Silnik VC-T. Zdjęcie: Nissan
Japoński producent samochodów Silnik Nissana wprowadził nowy typ benzynowego silnika spalinowego, który pod pewnymi względami przewyższa zaawansowane nowoczesne silniki Diesla.
Nowy silnik z turbodoładowaniem o zmiennej kompresji (VC-T) jest w stanie to zrobić zmienić stopień kompresji gazowa mieszanina palna, to znaczy do zmiany skoku tłoków w cylindrach silnika spalinowego. Ten parametr jest zwykle stały. Najwyraźniej VC-T będzie pierwszy Lodowy świat Z stopień zmienny kompresja mieszanki.
Stopień sprężania - stosunek objętości przestrzeni nadtłokowej cylindra silnika wewnętrzne spalanie z położeniem tłoka w dół martwy środek(całkowita objętość cylindra) do objętości przestrzeni nadtłokowej cylindra, gdy tłok znajduje się w górnym martwym punkcie, czyli do objętości komory spalania.
Zwiększenie stopnia kompresji w przypadek ogólny zwiększa swoją moc i wzrasta Sprawność silnika, czyli pomaga zmniejszyć zużycie paliwa.
W konwencjonalnych silnikach benzynowych stopień sprężania wynosi zwykle od 8:1 do 10:1, a w samochody sportowe I samochody wyścigowe może osiągnąć 12:1 lub więcej. Wraz ze wzrostem stopnia sprężania silnik potrzebuje paliwa o wyższej liczbie oktanowej.
Silnik VC-T. Zdjęcie: Nissan
Ilustracja pokazuje różnicę w skoku tłoka przy różnych stopniach sprężania: 14:1 (po lewej) i 8:1 (po prawej). W szczególności pokazano mechanizm zmiany stopnia sprężania z 14:1 na 8:1. To się dzieje w ten sposób.
- Jeżeli konieczna jest zmiana stopnia sprężania, moduł zostaje aktywowany Napęd harmoniczny i przesuwa dźwignię siłownika.
- Dźwignia siłownika obraca się wał napędowy (Wał kontrolny na schemacie).
- Kiedy wał napędowy się obraca, zmienia się kąt nachylenia zawieszenie wielowahaczowe (Wiele linków na schemacie)
- Zawieszenie wielowahaczowe określa wysokość, na jaką może unieść się każdy tłok w swoim cylindrze. W ten sposób zmienia się stopień sprężania. Dolny martwy punkt tłoka wydaje się pozostać taki sam.
Zmianę stopnia sprężania w silniku spalinowym można w pewnym sensie porównać do zmiany kąta natarcia śmigieł o regulowanym skoku, koncepcji stosowanej w samolotach i samolotach od wielu dziesięcioleci. śmigła. Zmienny skok śmigła pozwala na utrzymanie sprawności napędu bliskiej optymalnej, niezależnie od prędkości nośnika w przepływie.
Technologia zmiany stopnia kompresja silnika spalinowego pozwala utrzymać moc silnika przy zachowaniu rygorystycznych norm sprawności silnika. To chyba najwięcej prawdziwy sposób przestrzegać tych standardów. „Wszyscy pracują nad zmiennym stopniem sprężania i innymi technologiami, które znacznie poprawią oszczędność paliwa. silniki benzynowe„mówi James Chao, dyrektor zarządzający na region Azji i Pacyfiku oraz konsultant IHS, „co najmniej od około dwudziestu lat”. Warto dodać, że w 2000 r Firma Saab pokazał prototyp tego Silnik Saaba Zmienna kompresja (SVC) dla Saaba 9-5, za którą zdobył szereg nagród na wystawach technicznych. Następnie szwedzką firmę kupił koncern General Motors i przestał pracować nad prototypem.
Silnik Saaba o zmiennej kompresji (SVC). Zdjęcie: Reedhawk
Oczekuje się, że silnik VC-T zostanie wprowadzony na rynek w 2017 roku w samochodach Infiniti QX50. Oficjalna prezentacja odbędzie się 29 września o godz Salon Samochodowy w Paryżu. Te dwa litry czterocylindrowy silnik będzie miał mniej więcej taką samą moc i moment obrotowy jak 3,5-litrowy silnik V6, który zastąpi, ale zapewni 27% oszczędności paliwa w porównaniu z nim.
