Przez ponad sto lat życia silnik spalinowy(ICE) zmienił się tak bardzo, że z przodka pozostała tylko zasada działania. Prawie wszystkie etapy modernizacji miały na celu zwiększenie współczynnika przydatna akcja(sprawność) silnika. Wskaźnik efektywności można nazwać uniwersalnym. Zawiera wiele cech - zużycie paliwa, moc, moment obrotowy, skład gazy spalinowe itp. Powszechne stosowanie nowych pomysłów technicznych - wtrysku paliwa, elektronicznego zapłonu i układów sterowania silnikiem, 4, 5, a nawet 6 zaworów na cylinder - odegrało pozytywną rolę w zwiększeniu wydajności silnika.
Jednak, jak pokazał Geneva Motor Show, do zakończenia procesu modernizacji silników spalinowych jest jeszcze daleko. Na tym popularnym międzynarodowym salonie samochodowym SAAB zaprezentował efekt swojej 15-letniej pracy - prototyp nowego silnika o zmiennym stopniu sprężania - SAAB Variable Compression (SVC), który stał się sensacją w świecie silników.
Technologia SVC oraz szereg innych zaawansowanych i nietradycyjnych rozwiązań technicznych z punktu widzenia istniejących koncepcji silników spalinowych umożliwiły nadanie nowemu produktowi fantastycznych właściwości. W ten sposób pięciocylindrowy silnik o pojemności zaledwie 1,6 litra, stworzony dla zwykłych samochodów produkcyjnych, rozwija niesamowitą moc 225 KM. i moment obrotowy 305 Nm. Inne cechy, które są dziś szczególnie ważne, również okazały się doskonałe - zużycie paliwa przy średnich obciążeniach zostało zmniejszone aż o 30%, a emisja CO2 została zmniejszona o tę samą kwotę. Jeśli chodzi o CO, CH i NOx itp., to według twórców spełniają one wszystkie istniejące i planowane normy toksyczności na najbliższą przyszłość. Oprócz tego zmienny stopień sprężania daje silnikowi SVC możliwość pracy na benzynach różnych marek - od A-76 do Ai-98 - praktycznie bez pogorszenia osiągów i eliminując występowanie detonacji.
Oczywiście istotną zaletą takich cech jest technologia SVC, tj. możliwość zmiany stopnia sprężania. Zanim jednak zapoznamy się z konstrukcją mechanizmu umożliwiającego zmianę tej wartości, przypomnijmy sobie kilka prawd z teorii budowy silnika spalinowego.
Stopień kompresji
Stopień sprężania to stosunek sumy objętości cylindra i komory spalania do objętości komory spalania. Wraz ze wzrostem stopnia sprężania w komorze spalania wzrasta ciśnienie i temperatura, co stwarza korzystniejsze warunki zapłonu i spalania mieszanki palnej oraz zwiększa efektywność wykorzystania energii paliwa, tj. Efektywność Im wyższy stopień sprężania, tym większa wydajność.
Nie ma problemów z tworzeniem silników benzynowych o wysokim stopniu sprężania. Ale nie robią tego z następującego powodu. Podczas suwu sprężania takich silników ciśnienie w cylindrach wzrasta do bardzo wysokich wartości. To naturalnie powoduje wzrost temperatury w komorze spalania i stwarza korzystne warunki do wystąpienia detonacji. A detonacja, jak wiemy (patrz strona 26) jest zjawiskiem niebezpiecznym. We wszystkich silnikach stworzonych do tego czasu stopień sprężania był stały i ustalany w zależności od ciśnienia i reżim temperaturowy w komorze spalania przy maksymalnym obciążeniu, gdy zużycie paliwa i powietrza jest maksymalne. Silnik nie zawsze pracuje w tym trybie, można nawet powiedzieć, że bardzo rzadko. Na autostradzie lub w mieście, gdy prędkość jest prawie stała, silnik pracuje przy małych lub średnich obciążeniach. W takiej sytuacji, dla efektywniejszego wykorzystania energii paliwa, przydałby się wyższy stopień sprężania. Problem ten rozwiązali inżynierowie SAAB – twórcy technologii SVC.
