Мотор із змінним ступенем стиснення. Перший у світі серійний двс із змінним ступенем стиснення. Малий, та удав

Двигун VC-T. Зображення: Nissan

Японський автовиробник Nissan Motor представив новий тип бензинового двигуна внутрішнього згоряння, який за деякими параметрами перевершує передові сучасні дизельні двигуни.

Новий двигун Variable Compression-Turbo (VC-T) здатний за необхідності змінювати ступінь стисненнягазоподібної горючої суміші, тобто змінювати крок ходу поршнів у циліндрах ДВЗ. Цей параметр зазвичай фіксований. Судячи з усього, VC-T стане першим у світі ДВС зі змінним ступенем стиснення суміші.

Ступінь стиснення - відношення об'єму надпоршневого простору циліндра двигуна внутрішнього згоряння при положенні поршня в нижній мертвій точці (повний об'єм циліндра) до об'єму надпоршневого простору циліндра при положенні поршня у верхній мертвій точці, тобто до об'єму.

Підвищення ступеня стиснення в загальному випадку підвищує його потужність та збільшує ККД двигуна, тобто сприяє зниженню витрати палива.

У звичайних бензинових двигунах ступінь стиснення зазвичай становить від 8:1 до 10:1, а у спортивних машинах та гоночних болідах може досягати 12:1 або більше. При підвищенні ступеня стиснення двигун потребує палива з більшим октановим числом.

Двигун VC-T. Зображення: Nissan

На ілюстрації показана різниця в кроці поршнів різного ступеня стиснення: 14:1 (ліворуч) та 8:1 (праворуч). Зокрема, демонструється механізм зміни ступеня стиснення від 14:1 до 8:1. Він відбувається в такий спосіб.

У разі потреби змінити ступінь стиснення активується модуль Harmonic Driveі зрушує важіль актуатора.
Важель актуатора повертає приводний вал ( Control Shaftна схемі).
Коли приводний вал повертається, він змінює кут нахилу підвіски багатоважеля ( Multi-linkна схемі)
Багатоважільна підвіска визначає висоту, на яку кожен поршень здатний піднятися у своєму циліндрі. Таким чином, змінюється ступінь стиснення. Нижня мертва точка поршня, зважаючи на все, залишається незмінною.

Конструкцію запатентовано Nissan (патент США № 6,505,582 від 14 червня 2003 року).

Зміну ступеня стиснення в ДВС можна в якомусь сенсі порівняти зі зміною кута атаки у гвинтах регульованого кроку - концепції, яка застосовується багато десятиліть у повітряних і гребних гвинтах. Змінюваний крок гвинта дозволяє підтримувати ефективність рушія, близька до оптимальної незалежно від швидкості руху носія в потоці.

Технологія зміни ступеня стиснення ДВЗ дає можливість зберегти потужність двигуна за дотримання строгих нормативів до економічності двигуна. Ймовірно, це взагалі реальний спосіб дотриматися цих нормативів. «Всі зараз працюють над змінюваною ступінь стиснення та іншими технологіями, щоб значно покращити економічність бензинових двигунів, - говорить Джеймс Чао (James Chao), керуючий директор з Азіатсько-Тихоокеанського регіону та консультант IHS, - Принаймні останні двадцять років або близько того» . Варто згадати, що у 2000 році компанія Saab показувала прототип такого двигуна Saab Variable Compression (SVC) для Saab 9-5, за який удостоїлася низка нагород на технічних виставках. Потім шведську фірму купив концерн General Motors та припинив роботу над прототипом.

Двигун Saab Variable Compression (SVC) Фото: Reedhawk

Двигун VC-T обіцяють вивести на ринок у 2017 році з автомобілями марки Infiniti QX50. Офіційну презентацію призначено 29 вересня на Паризькому автосалоні. Цей дволітровий чотирициліндровий двигун матиме приблизно таку ж потужність і крутний момент, що і 3,5-літровий двигун V6, місце якого займе, але забезпечить економію палива 27% порівняно з ним.

