selectați un text și apăsați Ctrl + Enter.

A doua generație a crossover-ului Infiniti QX50 a primit o grămadă de inovații, dintre care cea mai importantă a fost un motor unic - un VC-Turbo „turbo four” de 2,0 litri cu un raport de compresie variabil. Ideea creării unui motor pe benzină, în care raportul de compresie în cilindri ar fi variabil, nu este nouă. Deci, în timpul accelerației, când este necesară cea mai mare putere a motorului, îi puteți sacrifica economia pentru 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 crescut pentru a obține o ardere mai eficientă a amestecului de combustibil și a reduce consumul de combustibil - în acest caz, sarcina motorului este scăzută și riscul de lovire este minim. În general, totul este simplu în teorie, dar s-a dovedit a nu fi atât de ușor să implementezi această idee în practică. Iar designerii japonezi au fost primii care au adus ideea unei mostre de serie.

Esența tehnologiei dezvoltate de Nissan este modificarea continuă a înălțimii maxime de ridicare a pistonului (așa-numitul punct mort superior - PMS), în funcție de puterea necesară a motorului, ceea ce duce, la rândul său, la o scădere sau creștere a raportului de compresie în cilindrii. O parte cheie a acestui sistem este conexiunea specială a bielelor, care sunt conectate la arborele cotit printr-un ansamblu de culbutori mobil. Blocul, la rândul său, este conectat la un arbore de comandă excentric și un motor electric, care, la comanda electronicii, pune în mișcare acest mecanism viclean, schimbând înclinația culbutoarelor și poziția PMS a pistoanelor în toate. patru cilindri în același timp.

Diferența raportului de compresie în funcție de poziția PMS a pistonului. În imaginea din stânga, motorul este în modul economic, în dreapta - în modul de putere maximă. R: Când este necesară o modificare a raportului de compresie, motorul electric se rotește și mișcă brațul de antrenare. B: Brațul de antrenare rotește arborele de comandă. C: atunci când arborele se rotește, acesta acționează asupra pârghiei asociate culbutorului, modificând unghiul de înclinare a acestuia din urmă. D: în funcție de poziția culbutorului, PMS-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 de la 1997 la 1970 cm3. „Turbo-four” al noului Infiniti QX50 dezvoltă o capacitate de 268 de litri. cu. și un cuplu de 380 Nm - mult mai mult decât V6 de 2,5 litri al predecesorului său (performanța sa este de 222 CP și 252 Nm), consumând în același timp o treime mai puțină benzină. În plus, VC-Turbo este cu 18 kg mai ușor decât „șase” aspirat 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 culbutorilor, 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 (de aceea bielele și-au primit numele). Drept urmare, chiar și fără arbori de echilibrare, această unitate cu 4 cilindri funcționează la fel de silențios și lin ca un V6. Dar poziția variabilă a PMS folosind un sistem complex de pârghii nu este singura caracteristică a noului motor. Prin modificarea raportului de compresie, această unitate poate comuta și între două cicluri de lucru: clasicul Otto, care este folosit de cea mai mare parte a motoarelor pe benzină, și ciclul Atkinson, care se găsește în principal la hibrizi. În acest din urmă caz ​​(la un raport de compresie mare), datorită cursei pistonului mai mare, amestecul de lucru se dilată mai mult, ardând cu o eficiență mai mare, ca urmare, eficiența crește și consumul de benzină scade.

Deplasându-se în sus sau în jos, pârghia inferioară schimbă poziția pistonului în raport cu camera de ardere.

Pe lângă două cicluri de funcționare, acest motor folosește și două sisteme de injecție: clasicul MPI și direct GDI, care îmbunătățește eficiența arderii și evită lovirea la rapoarte de compresie ridicate. Ambele sisteme funcționează alternativ și la sarcini mari simultan. O acoperire specială a pereților cilindrului, care este aplicată prin pulverizare cu plasmă, apoi stinsă și șlefuită, are, de asemenea, o contribuție pozitivă la creșterea eficienței motorului. Rezultatul este o suprafață ultra-netedă „asemănătoare unei oglinzi” care reduce frecarea segmentului pistonului cu 44%.

Și care este beneficiul?

O altă caracteristică unică a VC-Turbo este Active Torque Road Active Vibration Reduction integrată în suportul 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 la Infiniti au fost folosite pentru prima dată în 1998 pe un motor diesel, dar acel sistem s-a dovedit a fi prea greoi, așa că nu a devenit larg răspândit. Proiectul a stat sub covor până în 2009, când inginerii japonezi au început să-l îmbunătățească. A fost nevoie de încă 8 ani pentru a rezolva problema supraponderală și a amortizorului de vibrații supradimensionat. Dar rezultatul este impresionant: datorită ATR, unitatea cu 4 cilindri a noului Infiniti QX50 este cu 9 dB mai silențioasă decât V6-ul predecesorului său!

