Двигател с променлива компресия: Дизайн

Както може да изглежда на пръв поглед, модерен двигателят с вътрешно горене е достигнал най-високия етап от нейната еволюция. В момента в търговската мрежа от различни бензинови и дизелови двигатели в смесени централи, така разбират, възможността за прехвърляне на газ двигателя.

Списъкът на най-значимите постижения могат да бъдат изолирани през последните години: въвеждането на прецизни системи за впръскване под сложни електроника за управление, придобиване висока мощност без да се увеличава обема на изместване поради турбо система, увеличаване на броя на клапана на цилиндър, използването променя времето системите за клапани и т.н.

Резултатът е значително подобрение на характеристиките на двигателя с вътрешно горене, както и намаляване на отработен газ токсичност. Това обаче не е всичко. Дизайнери и инженери от цял ​​свят продължават да работят не само активно за подобряване на съществуващите решения, но също така се опита да се създаде напълно нов дизайн.

Достатъчно е да се припомни, опит да се изгради на двигателя без колянов вал и мотовилки, за да се отърве от устройството за разпределителен вал времето или динамично се променя степента на компресия на двигателя.Веднага ще отбележим, че някои проекти все още се развиват, други вече са станали реалност. Например, двигатели с променливо съотношение на компресия. Нека да разгледаме характеристиките, предимствата и недостатъците на тази ICE.

 Промяна на съотношението на компресия: защо е необходимо

Много опитни шофьори са запознати с понятия като степента на сгъстяване на двигателя и октаново число за бензинови двигатели, както и на цетановото число на дизеловото гориво. За по-малко познания четец припомни, че степента на сгъстяване е съотношението на обема над буталото, която спада до ДМТ (долна мъртва точка) на обема, когато буталото е повишила до ГМТ (горна мъртва точка).

Бензиновите агрегати имат средно 8-14, дизеловите двигатели 18-23. Съотношението на сгъстяване е фиксирана стойност и е конструктивно положено по време на разработването на този или онзи двигател. Също така, изискванията за използване на октаново число на бензина в един или друг двигател ще зависят от съотношението на компресия. В същото време се взема под внимание атмосферния двигател или с презареждане.

Ако се говори за степента на компресия, в действителност това е индикатор, който определя колко ще бъдат компресирани гориво-въздушна смес в цилиндрите на двигателя. Ако е проста, добре компресираната смес е по-добре запалена и изгаря по-добре.Оказва се, че увеличаването на коефициента на компресия ви позволява да постигнете повишаване на ефективността на двигателя, да подобрите възвращаемостта от двигателя, да намалите разхода на гориво и т.н.

Има обаче нюанси. Преди всичко това е детонацията на двигателя. Отново, ако не отидете в подробности, нормалното зареждане на горивото и въздуха в цилиндрите просто трябва да се изгори и да не се взривят. Нещо повече, запалването на сместа трябва да започне и да завърши в строго определени моменти.

Същевременно горивото има така наречената "устойчивост на детонация", т.е. способността да издържа на детонация. Ако значително увеличите съотношението на сгъстяване, горивото може да започне да детонира в двигателя при определени работни условия на ICE.

Резултатът е неконтролиран експлозивен процес на изгаряне в цилиндрите, бързо разрушаване на части от двигателя от ударна вълна, значително повишаване на температурата в горивната камера и др. Както може да се види, не е възможно да се постигне постоянно високо съотношение на компресия точно по тези причини. В този случай единственият изход в тази ситуация е способността гъвкаво да се променя този индикатор за различните режими на работа на двигателя.

Подобен "работещ" двигател наскоро беше предложен от инженерите на престижната марка Infiniti (елитната дивизия на Nissan).Също в подобни разработки бяха и са включени други производители на автомобили (SAAB, Peugeot, Volkswagen и др.). Така че, нека да разгледаме двигател с променливо съотношение на компресия.

