Система изменения степени сжатия топливной смеси современного ДВС

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.

Зачем используется ПСС

Опытным автомобилистам наверняка знакомо понятие степени сжатия в двигателе. Но стоит уточнить, что это отношение объёма над рабочим поршнем двигателя, который опускается до своей нижней мёртвой точки, к объёму, когда этот поршень достигает уже верхней мёртвой точки.

Для бензиновых силовых установок стандартный показатель степени сжатия составляет от 8 до 14 единиц, а в случае с дизельными ДВС он увеличен до 18-23. Для каждого двигателя значение степени сжатия выступает как фиксированная величина, которую закладывают ещё на этапе создания и разработки мотора. В зависимости от того, какая степень сжатия характерна для того или иного силового агрегата, к двигателю будут предъявляться соответствующие требования по октановому или цетановому числу используемого топлива для бензиновых и дизельных двигателей соответственно. Дополнительно разработчики учитывают фактор наличия или отсутствия в моторе системы турбонаддува. То есть турбированный движок или просто атмосферный.

Если говорить простым языком, то степень сжатия определяет силу сжимания смеси топливо и воздуха в цилиндрах силового агрегата. И тут важно понимать, что при сильном сжатии топливовоздушная смесь способна лучше воспламеняться и полностью выгорать. Увеличивая этот параметр, коэффициент полезного действия ДВС будет расти, улучшится отдача движка, снизится расход топлива.

Но у такого эффекта есть и обратная сторона. Она связана с возможным эффектом детонации. При нормальных условиях топливовоздушная смесь, сжимающаяся в цилиндрах, при воспламенении должна не взрываться, а именно гореть. Параллельно процесс воспламенения должен начинать и заканчиваться строго в определённые моменты времени.

Топливо обладает особой характеристикой, которая называется детонационной устойчивостью. То есть это способность горючего сопротивляться эффекту детонации. Если степень сжатия чрезмерно повысить, бензин или дизель может сдетонировать, то есть взорваться, что происходит в условиях определённых режимов работы ДВС.

Результатом детонации становятся неконтролируемые процессы, при которых топливо в цилиндрах будет сгорать путём взрывов. Это приводит к ускоренному износу компонентов двигателя, создают ударных волн, существенному увеличению температуры ДВС со всеми вытекающими последствиями. В связи с этим создавать для мотора условия, при которых степень сжатия постоянно будет высокой, нельзя.

Зачем используется ПСС

Единственным объективно эффективным решением сложившейся ситуации становится гибкое изменение параметров в зависимости от конкретного режима работы силовой установки. То есть изменение степени сжатия в тех или иных условиях. Это даёт реальную возможность повысить эффективность мотора, улучшить качество сжигания топливовоздушной смеси, повысить показатели экономичности и добиться лучшей эффективности. А поскольку повышение параметров сжатия происходит кратковременно и только в заданных режимах работы двигателя, никаких разрушительных последствий не наблюдается.

Преимущества моторов с изменяемой степенью сжатия выглядят очевидными. Но на практике создать подобный мотор было крайне сложно. Некоторым автокомпаниям в итоге это удалось. В их числе стоит отметить таких производителей как Infiniti, Peugeot, Saab, Volkswagen и пр.

Пролог

Более 15 лет тому назад шведский концерн SAAB, известный эксперт в области моторных технологий, в очередной раз возмутил спокойствие мировой автомобильной общественности. На мотор-шоу 2000 года в Женеве он продемонстрировал сенсационный результат многолетней работы над проектом SVC (SAAB Variable Compression) – прототип искрового двигателя с механическим нагнетателем и переменной степенью сжатия. Общественность «возмутили» как фантастические мощностные характеристики агрегата, так и его скромный аппетит. Рядная «пятерка» объемом 1,6 л развивала номинальную мощность и максимальный крутящий момент, характерные для 3-литрового двигателя V-6 (225 л.с./5800 мин-1 и 333 Нм/4000 мин-1 соответственно). При испытаниях SVC-мотора в составе автомобиля SAAB 9-5 расход топлива в комбинированном цикле составил всего 8,3 л/100 км.

