Układy zmiany stopnia sprężania silnika. Silnik spalinowy tłokowy o zmiennym stopniu sprężania Cechy układu o zmiennym stopniu sprężania

Ściśle związana z wydajnością. W silnikach benzynowych stopień sprężania jest ograniczony obszarem spalania detonacyjnego. Ograniczenia te mają szczególne znaczenie przy pracy silnika pod pełnym obciążeniem, podczas gdy przy obciążeniach częściowych wysoki stopień sprężania nie powoduje zagrożenia detonacją. Aby zwiększyć moc silnika i poprawić ekonomiczność, pożądane jest zmniejszenie stopnia sprężania, jednak jeśli stopień sprężania jest niski dla wszystkich zakresów pracy silnika, doprowadzi to do spadku mocy i wzrostu zużycia paliwa przy częściowych obciążeniach. W tym przypadku wartości stopnia sprężania są z reguły wybierane znacznie niżej niż wartości, przy których osiąga się najbardziej ekonomiczną wydajność silników. Świadome pogorszenie sprawności silników jest to szczególnie widoczne podczas pracy przy częściowym obciążeniu. Tymczasem spadek wypełnienia cylindrów palną mieszanką, wzrost względnej ilości gazów resztkowych, spadek temperatury części itp. stworzyć możliwości zwiększenia stopnia sprężania przy częściowych obciążeniach w celu zwiększenia sprawności silnika i zwiększenia jego mocy. Aby rozwiązać taki problem kompromisu, opracowywane są warianty silników o zmiennym stopniu sprężania.

Powszechne zastosowanie w projektach silników sprawiło, że kierunek tych prac stał się jeszcze bardziej istotny. Faktem jest, że podczas doładowania znacznie wzrastają obciążenia mechaniczne i termiczne części silnika, dlatego należy je wzmocnić, zwiększając masę całego silnika jako całości. W takim przypadku z reguły żywotność części pracujących w trybie bardziej obciążonym jest zmniejszona, a niezawodność silnika jest zmniejszona. W przypadku przejścia na zmienny stopień sprężania przebieg pracy w silniku z doładowaniem można ułożyć w taki sposób, aby przez odpowiednie zmniejszenie stopnia sprężania przy dowolnych ciśnieniach doładowania maksymalne ciśnienia cyklu roboczego (tj. ) pozostanie bez zmian lub nieznacznie się zmieni. Jednocześnie pomimo wzrostu pracy użytecznej na cykl, a co za tym idzie mocy silnika, maksymalne obciążenia jego części mogą nie wzrosnąć, co umożliwia wymuszenie pracy silników bez wprowadzania zmian w ich konstrukcji.

Dla prawidłowego przebiegu procesu spalania w silniku o zmiennym stopniu sprężania bardzo ważny jest właściwy dobór kształtu komory spalania, który zapewnia najkrótszą drogę rozprzestrzeniania się płomienia. Zmiana frontu rozprzestrzeniania się płomienia musi być bardzo szybka, aby uwzględnić różne tryby pracy silnika podczas eksploatacji pojazdu. Biorąc pod uwagę zastosowanie dodatkowych części w mechanizmie korbowym, konieczne jest również opracowanie układów o niskim współczynniku tarcia, aby nie stracić zalet zastosowania zmiennego stopnia sprężania.

Jedna z najczęstszych opcji silnika ze zmiennym stopniem sprężania jest pokazana na rysunku.

Ryż. Schemat silnika ze zmiennym stopniem sprężania:
1 - korbowód; 2 - tłok; 3 - wałek mimośrodowy; 4 - dodatkowy korbowód; 5 - szyjka korbowodu wału korbowego; 6 - wahacz

Przy częściowych obciążeniach dodatkowe 4 zajmuje najniższą pozycję i podnosi obszar skoku tłoka. Współczynnik kompresji jest maksymalny. Przy dużych obciążeniach mimośród na wale 3 podnosi oś górnej głowicy dodatkowego korbowodu 4. Zwiększa to luz nad tłokiem i zmniejsza stopień sprężania.

W 2000 roku w Genewie zaprezentowano eksperymentalny silnik benzynowy SAAB ze zmiennym stopniem sprężania. Jego unikalne cechy pozwalają osiągnąć moc 225 KM. o roboczej objętości 1,6 litra. i utrzymywać zużycie paliwa porównywalne z połową rozmiaru silnika. Bezstopniowa pojemność skokowa umożliwia pracę silnika na benzynie, oleju napędowym lub alkoholu.

Cylindry silnika i głowica bloku wykonane są jako monoblok, czyli jako pojedynczy blok, a nie oddzielnie, jak w silnikach konwencjonalnych. Oddzielnym blokiem jest również blokowa skrzynia korbowa oraz zespół korbowodu i tłoka. Monoblok może poruszać się w skrzyni korbowej. Jednocześnie lewa strona monobloku spoczywa na osi 1 znajdującej się w bloku, która pełni rolę zawiasu, prawą stronę można podnosić lub opuszczać za pomocą korbowodu 3 sterowanego mimośrodem 4. Karbowana guma pokrywa 2 służy do uszczelnienia monobloku i skrzyni korbowej.

Ryż. Silnik SAAB o zmiennej kompresji:
1 - oś; 2 - osłona gumowa; 3 - korbowód; 4 - wałek mimośrodowy.

Stopień sprężania zmienia się, gdy monoblok jest przechylany względem skrzyni korbowej za pomocą siłownika hydraulicznego o stałym skoku tłoka. Odchylenie monobloku od pionu prowadzi do zwiększenia objętości komory spalania, co powoduje spadek stopnia sprężania.

Wraz ze spadkiem kąta nachylenia zwiększa się stopień sprężania. Maksymalne odchylenie monobloku od osi pionowej wynosi 4%.

Przy minimalnych obrotach wału korbowego i zresetowaniu dopływu paliwa, a także przy niskich obciążeniach, monoblok zajmuje najniższe położenie, w którym objętość komory spalania jest minimalna (stopień sprężania - 14). Układ doładowania jest wyłączony, a powietrze dostaje się 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 wpływać do silnika pod nadciśnieniem.

Ryż. Zmiana dopływu powietrza do silnika SAAB w różnych trybach:
1 - zawór dławiący; 2 - zawór obejściowy; 3 - sprzęgło; a - przy niskiej częstotliwości obrotu wału korbowego; b - w warunkach obciążenia

Optymalny stopień sprężania jest obliczany przez jednostkę sterującą układu elektronicznego, biorąc pod uwagę prędkość obrotową wału korbowego, stopień obciążenia, rodzaj paliwa i inne parametry.

Ze względu na konieczność szybkiego reagowania na zmianę stopnia sprężania w tym silniku konieczna była rezygnacja z turbosprężarki na rzecz mechanicznego doładowania z intercoolerem powietrzem o maksymalnym ciśnieniu doładowania 2,8 kgf/cm2.

Zużycie paliwa przez opracowany silnik jest o 30% mniejsze niż w przypadku konwencjonalnego silnika tej samej wielkości, 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). Rozwiązanie to wykorzystuje oryginalną kinematykę mechanizmu korbowego.

W tej konstrukcji przenoszenie ruchu z korbowodu na tłoki odbywa się poprzez podwójnie uzębiony sektor 5. Z prawej strony silnika znajduje się podporowa listwa zębata 7, na której spoczywa sektor 5. Zazębienie to zapewnia ściśle posuwisto-zwrotny ruch tłoka cylindra, który jest połączony z listwą zębatą 4. Szyna 7 jest połączona z tłokiem 6 hydraulicznego cylindra sterującego.

W zależności od trybu pracy silnika położenie tłoka 6 cylindra sterującego związanego z zębatką 7 zmienia się zgodnie z sygnałem z jednostki sterującej silnika.Przesuwanie zębatki sterującej 7 w górę lub w dół zmienia położenie GMP i BDC tłok silnika, a wraz z nim stopień sprężania od 7:1 do 20:1 w 0,1 s. W razie potrzeby istnieje możliwość zmiany stopnia sprężania dla każdego cylindra osobno.