Променливо съотношение на компресия: как работи

На първо място, наличната възможност за промяна на съотношението на компресия позволява значително увеличаване на производителността на турбо двигателя, като същевременно се намалява разхода на гориво. Накратко, в зависимост от режима на работа и натоварването на ICE, зареждането на горивото се компресира и изгаря при най-оптималните условия.

Когато товарите на агрегата са минимални, на цилиндрите се доставя икономична "лоша" смес (много въздух и малко гориво). За такава смес е подходящо високо съотношение на сгъстяване. Ако натоварването на мотора расте (получава се "богата" смес, в която се доставя повече бензин), тогава рискът от детонация естествено се увеличава. Съответно, за да се предотврати това, компресионното съотношение е динамично намалено.

При двигатели, при които съотношението на сгъстяване е постоянно, един вид защита срещу детонация е промяната в UOZ (времето за запалване). Този ъгъл се премества "назад".Естествено, подобна промяна в ъгъла води до факта, че макар да няма детонация, силата се губи. Що се отнася до мотора с променливо съотношение на компресия, няма нужда да се премества UOZ, т.е. няма загуби на мощност.

Що се отнася до действителната реализация на веригата, всъщност задачата се свежда до факта, че физическият обем на двигателя се намалява физически, но всички характеристики (мощност, въртящ момент и т.н.)

Само забележете, за това решение са работили различни компании. В резултат на това се появяват различни методи за управление на съотношението на сгъстяване, например променлив обем на горивната камера, свързващи пръти с възможност за повдигане на буталата и т.н.

  • Едно от най-ранните разработки беше въвеждането на допълнително бутало в горивната камера. Това бутало е в състояние да се движи, докато променя силата на звука. Недостатъкът на целия проект е необходимостта от инсталиране на допълнителни подробности в БК. Също така, веднага се появиха промени във формата на горивната камера, горивото изгоря неравномерно и неадекватно.

Поради тези причини този проект не е завършен. Същата съдба бе и развитието, което имаше бутала с възможност за промяна на височината.Тези бутала разделен тип бяха тежки, но въпреки това се добавят към предизвикателствата, свързани с изпълнението на буталото капак височина на повдигане на контрол и т.н.

  • По-нататъшно развитие не са оказали влияние на буталата и горивната камера, максимално внимание бе отделено на въпроса за вдигане на коляновия вал. С други думи, задачата беше да се осъществи контролът на височината на повдигането на коляновия вал.

Устройството за схема е такава, че списанието на подкрепа вал разположен в специалните прикачни устройства на ексцентричен тип. Тези съединения се задвижват с помощта на зъбни колела, които са свързани към електродвигател.

Студено запалване ексцентрици ви позволява да увеличавате или намалявате коляновия вал, което води до промяна във височината на повдигане буталата във връзка с главата на двигателя. В резултат на това обемът на горивната камера се увеличава или намалява и коефициентът на сгъстяване също се променя.

Имайте предвид, че няколко прототипа са изградени на базата на 1.8-литров турбо уреда от Volkswagen, степента на сгъстяване варира от 8 до 16. двигател за дълго време, с опит, но сериен устройството и не го направи.

  • Друг опит за намиране на решение е двигател, при който съотношението на сгъстяване се променя чрез повдигане на целия блок на цилиндрите.Развитието принадлежи на марката Saab, а единицата едва ли влезе в серията. Двигателят е известен като SVC, обем от 1,6 литра, агрегат с 5 цилиндъра, оборудван с турбо.

Мощността е около 220 литра. С въртящия момент почти не повече от 300 нанометра. Трябва да се отбележи, че потреблението на гориво в режима на средни товари е намаляло с почти една трета. Що се отнася до самото гориво, стана възможно да се запълнят както AI-76, така и 98-тата.

Инженерите Сааб разделят блока от цилиндри, като разпределят две условни части. В горната част имаше глави и цилиндрови обшивки, докато в долната част имаше колянов вал. Една особена комбинация от тези части на блока от едната страна е подвижната панта, а от друга – специален механизъм, оборудван с електрическо задвижване.