Інженери Nissan кажуть також, що VC-T буде дешевшим, ніж сучасні просунуті дизельні двигуни з турбонаддувом, і повністю відповідатиме сучасним нормам на викиди оксиду азоту та інших вихлопних газів - такі правила діють у Євросоюзі та деяких інших країнах.

Після Infiniti новими двигунами планується оснащувати інші автомобілі Nissan та, можливо, партнерської компанії Renault.

Двигун VC-T. Зображення: Nissan

Можна припустити, що ускладнена конструкція ДВЗ спочатку навряд чи буде відрізнятися надійністю. Є сенс почекати кілька років, перш ніж купувати автомобіль із двигуном VC-T, якщо тільки ви не хочете брати участь у тестуванні експериментальної технології.

Тісно пов'язана з к.п.д. У бензинових двигунах ступінь стиснення обмежується областю детонаційного згоряння. Ці обмеження мають особливе значення для роботи двигуна на повних навантаженнях, у той час як на часткових навантаженнях високий рівень стиснення не викликає небезпеки детонації. Для збільшення потужності двигуна та підвищення економічності бажано знижувати ступінь стиснення, проте якщо ступінь стиснення буде малою для всіх діапазонів роботи двигуна, це призведе до зниження потужності та збільшення витрати палива на часткових навантаженнях. При цьому значення ступеня стиснення, як правило, вибираються набагато нижче за ті величини, при яких досягаються найбільш економічні показники роботи двигунів. Свідомо погіршення економічності двигунів, це особливо сильно проявляється при роботі на часткових навантаженнях. Тим часом зниження наповнення циліндрів горючою сумішшю, збільшення відносної кількості залишкових газів, зменшення температури деталей і т.п. створюють можливості для підвищення ступеня стиснення при часткових навантаженнях з метою підвищення економічності двигуна та збільшення його потужності. Щоб вирішити таку компромісну задачу, розробляються варіанти двигунів зі змінним ступенем стиснення.

Повсюдне застосування в конструкціях двигунів зробило напрямок цієї роботи ще більш актуальним. Справа в тому, що при наддуві значно збільшуються механічні та теплові навантаження на деталі двигуна, у зв'язку з чим їх доводиться посилювати, підвищуючи масу всього двигуна загалом. При цьому, як правило, термін служби деталей, що працюють при навантаженому режимі, скорочується, а надійність двигуна знижується. У разі переходу на змінну ступінь стиснення робочий процес у двигуні при наддуві можна організувати так, що за рахунок відповідного зниження ступеня стиснення за будь-яких тисків наддуву максимальні тиски робочого циклу (тобто ефективність роботи) залишатимуться незмінними або змінюватимуться незначно. При цьому, незважаючи на збільшення корисної роботи за цикл, а отже і потужності двигуна, максимальні навантаження на його деталі можуть не збільшуватися, що дозволяє форсувати двигуни без впровадження змін у їх конструкцію.

Дуже суттєвим для нормального протікання процесу згоряння в двигуні з ступенем стиснення, що змінюється, є правильний вибір форми камери згоряння, що забезпечує найбільш короткий шлях поширення полум'я. Зміна фронту поширення полум'я має бути дуже оперативною, щоб враховувати різні режими роботи двигуна під час експлуатації автомобіля. Враховуючи застосування додаткових деталей в кривошипно-шатунному механізмі, необхідно також розробляти системи з малим коефіцієнтом тертя, щоб не втратити переваг при застосуванні ступеня стиснення, що змінюється.

Один з найбільш поширених варіантів двигуна з ступенем стиснення, що змінюється, показаний на малюнку.

Мал. Схема двигуна із змінним ступенем стиснення:
1 – шатун; 2 – поршень; 3 – ексцентриковий вал; 4 – додатковий шатун; 5 - шатунна шийка колінчастого валу; 6 – коромисло

На часткових навантаженнях 4 додатковий займає крайнє нижнє положення і піднімає зону робочого ходу поршня. Ступінь стиснення при цьому максимальна. При високих навантаженнях ексцентрик на валу 3 піднімає вісь верхньої головки додаткового шатуна 4. При цьому збільшується надпоршневий проміжок і зменшується ступінь стиснення.