Ryż. Silnik VCR o zmiennej kompresji:
1 - wał korbowy; 2 - korbowód; 3 - zębata rolka podporowa; 4 - zębatka tłoka; 5 - sektor zębaty; 6 - tłok cylindra sterującego; 7 - wspornik zębatej zębatki sterującej.

Przez ponad sto lat życia silnik spalinowy (ICE) zmienił się tak bardzo, że od przodka pozostała tylko zasada działania. Prawie wszystkie etapy modernizacji miały na celu zwiększenie współczynnika wydajności (COP) silnika. Wskaźnik efektywności można nazwać uniwersalnym. Ukrywa się w nim wiele cech - zużycie paliwa, moc, moment obrotowy, skład spalin itp. Powszechne stosowanie nowych pomysłów technicznych - wtrysku paliwa, elektronicznego zapłonu i systemów zarządzania silnikiem, 4, 5, a nawet 6 zaworów na cylinder - odegrało pozytywną rolę w zwiększeniu sprawności silników.

Niemniej jednak, jak pokazał Salon Samochodowy w Genewie, proces modernizacji silników spalinowych jest jeszcze daleki od zakończenia. Na tym popularnym międzynarodowym salonie samochodowym SAAB zaprezentował efekt 15 lat pracy - prototyp nowego silnika o zmiennym stopniu sprężania - SAAB Variable Compression (SVC), który stał się ewenementem w świecie motoryzacyjnym.

Technologia SVC oraz szereg innych zaawansowanych i nietradycyjnych rozwiązań technicznych z punktu widzenia istniejących koncepcji silników spalinowych umożliwiły nadanie nowości fantastycznych właściwości. Tak więc pięciocylindrowy silnik o pojemności zaledwie 1,6 litra, przeznaczony do samochodów z konwencjonalnej produkcji, rozwija niesamowitą moc 225 KM. i moment obrotowy 305 Nm. Inne, szczególnie dziś ważne cechy okazały się doskonałe - zużycie paliwa przy średnich obciążeniach zostało zmniejszone aż o 30%, emisja CO2 została zmniejszona o taką samą ilość. Jeśli chodzi o CO, CH i NOx itp., to według twórców spełniają one wszystkie istniejące i planowane na najbliższą przyszłość normy toksyczności. Oprócz tego zmienny stopień sprężania umożliwia silnikowi SVC pracę na różnych gatunkach benzyny — od A-76 do AI-98 — praktycznie bez pogorszenia osiągów i z wykluczeniem pojawienia się detonacji.

Oczywiście istotną zaletą takich cech jest technologia SVC, tj. możliwość zmiany stopnia kompresji. Ale zanim zapoznamy się z urządzeniem mechanizmu, które umożliwiło zmianę tej wartości, przypomnijmy sobie kilka prawd z teorii budowy silnika spalinowego.

Stopień sprężania

Stopień sprężania to stosunek sumy objętości cylindra i komory spalania do objętości komory spalania. Wraz ze wzrostem stopnia sprężenia wzrasta ciśnienie i temperatura w komorze spalania, co stwarza korzystniejsze warunki zapłonu i spalania mieszanki palnej oraz zwiększa efektywność wykorzystania energii paliwa, tj. efektywność. Im wyższy stopień sprężania, tym wyższa wydajność.

Nie ma problemów z tworzeniem silników benzynowych o wysokim stopniu sprężania i nigdy nie było. I nie rób ich z następującego powodu. Podczas suwu sprężania takich silników ciśnienie w cylindrach wzrasta do bardzo wysokich wartości. Powoduje to oczywiście wzrost temperatury w komorze spalania i stwarza dogodne warunki do pojawienia się detonacji. A detonacja, jak wiemy (patrz s. 26), jest zjawiskiem niebezpiecznym. We wszystkich stworzonych do tego czasu silnikach stopień sprężania był stały i wyznaczany w zależności od warunków ciśnieniowo-temperaturowych panujących w komorze spalania przy maksymalnym obciążeniu, kiedy zużycie paliwa i powietrza jest maksymalne. Silnik nie zawsze działa w tym trybie, można powiedzieć, nawet bardzo rzadko. Na autostradzie lub w mieście, gdy prędkość jest prawie stała, silnik pracuje przy niskich lub średnich obciążeniach. W takiej sytuacji dla bardziej efektywnego wykorzystania energii paliwa przydałby się wyższy stopień sprężania. Problem ten rozwiązali inżynierowie SAAB - twórcy technologii SVC.

Technologia SVC

Przede wszystkim należy zauważyć, że w nowym silniku zamiast tradycyjnej głowicy bloku i tulei cylindrowych, które były wlewane bezpośrednio do bloku lub tłoczone, zastosowano jedną głowicę łączącą głowicę bloku i tuleje cylindrowe. Aby zmienić stopień kompresji, a raczej objętość komory spalania, monohead jest ruchomy. Z jednej strony osadzona jest na wale pełniącym funkcję podpory, z drugiej podparta i napędzana osobnym mechanizmem korbowym. Promień korby zapewnia przesunięcie głowicy względem osi pionowej o 40. To w zupełności wystarczy, aby zmienić objętość komory i uzyskać stopień sprężania od 8:1 do 14:1.

Wymagany stopień sprężania jest określany przez elektroniczny system zarządzania silnikiem SAAB Trionic, który monitoruje obciążenie, prędkość obrotową, jakość paliwa i na tej podstawie steruje hydraulicznym napędem korby. Tak więc przy maksymalnym obciążeniu stopień sprężania wynosi 8:1, a przy minimalnym - 14:1. Połączenie tulei cylindrowych z ich głowicą pozwoliło między innymi inżynierom SAAB nadać kanałom płaszcza chłodzącego doskonalszy kształt, 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 styku bloczka z głowicą obniżyła się o 20 cm, a szczelność styku zapewnia gumowa uszczelka karbowana, którą przed uszkodzeniem chroni metalowa obudowa od góry.

Mal, tak, odważny

Dla wielu może stać się niezrozumiałe, w jaki sposób ponad dwieście „koni” zostało „naładowanych” do silnika o tak małej objętości - w końcu taka moc może niekorzystnie wpłynąć na jego zasoby. Podczas tworzenia silnika SVC inżynierowie kierowali się zupełnie innymi zadaniami. Doprowadzenie zasobów motorycznych do wymaganych standardów to sprawa technologów. Jeśli chodzi o małą objętość silnika, odbywa się to w pełnej zgodzie z teorią silników spalinowych. Zgodnie z jego prawami najkorzystniejszy tryb pracy silnika pod względem zwiększania sprawności jest przy dużym obciążeniu (przy dużych prędkościach), gdy przepustnica jest całkowicie otwarta. W tym przypadku maksymalizuje energię paliwa. A ponieważ silniki o mniejszej pojemności skokowej pracują głównie przy maksymalnych obciążeniach, ich sprawność jest również wyższa.

Sekretem przewagi małych silników pod względem sprawności jest brak tzw. strat pompowania. Występują one przy niskich obciążeniach, gdy silnik pracuje na niskich obrotach, a przepustnica jest tylko lekko uchylona. W tym przypadku podczas suwu ssania w cylindrach powstaje duże podciśnienie - podciśnienie, które opiera się ruchowi tłoka w dół i odpowiednio zmniejsza wydajność. Przy szeroko otwartej przepustnicy nie ma takich strat, ponieważ powietrze dostaje się do cylindrów prawie bez przeszkód.