Technologia SVC
Przede wszystkim należy zaznaczyć, że w nowym silniku zamiast tradycyjnej głowicy i tulei cylindrowych, które zostały odlane bezpośrednio w bloku lub wtłoczone, zastosowano jedną głowicę jednogłowicową, która łączy głowicę i tuleje cylindrowe. Aby zmienić stopień sprężania, a raczej objętość komory spalania, monogłowica jest ruchoma. Z jednej strony osadzony jest na wale stanowiącym podporę, z drugiej zaś jest podparty i napędzany przez oddzielny mechanizm korbowy. Promień korby zapewnia przesunięcie głowicy względem osi pionowej o 40. To wystarczy, aby zmienić objętość komory i uzyskać stopień sprężania od 8:1 do 14:1.
Wymagany stopień kompresji jest określany przez układ elektroniczny Sterowanie silnikiem SAAB Trionic, które monitoruje obciążenie, prędkość, jakość paliwa i na tej podstawie steruje hydraulicznym napędem korbowym. Tak więc przy maksymalnym obciążeniu stopień sprężania wynosi 8:1, a przy minimalnym - 14:1. Połączenie tulei cylindrowych z ich głowicą pozwoliło inżynierom SAAB-a na nadanie kanałom płaszcza chłodzącego bardziej zaawansowanego kształtu, co zwiększyło efektywność procesu odprowadzania ciepła ze ścianek komory spalania i tulei cylindrowych.
Mobilność tulei cylindrowych i ich głowic wymagała zmian w konstrukcji bloku silnika. Płaszczyzna połączenia bloku z głowicą obniżyła się o 20 cm. Szczelność połączenia zapewnia gumowa uszczelka falista, która jest chroniona przed uszkodzeniem przez metalową osłonę na górze.
Mały, ale mądry
Dla wielu może stać się niezrozumiałe, jak „załadowano” ponad dwieście „koni” do silnika o tak małej objętości - w końcu taka moc może negatywnie wpłynąć na jego żywotność. Tworząc silnik SVC, inżynierom przyświecały zupełnie inne cele. Doprowadzenie żywotności silnika do wymaganych standardów to zadanie technologów. Jeśli chodzi o małą objętość silnika, zostało to zrobione w pełnej zgodności Teoria ICE. Zgodnie z jej prawami, najkorzystniejszy pod względem zwiększenia wydajności tryb pracy silnika występuje pod dużym obciążeniem (przy dużych prędkościach), gdy przepustnica jest całkowicie otwarta. W tym przypadku maksymalnie wykorzystuje energię paliwa. A ponieważ silniki o mniejszej pojemności działają głównie przy maksymalnych obciążeniach, ich sprawność jest wyższa.
Sekret wyższości silników o małej pojemności skokowej pod względem wydajności tłumaczy się brakiem tzw. Strat pompowania. Występują one przy małych obciążeniach, gdy silnik pracuje na niskich obrotach, a przepustnica jest tylko lekko otwarta. W tym przypadku podczas suwu ssania w cylindrach powstaje duża próżnia - podciśnienie, które opiera się ruchowi tłoka w dół i odpowiednio zmniejsza wydajność. Kiedy jest całkowicie otwarty zawór dławiący takich strat nie ma, ponieważ powietrze dostaje się do cylindrów prawie bez przeszkód.
Aby w 100% uniknąć strat podczas pompowania, w nowym silniku inżynierowie SAAB zastosowali także „doładowanie” powietrza pod wysokie ciśnienie- 2,8 atm., przy użyciu mechanicznej doładowania - sprężarki. Preferowano sprężarkę z kilku powodów: po pierwsze, żadna turbosprężarka nie jest w stanie wytworzyć takiego ciśnienia doładowania; po drugie, reakcja sprężarki na zmiany obciążenia jest niemal natychmiastowa, tj. Turbodoładowanie nie charakteryzuje się spowolnieniem. Napełnianie cylindrów świeżym ładunkiem w silniku SAAB zostało usprawnione dzięki zastosowaniu popularnego dziś nowoczesnego mechanizmu dystrybucji gazu, w którym na każdy cylinder przypadają cztery zawory oraz dzięki zastosowaniu intercoolera.