Unul dintre cei care s-a apropiat cât mai mult de a crea un motor de serie cu raport de compresie variabil a fost marca Saab. Suedezii, însă, au mutat părțile superioare și inferioare ale blocului cilindric una față de alta. Și în motorul Infiniti / Nissan, modificările au afectat designul mecanismului manivelei.

Invenţia se referă la inginerie mecanică, în primul rând la motoare termice, şi în special la un motor cu combustie internă cu piston (ICE) cu un raport de compresie variabil. Rezultatul tehnic al invenției este de a îmbunătăți cinematica mecanismului de transmitere a forțelor motorului cu ardere internă cu piston, astfel încât să ofere capacitatea de a controla raportul de compresie, reducând în același timp reacția lagărelor și forțele inerțiale de ordinul doi. Motorul cu ardere internă conform invenţiei are un piston montat mobil în cilindru, care este conectat pivotant la biela. Mișcarea bielei este transmisă manivelei arborelui cotit. În același timp, pentru a asigura o modificare controlabilă a raportului de compresie și a cursei pistonului, este prevăzută o legătură de transmisie între biela și manivelă, care este configurată să controleze mișcarea acesteia folosind o pârghie de control. Legatura de transmisie este realizată sub forma unei pârghii transversale conectată la manivelă prin intermediul unei balamale, care se află într-o poziție intermediară în zona dintre două puncte de pivotare. La unul dintre punctele de pivotare, brațul transversal este conectat la biela, iar în celălalt, la brațul de control. Pârghia de comandă este, de asemenea, conectată pivotant la o manivela suplimentară sau un excentric, care efectuează mișcări de control, deplasând axa de rulare a pârghiei de comandă, modificând astfel raportul de compresie al motorului cu ardere internă. În plus, axa de rulare a pârghiei de comandă poate efectua o mișcare ciclică continuă, sincronizată cu rotația arborelui cotit. În același timp, dacă se observă anumite relații geometrice între legăturile individuale ale mecanismului de transmisie a forței, sarcinile asupra acestora pot fi reduse și poate fi crescută funcționarea lină a motorului cu ardere internă. 12 p.p. f-ly, 10 bolnavi.

Desene pentru brevetul RF 2256085

Prezenta invenţie se referă la inginerie mecanică, în primul rând la motoarele termice. Invenția se referă, în special, la un motor cu combustie internă cu piston (ICE) având un piston, care este montat mobil în cilindru și care este conectat pivotant la o biela, a cărei mișcare este transmisă manivelei arborelui cotit, în timp ce între biela și manivelă este prevăzută o legătură de transmisie, care este realizată cu capacitatea de a-și controla mișcarea folosind o pârghie de control pentru a asigura o mișcare controlată a pistonului, în primul rând, pentru a oferi posibilitatea de a schimba raportul de compresie și cursa pistonului și care este realizată sub forma unei pârghii transversale, care este conectată la manivelă printr-o balama, care este situată într-o poziție intermediară în zona dintre suport punctul în care se află brațul triunghi. conectat la biela și punctul de pivot la care legătura transversală este conectată la brațul de comandă și la o anumită distanță de linia care leagă acești doi pivoti, la care legătura transversală este conectată la brațul de comandă și biela, respectiv.

De la Wirbeleit F.G., Binder K. și Gwinner D., „Development of Piston with Variable Compression Height for Incising Efficiency and Specific Power Output of Combustion Engines”, SAE Techn. Pap., 900229, este cunoscută pentru un ICE de tip similar cu un raport de compresie automat variabil (PARSS) prin modificarea înălțimii pistonului, care constă din două părți, între care se formează camere hidraulice. Schimbarea raportului de compresie se realizează automat prin schimbarea poziției unei părți a pistonului față de cealaltă, prin ocolirea uleiului dintr-o astfel de cameră în alta folosind supape de bypass speciale.

Dezavantajele acestei soluții tehnice includ faptul că sistemele de tip PARSS presupun prezența unui mecanism de control al raportului de compresie situat într-o zonă de temperatură ridicată și foarte încărcată (în cilindru). Experiența cu sisteme precum PARSS a arătat că în modurile tranzitorii, în special la accelerarea unei mașini, funcționarea motorului cu ardere internă este însoțită de detonare, deoarece sistemul de control hidraulic nu permite o modificare rapidă și simultană a raportului de compresie în toți cilindrii.

Dorința de a elimina mecanismul de reglare a raportului de compresie din zona de temperatură înaltă și încărcată mecanic a condus la apariția altor soluții tehnice care implică o modificare a schemei cinematice a motorului cu ardere internă și introducerea de elemente suplimentare (legături) în acesta, al cărui control asigură o modificare a raportului de compresie.