Возмутитель автомобильной общественности, прототип SVC Возмутитель автомобильной общественности, прототип SVC

Столь великолепная комбинация компактности, тяговых характеристик, расхода топлива и соответственно токсичных выбросов сулила в наступившем XXI веке радужные перспективы и шведскому концерну, и всему мировому автопрому. Недаром SVC-концепт тут же был удостоен нескольких наград от устроителей женевской выставки и ряда автомобильных изданий. В восторженных комментариях многих серьезных автоспециалистов высказывалось мнение, что начало массового производства SVC-двигателей – дело двух-трех лет. Меж тем минуло уже без малого 15, а «саабов» с чудо-моторами нет как нет. Страсти вокруг нашумевшего SVC-проекта улеглись, свежей информации о его дальнейшей судьбе не найти. Горячие головы из числа поклонников SAAB «катят бочки» на руководство GM – мол, те специально заморозили проект, который грозил вбить кол в производство многолитровых «джи-эмовских» «бормотографов» и пустить под откос целую отрасль их американской промышленности. В общем, история любопытная. Можно сказать, детективная. Чтобы в ней объективно разобраться, нужно вначале понять, в чем суть идеи изменения неизменного.

Что такое степень сжатия двигателя

Условно величину сжатия представляют и каксоотношение давлений в устройстве при подаче горючего и взрыве смеси. Конкретноэта степень обусловлена конструкцией автомобильного двигателя, и может бытьвысокой или низкой.

Двигатель

Перед непосредственным процессомвоспламенения горючей смеси, поршни сжимают топливо до определённого объёма.Инженеры способны варьировать этот показатель, рассчитывая его ещё на стадиипроектирования. Узнав количественное соотношение данной величины к объёмукамеры сгорания, можно делать различные выводы.

На бензиновых силовых установкахпоказатель сжатия достигает максимум 12 единиц. Чем выше здесь степень сжатиядвигателя или ССД, тем больше удельная мощностьмотора. Однако при сильном увеличении данного показателя снижается ресурсагрегата, особенно при заправке низкосортным бензином. На дизельных моторах,ввиду их технических отличий, она может варьироваться от 14 до 18 единиц.

В бензиновые двигатели с увеличенной до 12 единиц степенью сжатия нельзя лить ничего, кроме АИ-98 Премиум. Очевидно, что это существенно удорожает расходы на топливо.

Переменная степень сжатия двигателя: как это работает

Двигатель с переменной степенью сжатия: особенности конструкции

Прежде всего,  доступная возможность изменять степень сжатия позволяет в значительной мере увеличить производительность турбомоторов с одновременным уменьшением расхода топлива. В двух словах, в зависимости от режима работы и нагрузок на ДВС топливный заряд сжимается и сгорает в самых оптимальных условиях.

Когда нагрузки на силовой агрегат минимальны, в цилиндры подается экономичная «бедная» смесь (много воздуха и мало топлива). Для такой смеси хорошо подходит высокая степень сжатия. Если же нагрузки на мотор растут (подается «богатая» смесь, в которой больше бензина), тогда закономерно возрастает риск возникновения детонации. Соответственно, чтобы этого не произошло, степень сжатия динамично уменьшается.

В двигателях, где степень сжатия постоянна, своеобразной защитой от детонации является изменение УОЗ (угол опережения зажигания). Данный угол сдвигается «назад». Естественно, такой сдвиг угла приводит к тому, что хотя детонации нет, но при этом теряется и мощность. Что касается мотора с изменяемой степенью сжатия, сдвигать УОЗ нет необходимости, то есть не происходит мощностных потерь.

Что касается самой реализации схемы, фактически задача сводится к тому, что происходит физическое уменьшение рабочего объема двигателя, однако сохраняются все характеристики (мощность, момент и т.д.)

Сразу отметим, над таким решением трудились разные компании. В результате появились разные способы управления степенью сжатия, например, изменяемый объем камеры сгорания, шатуны с возможностью подъема поршней и т.д.

