Двигатель с изменяемой степенью сжатия: принцип работы и особенности

Двигатель с изменяемой степенью сжатия: принцип работы и особенности Двигатель с изменяемой степенью сжатия: принцип работы и особенности

Все чаще звучат авторитетные мнения, что сейчас развитие двигателей внутреннего сгорания достигло наивысшего уровня и больше невозможно заметно улучшить их характеристики. Конструкторам остается заниматься ползучей модернизацией, шлифуя системы наддува и впрыска, а также добавляя все больше электроники. С этим не соглашаются японские инженеры. Свое слово сказала компания Infiniti, которая построила двигатель с изменяемой степенью сжатия. Будем разбираться, в чем преимущества такого мотора, и какое у него будущее.

В качестве вступления напомним, что степенью сжатия называют отношение объема над поршнем, находящимся в нижней «мертвой» точке, к объему, когда поршень находится в верхней.

Для бензиновых двигателей этот показатель составляет от 8 до 14, для дизелей — от 18 до 23. Степень сжатия задается конструкцией фиксировано.

Рассчитывается она в зависимости от октанового числа применяемого бензина и наличия наддува.

Возможность динамически изменять степень сжатия в зависимости от нагрузки позволяет поднять КПД турбированного мотора, добившись того, чтобы каждая порция топливовоздушной смеси сгорала при оптимальном сжатии.

Для малых нагрузок, когда смесь обедненная, используется максимальное сжатие, а в нагруженном режиме, когда бензина впрыскивается много и возможна детонация, мотор сжимает смесь минимально. Это позволяет не регулировать «назад» угол опережения зажигания, который остается в наиболее эффективной позиции для снятия мощности.

Теоретически система изменения степени сжатия в ДВС позволяет до двух раз уменьшить рабочий объем мотора при сохранении тяговых и динамических характеристик.

Двигатель с изменяемой степенью сжатия: принцип работы и особенности

Схема двигателя с изменяемым объемом камеры сгорания и шатуны с системой подъема поршней

Одной из первых появилась система с дополнительным поршнем в камере сгорания, который перемещаясь, изменял ее объем. Но сразу возник вопрос о размещении еще одной группы деталей в головке блока, где уже и так теснились распредвалы, клапаны, инжекторы и свечи зажигания.

Притом нарушалась оптимальная конфигурация камеры сгорания, отчего топливо сжигалось неравномерно. Поэтому система так и осталась в стенах лабораторий. Не пошла дальше эксперимента и система с поршнями изменяемой высоты.

Разрезные поршни были чрезмерно тяжелыми, притом сразу возникли конструктивные трудности с управлением высотой подъема крышки.

Двигатель с изменяемой степенью сжатия: принцип работы и особенности

Система подъема коленвала на эксцентриковых муфтах FEV Motorentechnik (слева) и траверсный механизм для изменения высоты подъема поршня

Другие конструкторы пошли путем управления высотой подъема коленвала. В этой системе опорные шейки коленвала размещены в эксцентриковых муфтах, приводимых в действие через шестерни электромотором.

Когда эксцентрики поворачиваются, коленвал поднимается или опускается, отчего, соответственно, меняется высота подъема поршней к головке блока, увеличивается или уменьшается объем камеры сгорания, и изменяется тем самым степень сжатия. Такой мотор показала в 2000 году немецкая компания FEV Motorentechnik. Система была интегрирована в турбированный четырехцилиндровый двигатель 1.

8 л от концерна Volkswagen, где варьировала степень сжатия от 8 до 16. Мотор развивал мощность 218 л.с. и крутящий момент 300 Нм. До 2003 года двигатель испытывался на автомобиле Audi A6, но в серию не пошел.

Не слишком удачливой оказалась и обратная система, также изменяющая высоту подъема поршней, но не за счет управления коленвалом, а путем подъема блока цилиндров. Действующий мотор подобной конструкции продемонстрировал в 2000 году Saab, и также тестировал его на модели 9-5, планируя запустить в серийное производство.

Получивший название Saab Variable Compression (SVC) пятицилиндровый турбированный двигатель объемом 1,6 л, развивал мощность 225 л. с.

и крутящий момент 305 Нм, при этом расход топлива при средних нагрузках снизился на 30%, а за счет регулируемой степени сжатия мотор мог без проблем потреблять любой бензин — от А-80 до А-98.

Двигатель с изменяемой степенью сжатия: принцип работы и особенности

Система двигателя Saab Variable Compression, в которой степень сжатия изменяется за счет отклонения верхней части блока цилиндров

Задачу подъема блока цилиндров в Saab решили так: блок был разделен на две части — верхнюю с головкой и гильзами цилиндров, и нижнюю, где остался коленвал.

Одной стороной верхняя часть была связана с нижней через шарнир, а на другой был установлен механизм с электроприводом, который, как крышку у сундука, приподнимал верхнюю часть на угол до 4 градусов. Диапазон степени сжатия при поднимании — опускании мог гибко варьироваться от 8 до 14.

Для герметизации подвижной и неподвижной частей служил эластичный резиновый кожух, который оказался одним из самых слабых мест конструкции, вместе с шарнирами и подъемным механизмом. После приобретения Saab корпорацией General Motors американцы закрыли проект.

Двигатель с изменяемой степенью сжатия: принцип работы и особенности

Проект МСЕ-5 в котором применен механизм с рабочим и управляющим поршнями, связаными через зубчатое коромысло

На рубеже веков свою конструкцию мотора с изменяемой степенью сжатия предложили и французские инженеры компании MCE-5 Development S.A. Показанный ими турбированный 1.5-литровый мотор, в котором степень сжатия могла варьироваться от 7 до 18, развивал мощность 220 л. с. и крутящий момент 420 Нм.

Конструкция тут довольно сложная. Шатун разделен и снабжен наверху (в части, устанавливаемой на коленвал) зубчатым коромыслом. К нему примыкает другая часть шатуна от поршня, оконечник которой имеет зубчатую рейку.

С другой стороной коромысла связана рейка управляющего поршня, приводимого в действие через систему смазки двигателя посредством специальных клапанов, каналов и электропривода. Когда управляющий поршень перемещается, он воздействует на коромысло и высота поднятия рабочего поршня изменяется.

Двигатель экспериментально обкатывался на Peugeot 407, но автопроизводитель не заинтересовался данной системой.