Zdaniem niemieckiej firmy zajmującej się rozwojem silników FEV Motorentechnie z Akwizgranu, prototypowy silnik SVC jest całkiem funkcjonalny. Jednak pomimo pozytywnej oceny, produkcja seryjna zostanie on uruchomiony jakiś czas później – po jego sfinalizowaniu i dostosowaniu do życzeń klientów.
Ważny wskaźnik techniczny współczesnym silniku spalinowym jest stopień sprężania, czyli stosunek objętości cylindra roboczego, gdy tłok znajduje się w tzw. dolnym martwy punkt(BDC) do objętości komory spalania.
Zwiększenie stopnia sprężania pozwala stworzyć w komorze spalania najbardziej odpowiednie warunki zapłonu zespołu paliwowego (mieszanki paliwowo-powietrznej), a co za tym idzie, bardziej racjonalne wykorzystanie energii powstałej w tym procesie.
Cechy systemu zmiany kompresji
Stopień sprężania zmienia się w zależności od rodzaju stosowanego paliwa i warunków pracy silnika. Zmiany te są uwzględniane i stosowane przez układ stopnia sprężania.
W benzynowych silnikach spalinowych wskaźnik ten ogranicza się wyłącznie do obszaru, w którym następuje detonacja zespołu paliwowego. Przy małych obciążeniach wzrost kompresji nie prowadzi do procesu detonacji, ale przy zwiększonych obciążeniach detonacja może osiągnąć punkt krytyczny.
Silnik z systemem kompresji MCE-5
Silnik spalinowy wyposażony w taki układ ma dość złożoną konstrukcję, która polega na zmianie charakterystyki skoku roboczego tłoków w cylindrach.
Podkaszarka współpracuje z tłokiem roboczym i tłokiem sterującym. Wahacz jest połączony za pomocą dźwigni z wałem korbowym.
Sekator porusza się pod wpływem tłoka sterującego. Komora nad tłokiem zaczyna się napełniać olejem, którego objętość jest ściśle kontrolowana przez specjalny zawór.
Podczas ruchu sekatora zmienia się położenie GMP tłoka, w wyniku czego zmienia się objętość robocza komory spalania w znacznym przedziale sprężania.
Obecnie silnik MCE-5 nie został jeszcze wprowadzony do masowej produkcji, ale ma dobre perspektywy rozwoju w przyszłości.
Nowa koncepcja wyposażenia w silnik spalinowy nowoczesny system wprowadzono kompresję Firma Lotos Samochody. To jest wyjątkowe silnik dwusuwowy, zwany Omnivore, który pozwala na użycie różne typy paliwa - benzyna, olej napędowy, alkohol, etanol itp.
Górna część komory wyposażona jest w podkładkę, której ruch powoduje zmianę objętości komory. Pozwala to uzyskać najwyższy stopień kompresji wynoszący 40 do 1.
Pomimo swojej skuteczności, taki system kompresji obecnie nie pozwala na osiągnięcie dobra wydajność stosunkowo ekonomiczne zużycie przyjazność paliwowa i środowiskowa silnika dwusuwowego.
Pomysł stworzenia silnika benzynowego, w którym stopień sprężania w cylindrach miałby wartość zmienną, nie jest nowy. Zatem podczas przyspieszania, gdy wymagana jest największa moc silnika, można na kilka sekund poświęcić jego wydajność zmniejszając stopień sprężania - zapobiegnie to detonacji i samozapłonowi mieszanka paliwowa, które mogą wystąpić przy dużych obciążeniach. Przeciwnie, przy równomiernym ruchu pożądane jest zwiększenie stopnia sprężania, aby uzyskać bardziej wydajne spalanie mieszanki paliwowej i zmniejszyć zużycie paliwa - w tym przypadku obciążenie silnika jest niskie, a ryzyko detonacji jest minimalne .
Generalnie wszystko jest proste w teorii, jednak wdrożenie tego pomysłu w praktyce okazało się nie takie proste. A japońscy projektanci jako pierwsi zdołali przenieść pomysł na model produkcyjny.