  • Одной из самых ранних разработок стало внедрение дополнительного поршня в камеру сгорания. Указанный поршень имел возможность перемещаться, одновременно изменяя объем. Минусом всей конструкции стала необходимость устанавливать дополнительные детали в БЦ. Также сразу проявились изменения формы камеры сгорания, горючее сгорало неравномерно и неполноценно.

По указанным причинам данный проект так и не был завершен. Такая же участь постигла и разработку, которая имела поршни с возможностью изменения их высоты. Указанные поршни разрезного типа оказались тяжелыми, еще добавились трудности  касательно реализации управления высотой подъема крышки поршня и т.д.

  • Дальнейшие разработки уже не затрагивали поршни и камеру сгорания, максимум внимания был уделен вопросу подъема коленчатого вала. Другими словами, стояла задача реализовать управление высотой подъема коленвала.

Схема устройства такова, что опорные шейки вала расположены в специальных муфтах эксцентрикового типа. Указанные муфты приводятся в движение посредством шестерен, которые связаны с электрическим двигателем.

Проворот эксцентриков позволяет поднять или опустить коленчатый вал, что и приводит к изменению высоты подъема поршней по отношению к ГБЦ. В результате объем камеры сгорания увеличивается или уменьшается, одновременно меняется и степень сжатия.

Отметим, что было построено несколько прототипов на базе 1.8-литрового турбированного агрегата от Volkswagen, степень сжатия менялась от 8 до 16. Двигатель долго испытывали, но серийным агрегат так и не стал.

  • Еще одной попыткой найти решение стал двигатель, в котором степень сжатия менялась посредством подъема всего блока цилиндров. Разработка принадлежит бренду Saab, а сам агрегат чуть даже не попал в серию. Двигатель известен как SVC, объем 1.6 литра, агрегат с 5 цилиндрами, оснащен турбонаддувом.

Мощность составила около 220 л. с., крутящий момент чуть более 300 Нм. Примечательно то, что расход горючего в режиме средних нагрузок снизился почти на треть. Что касается самого топлива, появилась возможность заливать как АИ-76, так и 98-й.

Инженеры Saab разделили блок цилиндров, выделив две условные части. В верхней находились головки и гильзы цилиндров, тогда как в нижней части коленчатый вал. Своеобразным соединением этих частей блока с одной стороны был подвижный шарнир, а с другой  особый механизм, оснащенный электроприводом.

Так была реализована возможность немного поднять верхнюю часть под определенным углом. Такой угол подъема составил всего несколько градусов, при этом степень сжатия менялась от 8 до 14. При этом герметизировать «стык» должен был кожух из резины.

На практике сами детали для подъема верхней части блока, а также и сам защитный кожух оказались весьма слабыми элементами. Возможно, именно это помешало мотору попасть в серию и проект дальше закрыли.

  • Очередную разработку далее предложили инженеры из Франции. Турбомотор с рабочим объемом 1.5 литра получил возможность менять степень сжатия от 7 до 18 и выдавал мощность около 225 л.с. Моментная характеристика зафиксирована на отметке 420 Нм.

Конструктивно агрегат сложный, с разделенным шатуном. В той области, где шатун крепится к коленвалу, деталь оснастили особым зубчатым коромыслом. В месте соединения шатуна с поршнем также была внедрена планка-рейка зубчатого типа.

С другой стороной к коромыслу была прикреплена рейка поршня, который реализовывал управление. Система приводилась от системы смазки, рабочая жидкость проходила через сложную систему каналов, клапанов, а также имелся дополнительный электропривод.

Двигатель с переменной степенью сжатия: особенности конструкции

Рекомендуем также прочитать статью о том, как форсировать двигатель. Из этой статьи вы узнаете о существующих доступных способах форсирования двигателя внутреннего сгорания для получения большей мощности, лучшего отклика на педаль газа, увеличения крутящего момента и т.д.

В двух словах, перемещение управляющего поршня оказывало воздействие на коромысло. В результате менялась и высота подъема основного поршня в цилиндре. Отметим, что двигатель также не стал серийным, а проект был заморожен.