Aby uniknąć strat pompowania o 100%, w nowym silniku inżynierowie SAAB zastosowali również „doładowanie” powietrza pod wysokim ciśnieniem - 2,8 atm., Za pomocą mechanicznego doładowania - sprężarki. Sprężarka była preferowana z kilku powodów: po pierwsze, żadna turbosprężarka nie jest w stanie wytworzyć takiego ciśnienia doładowania; po drugie reakcja sprężarki na zmianę obciążenia jest niemal natychmiastowa, tj. nie ma charakterystyki hamowania dla turbodoładowania. Napełnianie cylindrów świeżym ładunkiem w silniku SAAB zostało ulepszone zarówno za pomocą popularnego dziś nowoczesnego mechanizmu dystrybucji gazu, w którym na cylinder są cztery zawory, jak i poprzez zastosowanie chłodnicy międzystopniowej (Intercooler).

Prototyp silnika SVC, według niemieckiej firmy zajmującej się rozwojem silników FEV Motorentechnie w Akwizgranie, jest dość funkcjonalny. Ale mimo pozytywnej oceny, po jakimś czasie – po dopracowaniu i dostosowaniu do potrzeb klientów – trafi do masowej produkcji.

O technologii nowego silnika Infiniti pisaliśmy już w naszych artykułach przeglądowych. Unikalny model silnika benzynowego, który może zmieniać stopień sprężania w locie, może być tak mocny jak konwencjonalna jednostka benzynowa i tak ekonomiczny, jakbyś jadł na silniku wysokoprężnym.

Dzisiaj Jason Fenske wyjaśni, jak działa silnik i jak osiąga największą moc i wydajność.

Technologia zmiennej kompresji lub jeśli chcesz silnik z turbodoładowaniem ze zmiennym stopniem sprężania, może niemal natychmiast zmienić ciśnienie tłoka w mieszance paliwowo-powietrznej w stosunku 8:1 zanim 14:1 , oferując jednocześnie wysoką kompresję przy niskich obciążeniach (na przykład w mieście lub na autostradzie) i niską kompresję wymaganą przez turbinę podczas gwałtownego przyspieszania, przy maksymalnym otwarciu przepustnicy.

Jason wraz z Infiniti wyjaśnił, jak działa ta technologia, nie zapominając o zwróceniu uwagi na niuanse i nieznane wcześniej szczegóły niesamowitego, innowacyjnego silnika. Możesz obejrzeć ekskluzywny materiał w filmie, który opublikujemy poniżej, nie zapomnij włączyć tłumaczenia napisów, jeśli to konieczne. Ale najpierw wybierzemy techniczne „ziarno” budowy silnika przyszłości i zwrócimy uwagę na te niuanse, które wcześniej były nieznane.

Centralną technologią unikalnego silnika był system specjalnego mechanizmu obrotowego, który dzięki złożonemu tłoczysku posiada centralny obrotowy układ wielowahaczowy, który jest w stanie zmienić kąt jego działania, co prowadzi do zmiany efektywną długość tłoczyska, co z kolei zmienia długość skoku tłoka w cylindrze, co z kolei ostatecznie zmienia stopień sprężania.

Szczegółowa technologia napędu jest następująca:

1. Silnik elektryczny obraca dźwignię siłownika 1,30 minuty wideo

2. Dźwignia obraca wał napędowy w sposób podobny do napędzania konwencjonalnych wałków rozrządu, za pomocą układu krzywkowego.

3. Po trzecie, dolne ramię zmienia kąt wielowahaczowego siłownika połączonego z górnym ramieniem. Ten ostatni jest podłączony do tłoka (wideo 1,48 minuty)

4. Cały system przy określonych ustawieniach i umożliwia tłokowi zmianę wysokości górnego martwego punktu, zmniejszając lub zwiększając stopień sprężania.

Na przykład, jeśli silnik przejdzie z trybu „moc maksymalna” do trybu „oszczędność paliwa i poprawa wydajności”, koło zębate falowe obróci się w lewo. Pokazane na prawym zdjęciu (2,10-minutowy film). Obrót zostanie przeniesiony na wał napędowy, który pociągnie nieco dolne ramię w dół, co podniesie napęd wielowahaczowy, co z kolei przesunie tłok bliżej głowicy bloku, zmniejszając objętość, a tym samym zwiększając kompresję.

Dodatkowo następuje przejście od tradycyjnego cyklu pracy Otto ICE do cyklu Atkinsona, który różni się stosunkiem czasu cyklu, co uzyskuje się poprzez zmianę czasu zamykania zaworów dolotowych.

Nawiasem mówiąc, przejście, według Fenske, z jednego trybu pracy silnika do drugiego zajmuje nie więcej niż 1,2 sekundy!

Co więcej, nowa technologia jest w stanie zmieniać stopień sprężania od 8:1 do 14:1, stale dostosowując się do stylu jazdy, obciążenia i innych czynników wpływających na osiągi silnika.

Ale nawet wyjaśnienie działania tak złożonej technologii to nie koniec historii. Kolejną ważną cechą nowego silnika jest zmniejszenie nacisku tłoka na ścianki cylindra, co pozwoli uniknąć owalizacji tego ostatniego, ponieważ w tandemie z układem napędowym tłoka zastosowano układ zmniejszający tarcie tłoka o ścianki cylindra, co działa poprzez zmniejszenie kąta natarcia korbowodu podczas skoku tłoka.

Na filmie zauważono, że czterocylindrowy rzędowy silnik okazał się nieco niezrównoważony ze względu na cechy konstrukcyjne, więc inżynierowie zostali zmuszeni do dodania wałka wyrównoważającego, co komplikuje konstrukcję silnika, ale pozostawia mu szansę na długą żywotność bez śmiercionośnych wibracji, które powstają w wyniku działania złożonego korbowodu.

Wynalazek dotyczy inżynierii mechanicznej, głównie silników cieplnych, mianowicie tłokowego silnika spalinowego (ICE) o zmiennym stopniu sprężania. Efektem technicznym wynalazku jest poprawa kinematyki mechanizmu przenoszenia siły tłokowego silnika spalinowego, w taki sposób, aby możliwa była kontrola stopnia sprężania przy jednoczesnym ograniczeniu reakcji w podporach i bezwładności drugiego rzędu siły. Silnik spalinowy według wynalazku ma tłok osadzony ruchomo w cylindrze, który jest połączony obrotowo z korbowodem. Ruch korbowodu jest przenoszony na korbę wału korbowego. Jednocześnie, aby zapewnić możliwość kontrolowanej zmiany stopnia sprężania i skoku tłoka, między korbowodem a korbą zastosowano łącznik transmisyjny, który jest skonfigurowany do sterowania jego ruchem za pomocą dźwigni sterującej. Łącznik transmisyjny wykonany jest w postaci poprzecznej dźwigni połączonej z korbą za pomocą zawiasu, który znajduje się w położeniu pośrednim w obszarze między dwoma punktami odniesienia. W jednym z punktów odniesienia dźwignia poprzeczna połączona jest z korbowodem, aw drugim z dźwignią sterującą. Dźwignia sterująca jest również połączona obrotowo z dodatkową korbą lub mimośrodem, które wykonują ruchy sterujące poprzez przesunięcie osi obrotu dźwigni sterującej, zapewniając w ten sposób zmianę stopnia sprężania silnika spalinowego. Dodatkowo oś toczna wahacza może wykonywać ciągły ruch cykliczny, zsynchronizowany z obrotami wału korbowego. Jednocześnie przy zachowaniu pewnych zależności geometrycznych pomiędzy poszczególnymi ogniwami mechanizmu przenoszenia siły można zmniejszyć ich obciążenia i zwiększyć płynność pracy silnika spalinowego. 12 wp. f-ly, 10 chorych.

Rysunki do patentu RF 2256085

Niniejszy wynalazek dotyczy inżynierii mechanicznej, głównie silników cieplnych. Wynalazek dotyczy w szczególności tłokowego silnika spalinowego (ICE) mającego tłok, który jest ruchomo osadzony w cylindrze i który jest połączony obrotowo z korbowodem, którego ruch jest przenoszony na korbę wału korbowego, podczas gdy przekładnia pomiędzy korbowodem a korbą przewidziano łącznik, który wykonany jest z możliwością sterowania jego ruchem za pomocą dźwigni sterującej w celu zapewnienia kontrolowanego ruchu tłoka, przede wszystkim zapewnienia możliwości zmiany stopnia sprężania i skoku tłoka i która jest wykonana w postaci poprzecznej dźwigni, która jest połączona z korbą za pomocą zawiasu, który znajduje się w położeniu pośrednim w obszarze między podporą a punktem, w którym ramię poprzeczne jest połączone z korbowodu i punktu odniesienia, w którym ramię poprzeczne jest połączone z wahaczem, oraz w pewnej odległości od linii łączącej oba te punkty odniesienia, w których ramię poprzeczne jest połączone odpowiednio z wahaczem i korbowodem.