Двигатель с изменяемой степенью сжатия: принцип работы и особенности

Теперь свое слово решили сказать конструкторы Infiniti, представив двигатель с технологией Variable Compression-Turbocharged (VC-T), позволяющей динамически изменять степень сжатия от 8 до 14.

Японские инженеры применили траверсный механизм: сделали подвижное сочленение шатуна с его нижней шейкой, которую, в свою очередь, связали системой рычагов с приводом от электромотора.

Получив команду от блока управления, электродвигатель перемещает тягу, система рычагов меняет положение, регулируя тем самым высоту подъема поршня и, соответственно, изменяя степень сжатия.

Двигатель с изменяемой степенью сжатия: принцип работы и особенности

Конструкция системы Variable Compression у мотора Infiniti VC-T: а — поршень, b — шатун, с — траверса, d — коленвал, е — электродвигатель, f — промежуточный вал, g — тяга. 

За счет данной технологии двухлитровый бензиновый турбомотор Infiniti VC-T развивает мощность 270 л.с., оказываясь на 27% экономичнее других двухлитровых двигателей компании, имеющих постоянную степень сжатия. Японцы планируют запустить моторы VC-T в серийное производство в 2018 году, оснастив ими кроссовер QX50, а затем и другие модели.

Заметим, что именно экономичность выступает сейчас основной целью разработки моторов с изменяемой степенью сжатия. При современном развитии технологий наддува и впрыска, нагнать мощности в моторе для конструкторов не составляет больших проблем.

Другой вопрос: сколько бензина в супернадутом двигателе будет вылетать в трубу? Для обычных серийных моторов показатели расхода могут оказаться неприемлемы, что и выступает ограничителем для надувания мощности. Японские конструкторы решили этот барьер преодолеть.

Как считают в компании Infiniti, их бензиновый двигатель VC-T, способен выступить как альтернатива современным турбированным дизелям, показывая тот же расход топлива при лучших характеристиках по мощности и более низкой токсичности выхлопа.

Каков итог?

Работы над двигателями с изменяемой степенью сжатия ведутся уже не один десяток лет — этим направлением занимались конструкторы Ford, Mercedes-Benz, Nissan, Peugeot и Volkswagen. Инженерами исследовательских институтов и компаний по обе стороны Атлантики получены тысячи патентов. Но пока ни один такой мотор не пошел в серийное производство.

Не все гладко и у Infiniti. Как признаются сами разработчики мотора VC-T, у их детища пока остаются общие проблемы: возросла сложность и стоимость конструкции, не решены вопросы с вибрацией.

Но японцы надеются доработать конструкцию и запустить ее в серийное производство.

Если это произойдет, то будущим покупателям осталось только понять: сколько придется переплатить за новую технологию, насколько такой мотор будет надежен и сколько позволит экономить на топливе.

Источник: https://dvizhok.su/parts/dvigateli-s-izmenyaemoj-stepenyu-szhatiya-ot-saab-do-infiniti

Автомобильный портал. Ответы на вопросы

«Изменяемая степень сжатия» — технология, которая обеспечит будущее бензиновому двигателю еще лет на 30-50, а по характеристикам позволит ему значительно опередить дизельные моторы. Когда же появятся эти агрегаты и чем они лучше уже существующих?

Двигатель с изменяемой степенью сжатия: принцип работы и особенности

Впервые мотор с изменяемой степенью сжатия засветился на Женевском автосалоне в 2000 году (см. ). Тогда его представила компания Saab. Самый высокотехнологичный на то время двигатель Saab Variable Compression (SVC) с пятью цилиндрами имел рабочий объем 1,6 л, но развивал немыслимую для такого литража мощность 225 л. с.

и крутящий момент 305 Нм. Превосходными оказались и другие характеристики — расход топлива при средних нагрузках снизился на целых 30%, на столько же уменьшился показатель выбросов СО2. Что касается СО, СН, NОx и т. д., то они, по утверждению создателей, соответствуют всем существующим и планируемым на ближайшее будущее нормам токсичности.

К тому же изменяемая степень сжатия дала возможность этому мотору работать на различных марках бензина — от А-76 до А-98 — практически без ухудшения характеристик и без детонации. Несколько месяцев спустя подобный силовой агрегат представила и компания FEV Motorentechnik.

Это был 1,8-литровый двигатель Audi A6, в котором показатель расхода топлива снизили на 27%.

Однако из-за сложности конструкции эти моторы в то время так и не пошли в серию, а с целью повышения коэффициента полезного действия (КПД) двигатель внутреннего сгорания усовершенствовали путем внедрения непосредственного впрыска топлива, изменяемой геометрии впускного тракта, интеллектуальных турбонаддувов и т. д.

Параллельно велась активная работа над созданием гибридных силовых установок, электромобилей, развитием водородных топливных ячеек и новых способов хранения водорода. Тем не менее, потенциал, заложенный в моторы с изменяемой степенью сжатия, не давал покоя многим инженерам.

В результате появилось множество механизмов реализации этой идеи «в металле».

Наиболее близким к ее осуществлению сегодня является французский проект двигателя MCE-5, который стартовал еще в 1997 году. Родившаяся тогда концепция имела массу недостатков, устранять которые пришлось почти десять лет. В этом году данный мотор презентовали «в металле», как и саабовский в 2000-м на Женевском автосалоне.

Двигатель с изменяемой степенью сжатия: принцип работы и особенности

овинка с четырьмя цилиндрами имеет объем 1,5 л и выдает при этом максимальную мощность 160 кВт (218 л. с.) и крутящий момент 300 Нм. Помимо изменяемой степени сжатия, двигатель оснащен непосредственным впрыском, системой изменения фаз газораспределения и укладывается во все перспективные экологические нормы.

Как изменяют степень сжатия

В MCE-5 диапазон контроля степени сжатия находится в пределах 7-18 (7:1-18:1). Более того, контроль и изменение степени сжатия происходит индивидуально в каждом цилиндре.

Механизм этот довольно сложный. Главная деталь — двухсторонняя урезанная шестерня-сектор, серединой посаженная на укороченный шатун кривошипно-шатунного механизма (КШМ). В свою очередь, шестерня-сектор с одной стороны входит в зацепление с шатуном поршня, а с другой — с шатуном механизма изменения объема камеры сгорания.