Istotą technologii opracowanej przez Nissana jest ciągła zmiana maksymalnej wysokości tłoków w zależności od wymaganej mocy silnika (tzw. górny martwy punkt – TDC), co w efekcie prowadzi do zmniejszenia lub zwiększenia kompresji stosunek w cylindrach. Kluczową częścią tego systemu jest specjalne mocowanie korbowodów, do których są podłączone wał korbowy przez ruchomy wahacz. Blok z kolei połączony jest z mimośrodowym wałem sterującym i silnikiem elektrycznym, który na polecenie elektroniki wprawia w ruch ten przebiegły mechanizm, zmieniając nachylenie wahaczy i położenie TDC tłoków we wszystkich cztery cylindry jednocześnie.
Różnica stopnia sprężania w zależności od położenia tłoka w GMP. Na lewym zdjęciu silnik pracuje w trybie ekonomicznym, na prawym - w trybie maksymalnej wydajności. Odp.: Gdy wymagana jest zmiana stopnia sprężania, silnik elektryczny obraca się i porusza ramieniem siłownika. B: Dźwignia jazdy obraca wałem sterującym. C: Kiedy wał się obraca, działa na dźwignię powiązaną z wahaczem, zmieniając jego kąt. D: W zależności od położenia wahacza GMP tłoka podnosi się lub opada, zmieniając w ten sposób stopień sprężania.
W rezultacie podczas przyspieszania stopień sprężania spada do 8:1, po czym silnik przechodzi w tryb ekonomicznej pracy ze stopniem sprężania 14:1. Jego objętość robocza waha się od 1997 do 1970 cm 3 . Turboczwórka nowego Infiniti QX50 rozwija moc 268 KM. Z. i moment obrotowy 380 Nm - znacznie więcej niż 2,5-litrowy silnik V6 swojego poprzednika (jego wartości to 222 KM i 252 Nm), zużywając przy tym o jedną trzecią mniej benzyny. Ponadto VC-Turbo jest o 18 kg lżejszy od wolnossącej „szóstki” i zajmuje mniej miejsca pod maską i osiąga maksymalny moment obrotowy w dolnym zakresie obrotów.
Nawiasem mówiąc, układ regulacji stopnia sprężania nie tylko zwiększa wydajność silnika, ale także zmniejsza poziom wibracji. Dzięki wahaczom korbowody podczas skoku roboczego tłoków zajmują niemal pionowe położenie konwencjonalne silniki poruszają się z boku na bok (stąd nazwa korbowodów). W rezultacie, nawet bez wałków wyrównoważających, ta 4-cylindrowa jednostka jest tak cicha i płynna jak V6.
Jednak zmienna pozycja TDC za pomocą złożonego systemu dźwigni to nie jedyna cecha nowego silnika. Zmieniając stopień sprężania, jednostka ta może również przełączać się pomiędzy dwoma cyklami operacyjnymi: klasycznym cyklem Otto, zgodnie z którym większość silniki benzynowe oraz cykl Atkinsona, występujący głównie u mieszańców. W tym drugim przypadku (przy wysokim stopniu sprężania), ze względu na większy skok tłoka, mieszanka robocza rozszerza się silniej, spalając się z większą wydajnością, w efekcie wzrasta wydajność i zmniejsza się zużycie benzyny.
Oprócz dwóch cykli pracy silnik ten wykorzystuje także dwa układy wtryskowe: klasyczny rozproszony MPI oraz bezpośrednie GDI, co zwiększa efektywność spalania paliwa i pozwala uniknąć detonacji przy wysokich stopniach sprężania. Obydwa systemy działają naprzemiennie, a przy dużych obciążeniach - jednocześnie. Pozytywny wpływ na zwiększenie wydajności silnika ma specjalna powłoka ścian cylindrów, która jest nakładana metodą natryskiwania plazmowego, a następnie utwardzana i szlifowana. Rezultatem jest wyjątkowo gładka, „lustrzana” powierzchnia, która zmniejsza tarcie pierścienia tłokowego o 44 %.