Od Wirbeleit FG, Binder K. i Gwinner D., „Rozwój tłoka ze zmienną wysokością sprężania w celu zwiększenia wydajności i określonej mocy wyjściowej silników spalinowych”, SAE Techn. Pap., 900229 znany jest silnik spalinowy tego typu z automatycznie regulowanym stopniem sprężania (PARSS) poprzez zmianę wysokości tłoka, który składa się z dwóch części, pomiędzy którymi utworzone są komory hydrauliczne. Zmiana stopnia sprężania odbywa się automatycznie poprzez zmianę położenia jednej części tłoka względem drugiej poprzez obejście oleju z jednej takiej komory do drugiej za pomocą specjalnych zaworów obejściowych.

Wady tego rozwiązania technicznego obejmują fakt, że systemy takie jak PARSS sugerują obecność mechanizmu regulującego stopień sprężania, zlokalizowanego w strefie wysokiej temperatury i dużego obciążenia (w cylindrze). Doświadczenie z układami takimi jak PARSS pokazało, że w stanach przejściowych, w szczególności podczas rozpędzania samochodu, pracy silnika spalinowego towarzyszy detonacja, gdyż hydrauliczny układ sterowania nie pozwala na szybką i jednoczesną zmianę stopnia sprężania stosunek dla wszystkich cylindrów.

Chęć usunięcia mechanizmu regulacji stopnia sprężania ze strefy wysokich temperatur i obciążeń mechanicznych doprowadziła do powstania innych rozwiązań technicznych polegających na zmianie schematu kinematycznego silnika spalinowego i wprowadzeniu do niego dodatkowych elementów (ogniw), sterowania co zapewnia zmianę stopnia sprężania.

Na przykład Jante A., "Kraftstoffverbrauchssenkung von Verbrennungsmotoren durch kinematische Mittel", Automobil-Industrie, nr 1 (1980), s. 61-65, opisuje silnik spalinowy (którego schemat kinematyczny pokazano na ryc. 1 ), w którym między korbą 15 a korbowodem 12 zamontowane są dwa ogniwa pośrednie - dodatkowy korbowód 13 i wahacz 14. Wahacz 14 wykonuje ruch wahadłowy ze środkiem obrotu w punkcie zawiasowym Z. Stopień sprężania steruje się poprzez zmianę położenia punktu A poprzez obracanie mimośrodu 16 zamocowanego na korpusie. Mimośród 16 obraca się w zależności od obciążenia silnika, natomiast środek obrotu, znajdujący się w punkcie zawiasowym Z, porusza się po łuku koła, zmieniając tym samym położenie górnego martwego punktu tłoka.

Z pracy Christopha Bollinga i in., „Kurbetrieb fur variable Verdichtung”, MTZ 58 (11) (1997), Cs.706-711, wynika, że silnik typu FEV (którego schemat kinematyczny pokazano na ryc. 2) znany również, w którym między korbą 17 a korbowodem 12 zamontowany jest dodatkowy korbowód 13. Korbowód 12 dodatkowo połączony jest z wahaczem 14, który wykonuje ruch wahadłowy ze środkiem wahania na punkt zawiasu Z. Stopień sprężania jest kontrolowany poprzez zmianę położenia punktu zawiasu Z poprzez obracanie mimośrodu 16, zamontowanego na obudowie silnika. Mimośród 16 obraca się w zależności od obciążenia silnika, natomiast środek obrotu, znajdujący się w punkcie zawiasowym Z, porusza się po łuku koła, zmieniając tym samym położenie górnego martwego punktu tłoka.

Ze zgłoszenia DE 4312954 A1 (21.04.1993) znany jest silnik typu IFA (którego schemat kinematyczny pokazano na ryc. 3), w którym między korbą 17 a korbowodem zamontowany jest dodatkowy korbowód 13 12. Korbowód 12 jest również połączony z jednym z końców wahacza 14, którego drugi koniec wykonuje ruch wahadłowy ze środkiem obrotu w punkcie zawiasowym Z. Stopień sprężania jest kontrolowany poprzez zmianę położenia punkt zawiasu Z, obracając mimośród 16, który jest zamocowany na obudowie silnika. Mimośród 16 obraca się w zależności od obciążenia silnika, natomiast środek obrotu, znajdujący się w punkcie zawiasowym Z, porusza się po łuku koła, zmieniając tym samym położenie górnego martwego punktu tłoka.

Wady tkwiące w silnikach powyższych konstrukcji (znanych z prac Jante A., Christopha Bollinga i in. oraz ze zgłoszenia DE 4312954 A1) należy przede wszystkim przypisać niewystarczająco dużej gładkości ich działanie, ze względu na duże siły bezwładności drugiego rzędu podczas ruchu posuwisto-zwrotnego mas, co jest związane ze specyfiką kinematyki mechanizmów i prowadzi do nadmiernego wzrostu całkowitej szerokości lub całkowitej wysokości jednostki napędowej. Z tego powodu takie silniki praktycznie nie nadają się do zastosowania jako silniki do pojazdów.

Regulacja stopnia sprężania w tłokowym silniku spalinowym umożliwia rozwiązanie następujących problemów:

Zwiększyć średnie ciśnienie Pe, zwiększając ciśnienie doładowania bez zwiększania maksymalnego ciśnienia spalania poza określone granice, zmniejszając stopień sprężania wraz ze wzrostem obciążenia silnika;

Zmniejszyć zużycie paliwa w zakresie niskich i średnich obciążeń poprzez zwiększenie stopnia sprężania wraz ze spadkiem obciążenia silnika;

Popraw płynność pracy silnika.

W zależności od typu silnika spalinowego regulacja stopnia sprężania pozwala uzyskać następujące korzyści (dla silników spalinowych z zapłonem wymuszonym (iskrowym)):

Przy zachowaniu osiągniętego poziomu sprawności silnika przy małych i średnich obciążeniach, dalszy wzrost mocy znamionowej silnika zapewniony jest poprzez zwiększenie ciśnienia doładowania wraz ze spadkiem stopnia sprężania (patrz rys., gdzie krzywe oznaczone pozycją x odnoszą się do konwencjonalny silnik, a krzywe oznaczone pozycją y odnoszą się do silnika o zmiennym stopniu sprężania);

Przy zachowaniu osiągniętego poziomu mocy znamionowej silnika zmniejsza się zużycie paliwa przy małych i średnich obciążeniach poprzez zwiększenie stopnia sprężania do granicy dopuszczalnej detonacji (patrz rys. 4b, gdzie krzywe oznaczone x odnoszą się do silnika konwencjonalnego, a krzywe oznaczone literą y odnoszą się do silnika o zmiennym stopniu sprężania);

Przy zachowaniu osiągniętego poziomu mocy znamionowej silnika, przy małych i średnich obciążeniach zwiększa się sprawność, a przy zmniejszaniu znamionowej prędkości obrotowej wału korbowego zmniejsza się poziom hałasu silnika (patrz rys. 4c, gdzie krzywe oznaczone x odnoszą się do silnika konwencjonalnego , a krzywe , oznaczone pozycją y, odnoszą się do silnika o zmiennym stopniu sprężania).