Така се очертава възможността леко да се повдигне горната част под определен ъгъл. Такъв ъгъл на увеличение е само няколко градуса, а съотношението на сгъстяване варира от 8 до 14. В същото време "съединението" трябвало да бъде запечатано с гумена обвивка.

На практика частите за повдигане на горната част на агрегата, както и самата защитна обвивка се оказаха много слаби елементи. Може би това е, което попречи на двигателя да влезе в серията и проектът беше още затворен.

  • Друго развитие бе предложено от инженери от Франция. Турбодвигателят с работен обем от 1,5 литра успя да промени съотношението на компресия от 7 на 18 и произведе мощност от около 225 к.с. Отговорът на въртящия момент е фиксиран на 420 Nm.

Структурно, единицата е сложна, с отделен свързващ прът. В зоната, където е свързан съединителният лост към коляновия вал, детайлът е снабден със специално назъбено колело. В мястото на свързване между свързващия прът и буталото е въведен и тип зъбна рейка-пиньон.

От другата страна, лостът на буталото бе прикрепен към ролковото рамо, което изпълни контрола. Системата се задвижваше от смазочната система, работната течност преминаваше през сложна система от канали, клапани и имаше и допълнително електрическо задвижване.

Също така препоръчваме да прочетете статията за това как да увеличите двигателя. От тази статия ще научите за наличните методи за принуждаване на двигател с вътрешно горене, за да получите повече мощност, по-добра реакция към педала на газта, увеличаване на въртящия момент и т.н.

Накратко, придвижването на управляващото бутало е повлияло на люлеещото се рамо. В резултат на това и височината на основното бутало в цилиндъра също се промени.Обърнете внимание, че двигателят също не е станал сериен и проектът е замръзнал.

  • Следващият опит да се създаде двигател с променливо съотношение на сгъстяване бе решението на инженерите на Infiniti, а именно двигателя VCT (от турбокомпресор на английски Variable Compression). В този мотор стана възможно да се промени степента на компресия от 8 на 14. Специалният дизайн на конструкцията е уникален траверс механизъм.

Основата е свързването на свързващия прът с долната врата, която е подвижна. Също така се използва система от лостове, които се задвижват от електрически мотор.

Контролерът контролира процеса, като изпраща сигнали до мотора. След получаване на командата от управляващия блок електрическият мотор премества натиска и системата лостове реализира промяната на позицията, което позволява промяна на височината на буталния асансьор.

В резултат на това Infiniti VCT е с работен обем 2.0 литра с капацитет от около 265 к.с. позволяват да се спести почти 30% от горивото в сравнение със сходни ICE, които в същото време имат постоянно съотношение на компресия.

Ако производителят може ефективно да реши съществуващите в момента проблеми (сложност на конструкцията, висока вибрация, надеждност, високи крайни производствени разходи на блока и т.н.)тогава оптимистичните изявления на представителите на компанията може и да станат реалност, а самият двигател има потенциала да стане сериен през 2018-2019.

Нека да обобщим резултатите

Като се има предвид по-горе информация, става ясно, че двигатели с променлива компресия може да осигури значително намаляване на разхода на гориво в бензинови двигатели с турбокомпресор.

Също така препоръчваме да прочетете статия за това, какво е двигател с турбокомпресор. От тази статия ще научите за характеристиките на дизайна на турбината, за принципите на системата, както и за предимствата и недостатъците на това решение.

На фона на кризата в световен мащаб на гориво, както и непрекъснатото затягане на правилата за опазване на околната среда, тези двигатели могат не само ефективно изгарят горивото, но не и за ограничаване на мощността на двигателя.

С други думи, подобна ICE е в състояние да предложи всички предимства на мощен бензинов високоскоростен турбо двигател. В същото време разхода на гориво, такова устройство може да се доближи до турбодизелови двойници, които сега са популярни, на първо място, благодарение на нейната ефективност.