У 2000 році в Женеві був представлений експериментальний бензиновий двигун фірми SAAB зі змінним ступенем стиснення. Його унікальні особливості дозволяють досягати потужності 225 к.с. при робочому об'ємі 1,6 л. і зберігати витрати пального порівнянного з удвічі меншим двигуном. Можливість безкрокової зміни робочого об'єму дозволяє двигуну працювати на бензині, дизельному паливі чи спирті.

Циліндри двигуна та головка блоку виконані як моноблок, тобто єдиним блоком, а не окремо як у звичайних двигунів. Окремий блок є також блок-картер і шатунно-поршнева група. Моноблок може переміщатися блок-картером. Ліва сторона моноблока при цьому спирається на розташовану в блоці вісь 1, що служить шарніром, права сторона може підніматися або опускатися за допомогою шатуна 3 керованого ексцентриковим валом 4. Для герметизації моноблока блок-картера передбачений гофрований гумовий чохол 2.

Мал. Двигун із змінним ступенем стиснення SAAB:
1 – вісь; 2 – гумовий чохол; 3 – шатун; 4 – ексцентриковий вал.

Ступінь стиснення змінюється при нахилі моноблока щодо блок-картера за допомогою гідроприводу при постійному перебігу поршня. Відхилення моноблока від вертикалі призводить до збільшення об'єму камери згоряння, що спричиняє зниження ступеня стиснення.

При зменшенні кута нахилу ступінь стиснення підвищується. Максимальна величина відхилення моноблока вертикальної осі – 4%.

На мінімальній частоті обертання колінчастого валу та скиданні подачі палива, а також при малих навантаженнях, моноблок займає найнижче положення, в якому об'єм камери згоряння мінімальний (ступінь стиснення – 14). Система наддуву відключається, і повітря надходить у двигун безпосередньо.

Під навантаженням, за рахунок повороту ексцентрикового валу, шатун відхиляє моноблок убік і об'єм камери згоряння збільшується (ступінь стиснення – 8). При цьому зчеплення підключає нагнітач, повітря починає надходити в двигун під надлишковим тиском.

Мал. Зміна подачі повітря в двигун SAAB за різних режимів:
1 – дросельна заслінка; 2 – перепускний клапан; 3 – зчеплення; а – на малій частоті обертання колінчастого валу; б – на навантажувальних режимах

Оптимальний ступінь стиснення розраховується блоком керування електронної системи з урахуванням частоти обертання колінчастого валу, ступеня навантаження, виду палива та інших параметрів.

У зв'язку з необхідністю швидкого реагування на зміну ступеня стиснення в цьому двигуні довелося відмовитися від турбокомпресора на користь механічного наддуву з проміжним охолодженням повітря з максимальним тиском наддуву 2,8 кгс/см2.

Витрата палива для розробленого двигуна на 30% менша, ніж у звичайного двигуна такого ж обсягу, а показники по токсичності газів, що відпрацювали, відповідають діючим нормам.

Французька фірма МСЕ-5 Development, розробила для концерну «Пежо-Сітроен», двигун із змінним ступенем стиснення VCR (Variable Compression Ratio). У цьому рішенні застосовано оригінальну кінематику кривошипно-шатунного механізму.

У даній конструкції передача руху від шатуна на поршні здійснюється через подвійний зубчастий сектор 5. З правого боку двигуна розташована опорна зубчаста рейка 7, на яку спирається сектор 5. Таке зачеплення забезпечує строго зворотно-поступальний рух поршня циліндра, який з'єднаний із зубчастою рейкою 4. Рейка 7 з'єднана з поршнем 6 гідроциліндра, що управляє.

Залежно від режиму роботи двигуна за сигналом блоку управління двигуном змінюється положення поршня 6 керуючого циліндра, пов'язаного з рейкою 7. Зміщення рейки управління 7 вгору або вниз змінює положення ВМТ і НМТ поршня двигуна, а разом з ними і ступенем стиснення від 7:1 до 20:1 за 0,1 с. У разі потреби є можливість зміни ступеня стиснення для кожного циліндра окремо.