Podobnie jak w silniku spalinowym z zapłonem iskrowym, stopień sprężania w silniku wysokoprężnym można regulować w trzech równych kierunkach:

Przy stałej pojemności skokowej i prędkości znamionowej moc silnika zwiększa się poprzez zwiększenie ciśnienia doładowania. W tym przypadku nie zwiększa się ekonomiczność, ale moc pojazdu (patrz rys., gdzie krzywe oznaczone pozycją x odnoszą się do silnika konwencjonalnego, a krzywe wskazane przez pozycję y odnoszą się do silnika z zmienny stopień sprężania);

Przy stałej pojemności skokowej i mocy znamionowej średnie ciśnienie Pe rośnie wraz ze spadkiem prędkości znamionowej. W tym przypadku przy zachowaniu charakterystyki mocy pojazdu zwiększa się sprawność silnika poprzez zwiększenie sprawności mechanicznej (patrz rys. 5b, gdzie krzywe oznaczone x dotyczą silnika konwencjonalnego, a krzywe oznaczone y dotyczą do silnika o zmiennym stopniu sprężania);

Istniejący silnik o dużej pojemności nie jest zastępowany silnikiem o małej pojemności skokowej, ale o tej samej mocy (patrz rys. 5c, gdzie krzywe oznaczone x odnoszą się do silnika konwencjonalnego, a krzywe oznaczone y dotyczą silnika o zmiennej współczynnik kompresji). W tym przypadku zwiększa się sprawność silnika w zakresie średnich i pełnych obciążeń, a także zmniejsza się masa i gabaryty silnika.

Celem niniejszego wynalazku było zadanie udoskonalenia kinematyki tłokowego silnika spalinowego w taki sposób, aby przy niskich kosztach konstrukcyjnych możliwe było sterowanie stopniem sprężania przy jednoczesnym ograniczeniu reakcji w podporach i sił bezwładności drugiego rzędu .

W przypadku tłokowego silnika spalinowego typu wskazanego na początku opisu problem ten jest rozwiązany według wynalazku dzięki temu, że długość boku znajdującego się pomiędzy punktem odniesienia, w którym łączy się wahacz z wahacza i punktu odniesienia, w którym wahacz jest połączony z korbowodem, długość boku, znajdującego się między punktem obrotu, w którym wahacz poprzeczny jest połączony z wahaczem, a punktem obrotu, przez który wahacz poprzeczny jest połączony z korbą, a długość boku znajdującego się między punktem obrotu, w którym ramię poprzeczne jest połączone z korbowodem, a punktem obrotu, którym ramię poprzeczne jest połączone z korbą, spełniają następujące zależności pod względem promień korby:

Według jednego z proponowanych w wynalazku korzystnych przykładów wykonania tłokowego silnika spalinowego, dźwignia poprzeczna wykonana jest w postaci dźwigni trójkątnej, na wierzchołkach której znajdują się punkty podparcia, w których dźwignia poprzeczna jest połączona z dźwignia sterująca i korbowód oraz zawias, za pomocą którego dźwignia poprzeczna jest połączona z korbą.

Korzystnie długość l korbowodu i długość k dźwigni sterującej, jak również odległość e między osią obrotu wału korbowego a osią wzdłużną cylindra, odpowiadają następującym stosunkom promienia r korby:

W przypadku, gdy wahacz i korbowód znajdują się po tej samej stronie wahacza poprzecznego, odległość f między osią wzdłużną cylindra a punktem styku wahacza z obudową silnika oraz odległość p między oś wału korbowego i wspomniany punkt przegubu powinny w miarę możliwości spełniać pod względem promienia r korby następujące zależności:

W tym samym przypadku, gdy wahacz i korbowód znajdują się po przeciwnych stronach wahacza, odległość f między osią wzdłużną siłownika a punktem przegubu wahacza oraz odległość p między osią wał korbowy i wspomniany punkt przegubu powinny, w miarę możliwości, spełniać pod względem promienia r korby następujące stosunki:

Według kolejnego korzystnego przykładu wykonania tłokowego silnika spalinowego według wynalazku, punkt obrotu wahacza jest ruchomy wzdłuż kontrolowanej ścieżki.

Korzystnie możliwe jest również zamocowanie punktu obrotu wahacza w różnych regulowanych położeniach kątowych.

Zgodnie z inną korzystną postacią wykonania tłokowego silnika spalinowego zaproponowaną w wynalazku, istnieje możliwość regulacji położenia kątowego punktu obrotu dźwigni sterującej w zależności od wartości charakteryzujących tryb pracy silnika spalinowego i działanie parametry silnika spalinowego.

Według innego korzystnego przykładu wykonania tłokowego silnika spalinowego według wynalazku, możliwe jest przemieszczanie punktu obrotu dźwigni sterującej po kontrolowanym torze, zsynchronizowanym z obrotami wału korbowego.

W innym korzystnym wykonaniu zaproponowanego w wynalazku silnika spalinowego tłokowego istnieje możliwość zsynchronizowania z obrotem wału korbowego ruchu punktu obrotu dźwigni sterującej po kontrolowanej trajektorii oraz możliwość sterowania przesunięciem fazowym pomiędzy ruch tego punktu i obrót wału korbowego w zależności od wartości charakteryzujących tryb pracy silnika spalinowego i parametrów pracy ICE.

Zgodnie z poniższym korzystnym przykładem wykonania zaproponowanego w wynalazku silnika spalinowego tłokowego, możliwa jest synchronizacja z obrotem wału korbowego ruchu punktu obrotu dźwigni sterującej wzdłuż kontrolowanej trajektorii, przy czym możliwa jest zmiana przełożenie między ruchem tego punktu a obrotem wału korbowego.

Proponowany w wynalazku tłok ICE 1 jest pokazany na rys. i 6b i posiada obudowę 2 z zamontowanym w niej cylindrem 3 i tłokiem 4, korbowód 6, który jest połączony obrotowo na jednym końcu z tłokiem 4, korbę 8 wału korbowego zamocowanego w obudowie 2, ciągnął się korbowód 10, zwany także dźwignią sterującą 10 i zamocowany jednym końcem do korpusu 2 oraz trójkątną dźwignię poprzeczną 7, która w jednym ze swoich wierzchołków połączona jest obrotowo z drugi koniec korbowodu 6, jego drugi wierzchołek jest połączony obrotowo z korbą 8, a jego trzeci wierzchołek jest połączony obrotowo z korbowodem 10. Aby kontrolować stopień ściśnięcia, oś obrotu drążka wleczonego 10, tj. punkt Z jego krętlika ma możliwość poruszania się po kontrolowanej trajektorii, określonej np. przez mimośrod lub dodatkową korbę 11.

W zależności od położenia osi obrotu korbowodu przyczepy zaproponowany w wynalazku tłokowy silnik spalinowy ma dwie opcje konstrukcyjne (patrz rys. i 6b):

W pierwszym wariancie (rys. 6a) płaszczyzna pozioma, w której leży oś obrotu korbowodu 10 przyczepy, tj. punkt Z jego przegubu znajduje się powyżej punktu połączenia korby 8 z dźwignią poprzeczną 7, gdy korba znajduje się w swoim górnym martwym punkcie lub innymi słowy korbowód 10 i korbowód 6 znajdują się na jednej bok dźwigni poprzecznej 7;

W drugim wariancie (rys.6b) płaszczyzna pozioma, w której leży oś obrotu korbowodu 10 przyczepy, tj. punkt Z jego przegubu znajduje się poniżej punktu połączenia korby 8 z dźwignią poprzeczną 7, gdy korba znajduje się w górnym martwym punkcie lub innymi słowy korbowód 10 i korbowód 6 znajdują się po przeciwnych stronach boki dźwigni poprzecznej 7.

Zmiana położenia punktu Z obrotu ramienia przyczepy, tj. jego oś obrotu pozwala prostym ruchem sterującym wykonywanym przez dodatkową korbę odpowiednio regulującą mimośrodowo zmienić stopień sprężania. Dodatkowo punkt Z przegubu ramienia przyczepy, tj. jego oś obrotu może wykonywać ciągły ruch cykliczny, zsynchronizowany z obrotami wału korbowego.