Inżynierowie Nissana twierdzą również, że VC-T będzie tańszy niż dzisiejsze zaawansowane silniki wysokoprężne z turbodoładowaniem i w pełni spełni aktualne normy emisji tlenku azotu i innych emisji. spaliny- takie zasady obowiązują w Unii Europejskiej i niektórych innych krajach.
Po Infiniti nowość planowane jest wyposażenie kolejnych silników Samochody Nissana i ewentualnie firma partnerska Renault. 
Silnik VC-T. Zdjęcie: Nissan
Można założyć, że skomplikowane konstrukcja silnika spalinowego na początku jest mało prawdopodobne, aby był niezawodny. Z zakupem samochodu z silnikiem VC-T warto poczekać kilka lat, chyba że chcesz wziąć udział w testowaniu eksperymentalnej technologii.
Idea stworzenia silnik benzynowy, gdzie stopień sprężania w cylindrach miałby wartość zmienną, nie jest niczym nowym. 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, co może nastąpić, gdy duże obciążenia. Na ruch jednolity Wręcz przeciwnie, wskazane jest zwiększenie stopnia sprężania, aby uzyskać bardziej efektywne spalanie mieszanki paliwowej i zmniejszyć zużycie paliwa - w tym przypadku obciążenie silnika jest niskie, a ryzyko detonacji 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.
Istota rozwinięcia przez Nissan Corporation technologia polega na ciągłym zmienianiu się w zależności od wymaganej mocy silnika maksymalna wysokość uniesienie tłoków (tzw. górny martwy punkt – GMP), co z kolei prowadzi do zmniejszenia lub zwiększenia stopnia sprężania w cylindrach. Kluczowym szczegółem tego systemu jest specjalne mocowanie korbowodów, do których są połączone wał korbowy Poprzez ruchomy blok ramiona wahadła 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, zajmuje mniej miejsca pod maską i osiąga maksymalny moment obrotowy przy niższych obrotach.
Nawiasem mówiąc, układ regulacji stopnia sprężania nie tylko zwiększa wydajność silnika, ale także zmniejsza poziom wibracji. Dzięki wahaczom korbowody podczas skoku roboczego tłoków zajmują położenie prawie pionowe, podczas gdy w konwencjonalnych silnikach poruszają się z boku na bok (stąd korbowody mają swoją nazwę). W rezultacie, nawet bez wałków wyrównoważających, ta 4-cylindrowa jednostka pracuje tak samo cicho i płynnie jak V6.
Jednak zmienna pozycja GMP wykorzystująca złożony system dźwigni to nie jedyna cecha nowego silnika. Zmieniając stopień sprężania, jednostka ta ma także możliwość przełączania pomiędzy dwoma cyklami pracy: klasycznym cyklem Otto, według którego pracuje większość silników benzynowych, oraz cyklem Atkinsona, spotykanym głównie w hybrydach. W tym drugim przypadku (przy wysokim stopniu sprężania) ze względu na większy skok tłoka mieszanina robocza rozszerza się bardziej, spalając się większa wydajność w rezultacie wzrasta wydajność i spada zużycie benzyny.
Oprócz dwóch cykli pracy silnik ten wykorzystuje także dwa układy wtryskowe: klasyczny rozproszone MPI I 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 także specjalna powłoka ścian cylindrów, która nanoszona jest 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 jego zintegrowanie najwyższe wsparcie System aktywnej redukcji drgań Active Torque Road oparty na siłowniku posuwisto-zwrotnym. System ten sterowany jest przez czujnik przyspieszenia, który wykrywa drgania silnika i w odpowiedzi generuje drgania tłumiące w przeciwfazie. Aktywne podpory Infiniti zostało po raz pierwszy użyte w 1998 roku silnik wysokoprężny, ale system ten okazał się zbyt uciążliwy, dlatego 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-cylindrowa jednostka nowego Infiniti QX50 jest o 9 dB cichsza niż silnik V6 swojego poprzednika!