Принцип работы этой конструкции очень прост — шестерня-сектор на оси шатуна является своего рода коромыслом. И если это коромысло наклонять в одну или другую сторону, у поршня будет меняться положение верхней мертвой точки (ВМТ), а соответственно, и объем камеры сгорания.

Читайте также:  Как открутить масляный фильтр без ключа

А так как величина хода поршня постоянная, изменяется степень сжатия (отношение объема цилиндров к объему камеры сгорания). За наклон коромысла отвечает гидромеханическая конструкция, которой управляет электроника.

Она также состоит из поршня с шатуном, нижний конец которого входит в зацепление с коромыслом (шестерней-сектором) с другой стороны. Объем над и под этим поршнем соединен с системой смазки, а в самом поршне, названном масляным, есть специальный клапан, пропускающий масло из верхней части в нижнюю.

Управляют им с помощью эксцентрикового вала, который при содействии червячной передачи приводит в движение электромотор системы Valvetronic (BMW). Для изменения степени сжатия от 7 до 18 требуется менее 100 миллисекунд.

Двигатель с изменяемой степенью сжатия: принцип работы и особенности

Объем камеры сгорания корректируется по принципу изменения пропускной способности масляных клапанов. При их открытии масляный поршень уходит вверх и камера сгорания увеличивается.

Ресурс — надежность

Конструктивно новый мотор стал сложнее. По теории вероятности, его надежность должна снизиться, однако создатели отрицают это. Они утверждают, что доводили двигатель очень долго и все хорошо рассчитали и проверили.

Ресурс этого агрегата увеличится, так как на поршень уже не будут действовать боковые и ударные нагрузки, происходящие у классического ДВС из-за шатуна, ось которого располагается под углом к оси поршня (кроме ВМТ и НМТ).

В новом моторе усилие поршня и жестко «привязанного» к нему шатуна передается только в вертикальной плоскости, соответственно, давление на стенки цилиндров небольшое, поэтому трущиеся поверхности этих деталей изнашиваются значительно меньше.

Такие особенности конструкции двигателя также обеспечили снижение шумности его работы. А кроме того, значительно тише стала работать поршневая группа и снизились потери энергии на трение — это еще плюс несколько процентов в пользу КПД мотора.

Другие способы изменения объема камеры сгорания:

Двигатель с изменяемой степенью сжатия: принцип работы и особенности
Двигатель с изменяемой степенью сжатия: принцип работы и особенности
Двигатель с изменяемой степенью сжатия: принцип работы и особенности
Двигатель с изменяемой степенью сжатия: принцип работы и особенности

Конструктивная особенность работы первого заявленного мотора с изменяемой степенью сжатия — головка 1
и верхняя часть блока 2
цилиндров были подвижными и с помощью специального кривошипа 3
перемещались вверх-вниз относительно коленвала 4
с неподвижной осью и нижней части блока цилиндров.

Зачем менять степень сжатия

Двигатель с изменяемой степенью сжатия: принцип работы и особенности
В классическом бензиновом ДВС на разных режимах работы в цилиндры подается неодинаковое количество воздуха. Соответственно, в конце такта сжатия давление существенно отличается. Повышенное (при максимальных оборотах коленвала и больших нагрузках, когда дроссельная заслонка полностью открыта) может стать источником детонационного сгорания, результат — перегрев и повышенные нагрузки на детали цилиндро-поршневой группы. Чтобы избежать этого, камеры сгорания всех моторов делают объемными — с небольшим запасом, из расчета исключения повышенного давления в критичных режимах. Но двигатели в основном работают в режиме частичных нагрузок, когда давление в конце такта сжатия меньше, чем максимально возможное. Соответственно, не используется часть давления, «потерянная» из-за большей (на данных режимах) камеры сгорания. А чтобы этого не было, нужно изменять объем камеры сгорания, т. е. степень сжатия, в зависимости от режима работы двигателя. Это, собственно, и есть ответ на вопрос, почему моторы с изменяемой степенью сжатия имеют лучшие характеристики и столь перспективны.
  • Юрий Дацык Фото МСЕ

Источник: https://telzakaz.ru/transmission/izmenyaemaya-stepen-szhatiya-zachem-eto-nuzhno-po-kakim.html

Nissan разработала ДВС с изменяемой степенью сжатия

Двигатель с изменяемой степенью сжатия: принцип работы и особенности Двигатель VC-T. Изображение: Nissan

Японский автопроизводитель Nissan Motor представил новый тип бензинового двигателя внутреннего сгорания, который по некоторым параметрам превосходит продвинутые современные дизельные двигатели.

Новый двигатель Variable Compression-Turbo (VC-T) способен при необходимости изменять степень сжатия газообразной горючей смеси, то есть изменять шаг хода поршней в цилиндрах ДВС. Этот параметр обычно является фиксированным. Судя по всему, VC-T станет первым в мире ДВС с изменяемой степенью сжатия смеси.

Степень сжатия — отношение объёма надпоршневого пространства цилиндра двигателя внутреннего сгорания при положении поршня в нижней мёртвой точке (полный объём цилиндра) к объёму надпоршневого пространства цилиндра при положении поршня в верхней мёртвой точке, то есть к объёму камеры сгорания. Повышение степени сжатия в общем случае повышает его мощность и увеличивает КПД двигателя, то есть способствует снижению расхода топлива. В обычных бензиновых двигателях степень сжатия обычно составляет от 8:1 до 10:1, а в спортивных машинах и гоночных болидах может достигать 12:1 или больше. При повышении степени сжатия двигатель нуждается в топливе с бóльшим октановым числом. Двигатель с изменяемой степенью сжатия: принцип работы и особенности Двигатель VC-T. Изображение: Nissan На иллюстрации показана разница в шаге поршней на разной степени сжатия: 14:1 (слева) и 8:1 (справа). В частности, демонстрируется механизм изменения степени сжатия от 14:1 к 8:1. Он происходит таким образом.

  1. В случае необходимости изменить степень сжатия активируется модуль Harmonic Drive и сдвигает рычаг актуатора.
  2. Рычаг актуатора поворачивает приводной вал (Control Shaft на схеме).
  3. Когда приводной вал поворачивается, он изменяет угол наклона многорычажной подвески (Multi-link на схеме)
  4. Многорычажная подвеска определяет высоту, на которую каждый поршень способен подняться в своём цилиндре. Таким образом, изменяется степень сжатия. Нижняя мёртвая точка поршня, судя по всему, остаётся прежней.