Kolejną unikalną cechą silnika VC-Turbo jest zintegrowany z jego górnym mocowaniem system aktywnej redukcji drgań Active Torque Road, oparty na siłowniku posuwisto-zwrotnym. System ten jest sterowany przez czujnik przyspieszenia, który wykrywa drgania silnika i w odpowiedzi generuje drgania tłumiące w przeciwfazie. Aktywne łożyska zostały po raz pierwszy zastosowane w Infiniti w 1998 roku. silnik wysokoprężny, ale system ten okazał się zbyt uciążliwy, więc nie został rozpowszechniony. Projekt odłożono na półkę do 2009 roku, kiedy japońscy inżynierowie zaczęli go udoskonalać. Rozwiązanie problemu nadwagi i rozmiaru tłumika drgań zajęło kolejne 8 lat. Ale wynik jest imponujący: dzięki ATR, 4-cylindrowej jednostce nowego Infiniti QX50 jest o 9 dB cichszy niż jego poprzednik V6!
Niedawno na Salonie Samochodowym w Paryżu marka Infiniti (czytaj: sojusz Renault-Nissan) wprowadziła silnik o zmiennym stopniu sprężania. Opatentowana technologia Variable Compression-Turbocharged (VC-T) pozwala na zmianę tego stopnia, dosłownie wysysając cały sok z silnika.
W „idealnym wszechświecie” zasada jest prosta – im wyższy stopień sprężania mieszanki paliwowo-powietrznej, tym lepiej. Mieszanka rozszerza się tak bardzo, jak to możliwe, tłoki poruszają się jak nakręcone, dlatego moc i wydajność silnika są maksymalne. Innymi słowy, paliwo spalane jest wyjątkowo efektywnie.
Wszystko byłoby wspaniale, gdyby nie sam charakter paliwa. W trakcie znęcania się jego cierpliwość czasami osiąga swój kres: im gładsza mieszanka pali się, tym lepiej, ale pod dużymi obciążeniami (wysoki stopień sprężania, duża prędkość) mieszanina zaczyna raczej eksplodować niż palić. Zjawisko to nazywa się detonacją i jest dość destrukcyjne. Ściany komory spalania i sam tłok poddawane są silnym obciążeniom udarowym i stopniowo, ale dość szybko, zapadają się. Ponadto spada wydajność silnika - spada normalne ciśnienie robocze na tłoku.
Zatem najbardziej opłacalną opcją jest sytuacja, gdy silnik w dowolnym trybie pracuje na granicy detonacji, zapobiegając temu zjawisku. Inżynierowie Infiniti sporządzili wykres, na którym sami zidentyfikowali efektywne tryby pracy silnika w zależności od obciążenia, prędkości obrotowej i stopnia sprężania mieszanki paliwowo-powietrznej. (Tak naprawdę efektywność spalania paliwa można zwiększyć w inny sposób, np. zwiększając liczbę zaworów na cylinder, dostosowując harmonogram ich pracy, a nawet wybierając miejsce nad tłokiem, na które skierowany jest wtrysk paliwa. Oczywiście, pamiętamy o tym.) Pierwsze dwa parametry oczywiście zależą zarówno od czynników zewnętrznych, jak i od starannego doboru przekładni. I trzeci – stopień sprężania – także zdecydowano się na zmianę w zakresie od 8:1 do 14:1.
Technicznie wygląda to na wprowadzenie do konstrukcji mechanizmu korbowego dodatkowego elementu - wahacza pomiędzy korbowodem a wałem korbowym. Wahacz sterowany jest za pomocą silnika elektrycznego - dźwignię można przesuwać tak, aby zakres skoku tłoka zmieniał się w granicach 5 mm. To wystarczy, aby znacząco zmienić stopień kompresji.
Nie ma zalet bez wad. Na pierwszy rzut oka są one oczywiste: wzrost skomplikowania konstrukcji, pewien przyrost masy... Jednak szkoda narzekać na te wady - silnik okazał się bardzo wyważony, dzięki czemu wałki wyważające zostały usunięte z projektu. Prawdopodobne jest również, że silnik jest szczególnie wrażliwy na markę i jakość paliwa. Wydaje się, że problem ten – przynajmniej w dużej mierze – można rozwiązać metodami programowymi.
Jak mogłoby się wydawać na pierwszy rzut oka, nowoczesny silnik spalanie wewnętrzne osiągnęło najwyższy etap swojej ewolucji. NA w tej chwili Różne są produkowane masowo i dodatkowo pojawiła się taka możliwość.