Мал. Двигун із змінним ступенем стиснення VCR:
1 – колінчастий вал; 2 – шатун; 3 – зубчастий опорний ролик; 4 – зубчаста рейка поршня; 5 – зубчастий сектор; 6 – поршень керуючого циліндра; 7 – опорна зубчаста рейка керування.

Унікальна технологія зміни ступеня стиснення представляє справжній прорив у моторобудуванні – 2-літровий VC-Turbo постійно змінює характеристики, налаштовуючи ступінь стиснення на оптимальну потужність і максимальну паливну ефективність. За тяговими характеристиками цей 2-літровий бензиновий турбомотор цілком можна порівняти з передовими турбодизельними двигунами того ж робочого об'єму.

Двигун VC-Turbo постійно і абсолютно непомітно для водія змінює ступінь стиснення за допомогою системи важелів, які піднімають або опускають верхню мертву точку (ВМТ) поршнів, тим самим дозволяючи досягти найкращих характеристик потужності та економічності.

Високий ступінь стиснення в принципі робить роботу двигуна більш ефективним, однак у певних режимах з'являється ризик вибухового згоряння (детонації). З іншого боку, низький ступінь стиснення дозволяє уникнути детонації та розвивати високу потужність і крутний момент. Під час руху ступінь стиснення двигуна VC-Turbo змінюється від 8:1 (для максимальної динаміки) до 14:1 (при мінімальній витраті палива), наголошуючи на орієнтованій на водія філософії INFINITI.

INFINITI's VC-Turbo engine is the world's першим production-ready variable compression ratio engine – and it makes its production debut on the new QX50. Це неоднозначна основна композиція технологія, пов'язана з переміщенням в об'єднувальному інструменті дизайну - QX50's 2.0-літрів VC-Turbo продовжує перетворювати, пристосувати його стиснення ratio до optimize напруги і енергетичного ефективності. Це поєднує потужність 2,0-літрового турбоналагодженого gasoline engine з torque and efficiency of advanced four-cylinder diesel engine.

Унікальне поєднання динаміки та економічності перетворює VC-Turbo на реальну альтернативу сучасним турбодизелям, не на словах, а насправді спростовуючи думку, що тільки гібридні та дизельні силові агрегати можуть забезпечити високі показники крутного моменту та економічність. VC-Turbo розвиває 268 л. (200 кВт) при 5600 об/хв і 380 Нм при 4400 об/хв, що є найкращим поєднанням потужності та тяги серед чотирициліндрових двигунів. Питома потужність VC-Turbo вища, ніж у багатьох турбомоторів конкурентів і впритул наближається до показників деяких бензинових V6. Однопоточний турбонагнітач гарантує моментальний відгук двигуна збільшення подачі палива.

Новий INFINITI QX50 з двигуном VC-Turbo – це найефективніший автомобіль у своєму класі з неперевершеною економічністю. Версія з передніми провідними колесами витрачає всього 8,7 л/100 км у комбінованому циклі вимірювань, що на 35% краще за показники QX50 попереднього покоління з двигуном V6. Повнопривідна версія преміального кросовера із усередненою витратою 9,0 л/100 км на 30% ефективніша за попередника.

Серед інших очевидних переваг конструкції нового двигуна – компактні розміри та знижена маса. Блок і головка циліндрів відлиті з легкого алюмінієвого сплаву, а компоненти регулювання ступеня стиснення виготовлені з високовуглецевої сталі. В результаті, порівняно з 3,5-літровим двигуном INFINITI серії VQ, новий VC-Turbo важить легше на 18 кг, а крім того займає менше простору в моторному відсіку.

За зміну ступеня стиснення у двигуні VC-Turbo відповідають система важелів, електромотор та унікальний хвильовий знижувальний редуктор. Електромотор через редуктор з'єднаний з важелем, що управляє. Редуктор обертається, повертаючи керуючий вал у блоці циліндрів, а той у свою чергу змінює положення коромисел, через які поршні наводять колінвал. Нахил коромисел змінює положення верхньої мертвої точки поршнів, а разом з ним і ступінь стиснення. Ексцентриковий вал регулює ступінь стиснення одночасно у всіх циліндрах. В результаті варіюється не тільки ступінь стиснення, а й робочий об'єм двигуна в діапазоні від 1997 см3 (8:1) до 1970 см3 (14:1).