Deci, de exemplu, Jante A., „Kraftstoffverbrauchssenkung von Verbrennungsmotoren durch kinematische Mittel”, Automobil-Industrie, No. 1 (1980), pp. 61-65, descrie motorul cu ardere internă (a cărui diagramă cinematică este prezentată în Fig. . 1), în care două legături intermediare sunt instalate între manivela 15 și biela 12 - o biela suplimentară 13 și un culbutor 14. Culbutorul 14 efectuează o mișcare de balansare cu un centru de balansare în punctul de pivotare Z. Raportul de compresie este reglat prin schimbarea poziției punctului A prin rotirea excentricului 16 fixat pe carcasă... Excentricul 16 se rotește în funcție de sarcina motorului, în timp ce centrul de oscilație, situat în punctul de pivotare Z, se deplasează de-a lungul unui arc de cerc, modificând astfel poziția punctului mort superior al pistonului.

Din lucrarea lui Christoph Bolling et al., „Kurbetrieb fur variable Verdichtung”, MTZ 58 (11) (1997), pp. 706-711, este cunoscut și un motor de tip FEV (a cărui diagramă cinematică este prezentată în Fig. 2), în care între manivela 17 și biela 12 este instalată o biela suplimentară 13. Biela 12 este, de asemenea, conectată la culbutorul 14, care face o mișcare de balansare cu centrul de balansare în punctul de pivotare Z. Raportul de compresie este controlat prin schimbarea poziției punctului de pivotare Z prin rotirea excentricului 16 fixat pe carcasa motorului. Excentricul 16 se rotește în funcție de sarcina motorului, în timp ce centrul de oscilație, situat în punctul de pivotare Z, se deplasează de-a lungul unui arc de cerc, modificând astfel poziția punctului mort superior al pistonului.

Din cererea DE 4312954 A1 (21.04.1993) se cunoaste tipul de motor IFA (a carui schema cinematica este prezentata in figura 3), care intre manivela 17 si biela 12 este instalata o biela suplimentara 13. Biela 12, în plus, este conectat la unul dintre capetele balansoarului 14, al doilea capăt al căruia face o mișcare de balansare cu centrul de balansare în punctul de pivotare Z. Raportul de compresie este controlat prin schimbarea poziției punctului de pivotare Z prin rotind excentricul 16, care este atașat de carcasa motorului. Excentricul 16 se rotește în funcție de sarcina motorului, în timp ce centrul de oscilație, situat în punctul de pivotare Z, se deplasează de-a lungul unui arc de cerc, modificând astfel poziția punctului mort superior al pistonului.

Dezavantajele inerente motoarelor modelelor descrise mai sus (cunoscute din lucrarea lui Jante A., din lucrarea lui Christoph Bolling et al. Și din cererea DE 4312954 A1), ar trebui atribuite, în primul rând, netezime insuficient de mare a funcționării lor, din cauza forțelor inerțiale de ordinul doi mari în timpul mișcării de translație de întoarcere a maselor, care este asociată cu particularitățile cinematicii mecanismelor și duce la o creștere excesivă a lățimii totale sau a înălțimii totale a unitate de putere. Din acest motiv, astfel de motoare sunt practic nepotrivite pentru utilizarea lor ca motoare de vehicule.

Reglarea raportului de compresie într-un motor cu ardere internă cu piston vă permite să rezolvați următoarele sarcini:

Creșteți presiunea medie Pe prin creșterea presiunii de supraalimentare fără a crește presiunea maximă de ardere dincolo de limitele specificate prin scăderea raportului de compresie pe măsură ce sarcina motorului crește;

Reduceți consumul de combustibil în intervalul sarcinilor mici și medii prin creșterea raportului de compresie pe măsură ce sarcina motorului scade;

Îmbunătățiți netezimea motorului.

Reglarea raportului de compresie permite, în funcție de tipul de motor cu ardere internă, realizarea următoarelor avantaje (pentru motoarele cu ardere internă cu aprindere forțată (prin scânteie):

În timp ce se menține nivelul atins de eficiență a motorului la sarcini mici și medii, o creștere suplimentară a puterii nominale a motorului este asigurată prin creșterea presiunii de supraalimentare cu o scădere a raportului de compresie (vezi Fig. 4a, unde curbele indicate de poziția x se referă la un motor convențional, iar curbele indicate de poziția y se referă la un motor cu raport de compresie variabil);

În timp ce se menține nivelul atins de putere nominală a motorului, o scădere a consumului de combustibil la sarcini mici și medii este asigurată prin creșterea raportului de compresie până la limita permisă de detonare (vezi Fig. 4b, unde curbele indicate de poziția x se referă la un standard convențional). motor, iar curbele indicate de poziția y se referă la un motor cu raport de compresie variabil);

În timp ce se menține nivelul atins al puterii nominale a motorului, economia crește la sarcini mici și medii, precum și nivelul de zgomot al motorului scade în timp ce turația nominală a arborelui cotit este redusă (vezi Fig. 4c, unde curbele indicate de poziție). x se referă la un motor convențional, iar curbele y se referă la un motor cu raport de compresie variabil).