  • Следующей попыткой создать двигатель с изменяемой степенью сжатия стало решение инженеров Infiniti, а именно двигатель VCT (от англ. Variable Compression Turbocharged). В этом моторе стало возможным менять степень сжатия от 8 до 14. Особенностью конструкции является уникальный траверсный механизм.

В основе лежит соединение шатуна с нижней шейкой, которое является подвижным. Также использована система рычагов, которые приводятся в действие от электродвигателя.

Управляет процессом контроллер, посылая сигналы на электродвигатель. Электромотор после получения команды от блока управления смещает тягу, а система рычагов реализует смену положения, что и позволяет менять высоту подъема поршня.

В результате агрегат Infiniti VCT с рабочим объемом 2.0 литра с мощностью около 265 л.с. позволил экономить почти 30%  горючего сравнительно с аналогичными ДВС, которые при этом имеют постоянную степень сжатия.

Если производителю удастся эффективно решить имеющиеся на данный момент проблемы (сложность конструкции, повышенные вибрации, надежность, высокая конечная стоимость производства агрегата и т.д.), тогда оптимистичные заявления представителей компании вполне могут воплотиться в реальность, а сам двигатель имеет все шансы стать серийным уже в 2018-2019 году.

Влияние коэффициента сжатия на характеристики мотора

Чем выше степень сжатия, тем больше компрессия ДВС и его мощность (при прочих равных условиях). Повышая степень сжатия, мы также способствуем увеличению КПД двигателя за счет снижения удельного расхода топлива. Степень сжатия ДВС, определяет октановое число используемого для работы мотора бензина. Так, низкооктановое топливо станет причиной детонации мотора с большим значением этого коэффициента. Чрезмерно высокое октановое число топлива не позволит силовому агрегату, компрессия которого невысока, развивать полную мощность.

Исходные данные

Октановое число топлива, используемого для бензиновых двигателей с различной степенью сжатия.

  • 7,0–7,5 октановое число 72–76.
  • 7,5–8,5 октановое число 76–85.
  • 5,5–7 октановое число 66–72.
  • 10:1 октановое число 92.
  • От 10,5 до 12,5 октановое число 95.
  • От 12 до 14,5 октановое число 98.

Выравнивание плоскости сопряжения головки с блоком срезанием слоя металла приводит к уменьшению камеры сгорания мотора. От этого показатель сжатия увеличивается в среднем на 0,1 при уменьшении толщины головки на 0,25 мм. Имея в своем распоряжении эти данные, можно определить, не превысит ли он после ремонта головки блока допустимые пределы. И не следует ли принять меры для его снижения. Опыт показывает, что при удалении слоя менее 0,3 мм последствия можно не компенсировать.

Два «дауна»

Не секрет, что появлением многих современных технологий в моторостроении мы обязаны борьбе за сокращение потребления топлива и уменьшения выбросов в атмосферу углекислого газа и прочих продуктов сгорания углеводородных топлив. Несмотря на достигнутые успехи, борьба отнюдь не закончена. Впереди двигателистов ожидают новые вызовы, об­условленные еще более жесткими экологическими нормами и возрастающими требованиями к ездовым характеристикам автомобилей. Ответом на новые вызовы становятся новые стратегии развития автомобильных двигателей. Большинство специалистов в области моторостроения сходятся во мнении, что в ближайшей перспективе особенно актуальными будут две взаимосвязанные стратегии: downsizing и downspeeding. Название первой в русской транскрипции произносится «даунсайзинг» и означает «снижение размеров», наименование второй, звучащее как «даунспидинг», означает «снижение частоты вращения». Уделим внимание обоим «даунам», поскольку они непосредственно касаются темы разговора.

«Даунсайзинг» подразумевает движение в двух направлениях: повышение мощности и крутящего момента двигателя без увеличения его рабочего объема или сокращение литража при неизменных выходных характеристиках. В обоих случаях увеличиваются удельные показатели двигателя, в частности литровая мощность, что служит достижению главной цели – уменьшению расхода топлива. Другими словами, речь идет о разработке компактных и одновременно мощных моторов. Такие агрегаты эффективнее используют топливо (особенно при частичных нагрузках) благодаря меньшим потерям на газообмен и трение, а также меньшим утечкам тепла от рабочего тела в стенки камеры сгорания.