Jak pokazano na rys. 7, zaproponowany w wynalazku tłokowy silnik spalinowy ma istotne zalety w stosunku do znanych układów (opisanych przez Jante A., Christopha Bollinga i innych oraz w DE 4312954 A1), jak również w stosunku do konwencjonalnego mechanizmu korbowego (CM) pod względem gładkość jego pracy.

Jednak korzyści te można osiągnąć tylko przy zachowaniu pewnych zależności geometrycznych, a mianowicie przy prawidłowym doborze długości poszczególnych elementów oraz ich położenia względem osi wału korbowego.

Według niniejszego wynalazku istotne jest określenie wymiarów poszczególnych elementów (w stosunku do promienia korby) oraz współrzędnych poszczególnych przegubów mechanizmu przenoszenia siły, co można uzyskać optymalizując taki mechanizm poprzez analiza kinematyczna i dynamiczna. Celem optymalizacji takiego mechanizmu opisanego dziewięcioma parametrami (rys. 8) jest zmniejszenie sił (obciążeń) działających na jego poszczególne ogniwa do możliwie najniższego poziomu oraz zwiększenie płynności jego pracy.

Poniżej, w nawiązaniu do rys. 9 (9a i 9b), na którym przedstawiono schemat kinematyczny silnika spalinowego pokazanego na rys. 6 (odpowiednio 6a i 6b), wyjaśniono zasadę działania regulowanego mechanizmu korbowego. Podczas pracy silnika spalinowego jego tłok 4 wykonuje ruch posuwisto-zwrotny w cylindrze, który jest przenoszony na korbowód 6. Ruch korbowodu 6 jest przenoszony przez punkt odniesienia (zawias) B na dźwignię poprzeczną 7, którego swoboda ruchu jest ograniczona ze względu na jego połączenie z korbowodem przyczepy 10 w punkcie odniesienia (przegubowym) C. Jeżeli punkt Z przegubowego połączenia korbowodu przyczepy 10 jest stały, to punkt odniesienia C dźwigni poprzecznej 7 może poruszać się po łuku koła, którego promień jest równy długości korbowodu 10 przyczepy. Położenie takiego kołowego toru ruchu punktu odniesienia C względem obudowy silnika wynosi jest określona położeniem punktu Z. Zmiana położenia punktu Z korbowodu przyczepy powoduje zmianę położenia trajektorii kołowej, po której może poruszać się punkt odniesienia C, co umożliwia wpływanie na trajektorie ruch innych elementów mechanizmu korbowego, przede wszystkim na położenie mechanizmu korbowego. tłok 4. Punkt obrotu Z korbowodu przyczepy korzystnie porusza się po torze kołowym. Jednakże punkt Z przegubowego połączenia korbowodu przyczepy może poruszać się także po dowolnej innej zadanej sterowanej trajektorii, przy czym możliwe jest również zamocowanie punktu Z przegubowego połączenia korbowodu przyczepy w dowolnej pozycji trajektorii jego ruch.

Dźwignia poprzeczna 7 jest również połączona zawiasem A z korbą 8 wału korbowego 9. Ten zawias A porusza się po torze kołowym, którego promień jest określony przez długość korby 8. Zawias A zajmuje położenie pośrednie patrząc wzdłuż linii łączącej punkty odniesienia B i C dźwigni poprzecznej 7. Obecność kinematycznego połączenia punktu odniesienia C z korbowodem wleczonym 10 pozwala wpływać na jego ruch postępowy wzdłuż osi wzdłużnej 5 tłoka 4. Ruch punktu odniesienia B wzdłuż osi podłużnej 5 tłoka jest określony przez trajektorię punktu odniesienia C dźwigni poprzecznej 7. pozwala kontrolować ruch posuwisto-zwrotny tłoka 4 przez korbowód 6 i w ten sposób wyregulować położenie górnego martwego punktu. tłok 4.

W przykładzie wykonania pokazanym na ryc. 9a korbowód 10 i korbowód 6 znajdują się po jednej stronie poprzecznego ramienia 7.

Obracając drążek sterujący wykonany w postaci dodatkowej korby 11 z położenia w przybliżeniu poziomego pokazanego na FIG. tłok 4 w górę i tym samym zwiększyć stopień sprężania.

Na rys. 9b przedstawiono schemat kinematyczny wykonany według innej wersji silnika spalinowego, który różni się od schematu pokazanego na rys. 9b tylko tym, że korbowód 10 przyczepy wraz z cięgnem sterującym wykonanym w postaci dodatkowej korby 11 , odpowiednio, mimośrod regulujący i korbowód 6 znajdują się po przeciwnych stronach dźwigni poprzecznej 7. Pod wszystkimi innymi względami zasada działania mechanizmu korbowego pokazana na ryc. 9b jest podobna do zasady działania mechanizmu korbowego mechanizm korbowy pokazany na ryc. 9a, w którym korbowód 10 i korbowód 6 znajdują się po jednej stronie dźwigni poprzecznej 7.

Na rysunku 10 przedstawiono inny schemat kinematyczny mechanizmu korbowego tłokowego silnika spalinowego, na którym zaznaczono położenie niektórych punktów tego mechanizmu korbowego i na którym kreskowanie zaznaczono obszary optymalne, w obrębie których, biorąc pod uwagę wyżej wymienione optymalne zakresy dla długości i położenie elementów mechanizmu korbowego, punkt odniesienia B przegubu wahacza poprzecznego 7 z korbowodem 6, punkt odniesienia C przegubu wahacza poprzecznego 7 z korbowodem przyczepy 10 oraz punkt Z przegubu korbowodu przyczepy 10. Aby zapewnić szczególnie płynną pracę silnika spalinowego przy wyjątkowo niskim obciążeniu poszczególnych elementów i ogniw mechanizmu korbowego, parametry geometryczne (długość i położenie) elementów i ogniw tego mechanizmu korbowego musi spełniać określone, preferowane proporcje. Długości boków a, b i c wahacza trójkątnego 7, gdzie a oznacza długość boku znajdującego się między punktem odniesienia B korbowodu a punktem odniesienia C korbowodu przyczepy, b oznacza długość bok znajdujący się między przegubem A korby a punktem odniesienia C korbowodu przyczepy, a c oznacza odległość między przegubem A korby a punktem odniesienia B korbowodu, można opisać następującymi nierównościami w zależności od promienia r, który jest równy długości korby 8:

Długość l korbowodu 6, długość k korbowodu 10 oraz odległość e między osią obrotu wału korbowego 9 a osią wzdłużną 5 cylindra 3, która jest jednocześnie osią wzdłużną ruchu tłoka w tym cylindrze, zgodnie z korzystnym przykładem wykonania, spełniają następujące zależności:

Dla wariantu pokazanego na rys., w którym korbowód 6 i korbowód 10 znajdują się po jednej stronie ramienia poprzecznego 7, można również ustawić optymalny stosunek rozmiarów. W tym przypadku odległość f między osią wzdłużną 5 cylindra a punktem Z obrotu ramienia przyczepy 10 do jego drążka sterującego, a także odległość p między osią wału korbowego a określonym punktem Z krętlik, zgodnie z korzystnym przykładem wykonania, spełnia następujące zależności:

Gdy korbowód przyczepy i korbowód znajdują się po przeciwnych stronach dźwigni poprzecznej, optymalna odległość f między osią wzdłużną tłoka a punktem Z przegubowego połączenia dźwigni przyczepy z jej drążkiem regulacyjnym, a także optymalną odległość p między osią wału korbowego a wskazanym punktem Z połączenia przegubowego można dobrać na podstawie następujących stosunków:

