Изменение степени сжатия двс. Системы изменения степени сжатия двигателя

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.

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 см 3 . «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.

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.

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!

Уникальная технология изменения степени сжатия представляет настоящий прорыв в моторостроении – 2-литровый VC-Turbo постоянно меняет характеристики, настраивая степень сжатия на оптимальную мощностную отдачу и максимальную топливную эффективность. По тяговым характеристикам этот 2-литровый бензиновый турбомотор вполне сравним с передовыми турбодизельными двигателями того же рабочего объема.

Двигатель VC-Turbo постоянно и совершенно незаметно для водителя изменяет степень сжатия с помощью системы рычагов, которые поднимают или опускают верхнюю мертвую точку (ВМТ) поршней, тем самым позволяя добиться наилучших характеристик мощности и экономичности.

Высокая степень сжатия в принципе делает работу двигателя более эффективной, однако в определенных режимах появляется риск взрывного сгорания (детонации). С другой стороны, низкая степень сжатия позволяет избежать детонации и развивать высокую мощность и крутящий момент. Во время движения степень сжатия двигателя VC-Turbo меняется от 8:1 (для максимальной динамики) до 14:1 (при минимальном расходе топлива), подчеркивая ориентированную на водителя философию INFINITI.

INFINITI’s VC-Turbo engine is the world’s first production-ready variable compression ratio engine – and it makes its production debut on the new QX50. This unique variable compression technology represents a breakthrough in combustion engine design – the QX50’s 2.0-liter VC-Turbo continually transforms, adjusting its compression ratio to optimize power and fuel efficiency. It combines the power of a 2.0-liter turbocharged gasoline engine with the torque and efficiency of an advanced four-cylinder diesel engine.

Уникальное сочетание динамики и экономичности превращает VC-Turbo в реальную альтернативу современным турбодизелям, не на словах, а на деле опровергая мнение, что только гибридные и дизельные силовые агрегаты могут обеспечить высокие показатели крутящего момента и экономичность. VC-Turbo развивает 268 л.с. (200 кВт) при 5600 об/мин и 380 Нм при 4400 об/мин, что является лучшим сочетанием мощности и тяги среди четырехцилиндровых двигателей. Удельная мощность VC-Turbo выше, чем у многих турбомоторов конкурентов и вплотную приближается к показателям некоторых бензиновых V6. Однопоточный турбонагнетатель гарантирует моментальный отклик двигателя на увеличение подачи топлива.

Новый INFINITI QX50 с двигателем VC-Turbo – это самый эффективный автомобиль в своем классе с непревзойденной экономичностью. Версия с передними ведущими колесами расходует всего 8,7 л/100 км в комбинированном цикле измерений, что на 35% лучше показателей QX50 предыдущего поколения с двигателем V6. Полноприводная версия премиального кроссовера с усредненным расходом 9,0 л/100 км на 30% эффективнее предшественника.

Среди других очевидных преимуществ конструкции нового мотора – компактные размеры и сниженная масса. Блок и головка цилиндров отлиты из легкого алюминиевого сплава, а компоненты системы регулировки степени сжатия изготовлены из высокоуглеродистой стали. В результате по сравнению с 3,5-литровым двигателем INFINITI серии VQ новый VC-Turbo весит легче на 18 кг, а кроме того занимает меньше пространства в моторном отсеке.

За изменение степени сжатия в двигателе VC-Turbo отвечают система рычагов, электромотор и уникальный волновой понижающий редуктор. Электромотор через редуктор соединен с управляющим рычагом. Редуктор вращается, поворачивая управляющий вал в блоке цилиндров, а тот в свою очередь изменяет положение коромысел, через которые поршни приводят коленвал. Наклон коромысел меняет положение верхней мертвой точки поршней, а вместе с ним и степень сжатия. Эксцентриковый управляющий вал регулирует степень сжатия одновременно во всех цилиндрах. В результате варьируется не только степень сжатия, но и рабочий объем двигателя в диапазоне от 1997 см3 (8:1) до 1970 см3 (14:1).