Еще больше уменьшить насосные потери и потери на трение можно, если у компактного мотора прибавка в мощности будет достигаться не за счет повышения частоты вращения коленчатого вала, а вследствие прироста крутящего момента во всем диапазоне оборотов. Этого можно достичь путем увеличения коэффициента наполнения и среднего эффективного давления в цилиндре (см. шпаргалку 2). Таким образом, стратегия «снижения размеров» становится еще более выигрышной, если ее дополнить «даунспидингом».

Нужно отметить, что идея повышения удельных характеристик двигателей ненова. На протяжении всей истории развития автомобильные двигатели постоянно совершенствовались, становились компактнее и мощнее. Другое дело, что сейчас эта тенденция стала приоритетной и появились технологические возможности, позволяющие получить на этом направлении качественный скачок. Стратегии снижения размеров и частоты вращения актуальны как для бензиновых, так и дизельных двигателей, но у искровых моторов потенциал развития в этих направлениях существенно выше. Для достижения намеченных целей в двигателе с искровым зажиганием планируется использовать несколько уже апробированных технологий:

  • полностью регулируемый газораспределительный механизм с четырьмя клапанами на цилиндр (VVA);
  • непосредственный впрыск топлива (GDI);
  • принудительный наддув воздуха (CH).

Но ключом к успеху в деле создания компактного, мощного и экономичного бензинового двигателя является технология изменяемой степени сжатия (Variable Compression Ratio, или VCR). Ведь для получения ощутимого прироста литровой мощности потребуется наддув высокого давления. При этом многократно возрастет опасность возникновения детонации на нагрузочных режимах. Чтобы ее избежать, обычно форсированные двигатели с фиксированной степенью сжатия «разжимают» – уменьшают величину ε на несколько единиц (вплоть до 7–8), и она еще более отдаляется от оптимума. Расплатой за это становится неустойчивая работа и прожорливость «разжатого» двигателя на режимах холостого хода и частичных нагрузок. Технология VCR позволит высокофорсированному двигателю работать предельно эффективно на любых режимах. Для этого нужно лишь научиться плавно регулировать ε в диапазоне от 14 до 7. Полный контроль над детонацией в условиях наддува высокого давления даст возможность уменьшить литраж двигателей до 50%, сохранив их мощностные характеристики.

Благодаря гибкому регулированию степени сжатия можно будет воздействовать на параметры физических процессов в двигателе, влияющие на потребление топлива и эмиссию токсичных компонентов:

  • давление и температуру в конце такта сжатия;
  • максимальное давление и температуру сгорания;
  • степень расширения и индикаторный КПД;
  • объем камеры сгорания;
  • температуру отработавших газов.

Вместе с экстремальным «даунсайзингом» это открывает колоссальные возможности экономии энергоресурсов и уменьшения выбросов в атмосферу углекислого газа. Так, по сведениям из разных источников, компактные VCR-двигатели с наддувом будут потреблять топлива на 20–40% меньше в сравнении с традиционными атмосферными моторами эквивалентной мощности. К примеру, экономия топлива двигателя SVC составила около 30%. На такую же величину сократятся и выбросы «парникового газа».

Технология регулируемой степени сжатия позволит использовать различные сценарии управления двигателем, способствующие снижению в выхлопе концентрации токсичных веществ. Например, при пуске холодного двигателя можно будет намеренно уменьшить индикаторный КПД. Вызванное этим повышение температуры отработавших газов ускорит прогрев катализатора и одновременно сократит эмиссию окислов азота. На режиме максимальной мощности VCR-технология позволит уменьшить тепловые нагрузки в камере сгорания и выпускной системе, не прибегая к обычно применяющемуся способу охлаждения – обогащению смеси и связанному с ним повышенному выбросу СО и НС. Такого рода меры позволят обеспечить возрастающие экологические требования к двигателям без усложнения и удорожания систем очистки отработавших газов. По мнению специалистов, благодаря технологии изменяемой степени сжатия искровые моторы смогут нокаутировать дизели и вернуть утраченное лидерство по экономичности и экологии.