Similar cu aprinderea prin scânteie ICE, raportul de compresie într-un motor diesel poate fi controlat în următoarele trei direcții egale:

Cu o deplasare constantă și o turație nominală, puterea motorului este crescută prin creșterea presiunii de supraalimentare. În acest caz, nu eficiența este cea care crește, ci puterea vehiculului (vezi Fig. 5a, unde curbele indicate de poziția x se referă la un motor convențional, iar curbele indicate de poziția y se referă la o variabilă motor cu raportul de compresie);

Cu un volum de lucru constant și o putere nominală, presiunea medie Pe crește cu o scădere a turației nominale. În acest caz, menținând caracteristicile de putere ale vehiculului, economia motorului crește prin creșterea eficienței mecanice (vezi Fig. 5b, unde curbele indicate de poziția x se referă la un motor convențional, iar curbele indicate de poziţia y se referă la un motor cu un raport de compresie variabil);

Motorul existent de cilindree mare nu este înlocuit cu un motor de cilindree mică, ci de aceeași putere (vezi Fig. 5c, unde curbele indicate de poziția x se referă la un motor convențional, iar curbele indicate de poziția y se referă la un motor cu un raport de compresie variabil. ). În acest caz, eficiența motorului în intervalul sarcinilor medii și complete crește, precum și greutatea și dimensiunile motorului sunt reduse.

Baza prezentei invenții a fost sarcina de a îmbunătăți cinematica unui motor cu ardere internă cu piston, astfel încât, la costuri reduse de proiectare, să fie posibil să se controleze raportul de compresie, reducând în același timp reacția lagărelor și a celui de ordinul doi. forțe de inerție.

În ceea ce privește un motor cu combustie internă cu piston de tipul indicat la începutul descrierii, această problemă este rezolvată conform invenției datorită faptului că lungimea laturii situate între punctul de referință la care brațul transversal este conectat la brațul de control și punctul de referință la care brațul transversal este conectat la biela, lungimea laterală, situată între punctul de pivot la care brațul transversal este conectat la brațul de comandă și pivotul cu care brațul transversal este conectat la manivelă și lungimea laturii situate între punctul de pivot la care brațul de braț este conectat la biela și pivotul cu care brațul de braț este conectat la manivelă, în ceea ce privește raza manivelei, satisfac următoarele relații:

Conform unui exemplu de realizare preferat al pistonului ICE conform invenției, brațul triunghiular este sub forma unei legături triunghiulare, la vârfurile căreia există puncte de pivot la care brațul transversal este conectat la pârghia de comandă și la biela, și balamaua prin care se leagă brațul de manivelă.

Este de preferat ca lungimea l a bielei și lungimea k a pârghiei de comandă, precum și distanța e dintre axa de rotație a arborelui cotit și axa longitudinală a cilindrului, să satisfacă, din punct de vedere al razei r. ale manivelei, următoarele relații:

În cazul în care brațul de comandă și biela sunt situate pe aceeași parte a brațului transversal, distanța f dintre axa longitudinală a cilindrului și punctul de pivotare al brațului de comandă cu carcasa motorului și distanța p dintre arborele cotit. axa și punctul de pivotare specificat ar trebui să satisfacă, de preferință, în ceea ce privește raza r manivelă, următoarele relații:

În același caz, când brațul de comandă și biela sunt situate pe părți opuse ale brațului braț, distanța f dintre axa longitudinală a cilindrului și punctul de pivotare al brațului de comandă și distanța p dintre axa arborelui cotit și valoarea specificată. punctul de pivotare ar trebui să fie de preferință satisfăcut în ceea ce privește raza r a manivelei următoarele rapoarte:

Conform unui alt exemplu de realizare preferat al motorului cu piston conform invenţiei, punctul de pivotare al pârghiei de comandă este mobil de-a lungul unui traseu controlat.

De asemenea, este de preferat să se asigure posibilitatea fixării punctului de pivotare al brațului de comandă în diferite poziții unghiulare reglabile.

În conformitate cu o altă variantă de realizare preferată a motorului cu ardere internă cu piston conform invenției, este posibilă reglarea poziției unghiulare a punctului de pivotare al pârghiei de comandă în funcție de valorile și parametrii de funcționare ai motorului cu ardere internă care caracterizează modul de funcționare al motorului cu ardere internă.

Conform unui alt exemplu de realizare preferat al motorului cu combustie internă cu piston conform invenţiei, este posibil ca punctul de pivotare al pârghiei de comandă să se mişte sincron cu rotaţia arborelui cotit de-a lungul unui traseu controlat.

Într-un alt exemplu de realizare preferat al pistonului ICE conform invenției, este posibil să se sincronizeze cu rotația arborelui cotit mișcarea punctului de pivotare al pârghiei de comandă de-a lungul unei traiectorii controlate și posibilitatea de reglare a defazajului între mișcarea acest punct și rotația arborelui cotit, în funcție de valorile care caracterizează modul de funcționare a motorului cu ardere internă și parametrii de funcționare ICE.