Конструкция запатентована Nissan (патент США № 6,505,582 от 14 июня 2003 года).

Изменение степени сжатия в ДВС можно в каком-то смысле сравнить с изменением угла атаки в винтах регулируемого шага — концепции, которая много десятилетий применяется в воздушных и гребных винтах. Изменяемый шаг винта позволяет поддерживать эффективность движителя близкой к оптимальной вне зависимости от скорости движения носителя в потоке.

Технология изменения степени сжатия ДВС даёт возможность сохранить мощность двигателя при соблюдении строгих нормативов к экономичности двигателя. Вероятно, это вообще самый реальный способ соблюсти эти нормативы.

«Все сейчас работают над изменяемой степень сжатия и другими технологиями, чтобы значительно улучшить экономичность бензиновых двигателей, — говорит Джеймс Чао (James Chao), управляющий директор по Азиатско-Тихоокеанскому региону и консультант IHS, — По крайней мере последние двадцать лет или около того». Стоит упомянуть, что в 2000 году компания Saab показывала прототип такого двигателя Saab Variable Compression (SVC) для Saab 9-5, за который удостоилась ряда наград на технических выставках. Затем шведскую фирму купил концерн General Motors и прекратил работу над прототипом.

Двигатель с изменяемой степенью сжатия: принцип работы и особенности Двигатель Saab Variable Compression (SVC). Reedhawk Двигатель VC-T обещают вывести на рынок в 2017 году с автомобилями марки Infiniti QX50. Официальная презентация назначена на 29 сентября на Парижском автосалоне. Этот двухлитровый четырёхцилиндровый двигатель будет обладать примерно такой же мощностью и крутящим моментом, что и 3,5-литровый двигатель V6, место которого займёт, но обеспечит экономию топлива 27%, по сравнению с ним. Инженеры Nissan говорят также, что VC-T будет дешевле, чем современные продвинутые дизельные двигатели с турбонаддувом, и будет полностью соответствовать современным нормам на выбросы оксида азота и других выхлопных газов — такие правила действуют в Евросоюзе и некоторых других странах. После Infiniti новыми двигателями планируется оснащать другие автомобили Nissan и, возможно, партнёрской компании Renault.Двигатель с изменяемой степенью сжатия: принцип работы и особенности Двигатель VC-T. Изображение: Nissan

Можно предположить, что усложнённая конструкция ДВС в первое время вряд ли будет отличаться надёжностью. Есть смысл выждать несколько лет, прежде чем покупать автомобиль с двигателем VC-T, если только вы не хотите участвовать в тестировании экспериментальной технологии.

Источник: https://habr.com/post/369579/

Двигатель Nissan 2.0 VC-T: переменная степень сжатия по рецепту… НАМИ!

Будет ли серийный кроссовер Infiniti QX50 нового поколения похож на концепт-кар QX Sport Inspiration? Теперь это не столь важно: свое место в энциклопедиях Infiniti займет как первый автомобиль, оснащенный серийным двигателем с переменной степенью сжатия. Спроектированным по рецепту… НАМИ!

Двигатель с изменяемой степенью сжатия: принцип работы и особенности

Таким концепт-кар Infiniti QX Sport Inspiration был показан этой весной на автосалоне в Пекине, серийный QX50 унаследует многие его черты

На обычную рядную «четверку» мотор 2.0 VC-T (Variable Compression Turbo) похож лишь «до пояса», а ниже у него хитроумный рычажный механизм.

Шатун каждого цилиндра соединен с коленвалом не напрямую, а через подвижное коромысло — траверсу, которая своим противоположным концом связана с тягой электроактуатора.

Перемещение этой тяги меняет наклон траверсы и, соответственно, расстояние между поршнем и шатунной шейкой коленвала, варьируя положение верхней мертвой точки (ВМТ).

Что это дает? Чем выше поднимается поршень, тем меньше объем камеры сгорания над ним. Топливовоздушная смесь сжимается сильнее, а сгорая и расширяясь, совершает бо́льшую работу. Соотношение между объемом камеры сгорания и полным объемом цилиндра как раз и есть степень сжатия.

Чем она выше, тем больше теоретически достижимая эффективность сгорания топ­лива. Однако попутно растет и риск возникновения взрывного сгорания, то есть детонации, — особенно при высоких нагрузках.

Именно поэтому применение наддува заставляет не повышать, а наоборот, понижать степень сжатия.

Новый турбомотор 2.0 VC-T при крайнем верхнем положении траверсы способен достигать очень высокой степени сжатия 14,0:1 — как у атмосферных «четверок» Skyactiv компании Mazda.

Но если маздовские моторы так работают во всех режимах, то двигатель Nissan — только на малых оборотах при небольших нагрузках.

При их увеличении механизм переходит в промежуточные положения, понижая степень сжатия, а на высоких оборотах или под полным дросселем автоматика сдвигает ВМТ вниз — и степень сжатия падает до минимума: 8,0:1.

Двигатель с изменяемой степенью сжатия: принцип работы и особенности

Мотор 2.0 VC-T ­немного крупнее и тяжелее обычных турбочетверок, но существенно компакт­нее двигателей V6, которые он должен заменить

Интересно, что двигатель по неофициальной информации выдает примерно 270 л.с. и 390 Нм крутящего момента — то есть форсирован на уровне обычных двухлитровых турбомоторов «заряженных» машин. Куда важнее, что агрегат 2.

0 VC-T сулит сокращение расхода топлива на 27% по сравнению с атмосферной «шестеркой» Nissan 3.5 серии VQ, — которую, судя по всему, и призван заменить.

А еще мотористы компании Nissan уверяют, что такие двигатели с изменяемой степенью сжатия станут альтернативой дизелям: ведь при схожей экономичности они требуют менее сложных систем очистки выхлопа и легче впишутся в строгие экологические нормативы.

Почему же раньше японцев никто не довел такие двигатели до серийного воплощения на легковушках? Ведь впервые эту идею еще в 20-х годах прошлого века предложил британский инженер Гарри Рикардо.

Полвека назад в Америке выпускали «переменный» танковый дизель Continental AVCR-1100, а в конце 90-х аналогичные исследования вели Daimler, Volvo, Audi, Porsche, Honda, Ford, Suzuki, Peugeot и Citroen, Lotus, российский институт НАМИ, немецкая компания FEV…

Но за это время не появилось даже единого мнения, какой механизм считать наиболее эффективным. Вариант с раздвижными поршнями (как на дизеле AVCR-1100) грозит сложнос­тями со смазкой и не позволяет точно контролировать степень сжатия. Телескопичес­кие шатуны или щеки коленвала снижают надежность.