PRAWO

1. Silnik spalinowy tłokowy (ICE), posiadający tłok (4), który jest ruchomo osadzony w cylindrze i który jest połączony obrotowo z korbowodem (6), którego ruch przenoszony jest na korbę (8) wał korbowy (9), natomiast pomiędzy korbowodem (6) a korbą (8) znajduje się łącznik transmisyjny, który wykonany jest z możliwością sterowania jego ruchem za pomocą dźwigni sterującej (10) w celu zapewnienia kontrolowanego ruchu tłoka, przede wszystkim w celu zapewnienia możliwości zmiany stopnia sprężania i skoku tłoka, a który wykonany jest w postaci poprzecznej dźwigni (7), która jest połączona z korbą (8) za pomocą zawiasu (A), który znajduje się w położeniu pośrednim w obszarze między punktem odniesienia (B), w którym wahacz (7) połączony jest z korbowodem (6), a punktem odniesienia (C), w którym znajduje się dźwignia poprzeczna (7 ) jest połączona z dźwignią sterującą (10), aw pewnej odległości od linii łączącej oba te punkty odniesienia (B, C), w której dźwignia poprzeczna (7) jest połączona z dźwignią sterującą (10) oraz korbowód (6), odpowiednio, znamienny tym, że długość boku (a) usytuowanego pomiędzy punktem odniesienia (C), w którym dźwignia poprzeczna (7) jest połączona z dźwignią sterującą (10), a punkt odniesienia (B), w którym dźwignia poprzeczna (7) jest połączona z korbowodem (6), długość boku (b) znajdującego się pomiędzy punktem podparcia (C), w którym połączony jest wahacz (7) do wahacza (10) i zawiasu (A), za pomocą którego wahacz (7) jest połączony z korbą (8), oraz długość boku (c) znajdującego się pomiędzy punktem odniesienia (B), w którym ramię poprzeczne (7) jest połączone z korbowodem (6) oraz przegub (A), za pomocą którego ramię poprzeczne (7) połączone jest z korbą (8), spełniają następujące stosunki pod względem promienia (r) korba:

6. Silnik spalinowy tłokowy według zastrzeżenia 4 albo 5, znamienny tym, że punkt obrotu (Z) dźwigni sterującej (10) ma zdolność poruszania się po kontrolowanej trajektorii.

7. Silnik spalinowy tłokowy według zastrzeżenia 4 albo 5, znamienny tym, że istnieje możliwość regulacji położenia punktu (Z) obrotu dźwigni sterującej (10) za pomocą dodatkowej korby spoczywającej na zawiasie.

8. Silnik spalinowy tłokowy według zastrzeżenia 4 albo 5, znamienny tym, że istnieje możliwość regulacji położenia punktu (Z) obrotu dźwigni sterującej (10) za pomocą mimośrodu.

9. Silnik spalinowy tłokowy według zastrzeżenia 4 albo 5, znamienny tym, że możliwe jest ustalenie punktu (Z) obrotu dźwigni sterującej (10) w różnych regulowanych położeniach kątowych.

10. Silnik spalinowy tłokowy według zastrzeżenia 4 albo 5, znamienny tym, że istnieje możliwość regulacji położenia kątowego punktu (Z) obrotu dźwigni sterującej (10) w zależności od wartości charakteryzujących tryb pracy silnika spalinowego i parametrów pracy silnika spalinowego.

11. Silnik spalinowy tłokowy według zastrzeżenia 4 albo 5, znamienny tym, że możliwe jest zsynchronizowanie z obrotem wału korbowego ruchu punktu (Z) wychylenia dźwigni sterującej (10) wzdłuż sterowanej trajektorii.

12. Silnik spalinowy tłokowy według zastrz. 4 albo 5, znamienny tym, że możliwa jest synchronizacja z obrotem wału korbowego (9) ruchu punktu (Z) obrotu dźwigni sterującej (10) wzdłuż osi sterowana trajektoria oraz możliwość sterowania przesunięciem fazowym pomiędzy ruchem tego punktu (Z) a obrotem wału korbowego (9) w zależności od wartości charakteryzujących tryb pracy silnika spalinowego oraz parametrów pracy silnika spalinowego silnik.

13. Silnik spalinowy tłokowy według zastrzeżenia 4 albo 5, znamienny tym, że możliwa jest synchronizacja z obrotem wału korbowego (9) ruchu punktu (Z) obrotu dźwigni sterującej (10) wzdłuż kontrolowanej trajektorii, przy czym możliwa jest zmiana przełożenia między zadanym punktem ruchu (Z) a obrotami wału korbowego (9).

Unikalna technologia stopnia sprężania stanowi prawdziwy przełom w konstrukcji silnika — 2-litrowy VC-Turbo stale zmienia charakterystykę, dostosowując stopień sprężania w celu uzyskania optymalnej mocy wyjściowej i maksymalnej oszczędności paliwa. Pod względem trakcji ten 2,0-litrowy silnik benzynowy z turbodoładowaniem jest dość porównywalny z zaawansowanymi silnikami wysokoprężnymi z turbodoładowaniem o tej samej pojemności skokowej.

Silnik VC-Turbo stale i całkowicie niezauważalnie zmienia stopień sprężania za pomocą systemu dźwigni, które podnoszą lub opuszczają górny martwy punkt (GMP) tłoków, osiągając w ten sposób najlepszą moc i oszczędność.

Wysoki stopień sprężania w zasadzie sprawia, że silnik jest bardziej wydajny, ale w niektórych trybach istnieje ryzyko wybuchowego spalania (detonacji). Z drugiej strony niski stopień sprężania pozwala uniknąć detonacji i zapewnia wysoką moc i moment obrotowy. Podczas jazdy stopień sprężania silnika VC-Turbo zmienia się z 8:1 (dla maksymalnej wydajności) do 14:1 (dla minimalnego zużycia paliwa), co podkreśla filozofię INFINITI zorientowaną na kierowcę.

Silnik VC-Turbo firmy INFINITI jest pierwszym na świecie gotowym do produkcji silnikiem o zmiennym stopniu sprężania – i debiutuje produkcyjnie w nowym QX50. Ta unikalna technologia zmiennej kompresji stanowi przełom w konstrukcji silników spalinowych – 2,0-litrowy silnik VC-Turbo w modelu QX50 nieustannie się zmienia, dostosowując stopień sprężania, aby zoptymalizować moc i zużycie paliwa. Łączy moc 2,0-litrowego turbodoładowanego silnika benzynowego z momentem obrotowym i wydajnością zaawansowanego czterocylindrowego silnika wysokoprężnego.

Unikalne połączenie dynamiki i wydajności sprawia, że VC-Turbo jest prawdziwą alternatywą dla dzisiejszych turbodiesli, obalając pogląd, że tylko hybrydowe i wysokoprężne układy napędowe mogą zapewnić wysoki moment obrotowy i oszczędność. VC-Turbo rozwija 268 KM. (200 kW) przy 5600 obr./min i 380 Nm przy 4400 obr./min, co stanowi najlepszą kombinację mocy i przyczepności wśród silników czterocylindrowych. Stosunek mocy do masy VC-Turbo jest wyższy niż w przypadku wielu konkurencyjnych silników turbo i jest zbliżony do niektórych benzynowych V6. Turbosprężarka jednoprzepływowa gwarantuje natychmiastową reakcję silnika na zwiększoną dawkę paliwa.

Nowy INFINITI QX50 z silnikiem VC-Turbo to najbardziej wydajny pojazd w swojej klasie o niezrównanej wydajności. Wersja z napędem na przednie koła zużywa zaledwie 8,7 l/100 km w cyklu mieszanym, czyli o 35% mniej niż QX50 poprzedniej generacji z silnikiem V6. Wersja crossovera premium z napędem na wszystkie koła i średnim spalaniem 9,0 l/100 km jest o 30% bardziej wydajna niż poprzednik.

Inne oczywiste zalety nowej konstrukcji silnika to kompaktowe wymiary i zmniejszona waga. Blok i głowica cylindrów są odlewane z lekkiego stopu aluminium, a elementy stopnia sprężania ze stali wysokowęglowej. W rezultacie, w porównaniu z 3,5-litrowym silnikiem INFINITI VQ, nowy VC-Turbo waży o 18 kg mniej i zajmuje mniej miejsca w komorze silnika.