Возможность изменения неизменного греет душу тем, кто ратует за использование альтернативных видов топлива. Регулируемая в широких пределах степень сжатия значительно упрощает задачу создания многотопливного двигателя, способного одинаково эффективно работать на бензине, природном газе или спиртобензиновой смеси Е-85, особенно популярной в Швеции и США. Наконец, VCR-технология открывает дорогу для внедрения новых и совершенствования существующих перспективных технологий двигателестроения: использования адаптивного цикла Аткинсона, формирования расслоенных зарядов топливовоздушной смеси, сжигания сверхбедных смесей и ряда других.

Полный перечень потенциальных преимуществ ДВС с регулируемой степенью сжатия этим не исчерпывается, но и упомянутого достаточно, чтобы понять, чем обусловлен интерес большинства автопроизводителей к разработкам в этом направлении.

Два типа впрыска инжектора двигателя VC-Turbo

Двигатель в разрезе: прямой и многоточечный впрыск топлива работают как вместе, так и отдельно в разных режимах двигателя vc-turboДвигатель в разрезе: прямой и многоточечный впрыск топлива работают как вместе, так и отдельно в разных режимах двигателя vc-turbo

Двигатель VC-Turbo использует как многоточечный впрыск, так и прямой впрыск бензина, чтобы сбалансировать эффективность и мощность в любых условиях. Прямой впрыск повышает эффективность и производительность сгорания и позволяет двигателю избежать детонации при высоких степенях сжатия. Использование такой комбинированной схемы впрыска позволяет уменьшить углеродистые отложения на впускном клапане, которые стали большой проблемой для большинства двигателей с непосредственным впрыском.

Многоточечная система впрыска работает самостоятельно при низких нагрузках двигателя, обеспечивая эффективное и полное сгорание в камере. Двигатель переключается между обоими системами впрыска при обычных оборотах двигателя, причем оба набора форсунок могут работать совместно при высоких нагрузках.

Расчет коэффициента сжатия

Ввиду того, что желательно увеличиватьстепень сжатия до определённого значения, необходимо уметь рассчитывать этотпоказатель. К тому же это даст возможность избежать детонационных моментов,разрушающих силовой агрегат изнутри в процессе форсирования.

Таким образом, необходимость в измеренииэтого показателя требуется в таких случаях, как:

  • форсировка мотора;
  • подгонка под топливо с другим АИ или для метанового топлива с октановым числом 120;
  • послеремонтная корректировка.

44% отвоёвано у трения в цилиндрах VC-Turbo engine

Кроме того, по словам инженеров Nissan (сами мы не проверяли), используя особое покрытие, удалось снизить трение на зеркале цилиндра на целых 44%. Покрытие наносится на стенки цилиндров плазменной струей, затем затвердевает и оттачивается для создания ультрагладкой поверхности цилиндра. 

Турбированные моторы

На турбомоторах расчёт коэффициента сжатияотличается. Это объясняется наличием наддува воздуха. Поэтому в этом случаевеличину, полученную в ходе вычислений, умножают на показательтурбокомпрессора.

Кроме того, при вычислении степени сжатиятурбированных моторов учитывается не только давление наддува, но и показательэффективного сжатия, климатические изменения и многое другое. В данном случаепроцесс значительно усложняется по сравнению с измерениями на атмосферномдвигателе.

Масляный насос

Подачу масла в двигатель обеспечивает двухступенчатый масляный насос с переменной производительностью. Масляный насос VC-Turbo повышает давление масла при повышении скорости вращения двигателя и при снижении степени сжатия.

Таким образом в новом моторе с переменной степенью сжатия регулируется не только компрессия, но и давление моторного масла, и впрыск – хотите непосредственный, хотите распределённый.

Цикл Миллера-Аткинсона

Большую известность цикл Миллера-Аткинсона получил благодаря рекламным брошюрам компании Mazda. Маркетологи гордо заявляют, что инженерам удалось поднять степень сжатия двигателей модели Skyactive до 14 единиц. На самом деле речь идет о геометрической степени сжатия, а не о фактической.