În conformitate cu un alt exemplu de realizare preferat al motorului cu piston cu ardere internă conform invenției, este posibil să se sincronizeze cu rotația arborelui cotit mișcarea punctului de pivotare al pârghiei de comandă de-a lungul unei traiectorii controlate, în timp ce este posibil să se schimbe raportul de transmisie dintre mișcarea acestui punct și rotația arborelui cotit.

Pistonul ICE 1 propus în invenție este prezentat în figurile 6a și 6b și are o carcasă 2 cu un cilindru 3 și un piston 4 instalat în el, o bielă 6, care este conectată pivotant la un capăt la un piston 4, o manivelă 8 a unui arbore cotit instalat într-o carcasă 2, trasă biela 10, numită și pârghia de comandă 10 și conectată pivotant la un capăt la carcasa 2, și brațul triunghiular 7, care este conectat pivotant cu unul dintre vârfurile sale la cel de-al doilea capăt al bielei 6, cel de-al doilea vârf al acestuia este conectat pivotant la manivela 8, iar al treilea vârf este conectat pivotant la biela trasă 10. Pentru a regla raportul de compresie, axa de oscilare a bielei trase 10 , adică punctul Z al conexiunii sale articulate are capacitatea de a se deplasa de-a lungul unui traseu controlat, determinat, de exemplu, de un excentric sau de o manivelă suplimentară 11.

În funcție de poziția axei de pivotare a bielei remorcate, motorul cu piston cu ardere internă propus în invenție are două opțiuni de proiectare (vezi Figurile 6a și 6b):

În prima versiune (Fig. 6a), planul orizontal, în care se află axa de oscilare a bielei trase 10, adică. punctul Z al conexiunii pivotului său este situat deasupra punctului de conectare al manivelei 8 cu brațul triunghi 7 când manivela se află în punctul mort superior sau, cu alte cuvinte, biela trasă 10 și biela 6 sunt situate pe una. partea laterală a pârghiei transversale 7;

În cea de-a doua versiune (Fig. 6b), planul orizontal, în care se află axa de balansare a bielei trase 10, i.e. punctul Z al conexiunii pivotului său este situat sub punctul de conectare al manivelei 8 cu pârghia transversală 7 când manivela se află la punctul mort superior sau, cu alte cuvinte, biela trasă 10 și biela 6 sunt situate pe părțile opuse ale pârghiei transversale 7.

Schimbarea poziției punctului Z al articulației balamalei a brațului de tracțiune, de ex. axul său de pivotare permite, datorită unei mișcări simple de control, efectuată de o manivela suplimentară, respectiv un excentric de reglare, modificarea raportului de compresie. În plus, punctul Z al articulației brațului traseu, adică E. axa sa de balansare poate efectua o mișcare ciclică continuă, sincronizată cu rotația arborelui cotit.

După cum se arată în Fig. 7, motorul cu piston cu ardere internă conform invenției are avantaje semnificative față de sistemele cunoscute (descrise de Jante A., Christoph Bolling și colab. și DE 4312954 A1), precum și față de mecanismul de manivelă convențional (CM) în ceea ce privește netezimea lucrării sale.

Cu toate acestea, aceste avantaje pot fi atinse numai dacă sunt respectate anumite relații geometrice, și anume, cu selectarea corectă a lungimilor elementelor individuale și a pozițiilor acestora față de axa arborelui cotit.

Conform prezentei invenții, este important să se determine dimensiunile elementelor individuale (în raport cu raza manivelei) și coordonatele articulațiilor individuale ale mecanismului de transmitere a forței, care pot fi realizate prin optimizarea unui astfel de mecanism prin analiză cinematică și dinamică. Scopul optimizării unui astfel de mecanism descris de nouă parametri (Fig. 8) este de a reduce forțele (sarcina) care acționează asupra legăturilor sale individuale la cel mai scăzut nivel posibil și de a crește netezimea funcționării acestuia.

Mai jos, cu referire la Fig. 9 (9a și 9b), care prezintă schema cinematică a motorului cu ardere internă prezentată în Fig. 6 (6a și, respectiv, 6b), este explicat principiul de funcționare al mecanismului de manivelă reglabil. În procesul de funcționare a motorului cu ardere internă, pistonul său 4 face o mișcare alternativă în cilindru, care este transmisă bielei 6. Mișcarea bielei 6 este transmisă prin punctul de sprijin (pivot) B către pârghie transversală 7, a cărei libertate de mișcare este limitată datorită conexiunii cu biela remorcată 10 V suport (pivot) punctul C. Dacă punctul Z al conexiunii balamalei a bielei remorcate 10 este staționar, atunci punctul de referință C al brațului transversal 7 se poate deplasa de-a lungul unui arc de cerc, a cărui rază este egală cu lungimea bielei trase 10. Poziția unei astfel de traiectorii circulare de mișcare a punctului de referință C față de carcasa motorului este determinată de poziția punctului Z. Când se modifică poziția punctului Z al legăturii articulate a bielei trase, poziția traseului circular de-a lungul căruia se poate deplasa punctul de referință C, ceea ce face posibilă influențarea traiectoriilor. de mișcare a altor elemente ale mecanismului manivelei, în primul rând poziția brațului manivelei. pistonul 4. Punctul de pivotare Z al bielei trase se deplasează, de preferință, pe o cale circulară. Totuși, punctul Z al articulației pivotante a bielei remorcate se poate deplasa, de asemenea, de-a lungul oricărui alt traseu controlat predeterminat, în timp ce este de asemenea posibil să se fixeze punctul Z al articulației pivotante a bielei remorcate în orice poziție a traiectoriei mișcarea acestuia.