Двигатель VC-Turbo также незаметно для пользователя переключается между стандартным рабочим циклом Отто и циклом Аткинсона, еще сильнее увеличивая мощность и эффективность. Цикл Аткинсона традиционно используется для повышения эффективности гибридных силовых установок. При работе ДВС по циклу Аткинсона впускные клапаны перекрываются, позволяя рабочей смеси в цилиндрах сильнее расширяться, сгорая с большей эффективностью. Двигатель INFINITI работает по циклу Аткинсона при высоких показателях степени сжатия, когда из-за более длинного хода поршней впускные клапаны на короткое время остаются открытыми уже в фазе сжатия.

INFINITI’s VC-Turbo engine is the world’s first production-ready variable compression ratio engine and it makes its production debut on the new QX50. This unique variable compression technology represents a breakthrough in combustion engine design the QX50’s 2.0-liter VC-Turbo continually transforms, adjusting its compression ratio to optimize power and fuel efficiency. It combines the power of a 2.0-liter turbocharged gasoline engine with the torque and efficiency of an advanced four-cylinder diesel engine.

Когда степень сжатия VC-Turbo уменьшается, двигатель возвращается к обычному режиму работы (цикл Отто), с четко разделенными фазами выпуска, сжатия, сгорания и выпуска – таким образом, достигается более высокая мощность силового агрегата.

Помимо изменяемой степени сжатия в двигателе VC-Turbo применяется и ряд других передовых технологий INFINITI. Оптимальный баланс между эффективностью и мощностью обеспечивает как система распределенного впрыска (MPI), так и непосредственного (GDI):

GDI повышает эффективность сгорания топлива, предотвращая детонацию в двигателе при высоких степенях сжатия
MPI, в свою очередь, заранее подготавливает топливную смесь, обеспечивая ее полное сгорание в цилиндрах при низких нагрузках

При определенных оборотах двигатель самостоятельно переключается с одной системы впрыска на другую, а при максимальных нагрузках они могут работать и одновременно.

Однопоточный турбонагнетатель повышает мощность и эффективность двигателя, обеспечивая быстрые отклики на педаль газа на любых оборотах и при любой степени сжатия. Благодаря турбонаддуву по отдаче мотор сравним с шестицилиндровым атмосферным двигателем. Однопоточный нагнетатель отличается компактностью, а также сниженными потерями тепловой энергии и давления выхлопных газов.

Интегрированный в алюминиевую головку блока выпускной коллектор также повышает эффективность работы двигателя и определяет его компактные размеры. Подобное решение позволило инженерам INFINITI разместить каталитический нейтрализатор сразу за турбиной, сократив таким образом путь выхлопных газов. Благодаря этому нейтрализатор быстрее прогревается после запуска двигателя и раньше выходит на рабочий режим.

Variable compression ratio technology represents a breakthrough in powertrain development. The QX50, powered by the VC-Turbo, is the first production vehicle ever to give drivers an engine that transforms on demand, setting a new benchmark for powertrain capability and refinement. This uncommonly smooth engine offers customers power and performance, as well as efficiency and economy.

Давление наддува регулируется электронно-управляемым клапаном (wastegate), который с высокой точностью контролирует поток выхлопных газов, проходящих через турбину. Это гарантирует высокую мощность и экономичность, а также помогает сократить уровень вредных выбросов.

Благодаря системе изменения степени сжатия отлично сбалансированный двигатель VC-Turbo обходится без уравновешивающих валов, обычно необходимых четырехцилиндровым моторам. VC-Turbo работает более плавно, нежели обычные рядные аналоги, а уровень шума и вибраций сравним с показателями традиционных V6. Это стало возможным, в том числе и благодаря компоновке с дополнительными коромыслами, в которой шатуны при рабочем ходе поршней почти вертикальны (в отличие от традиционного кривошипно-шатунного механизма, где они движутся из стороны в сторону). В итоге происходит идеальное возвратно-поступательное движение, не требующее уравновешивающих валов. Именно поэтому, несмотря на применение системы изменения степени сжатия, мотор VC-Turbo такой же компактный, как традиционный 2-литровый четырехцилиндровый двигатель.

Особенно нужно отметить и крайне низкий уровень вибраций нового двигателя. На заводских испытаниях, в ходе которых специалисты INFINITI сравнивали характеристики VC-Turbo с четырехцилиндровыми моторами конкурентов, революционный двигатель продемонстрировал значительно меньший уровень шума – почти как у 6-цилиндровых агрегатов.

В этом есть заслуга и применяемого INFINITI «зеркального» покрытия стенок цилиндров – оно на 44% уменьшает трение, позволяя двигателю работать ровнее. Покрытие наносится методом плазменного напыления, затем закаливается и хонингуется для создания ультра-гладкой поверхности.