Трюк заключается в том, что во время поднятия поршня на такте сжатия выпускные клапаны еще долгое время открытые, из-за чего часть свежего воздушного заряда выталкивается в выхлопной тракт. Поэтому фактическая степень близка к стандартным для бензиновых моторов 12 единицам. Увеличение термического КПД при этом достигается за счет более эффективного использования энергии расширяющихся газов на такте рабочего хода. За счет большего хода (увеличен диаметр кривошипа) газы дольше давят на поршень. Поэтому при сгорании одной и той же доли топлива, в сравнении с обычным циклом Отто, на коленчатый вал передается больший крутящий момент. Технология позволяет в режимах малых и средних нагрузок значительно уменьшить расход топлива и количество вредных выбросов.

Подведем итоги

С учетом приведенной выше информации становится понятно, что двигатели с переменной степенью сжатия способны обеспечить значительное снижение расхода топлива на бензиновых моторах с турбонаддувом.

Что такое турбонаддув

Рекомендуем также прочитать статью о том,

что такое турбонаддув двигателя

. Из этой статьи вы узнаете об особенностях конструкции турбины, принципах действия системы, а также о преимуществах и недостатках данного решения.

На фоне глобального топливного кризиса, а также постоянного ужесточения экологических норм эти моторы позволяют не только эффективно сжигать горючее, но и не ограничивать при этом мощность двигателя.

Другими словами, подобный ДВС вполне способен предложить все преимущества мощного бензинового высокооборотистого турбодвигателя. При этом по расходу топлива подобный агрегат может вплотную приблизиться к турбодизельным аналогам, которые сегодня популярны, в первую очередь, благодаря своей экономичности.

Математический расчет

Степень сжатия двигателя внутреннего сгорания равняется объему камеры сгорания к рабочему объему цилиндра и рассчитывается по формуле (V + C)/C = CR, где

  • V — объем цилиндра, когда поршень находится в нижней мертвой точке (НМТ). Для расчета необходимо сумму объемов всех цилиндров (указывается в технической характеристике ДВС) разделить на количество котлов;
  • С — объем камеры сгорания, когда поршень в верхней мертвой точке (ВМТ). Включает в себя объем полости ГБЦ, прокладки ГБЦ и выемок в цилиндре. Если поршень имеет выпуклость, ее объем отнимается от общего объема камеры сгорания.

Вычислить степень сжатия математически довольно непросто из-за сложной геометрической формы камеры сгорания. Поэтому на практике применяются 2 основные методы вычисления.

Видео:Как измерить степень сжатия правильно.

Lotus Omnivore Concept Engine

Еще есть одна разработка от Lotus Cars, это двухтактный двигатель Omnivore (всеядный). Назвали его так, потому что разработчики заявляют, что он тоже может работать на любом топливе.

Lotus Omnivore Concept Engine

Конструктивно он представляется так. Вверху цилиндра расположена шайба, управляемая эксцентриковым механизмом. Чем примечательна эта конструкция, она позволяет достигать СЖ до 40:1. Клапанов в этом двигателе нет, потому как двухтактный.

Минус такого двигателя в том, что он весьма прожорлив и не экологичен. На автомобилях двухтактные двигатели в наше время почти не устанавливаются.

//www.youtube.com/watch?v=fIG9pWldO8U

На этом пока тема систем с изменяющейся степенью сжатия закрывается. Ждем новых изобретений.

До скорой встречи на страницах блога. Подписывайтесь!

Дефорсирование ДВС: для чего нужно и как осуществить

Иногда бывает необходимо уменьшить показатель сжатия. В этом случае устанавливается дополнительная металлическая прокладка ГБЦ. Можно использовать две прокладки вместо одной, тем самым утолщая промежуток — объём камеры растёт за счёт высоты головки блока. Более сложный способ подразумевает укорочение поршня — удаление верхнего слоя на токарном станке.