Do najważniejszych osiągnięć ostatnich lat zalicza się: wprowadzenie precyzyjnych układów wtryskowych sterowanych wyrafinowaną elektroniką, uzyskanie duża moc bez zwiększania pojemności skokowej z powodu układów turbodoładowania, zwiększania, użytkowania itp.
Rezultatem była zauważalna poprawa wydajności, a także zmniejszenie toksyczności gazów spalinowych. Jednak to nie wszystko. Projektanci i inżynierowie na całym świecie nie tylko aktywnie pracują nad udoskonalaniem istniejących rozwiązań, ale także starają się stworzyć zupełnie nowy projekt.
Wystarczy przypomnieć sobie próby zbudowania, pozbycia się w jakimś urządzeniu, czy też dynamicznej zmiany stopnia sprężania silnika. Od razu zauważmy, że choć niektóre projekty są jeszcze w fazie rozwoju, inne stały się już rzeczywistością. Na przykład silniki o zmiennym stopniu sprężania. Przyjrzyjmy się cechom, zaletom i wadom takich silników spalinowych.
Przeczytaj w tym artykule
Zmiana stopnia kompresji: dlaczego jest to konieczne?
Wielu doświadczonym kierowcom znane są pojęcia takie jak liczba oktanowa dla silników benzynowych, a także silników Diesla. Mniej wprawni czytelnicy pamiętają, że stopień sprężania to stosunek objętości nad tłokiem w chwili jego opadania w BDC (dolny martwy punkt) do objętości, gdy tłok unosi się do GMP (górny martwy punkt).
Jednostki benzynowe mają średnio wskaźnik 8-14, silniki wysokoprężne 18-23. Stopień sprężania jest wartością stałą i jest strukturalnie określany podczas opracowywania konkretnego silnika. Ponadto wymagania dotyczące użytkowania będą zależeć od stopnia kompresji. liczba oktanowa benzyna w tym czy innym silniku. Obydwa są brane pod uwagę równolegle lub z doładowaniem.
Jeśli mówimy o samym stopniu kompresji, jest to w rzeczywistości wskaźnik określający stopień kompresji mieszanka paliwowo-powietrzna w cylindrach silnika. Mówiąc najprościej, dobrze sprasowana mieszanka lepiej się zapala i pali pełniej. Okazuje się, że zwiększenie stopnia sprężania pozwala osiągnąć wzrost silnika, uzyskać lepszą wydajność silnika, zmniejszyć zużycie paliwa itp.
Istnieją jednak również niuanse. Przede wszystkim to. Ponownie, bez wchodzenia w szczegóły, normalnie ładunek paliwa i powietrza w cylindrach powinien się palić, a nie eksplodować. Ponadto zapłon mieszaniny musi rozpoczynać się i kończyć w ściśle określonych momentach.
W tym przypadku paliwo ma tzw. „odporność na uderzenia”, czyli odporność na detonację. Jeśli stopień sprężania zostanie znacznie zwiększony, wówczas w pewnych warunkach pracy silnika spalinowego paliwo może zacząć detonować w silniku.
Efektem jest niekontrolowany wybuchowy proces spalania w cylindrach, szybkie zniszczenie części silnika przez falę uderzeniową, znaczny wzrost temperatury w komorze spalania itp. Jak widać, z tych powodów nie jest możliwe dokładne ustalenie wysokiego stopnia sprężania. W takim przypadku jedynym wyjściem z tej sytuacji jest możliwość elastycznej zmiany tego wskaźnika w stosunku do różne tryby pracę silnika.
Taki „działający” silnik zaproponowali niedawno inżynierowie marki premium Infiniti (elitarny oddział Nissana). Również inni producenci samochodów (SAAB, Peugeot, Volkswagen itp.) byli i nadal są zaangażowani w podobne zmiany. Przyjrzyjmy się więc silnikowi o zmiennym stopniu sprężania.
Zmienny stopień sprężania silnika: jak to działa
Przede wszystkim dostępna możliwość zmiany stopnia sprężania pozwala znacząco zwiększyć osiągi silników turbo przy jednoczesnym zmniejszeniu zużycia paliwa. Krótko mówiąc, w zależności od trybu pracy i obciążenia Paliwo LODOWEładunek jest sprężany i spala się w najbardziej optymalnych warunkach.
