Переменная степень сжатия

Переменная степень сжатия (VCR) — это технология регулировки степени сжатия двигателя внутреннего сгорания во время работы двигателя. Это сделано для повышения эффективности использования топлива при различных нагрузках. объем над поршнем в верхней мертвой точке Двигатели с переменной степенью сжатия позволяют изменять . Более высокие нагрузки требуют более низких передаточных чисел для увеличения мощности, тогда как более низкие нагрузки требуют более высоких передаточных чисел для повышения эффективности, то есть для снижения расхода топлива. При использовании в автомобилях это необходимо делать, когда двигатель работает в зависимости от нагрузки и требований вождения. 2019 года Infiniti QX50 — первый коммерчески доступный автомобиль, в котором используется двигатель с переменной степенью сжатия.

Преимущества

Бензиновые двигатели имеют ограничение на максимальное давление во время такта сжатия, после которого топливно-воздушная смесь не сгорает, а детонирует. Для достижения более высокой выходной мощности при той же скорости необходимо сжечь больше топлива и, следовательно, необходимо больше воздуха. Для этого используются турбокомпрессоры или нагнетатели, повышающие давление на впуске. Это могло бы привести к детонации топливно-воздушной смеси, если бы степень сжатия не была уменьшена, т.е. объем над поршнем не увеличился. Это можно сделать в большей или меньшей степени, при этом возможно значительное увеличение мощности. Обратной стороной этого является то, что при небольшой нагрузке двигателю может не хватать мощности и крутящего момента. Решение состоит в том, чтобы иметь возможность изменять давление на входе и регулировать степень сжатия в соответствии с требованиями. Это дает лучшее из обоих миров: небольшой эффективный двигатель, способный при необходимости развивать большую мощность. Кроме того, VCR позволяет бесплатно использовать другие виды топлива, помимо бензина, например, сжиженный нефтяной газ или этанол .

Объем цилиндра изменяется с помощью гидравлической системы, соединенной с коленчатым валом , и регулируется в соответствии с требуемой нагрузкой и ускорением.

Производство

Двигатели с переменной степенью сжатия существуют уже несколько десятилетий, но только в лабораториях для изучения процессов сгорания. Эти конструкции обычно имеют второй регулируемый поршень, установленный в головке напротив рабочего поршня.

В 2018 году Infiniti начала производство турбодвигателя с регулируемой степенью сжатия, в котором используется механическая связь для достижения вариативности . Он был установлен на их внедорожнике QX50. Двигатель может производить любую степень сжатия от 8:1 до 14:1. Самый высокий крутящий момент достигается при соотношении 8:1, обеспечивая высокое ускорение, а лучший расход бензина (экономия топлива) достигается при соотношении 14:1. Электронный контроллер двигателя реагирует на нажатие педали газа в режиме реального времени, плавно изменяя степень сжатия. Хотя этот двигатель имеет объем 2,0 л и является рядным четырехцилиндровым двигателем, в нем не используются уравновешивающие валы для устранения вторичных вибраций . Он по своей сути уравновешивается механической связью.

Двухтактные двигатели

Благодаря сравнительной простоте конструкции ГБЦ (отсутствию впускных клапанов) ее несколько проще реализовать в двухтактных двигателях . С конца 90-х годов стали доступны модели, развивающие эту идею, например, от Yamaha . ^[1] которые динамически изменяют размер камеры сгорания . В последнее время (в 2000-х годах) интерес к этой технологии возобновился, поскольку она позволяет сжигать широкий спектр видов топлива (например, включая спирты), например, Lotus Omnivore. ^[2]^[3]

Гораздо раньше коммерческий двухтактный двигатель, но очень маленький (18 куб.см) и недостаточно мощный, чтобы добиться большого успеха, был двигателем Lohmann, произведенным в начале 1950-х годов в качестве модифицированного двигателя для велосипедов [4] . Этот двигатель имел цельную головку блока цилиндров и гильзу, расстояние от которой до коленчатого вала регулировалось домкратным винтом, приводимым в действие тросами от поворотной рукоятки на руле. Регулировка сжатия была важна для работы этого двигателя, поскольку он использовал воспламенение от сжатия топливной смеси, которая вводилась до такта сжатия и, следовательно, воспламенялась всякий раз, когда сжатие доводило ее до достаточной температуры. Это означало, что необходимое сжатие будет зависеть от температуры воздуха, температуры двигателя и типа топлива: при слишком большом сжатии двигатель будет преждевременно воспламеняться, а при слишком малом - вообще не загорится. Таким образом, оператору приходилось постоянно регулировать сжатие по мере изменения условий эксплуатации. Двигатель Lohmann производился всего около пяти лет, потому что контроль сжатия (одновременно с подачей топлива) требовал значительной практики и потому, что даже при оптимальной регулировке он давал не больше мощности, чем мог обеспечить без посторонней помощи водитель средней физической подготовки.