Дефорсирование двигателя, как правило, процедуравынужденная. В том числе это делается для снижения налоговых выплат или в целяхувеличения ресурса агрегата. Как известно, моторы с низкой степенью сжатия дольшеработают, меньше подвержены износу. Однако любой такой процесс усложняетсязаконом, чтобы недобросовестные владельцы искусственно не занижали техническиеданные.

Дефорсифицированный двигатель

Что касается снижения показателя сжатия натурбированных моторах, то здесь потребуется модернизация системы электрики сдатчиками, всей поршневой группы и форсунок, если это дизельный агрегат.

В отдельных случаях дефорсированию предпочитают свап, когда менее мощный контрактный мотор устанавливают вместо штатного.

Можно ли рассчитать степень, измерив компрессию?

схема сжатия топлива
Компрессия напрямую зависит не только от понятия степени сжатия двигателя, но и от природы сжимаемого газа и условий в камере сгорания. На практике зависимость этих параметров выливается в формулу Р = Ро*Ɛƴ, где

  • Ро – начальное давление в цилиндре, принимаемое за 1;
  • Ƴ – адиабатический показатель для воздуха. В двигателе внутреннего сгорания при сжатии часть тепла отдается стенкам цилиндра, камеры сгорания; происходит утечка части газа через неплотности, а воздух перемешан с частичками топлива, поэтому процесс считается недиабетическим. Показатель политропы при этом равняется не эталонным 1.4, а приближенным к фактическим 1.2.

Все это значит, что, измерив компрессию, мы можем вычислить показатель степени сжатия двигателя. К примеру, при компрессии 15,8 степень сжатия будет близка к 10 единицам. Чтобы уменьшить погрешность, нужно соблюсти все правила измерения компрессии:

  1. Свечи должны быть выкручены.
  2. Дроссель открыт на 100%.
  3. Отключена подача топлива.
  4. АКБ должна быть полностью заряжена. При этом емкости должно хватать на измерения компрессии во всех котлах.
  5. Стартер должен быть исправен, а на проводах его питания отсутствует значительное падение напряжение из-за окислов.

Как автосервису готовиться к встрече с новой технологией переменной компрессии мотора?

  1. Изучение новых электрических схем и методов диагностики: Приведение в действие системы переменного сжатия осуществляется электродвигателем. Возможно, управление этим двигателем выполняется очень специфическим сигналом. Кроме того, появились дополнительные датчики положения. Потребуются новые компетентные данные для правильной диагностики системы. Новое программное обеспечение для диагностических приборов. Закупать в наличие на склад детали для этого мотора нет смысла в связи с их высокой стоимостью, и отсутствием статистики по неисправностям. Поэтому самым востребованным будет навык качественной диагностики моторов vc-turbo и его агрегатов.
  2. Новые параметры и значения при анализе выхлопных газов: Как думаете – технология мотора с вариативной компрессией- это автономная система? Как происходит управление мотором? На основе каких данных ЭБУ определяет эффективность  работы двигателя? Да, электрика выхлопной системы была также изменена. Схема работы и выходные значения лямбда-зондов отличаются от привычных. Но ведь и двигатель необычный. Он использует несколько датчиков для определения эффективности коррекции степени сжатия, топливо-воздушной смеси и зажигания для оптимальной производительности двигателя.
    Таким образом необходимо запастись электрическими схемами и научиться интерпретировать считываемые данные при диагностике. Такая подготовка к эре новых моторов будет иметь решающее значение при ремонте одного из них.
  3. За Nissan последуют другие производители. Сжатие с переменными параметрами – это Святой Грааль для инженеров, давно стремящихся создавать мощные и эффективные двигатели. Saab пытался разработать двигатель с шарнирной головкой в начале 2000-х годов, и многие другие автопроизводители разрабатывают аналогичные системы, которые скоро начнут выпускаться. Знания, полученные на примере ремонта Nissan, в будущем можно будет применять на других транспортных средствах.

По мере появления опыта эксплуатации и ремонта, а также более подробной и интересной технической информации будем с радостью делиться с вами. Подписывайтесь, сохраняйте в закладки, комментируйте.

Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Загрузка ...