Pârghia transversală 7 este, de asemenea, conectată printr-o balama A de manivela 8 a arborelui cotit 9. Această balama A se mișcă de-a lungul unui traseu circular, a cărui rază este determinată de lungimea manivelei 8. Balamaua A ocupă o poziție intermediară văzută de-a lungul liniei care leagă punctele de pivotare B și C ale pârghiei transversale 7. Prezența conexiunii cinematice a punctului de referință C cu biela trasă 10 face posibilă influențarea mișcării sale de translație de-a lungul axei longitudinale 5 a pistonul 4. Mișcarea punctului de referință B de-a lungul axei longitudinale 5 a pistonului este determinată de traiectoria de mișcare a punctului de referință C al brațului transversal 7. Influența asupra mișcării punctului de referință B vă permite să controlați mișcarea alternativă a pistonului 4 prin biela 6 și astfel se reglează poziția VMT. piston 4.

În varianta de realizare prezentată în Fig. 9a, biela trasă 10 și biela 6 sunt situate pe o parte a brațului triunghiular 7.

Prin rotirea articulaţiei de reglare realizată sub forma unei manivele suplimentare 11 din poziţia aproximativ orizontală prezentată în fig. pistonul 4 în sus și astfel crește raportul de compresie.

Figura 9b prezintă o diagramă cinematică a unui motor cu ardere internă realizată conform unei alte variante de realizare, care diferă de diagrama prezentată în Fig. 9a doar prin aceea că biela trasă 10, împreună cu o legătură de control realizată sub forma unei manivele suplimentare 11 , respectiv, un excentric de reglare și biela 6 sunt situate pe diferite părți ale pârghiei transversale 7. În toate celelalte privințe, principiul de funcționare al mecanismului manivelă prezentat în Fig. 9b este similar cu principiul de funcționare al mecanism manivelă prezentat în Fig. 9a, în care biela trasă 10 și biela 6 sunt situate pe o parte a pârghiei transversale 7.

Figura 10 prezintă o altă diagramă cinematică a mecanismului de manivelă a unui motor cu combustie internă cu piston, care arată pozițiile anumitor puncte ale acestui mecanism de manivelă și pe care zonele umbrite indică zonele optime, în cadrul cărora, ținând cont de optimul menționat mai sus. intervalele de valori pentru lungimile și pozițiile elementelor mecanismului manivelă pot fi mutate la punctul de referință B al articulației legăturii transversale 7 cu biela 6, punctul de referință C al articulației legăturii transversale. 7 la biela remorcată 10 și la punctul Z al articulației bielei remorcate 10. Pentru a asigura funcționarea deosebit de lină a motorului cu ardere internă cu sarcină extrem de redusă asupra elementelor individuale și a legăturilor mecanismului său de manivelă, parametrii geometrici (lungimea şi poziţia) elementelor şi legăturilor acestui mecanism manivelă trebuie să satisfacă anumite rapoarte preferate. Lungimile laturilor a, b și c ale brațului triunghiular 7, unde a reprezintă lungimea laturii situate între punctul de pivotare B al bielei și punctul de pivotare C al bielei, b reprezintă lungimea bielei. partea situată între balamaua A a manivelei și punctul de pivotare C al bielei și c reprezintă distanța dintre articulația A a manivelei și punctul de pivotare B al bielei, poate fi descrisă prin următoarele inegalități în funcție de raza r, care este egală cu lungimea manivelei 8:

Lungimea l a bielei 6, lungimea k a bielei 10 și distanța e dintre axa de rotație a arborelui cotit 9 și axa longitudinală 5 a cilindrului 3, care este și axa longitudinală a pistonului care se deplasează. în acest cilindru, conform unui exemplu de realizare preferat, satisfac următoarele relații:

Pentru varianta de realizare prezentată în figura 9a, în care biela 6 și biela 10 sunt situate pe aceeași parte a brațului triunghi 7, este de asemenea posibil să se stabilească raportul optim de dimensiune. În acest caz, distanța f dintre axa longitudinală 5 a cilindrului și punctul Z de articulare a pârghiei trase 10 la legătura sa de comandă, precum și distanța p dintre axa arborelui cotit și punctul specificat Z al articulația, conform unui exemplu de realizare preferat, satisface următoarele relații:

Când biela trasă și biela sunt situate pe părți opuse ale legăturii transversale, distanța optimă f între axa longitudinală a pistonului și punctul Z de articulare a pârghiei trase la legătura sa de control, precum și distanța optimă p între axa arborelui cotit și punctul indicat Z al articulației, poate fi selectată pe baza următoarelor rapoarte:

REVENDICARE

1. Motor cu combustie internă cu piston (ICE), care are un piston (4), care este montat mobil în cilindru și care este conectat pivotant la biela (6), a cărui mișcare este transmisă manivelei (8) a arborelui cotit (9), în timp ce între biela (6) și o manivelă (8) se asigură o legătură de transmisie, care este configurată să controleze mișcarea acesteia folosind o pârghie de comandă (10) pentru a asigura o mișcare controlată a pistonului. , în primul rând, pentru a oferi capacitatea de a modifica raportul de compresie și cursa pistonului și care este realizată sub forma unei pârghii transversale (7), care este conectată la manivelă (8) printr-o balama (A), care este situat într-o poziție intermediară în zona dintre punctul de referință (B), în care brațul transversal (7) este conectat la biela (6) și punctul de referință (C) , în care brațul transversal (7) este conectat la pârghia de comandă (10) și la o anumită distanță de linia care leagă ambele puncte de ancorare (B, C), în care brațul triunghiular (7) este conectat la pârghia de comandă (10) și respectiv biela (6), caracterizată prin aceea că lungimea laturii (a) situată între punctul de referință (C), în care brațul transversal (7) este conectat la brațul de comandă (10), și punctul de referință (B), în care transversala pârghiei (7) este conectată la biela (6), lungimea laturii (b) situată între punctul de pivotare (C), în care brațul transversal (7) este conectat la pârghia de comandă (10) și pivotul (A), cu care brațul transversal (7) este conectat la manivelă (8) și lungimea laturii (c) situată între punctul de referință (B), în care brațul transversal (7) este conectat la biela (6) și balamaua (A), cu care brațul transversal (7) este conectat la manivela (8), în ceea ce privește raza (r) a manivelei satisface următoarele relații:

6. Motor cu piston cu ardere internă conform revendicării 4 sau 5, caracterizat prin aceea că punctul (Z) al articulaţiei pârghiei de comandă (10) este deplasabil de-a lungul unui traseu controlat.

7. Motor cu combustie internă cu piston conform revendicării 4 sau 5, caracterizat prin aceea că este posibilă reglarea poziţiei punctului (Z) al legăturii articulate a pârghiei de comandă (10) prin intermediul unei manivele suplimentare sprijinite pe balama. .

8. Motor cu combustie internă cu piston conform revendicării 4 sau 5, caracterizat prin aceea că este posibilă reglarea poziţiei punctului (Z) de legătură articulată a pârghiei de comandă (10) prin intermediul unui excentric.

9. Motor cu piston cu ardere internă conform revendicării 4 sau 5, caracterizat prin aceea că este posibilă fixarea punctului (Z) de articulare a pârghiei de comandă (10) în diferite poziţii unghiulare reglabile.

10. Motor cu ardere internă cu piston conform revendicării 4 sau 5, caracterizat prin aceea că este posibilă reglarea poziţiei unghiulare a punctului (Z) de legătură articulată a pârghiei de comandă (10) în funcţie de valorile care caracterizează modul de funcționare a motorului cu ardere internă și parametrii de funcționare ai motorului cu ardere internă.

11. Motor cu piston cu ardere internă conform revendicării 4 sau 5, caracterizat prin aceea că este posibil să se sincronizeze cu rotaţia arborelui cotit mişcarea punctului (Z) de legătură articulată a pârghiei de comandă (10) de-a lungul unei traiectorii controlate.

12. Motor cu piston cu ardere internă conform revendicării 4 sau 5, caracterizat prin aceea că este posibilă sincronizarea cu rotația arborelui cotit (9) a mișcării punctului (Z) al legăturii articulate a pârghiei de comandă (10) de-a lungul unei traiectorie controlată și posibilitatea de reglare a defazajului între mișcarea acestui punct (Z) și rotația arborelui cotit (9), în funcție de valorile care caracterizează modul de funcționare al motorului cu ardere internă și de parametrii de funcționare ai motor cu combustie.

13. Motor cu piston cu ardere internă conform revendicării 4 sau 5, caracterizat prin aceea că este posibilă sincronizarea cu rotația arborelui cotit (9) a mișcării punctului (Z) al legăturii articulate a pârghiei de comandă (10) de-a lungul unei traiectorie controlată, în timp ce este posibilă modificarea raportului de transmisie între punctul de mișcare (Z) și rotația arborelui cotit (9).

motor VC-T. Imagine: Nissan

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

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

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

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

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

motor VC-T. Imagine: Nissan

Ilustrația arată diferența în pasul pistonului la diferite rapoarte de compresie: 14: 1 (stânga) și 8: 1 (dreapta). În special, este demonstrat mecanismul de modificare a raportului de compresie de la 14: 1 la 8: 1. Se întâmplă așa.

1. Dacă este necesară modificarea raportului de compresie, modulul este activat Unitate armonicăși schimbă pârghia actuatorului.
2. Pârghia actuatorului rotește arborele de antrenare ( Arborele de control pe diagramă).
3. Când arborele de antrenare se rotește, acesta modifică unghiul suspensiei cu brațe multiple ( Multi-link pe diagramă)
4. Suspensia cu brațe multiple determină înălțimea pe care fiecare piston poate să se ridice în cilindrul său. Astfel, raportul de compresie este modificat. Centrul mort inferior al pistonului pare să rămână același.

Modificarea raportului de compresie într-un motor cu ardere internă poate fi, într-un fel, comparată cu schimbarea unghiului de atac la elicele cu pas variabil - un concept care a fost folosit în elice și elice de 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 al 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 de compresie variabile și la alte tehnologii pentru a îmbunătăți în mod dramatic eficiența motoarelor pe benzină”, spune James Chao, director general pentru Asia Pacific și consultant IHS. „În cel puțin ultimii douăzeci de ani și ceva.”... Este 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 lucreze la prototip.

Motor Saab cu compresie variabilă (SVC). Foto: Reedhawk

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

Inginerii Nissan spun, de asemenea, că VC-T va fi mai ieftin decât motoarele diesel avansate cu turbocompresor de astăzi și va respecta pe deplin reglementările actuale privind oxidul de azot și alte emisii de evacuare - astfel de reglementări se aplică în Uniunea Europeană și în alte țări.

După Infiniti, este planificată dotarea altor mașini ale Nissan și, eventual, compania parteneră Renault cu noi motoare.


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.

Infiniti (citiți Alianța Renault-Nissan) a dezvăluit recent un motor cu compresie variabilă la Salonul Auto de la Paris. Tehnologia proprietății Variable Compression-Turbocharged (VC-T) vă permite să variați chiar acest grad, absorbind literalmente tot sucul din motor.

În „universul ideal”, regula este simplă - cu cât raportul de compresie al amestecului combustibil-aer este mai mare, cu atât mai bine. Amestecul se extinde pe cat posibil, pistoanele se misca ca si cum ar fi infasurate, prin urmare, puterea si randamentul motorului sunt maxime. Cu alte cuvinte, combustibilul este ars extrem de eficient.

Totul ar fi grozav dacă nu ar fi însăși natura combustibilului. În cursul agresiunii, răbdarea lui ajunge odată la limită: cu cât amestecul arde mai fin, cu atât mai bine, dar la sarcini mari (raport de compresie mare, turații mari) amestecul începe să explodeze, nu să ardă. Acest fenomen se numește detonare, iar acest lucru este foarte distructiv. Pereții camerei de ardere și pistonul în sine suferă sarcini de șoc severe și se prăbușesc treptat, dar destul de repede. În plus, eficiența motorului scade - presiunea normală de lucru asupra pistonului scade.

Astfel, cea mai profitabilă opțiune este atunci când motorul în orice mod funcționează în pragul detonării, prevenind acest fenomen. Inginerii Infiniti au întocmit un grafic în care și-au desemnat pentru ei înșiși modurile de funcționare efective ale motorului în funcție de sarcină, cantitatea de rotații și raportul de compresie al amestecului combustibil-aer. (De fapt, eficiența arderii combustibilului poate fi îmbunătățită în alte moduri, de exemplu, prin creșterea numărului de supape pe cilindru, ajustarea programului de lucru al acestora, chiar alegând un loc deasupra pistonului în care este direcționată injectarea unei părți de combustibil. Desigur, ne amintim acest lucru.) Primii doi parametri, de înțeles, depind atât de factori externi, cât și de selecția atentă a transmisiei. Și al treilea - raportul de compresie - a fost, de asemenea, decis să se schimbe în intervalul de la 8: 1 la 14: 1.

Din punct de vedere tehnic, aceasta arată ca introducerea unui element suplimentar în proiectarea mecanismului manivelei - un culbutor între biela și arborele cotit. Culbutorul este acționat de un motor electric - pârghia poate fi mișcată în așa fel încât intervalul cursei pistonului să varieze cu 5 mm. Acest lucru este suficient pentru a schimba semnificativ raportul de compresie.

Nu există avantaje fără dezavantaje. La prima vedere, acestea sunt evidente: o creștere a complexității designului, o oarecare creștere în greutate ... Cu toate acestea, este un păcat să te plângi de aceste dezavantaje - motorul s-a dovedit a fi foarte echilibrat, datorită căruia arborii de echilibrare au fost eliminate din proiect. De asemenea, este probabil ca motorul să fie deosebit de sensibil la marca și calitatea combustibilului. Se pare că această problemă – cel puțin în mare măsură – este rezolvată prin metode software.