Конструкции двигателей

Первый двигатель видеомагнитофона, построенный и испытанный Гарри Рикардо в 1920-х годах. Эта работа привела к тому, что он разработал систему октановых чисел , которая используется до сих пор. Многие компании проводят собственные исследования в области двигателей видеомагнитофонов, в том числе Saab , Nissan , Volvo , PSA/ Peugeot - Citroën и Renault . ^[4] Infiniti QX50 2019 года доступен с серийной версией двигателя с турбонаддувом и переменной степенью сжатия. ^[5]

Пежо МСЕ-5

Конструкция Peugeot работает за счет изменения эффективной длины шатунов, соединяющих поршень с кривошипом. Чем короче шатун, тем ниже степень сжатия и наоборот. В левой части диаграммы изображен обычный поршень двигателя внутреннего сгорания. Справа расположен гидроцилиндр с поршнем двойного действия. Это действует через систему шатун-кривошип с зубчатым колесом, движение которого регулирует эффективную длину шатуна и, следовательно, степень сжатия в левом цилиндре. ^[6]

Получить SVC

Компания SAAB Automobile возродила интерес к переменному сжатию, когда представила миру свой двигатель SVC на Женевском автосалоне в 2000 году. Компания SAAB участвовала в работе с «Управлением передовых автомобильных технологий» над созданием современного бензинового двигателя VCR, который показал эффективность сравнима с дизелем . SAAB SVC был передовым и работоспособным дополнением к миру двигателей для видеомагнитофонов, но так и не был запущен в производство из-за банкротства компании в 2016 году.

Конструкция, реализация двигателя видеомагнитофона Ларсена, ^[7] Состоял из моноблочной головки, в которой находился весь клапанный механизм, и узла коленчатый вал/картер. Эти части были соединены шарниром, который позволял перемещаться на 4 градуса, управляемых гидравлическим приводом. Этот механизм позволяет изменять расстояние между осевой линией коленчатого вала и головкой цилиндра. В отличие от конструкции Peugeot эффективная длина шатуна фиксирована.Вместо турбокомпрессора был выбран нагнетатель для достижения необходимого времени срабатывания и высокого давления наддува.

Чтобы изменить Vc _, SVC «опускает» головку блока цилиндров ближе к коленчатому валу . Это достигается путем замены типичного однокомпонентного блока двигателя блоком, состоящим из двух частей, с коленчатым валом в нижнем блоке и цилиндрами в верхней части. Два блока скреплены вместе с одной стороны (представьте себе книгу, лежащую на столе, передняя обложка которой находится примерно на дюйм выше титульного листа). Поворачивая верхний блок вокруг шарнирной точки, можно изменить V _c (представьте себе воздух между передней обложкой книги и титульным листом). На практике SVC регулирует верхний блок в небольшом диапазоне движений с помощью гидравлического привода.

См. также

Ссылки

^ «Экологически чистый двигатель Yamaha SD (супердизель) » . Архивировано из оригинала 20 мая 2009 г. Проверено 30 апреля 2009 г.
^ Конгресс зеленых автомобилей: Lotus, QUB и Jaguar разработают двухтактный исследовательский двигатель OMNIVORE с переменной степенью сжатия [1]
^ Двигатель Lotus Engineering Omnivore с переменной степенью сжатия дебютирует в Женеве [2]
^ Двигатели с переменной степенью сжатия
^ «Взгляд изнутри на двигатель Infiniti VC-Turbo» . 21 ноября 2017 г.
^ Motortrend.com , 25 февраля 2009 г. [3] .
^ Патент США 5025757 , Грегори Дж. Ларсен, «Поршневой двигатель с изменяемой степенью сжатия», выдан 25 июня 1991 г.

[1] «Экологически чистый двигатель Yamaha SD (супердизель) » . Архивировано из оригинала 20 мая 2009 г. Проверено 30 апреля 2009 г.

[2] Конгресс зеленых автомобилей: Lotus, QUB и Jaguar разработают двухтактный исследовательский двигатель OMNIVORE с переменной степенью сжатия [1]

[3] Двигатель Lotus Engineering Omnivore с переменной степенью сжатия дебютирует в Женеве [2]

[4] Двигатели с переменной степенью сжатия

[5] «Взгляд изнутри на двигатель Infiniti VC-Turbo» . 21 ноября 2017 г.

[6] Motortrend.com , 25 февраля 2009 г. [3] .

[7] Патент США 5025757 , Грегори Дж. Ларсен, «Поршневой двигатель с изменяемой степенью сжатия», выдан 25 июня 1991 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]