Новый INFINITI QX50 c 2-литровым мотором VC-Turbo – первый в мире автомобиль, оснащенный системой активного подавления вибраций Active Torque Rod (ATR). Новый QX50 – единственный автомобиль в классе, оснащенный подобной технологией. Интегрированная в верхнюю опору двигателя, через которую на кузов обычно передается большая часть шума и вибраций, ATR оснащена датчиком ускорений, фиксирующим колебания. Система генерирует возвратно-поступательные вибрации в противофазе, позволяя четырехцилиндровому агрегату оставаться таким же тихим и плавным, как и моторы V6, и на 9 Дб уменьшает шум двигателя по сравнению с предыдущим QX50. В итоге VC-Turbo – один из самых тихих и уравновешенных двигателей в сегменте премиальных внедорожников.

Первые в мире активные опоры INFINITI установил на дизельный двигатель еще в 1998 году, подтверждая инновационность бренда в области силовых агрегатов. Систему ATR инженеры INFINITI разрабатывали с 2009-го по 2017 год, особое внимание уделив уменьшению размеров и массы – на первых прототипах главной проблемой считались габариты вибромотора. Однако, разработка более компактных возвратно-поступательных актуаторов позволила установить ATR в корпус меньшего размера, в полной мере сохранив способность системы максимально эффективно гасить вибрации.

На тему:

Британцы определили дату конца эры ДВС
Специалисты компании H2 рассказали об эффективности…

Степень сжатия – важная характеристика двигателя внутреннего сгорания, определяемая отношением объема цилиндра при нахождении поршня в нижней мертвой точке к объему в верхней мертвой точке (объему камеры сгорания). Повышение степени сжатия создает благоприятные условия для воспламенения и сгорания топливно-воздушной смеси и, соответственно, эффективного использования энергии. Вместе с тем, работа двигателя на разных режимах и разных топливах предполагает разную величину степени сжатия. Эти свойства в полной мере используются системой изменения степени сжатия.

Система обеспечивает повышение мощности и крутящего момента двигателя, снижение расхода топлива и вредных выбросов. Основная заслуга системы изменения степени сжатия в способности работы двигателя на разных марках бензина и даже разных топливах без ухудшения характеристик и детонации.

Создание двигателя с переменной степенью сжатия достаточно сложная техническая задача, в решении которой существует несколько подходов, заключающихся в изменении объема камеры сгорания. В настоящее время имеются опытные образцы таких силовых установок.

Пионером в создании двигателя с переменной степенью сжатия является фирма SAAB , представившая в 2000 году пятицилиндровый двигатель внутреннего сгорания, оборудованный системой Variable Compression . В двигателе использована объединенная головка блока цилиндров с гильзами цилиндров. Объединенный блок с одной стороны закреплен на валу, с другой взаимодействует с кривошипно-шатунным механизмом. КШМ обеспечивает смещение объединенной головки от вертикальной оси на 4°, чем достигается изменение степени сжатия в пределе от 8:1 до 14:1.

Необходимое значение степени сжатия поддерживается системой управления двигателем в зависимости от нагрузки (при максимальной нагрузке – минимальная степень сжатия, при минимальной – максимальная степень сжатия). Несмотря на впечатляющие результаты двигателя по мощности и крутящему моменту, силовая установка не пошла в серию, а работы по ней в настоящее время свернуты.

Более современной разработкой (2010 год) является 4-х цилиндровый двигатель от MCE-5 Development объемом 1,5 л. Помимо системы изменения степени сжатия двигатель оснащен другими прогрессивными системами – непосредственного впрыска и изменения фаз газораспределения .

Конструкция двигателя предусматривает независимое изменение величины хода поршня в каждом цилиндре. Зубчатый сектор, выполняющий роль коромысла, с одной стороны взаимодействует с рабочим поршнем, с другой – с поршнем управления. Коромысло рычагом соединено с коленчатым валом двигателя.

Зубчатый сектор перемещается под действием поршня управления, выполняющего роль гидроцилиндра. Объем над поршнем заполнен маслом, объем которого регулируется клапаном. Перемещение сектора обеспечивает изменение положения верхней мертвой точки поршня, чем достигается изменение объема камеры сгорания. Соответственно изменяется степень сжатия в пределе от 7:1 до 20:1.