Вспомогательные поршни, которые открывают дополнительные полости в стенках камеры сгорания, варьируя ее объем, ставят под угрозу герметичность.

Эксцент­рики в нижних или верхних головках шатунов осложняют индивидуальное управление цилиндрами, а смещение коленвала относительно всего блока цилиндров требует еще и «переходников» в трансмиссии.

Двигатель с изменяемой степенью сжатия: принцип работы и особенности

В ниссановском двигателе траверса (а) вращается вместе с коленвалом, а дополнительная система рычагов (б) с приводом от электроактуатора (в) контролирует ее наклон.

Читайте также:  Почему двигатель не прогревается до рабочей температуры

Когда необходим переход на высокую степень сжатия, актуатор поворачивается по часовой стрелке, меняя положение эксцентрикового вала, который в свою очередь опускает правое плечо траверсы, а та своим противоположным плечом смещает поршень (г) и шатун вверх.

При переходе на низкую степень сжатия механизм работает в обратной последовательности — и ВМТ уходит вниз

Ну а Saab 16 лет назад даже приглашал журналистов на тесты компрессорной «пятерки» 1.6 SVC (АР №21, 2000) с наклонным моноблоком, который смещался относительно коленвала. Мотор получился темпераментным (225 л.с.), но шумным и капризным на низах. А главное — дорогим и сложным. Поэтому до конвейера дело тоже не дошло.

Под конец 2000-х надежды подавал еще и французский двигатель ­MCE-5 для автомобилей Peugeot и Citroen: в нем поршень с «шатуном» были монолитны и толкали кривошип через зубчатую передачу и коромысло, положение которого корректировал сервопривод. Но все достоинства этого механизма нивелировала невозможность унифицировать такой мотор с традиционными двигателями.

А схему с траверсой и управляющей тягой, которую собирается применить Nissan, в конце 80-х запатентовали в… советском институте НАМИ! Самый же ранний патент компании Nissan датирован 2001 годом — и описывает очень похожий механизм, хотя и переосмысленный: с иной геометрией расположения элементов и нижним креплением управляющего рычага.

Двигатель с изменяемой степенью сжатия: принцип работы и особенности

В саабовском двигателе SVC эксцент­риковый вал приподнимал или опускал опоры одной из сторон моноблока, в который были объединены блок цилиндров и его головка.

Объем камеры сгорания менялся, но попутно менялось и положение верхней части двигателя под капотом, что требовало доработки впускной и выпускной систем.

Интересно, что Saab тоже предлагал изменять степень сжатия в диапазоне от 8,0:1 до 14,0:1, однако при самой высокой степени мотор работал как атмосферник: муфта отключала привод компрессора

Кстати, еще раньше на работы ­НАМИ обратил внимание концерн Daimler: в 2002—2003 годах из России в Штутгарт были отправлены три «траверсных» мотора на основе мерседесовского дизеля OM611 (2,15 л) и бензиновой двухлитровой «четверки» М111.

Российский механизм позволял менять степень сжатия в пределах от 7,5:1 до 14,0:1, но очень скоро Daimler и НАМИ обнаружили, что выгода от него весьма эфемерна: эффективность повышалась на 20% при переходе от минимальной степени сжатия к обычной (10,0:1), а дальнейшее повышение до 14,0:1 давало всего 3,5% выигрыша.

Почему же Nissan с оптимизмом смот­рит на серийную перспективу? Несмотря на сложность нового кривошипно-шатунного механизма с возросшими потерями на трение, на прибавку лишних десяти килограммов и на ограничения по унификации, в производство двигатели 2.0 VC-T должны пойти в конце 2017 года.

Возможно, потому, что надежда на гибриды не оправдалась: в Америке за этот год продано всего 2,5 тысячи гибридомобилей Nissan и Infiniti. Делать ставку на дизели после скандала с концерном Volkswagen тоже не вариант.

А «переменный» мотор поможет не только отказаться от закупки двухлитровых турбочетверок у концерна Daimler, но и прибавит козырей по части имиджевой рекламы. Ведь таких агрегатов действительно не делает никто в мире!

Кстати, мотор с переменной степенью сжатия как нельзя лучше подходит для ездового цикла по измерению расхода топлива. И это тоже козырь. 

Источник: https://autoreview.ru/articles/know-how/Unique

Что такое VC-Turbo: как работает двигатель с изменяемой степенью сжатия

Идея создания бензинового мотора, где степень сжатия в цилиндрах была бы величиной непостоянной, не нова.

Так, при разгоне, когда требуется наибольшая отдача двигателя, можно на несколько секунд пожертвовать его экономичностью, уменьшив степень сжатия, — это позволит предотвратить детонацию, самопроизвольное возгорание топливной смеси, которое может возникнуть при высоких нагрузках.

При равномерном движении степень сжатия, напротив, желательно повысить, чтобы добиться более эффективного сгорания топливной смеси и снижения расхода горючего — в этом случае нагрузка на мотор невелика и опасность возникновения детонации минимальна.

В общем, в теории все просто, однако реализовать эту идею на практике оказалось не так уж легко. И японские конструкторы стали первыми, кто сумел довести замысел до серийного образца.

Суть разработанной корпорацией Nissan технологии в том, чтобы, в зависимости от требуемой отдачи мотора, непрерывно изменять максимальную высоту подъема поршней (так называемую верхнюю мертвую точку — ВМТ), что в свою очередь приводит к уменьшению или росту степени сжатия в цилиндрах.

Ключевой деталью этой системы является особое крепление шатунов, которые соединяются с коленчатым валом через подвижный блок коромысел.

Блок в свою очередь связан с эксцентриковым управляющим валом и электромотором, который по команде электроники приводит этот хитрый механизм в движение, меняя наклон коромысел и положение ВМТ поршней во всех четырех цилиндрах одновременно. 

Двигатель с изменяемой степенью сжатия: принцип работы и особенности

Разница степени сжатия в зависимости от положения ВМТ поршня. На левой картинке мотор находится в экономичном режиме, на правой — в режиме максимальной отдачи. A: когда требуется изменение степени сжатия, электромотор поворачивает и перемещает рычаг привода.