Двигун VC-Turbo також непомітно для користувача перемикається між стандартним робочим циклом Отто та циклом Аткінсона, ще сильніше збільшуючи потужність та ефективність. Цикл Аткінсона традиційно використовується підвищення ефективності гібридних силових установок. При роботі ДВЗ по циклу Аткінсона впускні клапани перекриваються, дозволяючи робочій суміші в циліндрах розширюватися сильніше, згоряючи з більшою ефективністю. Двигун INFINITI працює за циклом Аткінсона при високих показниках ступеня стиснення, коли через більш довгий хід поршнівпускні клапани на короткий час залишаються відкритими вже у фазі стиснення.

INFINITI's VC-Turbo engine is the world's першим production-ready variable compression ratio engine | Це неоднозначна основна композиція технологія, пов'язана з переміщенням в структурі промислового дизайну QX50's 2,0-літровий VC-Turbo надійних перетворень, пристосування його композиції до оптимальної потужності і функціонування. Це поєднує потужність 2,0-літрового турбоналагодженого gasoline engine з torque and efficiency of advanced four-cylinder diesel engine.

Коли ступінь стиснення VC-Turbo зменшується, двигун повертається до звичайного режиму роботи (цикл Отто), з чітко розділеними фазами випуску, стиснення, згоряння та випуску – таким чином досягається вища потужність силового агрегату.

Крім ступеня стиснення, що змінюється, в двигуні VC-Turbo застосовується і ряд інших передових технологій INFINITI. Оптимальний баланс між ефективністю та потужністю забезпечує як система розподіленого упорскування (MPI), так і безпосереднього (GDI):

GDI підвищує ефективність згоряння палива, запобігаючи детонації у двигуні при високих ступенях стиснення.
MPI, у свою чергу, заздалегідь готує паливну суміш, забезпечуючи повне її згоряння в циліндрах при низьких навантаженнях.

При певних оборотах двигун самостійно перемикається з однієї системи впорскування на іншу, а при максимальних навантаженнях вони можуть працювати одночасно.

Однопоточний турбонагнітач підвищує потужність та ефективність двигуна, забезпечуючи швидкі відгуки на педаль газу на будь-яких оборотах та за будь-якого ступеня стиснення. Завдяки турбонаддуву по віддачі двигун порівняємо з шестициліндровим атмосферним двигуном. Однопотоковий нагнітач відрізняється компактністю, а також зниженими втратами теплової енергії та тиску вихлопних газів.

Інтегрований в алюмінієву головку блоку випускний колектор також підвищує ефективність роботи двигуна та визначає його компактні розміри. Таке рішення дозволило інженерам INFINITI розмістити каталітичний нейтралізатор відразу за турбіною, скоротивши таким чином шлях вихлопних газів. Завдяки цьому нейтралізатор швидше прогрівається після запуску двигуна і раніше виходить на робочий режим.

Різноманітна композиція ratio technology represents a breakthrough in powertrain development. QX50, Powered by VC-Turbo, є першим виробництвом автомобіля аж до гідних drivers eng motor transforms on demand, setting a new benchmark for powertrain capability and refinement. Це uncommonly smooth engine offers customers влада і ефективність, як добре, як efficiency and economy.

Тиск наддування регулюється електронно-керованим клапаном (wastegate), який з високою точністю контролює потік вихлопних газів, що проходять через турбіну. Це гарантує високу потужність та економічність, а також допомагає скоротити рівень шкідливих викидів.