Ściśle powiązany z wydajnością. W silnikach benzynowych stopień sprężania jest ograniczony do spalanie detonacyjne. Ograniczenia te mają szczególne znaczenie przy pracy silnika przy pełnym obciążeniu, natomiast przy obciążeniu częściowym wysoki stopień sprężania nie stwarza ryzyka detonacji. Aby zwiększyć moc silnika i poprawić wydajność, pożądane jest zmniejszenie stopnia sprężania, ale jeśli stopień sprężania jest niski we wszystkich zakresach pracy silnika, doprowadzi to do zmniejszenia mocy i zwiększonego zużycia paliwa przy częściowym obciążeniu. W tym przypadku wartości stopnia sprężania z reguły wybiera się znacznie niżej niż te wartości, przy których osiąga się najbardziej ekonomiczną pracę silnika. Świadome pogarszanie wydajności silników jest szczególnie widoczne podczas pracy przy częściowym obciążeniu. Tymczasem zmniejszenie napełnienia cylindrów mieszaniną palną, wzrost względnej ilości gazów resztkowych, spadek temperatury części itp. stworzyć możliwości zwiększenia stopnia sprężania przy częściowych obciążeniach w celu poprawy wydajności silnika i zwiększenia jego mocy. Aby rozwiązać ten kompromisowy problem, opracowywane są opcje silnika o zmiennym stopniu sprężania.
Powszechne zastosowanie w konstrukcjach silników sprawiło, że ten kierunek pracy stał się jeszcze bardziej istotny. Faktem jest, że przy doładowaniu obciążenia mechaniczne i termiczne części silnika znacznie wzrastają, dlatego należy je wzmocnić, zwiększając masę całego silnika jako całości. W tym przypadku z reguły żywotność części pracujących w bardziej obciążonych warunkach jest zmniejszona, a niezawodność silnika jest zmniejszona. W przypadku przejścia na stopień zmienny kompresji, proces pracy silnika podczas doładowania można zorganizować w taki sposób, aby w wyniku odpowiedniego zmniejszenia stopnia sprężania przy dowolnym ciśnieniu doładowania maksymalne ciśnienia w cyklu roboczym (tj. Sprawność eksploatacyjna) pozostały niezmienione lub uległy zmianie nieznacznie. Jednocześnie pomimo wzrostu pożyteczna praca na cykl, a co za tym idzie, moc silnika, maksymalne obciążenia jego części nie mogą się zwiększać, co pozwala na wzmocnienie silników bez wprowadzania zmian w ich konstrukcji.
Bardzo istotny dla prawidłowego przebiegu procesu spalania w silniku o zmiennym stopniu sprężania jest właściwy wybór kształt komory spalania, zapewniający najwięcej skrót rozprzestrzenianie się płomienia. Zmiana frontu rozprzestrzeniania się płomienia musi być bardzo szybka, aby została uwzględniona różne tryby pracy silnika podczas eksploatacji pojazdu. Biorąc pod uwagę zastosowanie dodatkowych części w mechanizm korbowy konieczne jest także opracowanie układów o niskim współczynniku tarcia, aby nie utracić korzyści płynących ze stosowania zmiennego stopnia sprężania.
Na rysunku pokazano jedną z najczęstszych opcji silnika ze zmiennym stopniem sprężania.
Ryż. Schemat silnika ze zmiennym stopniem sprężania:
1 – korbowód; 2 – tłok; 3 – wał mimośrodowy; 4 - dodatkowy korbowód; 5 – czop korbowodu wał korbowy; 6 – wahacz
Przy częściowym obciążeniu dodatkowe 4 zajmują najniższe położenie i zwiększają obszar skoku tłoka. Stopień kompresji jest maksymalny. Przy dużych obciążeniach mimośród na wale 3 podnosi oś górnej głowicy dodatkowego korbowodu 4. Jednocześnie zwiększa się luz nadtłokowy i zmniejsza się stopień sprężania.
W 2000 roku w Genewie zaprezentowano eksperymentalny silnik benzynowy SAAB o zmiennym stopniu sprężania. Jego cechy szczególne pozwalają osiągnąć moc 225 KM. o pojemności roboczej 1,6 litra. i utrzymać zużycie paliwa porównywalne z silnikiem o połowę mniejszym. Możliwość płynnej zmiany pojemności pozwala na pracę silnika na benzynie, olej napędowy lub alkohol.
Cylindry silnika i głowica bloku wykonane są jako monoblok, czyli jako pojedynczy blok, a nie osobno jak w silnikach konwencjonalnych. Oddzielny blok składa się również ze skrzyni korbowej oraz korbowodu i grupy tłoków. Monoblok może poruszać się w skrzyni korbowej bloku. Lewa strona monobloku opiera się na osi 1 znajdującej się w bloku, która służy jako zawias; prawą stronę można podnosić lub opuszczać za pomocą korbowodu 3 sterowanego mimośrodowym wałem 4. Do uszczelnienia monobloku i skrzyni korbowej bloku , tektura falista gumowa okładka 2.