Gdy obciążenie jest włączone jednostka napędowa są minimalne, do cylindrów dostarczana jest ekonomiczna „uboga” mieszanka (dużo powietrza i mało paliwa). Wysoki stopień sprężania jest dobry dla tej mieszanki. Jeśli obciążenie silnika wzrośnie (dostarczana jest „bogata” mieszanka zawierająca więcej benzyny), ryzyko detonacji w naturalny sposób wzrasta. Aby temu zapobiec, stopień sprężania jest dynamicznie zmniejszany.
W silnikach, w których stopień sprężania jest stały, zmiana jest rodzajem zabezpieczenia przed detonacją. Kąt ten przesuwa się „do tyłu”. Naturalnie takie przesunięcie kąta prowadzi do tego, że chociaż nie ma detonacji, to także traci się moc. Jeśli chodzi o silnik o zmiennym stopniu sprężania, nie ma potrzeby zmiany OZ, to znaczy nie ma strat mocy.
Jeśli chodzi o realizację samego schematu, w rzeczywistości zadanie sprowadza się do tego, że następuje fizyczne zmniejszenie objętości roboczej silnika, ale wszystkie cechy (moc, moment obrotowy itp.) zostają zachowane.
Od razu zauważmy, że nad tym rozwiązaniem pracowały różne firmy. W rezultacie były różne sposoby sterowanie stopniem sprężania np. zmienną objętością komory spalania, korbowodami z możliwością podnoszenia tłoków itp.
- Jednym z najwcześniejszych osiągnięć było wprowadzenie dodatkowego tłoka do komory spalania. Wspomniany tłok miał zdolność poruszania się przy jednoczesnej zmianie objętości. Minusem całego projektu była konieczność montażu dodatkowych części. Natychmiast pojawiły się także zmiany w kształcie komory spalania; paliwo spalało się nierównomiernie i niecałkowicie.
Z tych powodów projekt ten nigdy nie został ukończony. Ten sam los spotkał rozwój, który posiadał tłoki z możliwością zmiany ich wysokości. Te tłoki dzielone okazały się ciężkie i pojawiły się dodatkowe trudności związane z realizacją kontroli wysokości podnoszenia pokrywy tłoka itp.
- Dalsze zmiany nie dotyczyły już tłoków i komory spalania; maksymalną uwagę poświęcono kwestii podniesienia wału korbowego. Innymi słowy zadaniem było wykonanie sterowania wysokością uniesienia wału korbowego.
Konstrukcja urządzenia polega na tym, że czopy podporowe wału umieszczone są w specjalnych sprzęgłach mimośrodowych. Sprzęgła te napędzane są za pomocą przekładni połączonych z silnikiem elektrycznym.
Obracanie mimośrodów umożliwia podnoszenie lub opuszczanie, co prowadzi do zmiany wysokości podnoszenia tłoków w stosunku do. W rezultacie objętość komory spalania zwiększa się lub zmniejsza, a jednocześnie zmienia się stopień sprężania.
Należy pamiętać, że kilka prototypów zbudowano w oparciu o 1,8-litrową turbodoładowaną jednostkę Volkswagena, stopień sprężania wahał się od 8 do 16. Silnik był testowany przez długi czas, ale jednostka nigdy nie trafiła do produkcji seryjnej.
- Kolejną próbą znalezienia rozwiązania był silnik, w którym zmieniano stopień sprężania poprzez podniesienie całego bloku cylindrów. Opracowanie należy do marki Saab, a sama jednostka prawie nawet nie trafiła do serii. Silnik znany jako SVC, pojemność 1,6 litra, 5-cylindrowa jednostka, wyposażona w turbodoładowanie.
Moc wynosiła około 220 KM. s., moment obrotowy nieco ponad 300 Nm. Warto zauważyć, że zużycie paliwa w trybie średniego obciążenia spadło o prawie jedną trzecią. Jeśli chodzi o samo paliwo, możliwe stało się napełnienie zarówno AI-76, jak i 98.
Inżynierowie Saaba podzielili blok cylindrów na dwie konwencjonalne części. Górna część zawierała głowice cylindrów i tuleje, natomiast dolna część wał korbowy. Unikalnym połączeniem tych części bloku był ruchomy zawias z jednej strony i specjalny mechanizm wyposażony w napęd elektryczny z drugiej.