B: приводной рычаг поворачивает управляющий вал. C: когда вал вращается, он действует на рычаг, связанный с коромыслом, изменяя угол наклона последнего.

D: в зависимости от положения коромысла, ВМТ поршня поднимается или опускается, таким образом изменяя степень сжатия.

В результате при разгоне степень сжатия уменьшается до 8:1, после чего мотор переходит в экономичный режим работы со степенью сжатия 14:1. Его рабочий объем при этом меняется от 1997 до 1970 см3. «Турбочетверка» нового Infiniti QX50 развивает мощность 268 л. с.

и крутящий момент в 380 Нм — ощутимо больше, чем 2,5‑литровый V6 предшественника (его показатели — 222 л. с. и 252 Нм), расходуя при этом на треть меньше бензина.

Кроме того, VC-Turbo на 18 кг легче атмосферной «шестерки», занимает меньше места под капотом и достигает максимума крутящего момента в зоне более низких оборотов.

Кстати, система регулировки степени сжатия не только повышает эффективность работы мотора, но и снижает уровень вибраций.

Благодаря коромыслам шатуны при рабочем ходе поршней занимают почти вертикальное положение, в то время как у обычных двигателей они ходят из стороны в сторону (из-за чего шатуны и получили свое название).

В результате даже без уравновешивающих валов этот 4‑цилиндровый агрегат работает так же тихо и плавно, как V6.

Но изменяемое положение ВМТ при помощи сложной системы рычагов — не единственная особенность нового мотора.

Меняя степень сжатия, этот агрегат также способен переключаться между двумя рабочими циклам: классическим Отто, по которому функционирует основная масса бензиновых двигателей, и циклом Аткинсона, встречающимся в основном у гибридов.

В последнем случае (при высокой степени сжатия) из-за большего хода поршней рабочая смесь сильнее расширяется, сгорая с большей эффективностью, в результате растет КПД и снижается расход бензина.

Помимо двух рабочих циклов, этот мотор также использует две системы впрыска: классический распределенный MPI и непосредственный GDI, который повышает эффективность сгорания топлива и позволяет избежать детонации при высоких степенях сжатия.

Обе системы работают попеременно, а при высоких нагрузках — одновременно. Положительный вклад в повышение КПД двигателя вносит и особое покрытие стенок цилиндров, которое наносится методом плазменного напыления, а затем закаливается и хонингуется.

В результате получается ультрагладкая «зеркальная» поверхность, на 44 % уменьшающая трение поршневых колец.

Двигатель с изменяемой степенью сжатия: принцип работы и особенности

Еще одна уникальная особенность мотора VC-Turbo — это интегрированная в его верхнюю опору система активного подавления вибраций Active Torque Road, основой которой является возвратно-поступательный актуатор.

Эта система управляется датчиком ускорений, фиксирующим колебания двигателя и в ответ генерирует гасящие вибрации в противофазе.

Активные опоры в Infiniti впервые использовали в 1998 году на дизельном моторе, но та система оказалась слишком громоздкой, поэтому не получила распространения. Проект пролежал под сукном до 2009 года, пока японские инженеры не взялись за его усовершенствование.

На то, чтобы решить проблему избыточного веса и размеров гасителя колебаний, ушло еще 8 лет. Но результат впечатляет: благодаря ATR 4‑цилиндровый агрегат нового Infiniti QX50 работает на 9 дБ тише, чем V6 его предшественника!

Источник: https://5koleso.ru/articles/garazh/chto-takoe-vc-turbo-kak-rabotaet-dvigatel-s-izmenyaemoy-stepenyu-szhatiya/

По каким принципам работает двигатель инфинити с изменяемой степенью сжатия, подробная информация

Двигатель с изменяемой степенью сжатия: принцип работы и особенности

Подробная информация о первом в мире бензиновом серийном двигателе с изменяемой степенью сжатия. Ему предвещают громадное будущее и говорят, что созданная Инфинити разработка станет громадной угрозой для существования дизельных моторов.

Бензиновый поршневой двигатель, что может динамически изменять степень сжатия*, другими словами величину, на которую поршень сжимает топливовоздушную смесь в цилиндре, давешняя мечта многих поколений инженеров, разрабатывавших двигатели внутреннего сгорания. Кое-какие автомобильные марки были очень близки к разгадке теории, были сделаны кроме того образцы таких моторов, к примеру, удач в этом достиг Saab.

Вероятно у шведского автопроизводителя сложилась бы совсем другая будущее, если бы в январе 2000 года Saab не был совсем куплен корпорацией Дженерал моторс. К сожалению, для заокеанского хозяина были не увлекательны подобные разработки и дело было приостановлено.

*Степень сжатия- количество камеры сгорания в момент, в то время, когда поршень находится в нижней мертвой точке, к количеству, в то время, когда он подминается к верхней мертвой точке. Иными словами, это показатель сжатия поршнем воздушно-топливной смеси в цилиндре

Главной соперник был сломлен и Nissan, как второй потенциальный разработчик инновационной совокупности с изменяемым коэффициентом сжатия, продолжил путь в гордом одиночестве.

20 лет усердного труда, моделирования и расчётов не остались без следа, люксовое подразделение японской компании известное под брендом Infiniti представило окончательную разработку двигателя с изменяемой степенью сжатия что мы заметим под капотом модели 2018 Infiniti QX50.

Станет ли ее разработка лебединой песней всех дизельных двигателей? Вопрос увлекательный.

Смотрите кроме этого: Компания Инфинити создала бензиновый двигатель с дизельными чертями

2.0 литровый четырехцилиндровый турбированный силовой агрегат (расчетная мощность 270 л.с. и 390 Нм крутящего момента) взял наименование VC-T (Variable Compression-Turbocharged). Уже в заглавии отражены принцип его работы и технические данные.

Совокупность VC-T способна медлено и непрерывно динамически изменять степень сжатия от показателя 8:1 до 14:1.

Неспециализированный принцип действия совокупности двигателя VC-T возможно обрисовать следующим образом:

Особенность VC-T технологии в моторе содержится в способности приспосабливаться к условиям и медлено повышать либо уменьшать высоту верхней мертвой точки поршней. Как следствие, изменяются основные особенности работы бензинового двигателя, в следствии чего степень сжатия может изменяться от маленькой «бензиновой» 8:1 (для высокой максимальной мощности и производительности мотора), до «дизельной» 14:1 (которая дает двигателю большой КПД). Сложная логика управления совокупностями двигателя машинально использует оптимальные соотношения в зависимости от обстановок.