Завдяки системі зміни ступеня стиснення добре збалансований двигун VC-Turbo обходиться без врівноважувальних валів, зазвичай необхідних чотирициліндровим моторам. VC-Turbo працює більш плавно, ніж звичайні рядні аналоги, а рівень шуму та вібрацій порівняний з показниками традиційних V6. Це стало можливим, у тому числі і завдяки компонування з додатковими коромислами, в якій шатуни при робочому ході поршнів майже вертикальні (на відміну від традиційного кривошипно-шатунного механізму, де вони рухаються з боку на бік). У результаті відбувається ідеальний поворотно-поступальний рух, що не вимагає врівноважуючих валів. Саме тому, незважаючи на застосування системи зміни ступеня стиснення, мотор VC-Turbo такий компактний, як традиційний 2-літровий чотирициліндровий двигун.

Особливо слід відзначити і вкрай низький рівень вібрацій нового двигуна. На заводських випробуваннях, у ході яких фахівці INFINITI порівнювали характеристики VC-Turbo з чотирициліндровими двигунами конкурентів, революційний двигун продемонстрував значно менший рівень шуму – майже як у 6-циліндрових агрегатів.

У цьому є заслуга і використовуваного INFINITI «дзеркального» покриття стін циліндрів – воно на 44% зменшує тертя, дозволяючи двигуну працювати рівніше. Покриття наноситься методом плазмового напилення, потім загартується і хонінгується для створення ультра-гладкої поверхні.

Новий INFINITI QX50 з 2-літровим мотором VC-Turbo – перший у світі автомобіль, оснащений системою активного придушення вібрацій Active Torque Rod (ATR). Новий QX50 – єдиний автомобіль у класі, оснащений такою технологією. Інтегрована у верхню опору двигуна, через яку на кузов зазвичай передається більша частина шуму та вібрацій, ATR оснащена датчиком прискорень, що фіксує коливання. Система генерує зворотно-поступальні вібрації в протифазі, дозволяючи чотирициліндровому агрегату залишатися таким же тихим і плавним, як і V6 мотори, і на 9 Дб зменшує шум двигуна в порівнянні з попереднім QX50. У результаті VC-Turbo – один із найтихіших і врівноважених двигунів у сегменті преміальних позашляховиків.

Перші у світі активні опори INFINITI встановили на дизельний двигун ще в 1998 році, підтверджуючи інноваційність бренду в галузі силових агрегатів. Систему ATR інженери INFINITI розробляли з 2009 по 2017 рік, особливу увагу приділивши зменшенню розмірів і маси – на перших прототипах головною проблемою вважалися габарити вібромотора. Однак, розробка компактніших зворотно-поступальних актуаторів дозволила встановити ATR в корпус меншого розміру, повною мірою зберігши здатність системи максимально ефективно гасити вібрації.

На тему:

Британці визначили дату кінця ери ДВС
Фахівці компанії H2 розповіли про ефективність роботи...

За більш ніж сторічний життєвий шлях двигун внутрішнього згоряння (ДВЗ) настільки перетворився, що від родоначальника залишився лише принцип дії. Майже всі етапи модернізації були спрямовані на підвищення коефіцієнта корисної дії (ККД) двигуна. Показник ККД можна назвати універсальним. У ньому приховані багато характеристик - витрата палива, потужність, момент, що крутить, склад вихлопних газів і т.д. Широке застосування нових технічних ідей - упорскування палива, електронні системи запалювання та керування двигуном, 4, 5 і навіть 6 клапанів на циліндр - відіграло позитивну роль у підвищенні ККД двигунів.

Проте, як показав Женевський автосалон, до завершення процесу модернізації ДВС ще далеко. На цьому популярному міжнародному автошоу компанія SAAB представила результат своєї 15-річної праці - досвідчений зразок нового двигуна зі змінним ступенем стиснення - SAAB Variable Compression (SVC), що став сенсацією у світі моторів.

Технологія SVC та ряд інших передових та нетрадиційних з точки зору існуючих понять про ДВЗ технічних рішень дозволили забезпечити новинку фантастичними характеристиками. Так, п'ятициліндровий двигун об'ємом всього 1,6 л, створений для звичайних серійних машин, розвиває неймовірну потужність 225 л. та крутний момент 305 Нм. Чудовими виявилися й інші, особливо важливі сьогодні, характеристики - витрата палива при середніх навантаженнях знижено на цілих 30%, настільки ж зменшений показник викидів СО2. Що стосується СО, СН і NОx і т.д., то вони, за твердженням творців, відповідають усім існуючим та запланованим на найближче майбутнє нормам токсичності. На додаток до цього змінний ступінь стиснення дає двигуну SVC можливість працювати на різних марках бензину - від А-76 до Аі-98 практично без погіршення характеристик і виключаючи появу детонації.