W ten sposób wykorzystano okazję do lekkiego podwyżki górna część pod pewnym kątem. Kąt ten wynosił zaledwie kilka stopni, natomiast stopień docisku wahał się od 8 do 14. W tym przypadku „złącze” należało uszczelnić gumową osłoną.
W praktyce same części do podnoszenia górnej części bloku, a także sama obudowa ochronna okazały się bardzo słabymi elementami. Być może właśnie to uniemożliwiło silnikowi wejście do serii i projekt został następnie zamknięty.
- Kolejny rozwój został zaproponowany przez inżynierów z Francji. Turbodoładowany silnik o pojemności 1,5 litra potrafił zmieniać stopień sprężania z 7 na 18 i wytwarzał moc około 225 KM. Charakterystyka momentu obrotowego jest ustalona na 420 Nm.
Strukturalnie jednostka jest złożona, z podzielonym . W miejscu mocowania korbowodu do wału korbowego część została wyposażona w specjalny wahacz zębaty. Wprowadzono także zębatkę na styku korbowodu z tłokiem.
Z drugiej strony do wahacza przymocowano zębatkę tłokową, która realizowała sterowanie. Układ napędzany był przez układ smarowania, płyn roboczy przeszedł przez złożony system kanałów, zaworów, a także miał dodatkowy napęd elektryczny.
Krótko mówiąc, ruch tłoka sterującego miał wpływ na wahacz. W rezultacie zmieniła się również wysokość podnoszenia tłoka głównego w cylindrze. Należy pamiętać, że silnik również nie stał się seryjny, a projekt został zamrożony.
- Kolejną próbą stworzenia silnika o zmiennym stopniu sprężania było rozwiązanie inżynierów Infiniti, a mianowicie silnik VCT (od angielskiego Variable Compression Turbocharged). W tym silniku stała się możliwa zmiana stopnia sprężania z 8 na 14. Cechą konstrukcyjną jest unikalny mechanizm przesuwu.
Polega ona na połączeniu korbowodu z dolnym czopem, który jest ruchomy. Zastosowano także system dźwigni napędzanych silnikiem elektrycznym.
Sterownik steruje procesem wysyłając sygnały do silnika elektrycznego. Silnik elektryczny po otrzymaniu polecenia z centrali sterującej przesuwa ciąg, a układ dźwigni realizuje zmianę położenia, co pozwala na zmianę wysokości wzniosu tłoka.
W rezultacie powstała jednostka Infiniti VCT o pojemności skokowej 2,0 litra i mocy około 265 KM. pozwoliło zaoszczędzić prawie 30% paliwa w porównaniu do podobnych silników spalinowych, które jednocześnie mają stały stopień sprężania.
Jeśli producentowi uda się skutecznie rozwiązać obecne problemy (złożoność konstrukcji, zwiększone wibracje, niezawodność, wysoki końcowy koszt produkcji jednostki itp.), wówczas optymistyczne stwierdzenia przedstawicieli firmy mogą się spełnić, a sam silnik ma wszystko szansa na zostanie serialem już w latach 2018-2019.
Podsumujmy to
Biorąc pod uwagę powyższe informacje, staje się jasne, że silniki o zmiennym stopniu sprężania mogą zapewnić znaczne zmniejszenie zużycia paliwa silniki benzynowe z turbodoładowaniem.
Na tle światowego kryzysu paliwowego, a także ciągłego zaostrzania norm środowiskowych, silniki te pozwalają nie tylko efektywnie spalać paliwo, ale także nie ograniczać mocy silnika.
Innymi słowy, taki silnik spalinowy jest w stanie zaoferować wszystkie zalety mocnego, szybkoobrotowego silnika benzynowego z turbodoładowaniem. Jednocześnie pod względem zużycia paliwa taka jednostka może bardzo zbliżyć się do swoich odpowiedników z turbodieslem, które są dziś popularne, przede wszystkim ze względu na ich wydajność.
Przeczytaj także
Wzmocnienie silnika. Plusy i minusy modyfikacji silnika bez turbiny. Główne metody doładowania: strojenie głowicy cylindrów, wału korbowego, stopnia sprężania, wlotu i wydechu.