Ryż. Silnik o zmiennym stopniu sprężania SAAB:
1 – oś; 2 – gumowa osłona; 3 – korbowód; 4 – wał mimośrodowy.
Stopień sprężania zmienia się w przypadku pochylenia monobloku względem skrzyni korbowej za pomocą napędu hydraulicznego, przy czym skok tłoka pozostaje niezmienny. Odchylenie monobloku od pionu prowadzi do zwiększenia objętości komory spalania, co powoduje zmniejszenie stopnia sprężania.
Wraz ze spadkiem kąta nachylenia wzrasta stopień sprężania. Maksymalne odchylenie monobloku od osi pionowej wynosi 4%.
Przy minimalnych obrotach wału korbowego i zresetowaniu zasilania paliwem, a także przy małych obciążeniach monoblok zajmuje najniższe położenie, w którym objętość komory spalania jest minimalna (stopień sprężania - 14). Układ ładowania jest wyłączony, a powietrze przepływa bezpośrednio do silnika.
Pod obciążeniem, w wyniku obrotu wału mimośrodowego, korbowód odchyla monoblok na bok, a objętość komory spalania wzrasta (stopień sprężania - 8). W takim przypadku sprzęgło łączy doładowanie, a powietrze zaczyna napływać do silnika pod nadmiernym ciśnieniem.
Ryż. Zmiana dopływu powietrza do silnika SAAB w różnych trybach:
1 – zawór dławiący; 2 – zawór obejściowy; 3 – sprzęgło; a – przy niskich obrotach wału korbowego; b – w warunkach obciążenia
Optymalny stopień sprężania jest obliczany przez jednostkę sterującą układ elektroniczny biorąc pod uwagę prędkość obrotową wału korbowego, stopień obciążenia, rodzaj paliwa i inne parametry.
Ze względu na konieczność szybkiej reakcji na zmiany stopnia sprężania w ten silnik trzeba było zrezygnować z turbosprężarki na rzecz mechanicznego doładowania z pośrednim chłodzeniem powietrzem maksymalne ciśnienie doładowanie 2,8 kgf/cm2.
Zużycie paliwa w opracowanym silniku jest o 30% mniejsze niż w przypadku konwencjonalny silnik tej samej objętości, a wskaźniki toksyczności spalin są zgodne z obowiązującymi normami.
Francuska firma MCE-5 Development opracowała dla koncernu Peugeot-Citroen silnik o zmiennym stopniu sprężania VCR (Variable Compression Ratio). W rozwiązaniu tym wykorzystano oryginalną kinematykę mechanizmu korbowego.
W tej konstrukcji przeniesienie ruchu z korbowodu na tłoki odbywa się poprzez podwójny sektor przekładni 5. C prawa strona znajduje się wspornik silnika stojak 7, na którym opiera się sektor 5. Takie sprzężenie zapewnia ruch ściśle posuwisto-zwrotny tłoka cylindra, który jest połączony z zębatką 4. Zębatka 7 jest połączona z tłokiem 6 siłownika hydraulicznego sterującego.
W zależności od trybu pracy silnika sygnał ze sterownika silnika zmienia położenie tłoka 6 cylindra sterującego połączonego z zębatką 7. Przesunięcie zębatki sterującej 7 w górę lub w dół powoduje zmianę położenia GMP i BDC tłok silnika, a wraz z nimi stopień sprężania od 7:1 do 20:1 w ciągu 0,1 s. W razie potrzeby istnieje możliwość zmiany stopnia sprężania dla każdego cylindra osobno.
Ryż. Silnik ze zmiennym stopniem sprężania VCR:
1 – wał korbowy; 2 – korbowód; 3 – zębaty wał podporowy; 4 – zębatka tłokowa; 5 – sektor przekładni; 6 – tłok cylindra sterującego; 7 – stojak kontrolny wspornika.
Silnik VC-T. Zdjęcie: Nissan
Japoński producent samochodów Nissan Motor wprowadził nowy typ benzynowego silnika spalinowego, który pod pewnymi względami przewyższa zaawansowane nowoczesne silniki wysokoprężne.
Nowy silnik z turbodoładowaniem o zmiennej kompresji (VC-T) jest w stanie to zrobić zmienić stopień kompresji gazowa mieszanina palna, to znaczy do zmiany skoku tłoków w cylindrach silnika spalinowego. Ten parametr jest zwykle stały. Najwyraźniej VC-T będzie pierwszym na świecie silnikiem spalinowym o zmiennym stopniu sprężania.