Za zmianę stopnia sprężania w silniku VC-Turbo odpowiada system dźwigni, silnik elektryczny oraz unikalna przekładnia redukcyjna. Silnik elektryczny jest połączony z dźwignią sterującą za pośrednictwem przekładni. Skrzynia biegów obraca się, obracając wałek sterujący w bloku cylindrów, a to z kolei zmienia położenie wahaczy, przez które tłoki napędzają wał korbowy. Pochylenie wahaczy zmienia położenie górnego martwego punktu tłoków, a wraz z nim stopień sprężania. Mimośrodowy wałek sterujący reguluje stopień sprężania jednocześnie we wszystkich cylindrach. W rezultacie zmienia się nie tylko stopień sprężania, ale także pojemność skokowa silnika od 1997 cm3 (8:1) do 1970 cm3 (14:1).

Silnik VC-Turbo płynnie przełącza się między standardowymi cyklami pracy Otto i Atkinson, jeszcze bardziej zwiększając moc i wydajność. Cykl Atkinsona był tradycyjnie wykorzystywany do poprawy wydajności elektrowni hybrydowych. Podczas pracy silnika spalinowego zgodnie z cyklem Atkinsona zawory dolotowe zachodzą na siebie, co pozwala na większe rozszerzanie się mieszanki roboczej w cylindrach, spalanie z większą wydajnością. Silnik INFINITI pracuje w cyklu Atkinsona przy wysokich stopniach sprężania, gdzie ze względu na dłuższy skok tłoka zawory dolotowe pozostają otwarte przez krótki czas już w fazie sprężania.

Silnik VC-Turbo firmy INFINITI jest pierwszym na świecie gotowym do produkcji silnikiem o zmiennym stopniu sprężania, który debiutuje produkcyjnie w nowym QX50. Ta unikalna technologia zmiennej kompresji stanowi przełom w konstrukcji silnika spalinowego. 2,0-litrowy VC-Turbo QX50 nieustannie się zmienia, dostosowując stopień sprężania, aby zoptymalizować moc i zużycie paliwa. Łączy moc 2,0-litrowego turbodoładowanego silnika benzynowego z momentem obrotowym i wydajnością zaawansowanego czterocylindrowego silnika wysokoprężnego.

Po zmniejszeniu stopnia sprężania VC-Turbo silnik powraca do normalnej pracy (cykl Otto), z wyraźnie oddzielonymi fazami wydechu, sprężania, spalania i wydechu - w ten sposób uzyskuje się wyższą moc jednostki.

Oprócz zmiennego stopnia sprężania, silnik VC-Turbo wykorzystuje szereg innych zaawansowanych technologii INFINITI. Optymalną równowagę pomiędzy wydajnością a mocą zapewniają zarówno układy wtrysku wielopunktowego (MPI), jak i wtrysku bezpośredniego (GDI):

GDI poprawia efektywność paliwową, zapobiegając stukaniu silnika przy wysokich stopniach sprężania
MPI z kolei przygotowuje z wyprzedzeniem mieszankę paliwową, zapewniając jej całkowite spalanie w cylindrach przy niskich obciążeniach.

Przy pewnych prędkościach silnik przełącza się niezależnie z jednego układu wtryskowego na inny, a przy maksymalnych obciążeniach mogą one pracować jednocześnie.

Turbosprężarka jednoprzepływowa zwiększa moc i wydajność silnika, zapewniając szybką reakcję przepustnicy przy dowolnej prędkości obrotowej i stopniu sprężania. Dzięki turbodoładowaniu moc jest porównywalna z sześciocylindrowym silnikiem wolnossącym. Jednoprzepływowa sprężarka doładowująca charakteryzuje się zwartością, a także zmniejszonymi stratami energii cieplnej i ciśnieniem spalin.

Kolektor wydechowy zintegrowany z aluminiową głowicą poprawia również wydajność silnika i utrzymuje kompaktowość silnika. To rozwiązanie pozwoliło inżynierom INFINITI na umieszczenie katalizatora tuż za turbiną, skracając w ten sposób drogę spalin. Dzięki temu przetwornica szybciej się nagrzewa po uruchomieniu silnika i wcześniej przechodzi w tryb pracy.

Technologia zmiennego stopnia sprężania stanowi przełom w rozwoju układów napędowych. QX50, napędzany silnikiem VC-Turbo, jest pierwszym seryjnym pojazdem, w którym kierowca ma silnik, który zmienia się na żądanie, ustanawiając nowy punkt odniesienia w zakresie możliwości i wyrafinowania układu napędowego. Ten niezwykle płynny silnik oferuje klientom moc i osiągi, a także wydajność i oszczędność.

Ciśnienie doładowania jest regulowane elektronicznie sterowanym zaworem (wastegate), który precyzyjnie steruje przepływem spalin przechodzących przez turbinę. Gwarantuje to dużą moc i ekonomiczność oraz pomaga ograniczyć szkodliwą emisję.

Dzięki zmiennemu stopniowi sprężania doskonale wyważony silnik VC-Turbo nie wymaga wałków wyrównoważających normalnie wymaganych w silnikach czterocylindrowych. VC-Turbo pracuje płynniej niż konwencjonalne rzędowe odpowiedniki, a poziom hałasu i wibracji jest porównywalny z tradycyjnymi silnikami V6. Stało się to możliwe między innymi dzięki układowi z dodatkowymi wahaczami, w których korbowody podczas suwu roboczego tłoków są prawie pionowe (w przeciwieństwie do tradycyjnego mechanizmu korbowego, gdzie poruszają się z boku na bok). Rezultatem jest doskonały ruch posuwisto-zwrotny, który nie wymaga wałków wyrównoważających. Dlatego pomimo zastosowania zmiennego stopnia sprężania, silnik VC-Turbo jest tak kompaktowy, jak tradycyjny 2-litrowy czterocylindrowiec.

Na szczególną uwagę zasługuje wyjątkowo niski poziom wibracji nowego silnika. W testach fabrycznych, podczas których INFINITI porównywało osiągi VC-Turbo z czterocylindrowymi silnikami konkurencji, rewolucyjny silnik wykazał znacznie niższy poziom hałasu - prawie jak jednostka 6-cylindrowa.

To zasługa zastosowanej przez INFINITI „lustrzanej” powłoki ścian cylindrów – zmniejsza ona tarcie o 44%, dzięki czemu silnik pracuje płynniej. Powłoka jest nakładana przez natryskiwanie plazmowe, a następnie utwardzana i szlifowana w celu uzyskania ultragładkiej powierzchni.

Nowy INFINITI QX50 z 2,0-litrowym silnikiem VC-Turbo to pierwszy na świecie samochód wyposażony w aktywną redukcję drgań Active Torque Rod (ATR). Nowy QX50 jest jedynym samochodem w swojej klasie wyposażonym w tę technologię. Zintegrowany z górnym mocowaniem silnika, przez które większość hałasu i wibracji jest zwykle przenoszona na nadwozie, ATR jest wyposażony w czujnik przyspieszenia wykrywający wibracje. System generuje przeciwfazowe drgania posuwisto-zwrotne, dzięki czemu czterocylindrowa jednostka pracuje równie cicho i płynnie jak silniki V6, a także redukuje hałas silnika o 9 dB w porównaniu z poprzednim QX50. W rezultacie VC-Turbo jest jednym z najcichszych i najbardziej zrównoważonych silników w segmencie SUV-ów premium.

INFINITI zainstalowało pierwsze na świecie aktywne mocowania w silniku wysokoprężnym w 1998 roku, potwierdzając innowacyjność marki w dziedzinie układów napędowych. Inżynierowie INFINITI rozwijali system ATR od 2009 do 2017 roku, zwracając szczególną uwagę na zmniejszenie rozmiaru i wagi – w przypadku pierwszych prototypów głównym problemem były wymiary silnika wibracyjnego. Jednak opracowanie bardziej kompaktowych siłowników tłokowych pozwoliło ATR zmieścić się w mniejszej obudowie, zachowując jednocześnie pełną zdolność systemu do tłumienia drgań.