Безумовно, істотна заслуга таких показників - технології SVC, тобто. у можливості змінювати ступінь стиснення. Але перед тим, як познайомитися з пристроєм механізму, що дозволило змінювати цю величину, згадаємо деякі істини з теорії конструкції ДВЗ.

Ступінь стиснення

Ступінь стиснення – це відношення суми об'ємів циліндра та камери згоряння до об'єму камери згоряння. Зі збільшенням ступеня стиснення в камері згоряння підвищуються тиск і температура, що створює більш сприятливі умови для займання та згоряння горючої суміші та підвищує ефективність використання енергії палива, тобто. ККД. Чим ступінь стиснення вищий, тим ККД більший.

Проблем із створенням бензинових моторів із високим ступенем стиску немає і не було. А не роблять їх із наступної причини. При такті стиснення таких двигунів тиск в циліндрах підвищується до дуже великих величин. Це, природно, викликає підвищення температури в камері згоряння та створює сприятливі умови для появи детонації. А детонація, як знаємо (див. стор. 26) - явище небезпечне. У всіх створених до цього часу двигунах ступінь стиснення була постійною і визначалася в залежності від тиску та температурного режиму в камері згоряння при максимальному навантаженні, коли витрати палива та повітря максимальні. Працює двигун у такому режимі не завжди, можна сказати, навіть дуже рідко. На трасі або в місті, коли швидкість практично постійна, двигун працює при малих або середніх навантаженнях. У такій ситуації для ефективнішого використання енергії палива непогано б мати і більший ступінь стиснення. Цю проблему вирішили інженери SAAB – творці технології SVC.

Технологія SVC

Насамперед необхідно відзначити, що в новому двигуні замість традиційної головки блоку і гільз циліндрів, які відливали безпосередньо в блоці або запресовувалися, є одна моноголовка, що об'єднала голівку блоку та гільзи циліндрів. Для зміни ступеня стиснення, а точніше, об'єму камери згоряння моноголовка зроблена рухомою. З одного боку вона посаджена на вал, що виконує функцію опори, а з іншого - спирається і рухається окремим кривошипно-шатунним механізмом. Радіус кривошипа забезпечує зміщення головки щодо вертикальної осі на 40. Цього цілком достатньо, щоб змінювати об'єм камери для отримання ступеня стиснення від 8:1 до 14:1.

Необхідний ступінь стиснення визначає електронна система керування двигуном SAAB Trionic, яка стежить за навантаженням, швидкістю, якістю палива та на підставі цього керує гідроприводом кривошипу. Так, при максимальному навантаженні встановлюється ступінь стиснення 8:1, а за мінімального - 14:1. Об'єднання гільз циліндрів з їх головкою, до того ж дозволило інженерам SAAB надати каналам сорочки охолодження більш досконалу форму, що підвищило ефективність процесу відведення тепла від стінок камери згоряння і гільз циліндрів.

Рухливість гільз циліндрів та їх головки вимагали внесення змін до конструкції блоку двигуна. Площина стику блоку та головки стала нижчою на 20 см. Що стосується герметичності стику, то вона забезпечується гумовою гофрованою прокладкою, яка зверху захищена від пошкоджень металевим кожухом.

Малий, та удав

Для багатьох може стати незрозумілим, як у двигун із таким невеликим об'ємом «зарядили» більше двохсот «коней» - адже така потужність може негативно позначитися на його ресурсі. Створюючи двигун SVC, інженери керувалися зовсім іншими завданнями. Доведення моторесурсу до необхідних норм – справа технологів. Що стосується малого об'єму двигуна, то зроблено у повній відповідності до теорії ДВС. Виходячи з її законів, найбільш сприятливий режим роботи двигуна з точки зору підвищення ККД - при великому навантаженні (на підвищених оборотах), коли дросельна заслінка повністю відкрита. І тут він максимально використовує енергію палива. Оскільки двигуни з меншим робочим об'ємом працюють переважно при максимальних навантаженнях, те й ККД вони вище.

Секрет переваги малолітражних двигунів за показником ККД пояснюється відсутністю про насосних втрат. Виникають вони при невеликих навантаженнях, коли двигун працює на малих оборотах і дросельна заслінка лише трохи відкрита. У цьому випадку при такті впуску в циліндрах створюється велике розрядження - вакуум, що чинить опір руху поршня вниз і знижує ККД. При повністю відкритій дросельній заслінці таких втрат немає, тому що повітря надходить у циліндри практично безперешкодно.

Щоб уникнути насосних втрат на всі 100%, в новому двигуні інженери SAAB також використовували наддув повітря під високим тиском - 2,8 атм., за допомогою механічного нагнітача - компресора. Перевага компресору було віддано з кількох причин: по-перше, жоден турбонагнітач не здатний створити такий тиск наддуву; по-друге, реакція компресора зміну навантаження практично миттєва, тобто. немає уповільнення, притаманного турбонаддува. Наповнення циліндрів свіжим зарядом у двигуні SAAB покращили і за допомогою популярного сьогодні сучасного газорозподільного механізму, в якому на кожен циліндр припадає по чотири клапани, та завдяки застосуванню проміжного охолоджувача повітря (Intercooler).

Досвідчений зразок двигуна SVC, за оцінкою німецької компанії з розробки моторів FEV Motorentechnie в Aachen, є цілком працездатним. Але незважаючи на позитивну оцінку, у серійне виробництво його буде запущено через деякий час - після його доопрацювання та доведення під запити покупців.

Важливим технічним показником сучасного ДВС є ступінь стиснення, яка є відношенням об'єму робочого циліндра, коли поршень знаходиться в так званій нижній мертвій точці (НМТ) до об'єму камери згоряння.

Зростання ступеня стиснення дозволяє створювати найбільш підходящі умови для займання ТВС (паливо-повітряної суміші) в камері згоряння, і як результат - більш раціонального використання енергії, що виділяється при цьому.

Особливості системи зміни стиснення

Ступінь стиснення змінюється в залежності від типу палива, що використовується, і робочих режимів двигуна. Подібні зміни враховуються та застосовуються системою зміни ступеня стиснення.

У бензинових ДВС даний показник обмежується виключно тією областю, де відбувається детонація ТВС . При малих навантаженнях збільшення стиснення не призводить до процесу детонації, тоді як при посилених навантаженнях детонація може досягти критичної точки.

Двигун із системою стиснення МСЕ-5

ДВС, оснащений подібною системою, має досить складну конструкцію, яка передбачає зміну характеристики робочого ходу поршнів у циліндрах.

Секатор зубчастий вступає у взаємодію з робочим поршнем та поршнем управління. Коромисло з'єднується через важіль із колінвалом.

Секатор рухається під впливом поршня керування. Камера над поршнем починає заповнюватися олією, обсяг якої суворо контролюється спеціальним клапаном.

При переміщенні секатора відбувається зміна положення ВМТ поршня, і як наслідок - зміна робочого об'єму камери згоряння при значному інтервалі стиснення.

В даний час двигун МСЕ-5 ще не пущений у серійне виробництво, але має непогані перспективи розвитку у майбутньому.

Нову концепцію ДВС, оснащену сучасною системою стиснення, представила компанія Lotus Cars. Це унікальний двотактний двигун, який отримав назву Omnivore, який дозволяє використовувати різні види палива – бензин, дизель, спирт, етанол та ін.

Верхня частина камери оснащена шайбою, переміщення якої призводить до зміни обсягу камери. Це дозволяє забезпечити найвищий ступінь стиснення – 40 до 1.

Незважаючи на свою ефективність, подібна система стиснення в даний час не дозволяє досягти хороших показників щодо економічної витрати пального та екологічності двотактного двигуна.