Stopień sprężania to stosunek objętości przestrzeni tłokowej nad cylindrem silnika spalinowego z położeniem tłoka w dolnym martwym punkcie (całkowita objętość cylindra) do objętości przestrzeni cylindra nad tłokiem z położeniem tłoka w górnym martwym punkcie środka, czyli do objętości komory spalania.
Zwiększanie stopnia sprężania generalnie zwiększa jego moc i zwiększa wydajność silnika, czyli pomaga zmniejszyć zużycie paliwa.
W zwykłych silnikach benzynowych stopień sprężania wynosi zazwyczaj od 8:1 do 10:1, ale w samochodach sportowych i wyścigowych może wynosić nawet 12:1 lub więcej. Wraz ze wzrostem stopnia sprężania silnik potrzebuje paliwa o wyższej liczbie oktanowej.
Silnik VC-T. Zdjęcie: Nissan
Ilustracja pokazuje różnicę w skoku tłoka przy różnych stopniach sprężania: 14:1 (po lewej) i 8:1 (po prawej). W szczególności pokazano mechanizm zmiany stopnia sprężania z 14:1 na 8:1. To się dzieje w ten sposób.
- Jeżeli konieczna jest zmiana stopnia sprężania, moduł zostaje aktywowany Napęd harmoniczny i przesuwa dźwignię siłownika.
- Dźwignia siłownika obraca wał napędowy ( Wał kontrolny na schemacie).
- Kiedy wał napędowy się obraca, zmienia się kąt zawieszenia wielowahaczowego ( Wiele linków na schemacie)
- Zawieszenie wielowahaczowe określa wysokość, na jaką może unieść się każdy tłok w swoim cylindrze. W ten sposób zmienia się stopień sprężania. Dolny martwy punkt tłoka wydaje się pozostać taki sam.
Zmianę stopnia sprężania w silniku spalinowym można w pewnym sensie porównać do zmiany kąta natarcia w śmigłach o regulowanym skoku, co jest koncepcją stosowaną w śmigłach i śmigłach od wielu dziesięcioleci. Zmienny skok śmigła pozwala na utrzymanie sprawności napędu bliskiej optymalnej, niezależnie od prędkości nośnika w przepływie.
Technologia zmiany stopnia sprężania silnika spalinowego pozwala na utrzymanie mocy silnika przy zachowaniu rygorystycznych norm sprawności silnika. Jest to prawdopodobnie najbardziej realistyczny sposób spełnienia tych standardów. „Wszyscy pracują obecnie nad zmiennym stopniem sprężania i innymi technologiami, które znacząco poprawią wydajność silników benzynowych” – mówi James Chao, dyrektor zarządzający na region Azji i Pacyfiku i konsultant IHS, „co najmniej od około dwudziestu lat”. Warto wspomnieć, że w 2000 roku Saab pokazał prototyp takiego silnika Saab Variable Compression (SVC) do Saaba 9-5, za co otrzymał szereg nagród na wystawach technicznych. Następnie szwedzka firma została kupiona przez General Motors i zaprzestała prac nad prototypem.
Silnik Saaba o zmiennej kompresji (SVC). Zdjęcie: Reedhawk
Oczekuje się, że silnik VC-T zostanie wprowadzony na rynek w 2017 roku w samochodach Infiniti QX50. Oficjalna prezentacja zaplanowana jest na 29 września podczas Salonu Samochodowego w Paryżu. Ten 2,0-litrowy czterocylindrowy silnik będzie miał mniej więcej taką samą moc i moment obrotowy jak 3,5-litrowy silnik V6, który zastępuje, ale będzie zapewniać o 27% mniejsze zużycie paliwa.
Inżynierowie Nissana twierdzą również, że VC-T będzie tańszy niż dzisiejsze zaawansowane silniki wysokoprężne z turbodoładowaniem i będzie w pełni zgodny z obowiązującymi normami emisji tlenku azotu i innych gazów spalinowych – takie przepisy obowiązują w Unii Europejskiej i niektórych innych krajach.
Po Infiniti planowane jest wyposażenie w nowe silniki innych samochodów Nissana i ewentualnie partnerskiej firmy Renault.
Silnik VC-T. Zdjęcie: Nissan
Można założyć, że skomplikowana konstrukcja silnika spalinowego na początku nie będzie niezawodna. Z zakupem samochodu z silnikiem VC-T warto poczekać kilka lat, chyba że chcesz wziąć udział w testowaniu eksperymentalnej technologii.