Двигатель MCE-5 имеет все шансы попасть в серию в ближайшей перспективе.

Еще дальше в своих исследованиях пошел Lotus Cars , представив двухтактный двигатель Omnivore (дословно – всеядное животное). Как заявлено, двигатель способен работать на любом виде жидкого топлива – бензин, дизельное топливо, этанол, спирт и др.

В верхней части камеры сгорания двигателя выполнена шайба, которая перемещается эксцентриковым механизмом и изменяет объем камеры сгорания. С такой конструкцией достигается рекордная степень сжатия 40:1. Тарельчатые клапаны в газораспределительном механизме двигателя Omnivore не используются.

Дальнейшее развитие системы сдерживает низкая топливная экономичность и экологичность двухтактных двигателей, а также их ограниченное применение на автомобилях.

Второе поколение кроссовера Infiniti QX50 получило кучу новшеств, самым важным из которых стал уникальный мотор - 2,0 литровая «турбочетверка» VC-Turbo 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.

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.

Двигаясь вверх или вниз, нижний рычаг меняет положение поршня относительно камеры сгорания.

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.

И какова выгода?

По словам инженеров, VC-T должен стать на 27% экономичнее текущих атмосферных V6 серии VQ, которые он постепенно заменит. Значит, паспортный расход в комбинированном цикле будет находиться в пределах 7 литров. И все-таки оценить реальный вклад новой технологии в экономичность пока невозможно, слишком уж различаются моторы VC-T и VQ. Объем, наличие наддува, количество цилиндров - все по-разному. Поэтому в реальных преимуществах японской разработки еще предстоит разобраться, но, как и любая революция, она интересна уже сама по себе.

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!

Одной из тех, кто максимально близко подошел к созданию серийного мотора с изменяемой степенью сжатия, была марка Saab. У шведов, правда, относительно друг друга смещались верхняя и нижняя часть блока цилиндров. А в моторе Infiniti/Nissan изменения затронули конструкцию кривошипно-шатунного механизма.

Особенности системы изменения сжатия

Степень сжатия изменяется в зависимости от типа используемого топлива и рабочих режимов двигателя. Подобные изменения учитываются и применяются системой изменения степени сжатия.

В бензиновых ДВС данный показатель ограничивается исключительно той областью, в которой происходит детонация ТВС . При малых нагрузках увеличение сжатия не приводит к процессу детонации, а вот при усиленных нагрузках детонация может достигнуть критической точки.

Двигатель с системой сжатия МСЕ-5

ДВС, оснащенный подобной системой, имеет достаточно сложную конструкцию, которая предполагает изменение характеристики рабочего хода поршней в цилиндрах.

Секатор зубчатый вступает во взаимодействие с рабочим поршнем и поршнем управления. Коромысло соединяется через рычаг с коленвалом.

Секатор движется под воздействием поршня управления. Камера над поршнем начинает заполняться маслом, объем которого строго контролируется специальным клапаном.

При перемещении секатора происходит изменение положении ВМТ поршня, и как следствие - изменение рабочего объема камеры сгорания при значительном интервале сжатия.

В настоящее время двигатель МСЕ-5 еще не пущен в серийное производство, но имеет неплохие перспективы развития в будущем.

Новую концепцию ДВС, оснащенного современной системой сжатия представила компания Lotus Cars. Это уникальный двухтактный двигатель, получивший название Omnivore, который позволяет использовать различные виды топлива - бензин, дизель, спирт, этанол и др.

Верхняя часть камеры оснащена шайбой, перемещение которой приводит к изменению объема камеры. Это позволяет обеспечить наивысшую степень сжатия - 40 к 1.

Несмотря на свою эффективность, подобная система сжатия в настоящее время не позволяет добиться хороших показателей относительно экономичного расхода топлива и экологичности двухтактного двигателя.

Какие воинские звания были в царской армии россии

Ошо Чакровое пение (Звуки чакр, Chakra Sounds Meditation) Мантры для чакр

Медитация на звук в пространстве

Проверьте свой уровень осознанности

Изменение степени сжатия двс. Системы изменения степени сжатия двигателя

На тему:

И какова выгода?

ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ НА САЙТЕ

Особенности системы изменения сжатия

Двигатель с системой сжатия МСЕ-5