Это схематичное простое описание принципа работы совокупности. В действительности конечно же все значительно сложнее.

Вправду силовые агрегаты с низкой степенью сжатия не смогут владеть высокой производительностью. Все замечательные двигатели, в особенности у гоночных автомобилей, в большинстве случаев, имеют весьма высокую степенью сжатия, у большинства болидов она превышает 12:1, а также доходит до 15:1 у двигателей трудящихся на метаноле.

Читайте также:  Можно ли смешивать антифриз разных цветов: что нужно знать

Однако такая высокая степень сжатия кроме этого способна сделать моторы более действенными и экономичным. Это наводит на логичный вопрос, из-за чего бы не делать двигатели, каковые бы постоянно обладали высокой степенью сжатия воздушно-топливной смеси?

Для чего городить огород со сложными совокупностями привода поршней?

Основная обстоятельство неосуществимости применения таковой совокупности при работе на простом низкооктановом горючем- появление при высокой степени сжатия и высокой нагрузке детонации. Бензин начинает не сгорать, а взрываться.

Что понижает выживаемость агрегатов и узлов мотора и снижает его экономичность. По сути у бензинового двигателя происходит также самое, что и у мотора, трудящегося на ДТ, за счет большого сжатия воспламеняется топливовоздушная смесь, правда происходит это не в необходимый момент и это не предусмотрено конструкцией мотора.

В моменты «кризиса» сгорания горючее-воздушной смеси и приходит на помощь изменяемая степень сжатия, которая способна понижаться в моменты пиковой мощности с большим нагнетанием давления наддувом турбокомпрессора, что предотвратит мотор от детонации. И напротив, на протяжении работы на малых оборотах с малым давлением наддува, степень сжатия будет увеличиваться, увеличивая тем самым крутящий момент и снижая расход горючего.

В дополнение к этому, двигатели оснащаются совокупностью регулируемых фаз газораспределения, что делает вероятной работу двигателя по циклу Аткинсона в то время, в то время, когда от мотора не нужно отдачи высоких мощностных показателей.

Суть работы моторов по циклу Аткинсона содержится в том, что впускные клапаны удерживаются в открытом положении мало продолжительнее, что снижает степень сжатия и сокращает расход горючего.

Такие моторы в большинстве случаев видятся у гибридных машин, главным для которых есть малый и экологичность расход горючего.

Результатом всех совершённых трансформаций стал двигатель, что способен на 27 процентов расширить топливную экономичность в сравнении с 3,5-литровым V6 Nissan владеющего приблизительно так же мощностью и крутящим моментом.

По данным Рейтерс, на пресс-конференции инженеры компании Nissan объявил, что новый двигатель владеет крутящим моментом сопоставимым с показателями современного турбодизеля, и наряду с этим он должен быть дешевле в производстве, чем любой современный турбодизельный мотор.

Вот из-за чего Ниссан делает такую громадную ставку на созданную совокупность, поскольку в его представлении она имеет потенциал, талантливый частично заменить дизельные двигатели по многим параметрам применения, быть может, включая более недорогие варианты для государств, где бензин есть главным видом горючего, примером таковой страны возможно и Российская Федерация.

В случае если мысль приживется, в будущем точно покажутся двухцилиндровые бензиновые силовые агрегаты, каковые хорошо подойдут для маленьких автомобилей . Это может стать одной из веток развития совокупности.

Гибкость двигателя думается впечатляющей. Технически для того чтобы результата удалось добиться при помощи, особенного рычага привода влияющего на вал привода, изменяющего положение многорычажной совокупности, вращающейся около главного подшипника шатуна.

Справа к многорычажной совокупности крепится еще один рычаг идущий от электродвигателя. Он изменяет положение совокупности довольно коленчатого вала.

Это отражено в чертежах и патенте Infiniti. Шток поршня имеет центральную поворотную многорычажную совокупность, которая способна изменять собственный угол, что ведет к трансформации действенной длины штока поршня, что со своей стороны изменяет длину хода поршня в цилиндре, которое, что в конечном счете, изменяет степень сжатия.

Двигатель, созданный для Infiniti кроме того с первого взора, выглядит значительно более сложным, чем его хороший соплеменник. Косвенно предположение подтверждают в самом Ниссан.

Они говорят, что экономически оправданно по таковой схеме делать четырехцилиндровые моторы, но не более сложные V6 либо V8. Цена всех совокупностей привода шатунов может оказаться через чур высокой.

С учетом всего сказанного выше эта схема двигателя обязана, нет, легко обязана, прижиться на гибридных машинах. Такая экономичность и отдача мощности будет непревзойденным бонусом для автомобилей, оборудованных ДВС и электродвигателями.

Двигатель VC-T будет официально представлен 29 сентября на Парижском автосалоне.

P.S. Так вытеснит ли новый бензиновый двигатель дизельные моторы? Вряд ли. Во-первых, констукция бензинового мотора более сложная, соответственно и более прихотливая. Ограничение по количеству кроме этого ограничивает диапазон применения разработки.

Производство ДТ кроме этого никто не отменял, куда его девать, в случае если все перейдут на бензин? Выливать?

Складировать? И наконец, использование дизельных агрегатов (несложной конструкции) превосходно подходит для непростых природных условий, чего нельзя сказать о бензиновых ДВС.

Вероятнее уделом новой созданья станут современные малолитражки и гибридные автомобили. Что также по-своему большая часть автомобильного рынка.

Революционный двигатель Infiniti

Источник: http://premierautos.ru/po-kakim-principam-rabotaet-dvigatel-infiniti-s/

По каким принципам работает двигатель Инфинити с изменяемой степенью сжатия, подробная информация

Подробная информация о первом в мире бензиновом серийном двигателе с изменяемой степенью сжатия. Ему предсказывают большое будущее и говорят, что разработанная Инфинити технология станет большой угрозой для существования дизельных моторов.

Бензиновый поршневой двигатель, который может динамически изменять степень сжатия, то есть величину, на которую поршень сжимает топливовоздушную смесь в цилиндре (объём камеры сгорания в момент, когда поршень находится в нижней мертвой точке, к объему, когда он подминается к верхней мертвой точке.

