IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

В бензиновых двигателях степень сжатия ограничивается областью детонационного сгорания. Эти ограничения имеют особое значение для работы двигателя на полных нагрузках, в то время как на частичных нагрузках высокая степень сжатия не вызывает опасности детонации. Для увеличения мощности двигателя и повышения экономичности необходимо снижать степень сжатия, но если степень сжатия будет малой для всех диапазонов работы двигателя, это приведет к снижению мощности и увеличению расхода топлива на частичных нагрузках. При этом значения степени сжатия выбираются намного ниже тех величин, при которых достигаются наиболее экономичные показатели работы двигателей. Заведомо ухудшая экономичность двигателей, это особенно сильно проявляется при работе на частичных нагрузках. Снижение наполнения цилиндров горючей смесью, увеличение относительного количества остаточных газов, уменьшение температуры деталей. создают возможности для повышения степени сжатия при частичных нагрузках с целью повышения экономичности двигателя и увеличения его мощности. Чтобы решить эту задачу, разрабатываются варианты двигателей с изменяющейся степенью сжатия.

В 2000 году в Женеве был представлен экспериментальный бензиновый двигатель фирмы SAAB с изменяемой степенью сжатия. Его уникальные особенности позволяют достигать мощности в 225 л.с. при рабочем объеме в 1,6 л. и сохранять расход топлива сравнимого с вдвое меньшим двигателем. Возможность бесшагового изменения рабочего объема позволяет двигателю работать на бензине, дизельном топливе или на спирте [1].

Цилиндры двигателя и головка блока выполнены как моноблок, единым блоком, а не раздельно как у обычных двигателей. Отдельный блок представляет собой также блок-картер и шатунно-поршневая группа. Моноблок может перемещаться в блок-картере. Левая сторона моноблока при этом опирается на расположенную в блоке ось , служащую шарниром, правая сторона может приподниматься или опускаться при помощи шатуна управляемого эксцентриковым валом . Для герметизации моноблока и блок-картера предусмотрен гофрированный резиновый чехол [2].

Степень сжатия изменяется при наклоне моноблока относительно блок-картера посредством гидропривода при неизменном ходе поршня. Отклонение моноблока от вертикали приводит к увеличению объема камеры сгорания, что вызывает снижение степени сжатия [1,2].

При уменьшении угла наклона степень сжатия повышается. Максимальная величина отклонения моноблока от вертикальной оси – 4%.

На минимальной частоте вращения коленчатого вал и сбросе подачи топлива, а также при малых нагрузках, моноблок занимает самое нижнее положение, в котором объем камеры сгорания минимален (степень сжатия – 14). Система наддува отключается, и воздух поступает в двигатель напрямую.

Под нагрузкой, за счет поворота эксцентрикового вала, шатун отклоняет моноблок в сторону, и объем камеры сгорания увеличивается (степень сжатия – 8). При этом сцепление подключает нагнетатель, и воздух начинает поступать в двигатель под избыточным давлением.

Рис.2 Изменение подачи воздуха в двигатель SAAB при различных режимах:1 – дроссельная заслонка; 2 – перепускной клапан; 3 – сцепление; а – на малой частоте вращения коленчатого вала; б – на нагрузочных режимах

Оптимальная степень сжатия рассчитывается блоком управления электронной системы с учетом частоты вращения коленчатого вала, степени нагрузки, вида топлива и др. параметров.

В связи с необходимостью быстрого реагирования на изменение степени сжатия в данном двигателе пришлось отказаться от турбокомпрессора в пользу механического наддува с промежуточным охлаждением воздуха с максимальным давлением наддува 2,8 кгс/см2 [2].

Расход топлива для разработанного двигателя на 30% меньше, чем у обычного двигателя такого же объема, а показатели по токсичности отработавших газов соответствуют действующим нормам.

На будущем кроссовере Infiniti представит первый серийный двигатель с изменяемой степенью сжатия.

Новый двухлитровый турбомотор получил коленчатый вал, на который надето коромысло. Слева к нему крепится шатун, справа — рычаг, управляемый электромотором. Движение рычага меняет положение шатуна относительно коленчатого вала и физически изменяет степень сжатия — от 8:1 (для высокой производительности) до 14:1 (для высокой эффективности).

Новый мотор на 27 процентов эффективней 3,5-литрового бензинового V6. Также, в производстве он будет дешевле, чем турбо-дизеля{3}.

Двигатель сможет работать максимально эффективно во всем диапазоне оборотов и нагрузок, всегда находясь на грани детонации и при идеальном угле опережения зажигания

Библиографический список

1. Системы изменения степени сжатия // http://ustroistvo-avtomobilya.ru URL: http://ustroistvo-avtomobilya.ru/dvigatel/sistemy-izmeneniya-stepeni-szhatiya-dvigatelya/ (дата обращения: 26.08 2016).

2. Двигатель Saab с изменяемой степенью сжатия // http://kovsh.com URL: http://kovsh.com/library/news/autocompanies_news/dvigat_saa_s_izmeniae_stepen (дата обращения: 26.08 2016).

3. Первый серийный двигатель с изменяемой степенью сжатия // http://quto.ru URL: http://quto.ru/journal/events/69079/ (дата обращения: 26.08 2016).

4. В.П.Алексеев, В.Ф.Воронин, Л.В.Греков и другие Двигатели внутреннего сгорания. М.: Машиностроение, 1990. 284 с.

Код для цитирования: Скопировать