Иными словами, это показатель сжатия поршнем воздушно-топливной смеси в цилиндре), давняя мечта многих поколений инженеров, разрабатывавших двигатели внутреннего сгорания.

Некоторые автомобильные марки были как никогда близки к разгадке теории, были сделаны даже образцы таких моторов, например, таких успехов достиг Saab.

Возможно у шведского автопроизводителя сложилась бы совершенно иная судьба, если бы в январе 2000 года Saab не был бы окончательно приобретен корпорацией General Motors. К сожалению, для заокеанского хозяина были не интересны подобные разработки и дело было приостановлено.

Основной соперник был сломлен и Nissan, как второй потенциальный разработчик инновационной системы с изменяемым коэффициентом сжатия, продолжил путь в гордом одиночестве.

20 лет кропотливого труда, расчетов и моделирования не прошли даром, люксовое подразделение японской компании известное под брендом Infiniti представило окончательную разработку двигателя с изменяемой степенью сжатия который мы увидим под капотом модели 2018 Infiniti QX50. Станет ли ее разработка лебединой песней всех дизельных двигателей? Вопрос интересный.

2.0 литровый четырехцилиндровый турбированный силовой агрегат получил наименование VC-T (Variable Compression-Turbocharged). Уже в названии отражены принцип его работы и технические данные. Система VC-T динамически изменять степень сжатия от 8:1 до 14:1.

Общий принцип действия можно описать следующим образом:

Особенность VC-T технологии в моторе заключается в способности приспосабливаться к условиям и плавно повышать или понижать высоту верхней мертвой точки поршней.

Как следствие, изменяется фундаментальные свойства работы бензинового двигателя, в результате чего степень сжатия может изменяться от небольшой «бензиновой» 8:1 (для высокой производительности мотора и максимальной мощности), до «дизельной» 14:1 (которое дает двигателю высокий КПД).

Сложная логика управления системами двигателя автоматически применяет оптимальные соотношения в зависимости от ситуаций.

Это схематичное простое описание принципа работы системы. На самом деле конечно же все гораздо сложнее.

Действительно силовые агрегаты с низкой степенью сжатия не могут обладать высокой производительностью. Все мощные двигатели, в особенности у гоночных машин, как правило, обладают очень высокой степенью сжатия, у многих болидов она превышает 12:1 и даже доходит до 15:1, у двигателей работающих на метаноле.

Тем не менее такая высокая степень сжатия также способна сделать моторы более эффективными и экономичным.

Это наводит на логичный вопрос, почему бы не делать двигатели, которые бы всегда обладали высокой степенью сжатия воздушно-топливной смеси? Зачем городить огород со сложными системами привода поршней?

Главная причина невозможности использования такой системы при работе на обычном низкооктановом топливе- появление при высокой степени сжатия и высокой нагрузке детонации. Бензин начинает не сгорать, а взрываться.

Что понижает выживаемость узлов и агрегатов мотора и снижает его экономичность.

По сути у бензинового двигателя происходит тоже самое, что и у мотора, работающего на ДТ, за счет высокого сжатия воспламеняется топливовоздушная смесь, правда происходит это не в нужный момент и не предусмотрено конструкцией мотора.

В моменты «кризиса» сгорания топливо-воздушной смеси и приходит на помощь изменяемая степень сжатия, которая способна снижаться в моменты пиковой мощности с максимальным нагнетанием давления наддува турбокомпрессора, что предотвратит мотор от детонации. И наоборот, во время работы на малых оборотах с малым давлением наддува, степень сжатия будет повышаться, увеличивая тем самым крутящий момент и снижая расход топлива.

В дополнение к этому, двигатели оснащаются системой регулируемых фаз газораспределения, что делает возможном работу двигателя на по циклу Аткинсона в то время, когда от мотора не требуется отдачи высоких мощностных показателей.

Смысл работы моторов по циклу Аткинсона заключается в том, что впускные клапаны удерживаются в открытом положении немного дольше, что снижает степень сжатия и уменьшает расход топлива. Такие моторы обычно встречаются у гибридных автомобилей, главным для которых является экологичность и малый расход топлива.

Результатом всех проведенных изменений стал двигатель, который способен на 27 процентов уменьшить топливную экономичность экономию топлива в сравнении с 3,5-литровым V6 Nissan у которого примерно так же мощность и крутящий момент.

По информации Reuters, на пресс-конференции инженеры компании Nissan заявил, что новый двигатель обладает крутящим моментом сопоставимым с показателями современного турбодизеля, и при этом он должен быть дешевле в производстве, чем любой современный турбодизельный мотор.

Вот почему Ниссан делает такую большую ставку на разработанную систему, ведь в представлении она имеет потенциал, способный частично заменить дизельные двигатели по многим параметрам использования, возможно, включая более дешевые варианты для стран, где бензин является основным видом топлива, примером такой страны может быть и Россия.

Если идея приживется в будущем наверняка появятся двухцилиндровые бензиновые силовые агрегаты, которые неплохо должны устанавливаться на небольшие легковые автомобили. Это может стать одной из веток развития системы.

Гибкость двигателя кажется впечатляющей. Технически такого эффекта удалось добиться при помощи, особого рычага привода воздействующего на вал привода, изменяющего положение многорычажной системы, вращающейся вокруг главного подшипника шатуна.

Это отражено в патенте и чертежах Infiniti.

Шток поршня имеет центральную поворотную многорычажную систему, которая способна изменять свой угол, что приводит к изменению эффективной длины штока поршня, что в свою очередь изменяет длину хода поршня в цилиндре, которое, что в конечном итоге, изменяет степень сжатия.

Двигатель, разработанный для Infiniti даже с первого взгляда, выгляди гораздо более сложным, чем его классический соплеменник. Косвенно догадку подтверждают в самом Ниссан. Они говорят, что экономически оправданно по такой схеме делать четырехцилиндровые моторы, но не более сложные V6 или V8. Стоимость всех систем привода шатунов может оказаться слишком высокой.

Двигатель VC-T будет официально представлен 29 сентября на Парижском автосалоне.

Источник

Источник: https://xn—-7sbifcamovvfggw9d.xn--p1ai/avto/po-kakim-printsipam-rabotaet-dvigatel-infiniti-s-izmenyaemoj-stepen-yu-szhatiya-podrobnaya-informatsiya.html

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector