0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Система изменения степени сжатия

Система изменения степени сжатия

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.

Схема двигателя с переменной степенью сжатия MCE-5
Схема двигателя с переменной степенью сжатия MCE-5

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.

1: соединительный рычаг
2: шестерня синхронизации
3: стойка поршня
4: рабочий поршень
5: выпускной клапан
6: головка блока цилиндров
7: впускной клапан
8: поршень управления
9: блок цилиндров
10: стойка поршня управления
11: зубчатый сектор
12: коленчатый вал

Все про компрессию и степень сжатия дизельного двигателя

Все про компрессию и степень сжатия дизельного двигателя

Интересное

Двигатель любого транспортного средства, в том числе и дизельный, представляет собой довольно сложное устройство, состоящее из механизмов и систем.

Взаимодействие этих систем и механизмов между собой позволяет преобразовывать энергию, генерируемую при сгорании топливовоздушной смеси, во вращательное движение кривошипно-шатунного механизма с дальнейшей передачей вращения на коробку передач.

Основная работа по преобразованию энергии происходит внутри цилиндро-поршневой группы, то есть в цилиндрах.

Преобразование энергии зависит от многих факторов, включая компрессию двигателя. Эти критерии особенно важны в случае дизельных двигателей, поскольку воспламенение горючей смеси в цилиндрах этих двигателей происходит в результате ее нагрева за счет сжатия.

Понятие степени сжатия

Эти термины часто путают или объединяют в один термин. На самом деле это два разных термина, и они по-разному характеризуются.

Для начала разберем все, что касается степени сжатия дизельных двигателей.

Отношение объема цилиндра двигателя, когда поршень достигает нижней мертвой точки (ВМТ), к объему камеры сгорания, когда поршень достигает верхней мертвой точки, является степенью сжатия двигателя.

Этот коэффициент указывает на перепад давления, который возникает в цилиндре двигателя, когда топливо поступает в цилиндр.

В технической документации, прилагаемой к дизельному двигателю, степень сжатия указывается в виде математического отношения, например 18: 1.

Для дизельного двигателя оптимальная степень сжатия составляет от 18: 1 до 22: 1. Именно при этих передаточных числах двигатель достигает максимальной эффективности.

Как все работает

В случае дизельного двигателя во время такта сжатия, когда поршень достигает ВМТ, объем в цилиндре резко уменьшается. На данный момент в камере сгорания находится только воздух, и именно он сжимается; этот процесс называется тактом сжатия.

Когда поршень достигает ВМТ, воздух сжимается до степени сжатия, указанной в документации, и топливо под давлением подается в камеру сгорания.

Топливно-воздушная смесь воспламеняется под действием высокого давления, что значительно увеличивает давление в камере, и поршень затем переходит в состояние ВМТ.

Высокое давление горючей смеси увеличивает давление на головку поршня, заставляя его двигаться в сторону ВМТ.

Скользящее движение поршня преобразуется шатуном во вращательное движение коленчатого вала.

В этом случае давление, создаваемое воспламенением смеси, заставляет поршень двигаться в сторону NTM, это называется ходом. Ход — это один из рабочих ходов цилиндро-поршневой группы.

Степень сжатия — вот что важно во время такта сжатия. Чем он выше, тем легче воспламенить горючую смесь и тем полнее она горит, обеспечивая большее давление.

Благодаря хорошей степени сжатия дизельный двигатель обеспечивает большую мощность при меньшем расходе топлива.

Однако системы с дизельным приводом имеют диапазон степени сжатия, который не следует превышать по какой-либо причине.

Степень сжатия менее 18: 1 снижает мощность системы и увеличивает расход топлива.

Читайте так же:
Как регулировать карбюратор скутера стелс тактик 50

Слишком высокая степень сжатия также отрицательно сказывается на двигателе, особенно на дизельных двигателях. Повышенные напряжения в цилиндрах и поршневых группах быстро сокращают срок их службы.

Повышенное сжатие может привести к изгибу поршней и изгибу шатунов.

В некоторых случаях увеличение степени сжатия может привести к взрыву электростанции без восстановления.

ВАЖНО: степень сжатия в водородных двигателях намного выше.

Возможность замера степени сжатия

Проверить степень сжатия дизельного двигателя в автомастерской практически невозможно. Так как некоторые замеры необходимо произвести, что сделать очень сложно.

Одним из таких измерений является определение объема цилиндра, когда поршень находится в точке ВМТ.

такженеобходимо знать некоторые параметры силовой установки, часть из которых можно найти в технической документации, а часть установить довольно сложно.

Для расчета степени сжатия необходимо знать объем камеры сгорания, так как прокладка находится между блоком цилиндров, необходимо знать ее толщину и диаметр отверстия поршня в нем, ход поршня и диаметр цилиндра. .

Имея все эти данные, а также коэффициент сжатия, можно математически рассчитать, измерив объем в цилиндре.

Способы повышения показателя

Степень сжатия в дизельном двигателе измерить сложно, но можно изменить в лучшую сторону.

Есть несколько способов увеличить степень сжатия дизельного двигателя.

Уменьшение камеры сгорания двигателя.

Самый простой способ увеличить этот показатель — уменьшить камеру сгорания.

Поскольку степень сжатия — это отношение объема цилиндра к объему камеры сгорания, изменение объема одного из них может изменить саму степень.

Объем камеры сгорания можно уменьшить несколькими способами.

Первое, что вы можете сделать, это заменить прокладку между блоком и головкой блока цилиндров на более тонкую, что изменит объем камеры сгорания.

Дополнительно головка блока цилиндров может быть вложенной. В этом случае с головки блока цилиндров снимается слой металла, так что камера сгорания уменьшается.

Второй способ изменить это значение — увеличить давление в камере сгорания.

Использование турбонагнетателя, также известного как турбонаддув, позволяет увеличить степень сжатия.

В дизельных двигателях, которые не имеют турбонагнетателя, воздух, необходимый для сжигания смеси, подается за счет отрицательного давления в цилиндре, которое создается во время такта впуска.

При таком типе подачи воздуха невозможно достичь высокого давления в такте сжатия, поскольку количество воздуха ограничено.

В случае турбокомпрессора воздух нагнетается в цилиндры. Это создает больше воздуха и, следовательно, большее давление в цилиндре по мере продвижения такта сжатия.

Часто в дизелях помимо наддува используется еще одно устройство — интеркулер. Он также позволяет увеличить давление в цилиндре, но на несколько иной основе, чем наддув.

Задача интеркулера — охлаждать воздух перед его поступлением в цилиндры. В результате плотность воздуха увеличивается по мере его охлаждения, и, следовательно, давление в цилиндре выше.

Это основная информация о степени сжатия. Теперь перейдем к сжатию.

Понятие компрессии

Компрессия — это мера давления в цилиндрах двигателя. Этот показатель может быть измерен в нескольких значениях — кг / см2, барах, атмосферах, паскалях.

Особого внимания заслуживает компрессия дизельного двигателя, так как этот размер очень важен для дизельных двигателей. В дизельных двигателях компрессия должна быть около 22 Атм, хотя в различных двигателях она может быть выше и значительно.

В цилиндрах дизельных двигателей необходимо обеспечить высокую степень сжатия, поскольку горючая смесь воспламеняется именно благодаря высокому давлению.

Если заданный показатель на дизельном двигателе существенно ниже нормы, запустить двигатель затруднительно или невозможно.

Сжатие в цилиндре дизельного двигателя достигается за счет сжатия воздуха через поршень во время такта сжатия. Однако добиться полной герметичности внутри цилиндра просто невозможно, утечки воздуха будут всегда.

Воздух может частично проникать в изношенные компрессионные кольца, когда они больше не могут должным образом прилегать к цилиндру, некоторая масса воздуха может выходить из цилиндра из-за неплотной посадки клапанов на седлах.

Способы проверки компрессии, причины низкой компрессии. Ремонт мотора или его замена?

Компрессией называют величину максимального давления в цилиндре, создаваемого при холостой прокрутке двигателя стартером (например, при отключении свечи зажигания). Компрессию двигателя не стоит путать со степенью сжатия, т.к. это разные понятия.

Компрессия – силовое воздействие на газообразное тело, приводящее к уменьшению занимаемого им объема, а также к повышению давления и температуры. В широком смысле слова компрессия — это величина давления, которое создаётся в цилиндре в конце такта сжатия.

При диагностике неисправностей связанных с перебоями в работе двигателя первым делом необходимо замерить компрессию. Это даст правильное направление для дальнейшего поиска неисправности. Можно сколько угодно улучшать зажигание и подачу топлива, но если цилиндр не достаточно герметичен, то нормально работать он не будет. Своевременный замер компрессии может выявить на ранних стадиях разгерметизацию цилиндров, таким образом сэкономить деньги на ремонте и время в поиске неисправности.

Особенно требовательны к компрессии дизельные двигатели, так как в них воспламенение топлива происходит без использования свечи зажигания. В таком двигателе в разогретый от сжатия в цилиндре воздух (до температуры, превышающей температуру воспламенения топлива) через форсунку впрыскивается порция топлива. Как следствие если нет достойной компрессии, то и не будет условий для воспламенения дизельного топлива. В процессе впрыскивания топливной смеси происходит его распыливание, а затем вокруг отдельных капель топливной смеси возникают очаги сгорания, по мере впрыскивания топливная смесь сгорает в виде факела. Так как дизельные двигатели не подвержены явлению детонации, характерному для двигателей с принудительным воспламенением, в них допустимо использование более высоких степеней сжатия (до 26), что, в сочетании с длительным горением, обеспечивающим постоянное давление рабочего процесса, благотворно сказывается на КПД данного типа двигателей, который может превышать 50%.

Как правильно замерить компрессию

Чтобы измерить компрессию, необходимо вместо свечи (зажигания или накала) установить компрессометр. Этот прибор представляет собой манометр, соединенный шлангом со штуцером и обратным клапаном. При вращении коленчатого вала двигателя в шланг нагнетается воздух до тех пор, пока давление в шланге не сравняется с максимальным давлением в цилиндре. Его значение зафиксирует манометр.

При измерениях компрессии надо соблюдать важные правила. Во-первых, двигатель должен быть «теплым». Подача топлива должна быть отключена. Можно, например, отключить бензонасос, форсунки или использовать другие способы, препятствующие попаданию большого количества топлива в цилиндры. Во-вторых, необходимо вывернуть все свечи. Выборочный демонтаж свечей, практикуемый на некоторых СТО, недопустим, так как увеличивает сопротивление вращению и произвольно снижает обороты при прокрутке двигателя стартером. В-третьих, аккумуляторная батарея должна быть полностью заряжена, а стартер – исправен.

Читайте так же:
Прибор для регулировки зазоров клапанов купить в

Компрессию измеряют как с открытой, так и с закрытой дроссельной заслонкой. При этом каждый из способов дает свои результаты и позволяет определять свои дефекты. Так, когда заслонка закрыта, в цилиндры, очевидно, поступит мало воздуха, поэтому компрессия будет низкой и составит около 0,6-0,8 МПа. Утечки воздуха в этом случае сравнимы с его поступлением в цилиндр. Вследствие этого компрессия становится особо чувствительной к утечкам – даже при малых неплотностях ее значение падает в несколько раз.

При измерении компрессии с открытой заслонкой картина будет иной. Большое количество поступившего воздуха и рост давления в цилиндре, конечно, способствуют увеличению утечек. Однако они заведомо меньше подачи воздуха. Вследствие этого компрессия падает не столь значительно (приблизительно до 0,8-0,9). Поэтому замер компрессии с открытой заслонкой лучше подходит для определения более «грубых» дефектов двигателя, таких как: поломки поршней, закоксовывание колец, прогары клапанов, задиры поверхности цилиндров.

В обоих способах измерения желательно учитывать динамику нарастания давления – это поможет установить истинный характер неисправности с большей вероятностью. Так, если на первом такте величина давления, измеряемая компрессометром, низкая (0,3-0,4), а при последующих тактах резко возрастает, — это косвенно свидетельствует об износе поршневых колец. В таком случае заливка в цилиндр небольшого количества масла сразу увеличит не только давление на первом такте, но и компрессию.

Самым распространенным прибором для проверки компрессии является упомянутый выше компрессометр. В отличие от незамысловатых отечественных конструкций иностранные фирмы выпускают целые наборы с комплектом переходников (адаптеров), позволяющих проводить измерения на автомобилях любых марок и моделей.

Быстро и эффективно измеряют компрессию современные мотор тестеры. Эти приборы фиксируют фактически не давление, а амплитуду пульсации электрического тока, потребляемого стартером во время прокрутки. Ведь чем выше давление в цилиндре, тем больше затраты мощности стартера на вращение коленвала. Тем самым удается одновременно измерить компрессию во всех цилиндрах всего за несколько оборотов, не прибегая к выворачиванию свечей, что особенно важно для многоцилиндровых двигателей.

Недостаток измерения мотор-тестером заключается в том, что получаемые результаты выражаются в относительных единицах, например, в процентах к цилиндру, работающему лучше. Лишь самые дорогие мотортестеры способны измерять абсолютную величину компрессии в каждом цилиндре, но это возможно только на основе большого числа статистических данных по конкретной модели двигателя и их сопоставления с действительным давлением в цилиндре.

Основное правило, которое следует помнить: в большинстве случаев результаты замеров компрессии являются относительными. Это значит, что в первую очередь необходимо опираться на разницу в значениях компрессии у различных цилиндров, а не на саму ее абсолютную величину.

Поиск причин низкой компрессии

Если было обнаружено снижение компрессии в одном из цилиндров, следующим этапом необходимо выявить причины этой неисправности. Вообще причин снижения компрессии две – утечки могут происходить либо через компрессионные кольца, либо через клапана и их седла. Чтобы проверить, кто именно виноват, необходимо залить немного моторного масла в «слабый» цилиндр (через свечной канал) и повторить замер компрессии. Секрет в том, что добавленное моторное масло уменьшит зазор в паре поршень-цилиндр (при работе исправной цилиндропоршневой группы (ЦПГ) этот зазор герметизируется кольцами) и компрессия вырастет. Конечно, в двигателе с непосредственным впрыском стоит обратить внимание на то, что в поршне имеется выемка и часть масла будет оседать в ней (т.е. масла надо налить столько, чтоб наполнить эту выемку до краёв и чуть перелить). Если после добавления масла в цилиндр компрессия осталась прежней, значит необходимо ремонтировать клапана (притирать и т.д.).

Если компрессия поднялась (при замере с маслом), значит, виноваты кольца в этом цилиндре. Дальше два пути – либо разбор двигателя, либо раскоксовка и промывка масляной системы. Разумеется, сначала стоит попробовать сделать раскоксовку. И если не поможет тогда ремонт. Однако если раскоксовка помогла в дальнейшем стоит усилить наблюдение за этим цилиндром и планировать замену колец.

Все причины низкой компрессии

Если вы столкнулись с потерей компрессии или ее просадкой в одном из цилиндров, точную причину стоит искать следующим образом.

Сверху за герметичность камеры сгорания отвечают клапана, но снижение компрессии может быть не только из-за утечек в паре тарелка клапана/седло клапана. Отложения смолистых веществ на клапанах могут снижать площадь впускного канала (дополнительное сопротивление впуску), или даже препятствовать полному закрытию клапана. Появление отложений на клапане и нарушение его прилегания к седлу приводят к ухудшению теплоотвода (тепло от клапана рассеивается через седло, к которому он прилегает) и, в последствии, к прогоранию клапана. Но клапан может прогореть еще и из-за уменьшения теплового зазора: в этом случае при прогреве двигателя клапан перестанет нормально прилегать к седлу. Образовавшаяся кольцевая щель между тарелкой клапана и его седлом снижает компрессию. Через эту щель прорываются раскаленные газы и сжигают тонкую кромку тарелки, что еще больше снижает компрессию. Двигатель теряет мощность, а тарелка клапана сгорает.

Неправильно выставленные фазы газораспределения могут быть причиной снижения компрессии вследствие несвоевременного открытия/закрытия клапанов. Эта проблема влияет на все цилиндры одинаково, т.е. на перепадов компрессии между цилиндрами не будет обнаружено.

Некоторые современные двигатели регулируют подачу воздух в цилиндры не привычной для нас дроссельной заслонкой, а высотой/фазами подъема впускных клапанов (Valvetronic у BMW, MultiAir у Fiat и проч.). Теоретически при неисправностях системы регулировки подъемов клапанов компрессия так же может снижаться, т.к. подъем клапанов при замере может быть не полным. Влияние этой неисправности на все цилиндры будет одинаково, если неисправность постоянная. Однако если неисправность носит плавающий характер, замер компрессии будет показывать каждый раз новые данные, и судить о неисправности конкретного цилиндра по компрессии в этом случае опрометчиво. Причиной могут быть как неисправность управления электроклапаном регулирования фаз газораспределения выпускных клапанов, так и сбои датчика.

Снизу за герметичность камеры сгорания отвечают элементы цилиндропоршневой группы. К снижению компрессии приводит износ и как следствие увеличение зазоров в ЦПГ, что также сопровождается увеличенным пропуском газов в картер. Такие же последствия дает изменение геометрии (деформация поршня или цилиндра) по причине перегрева двигателя, залегание колец, задиры на зеркале цилиндра, сломанное компрессионное кольцо. Прогоревший поршень в первую очередь проявляет себя посторонними шумами при работе двигателя, и лишь затем снижением компрессии в цилиндре.

Читайте так же:
4a fe регулировка зажигания тянуть лучше

Отдельно выделим прогар прокладки головки блока цилиндров. Эту неисправность можно дополнительно проверить, создав давление в цилиндре при закрытых клапанах (допустим компрессором), и понаблюдав за появлением пузырьков в расширительном бачке системы охлаждения, либо услышав шум в соседнем цилиндре.

Ремонт мотора или замена на контрактный?

Вообще любые неисправности, которые привели к снижению компрессии в цилиндрах двигателя, устранимы. Если проблема кроется в клапанах/ГБЦ, то ремонт и восстановление обойдется в 300-600 рублей. Гильзовка одного цилиндра обойдется в 80-120 рублей. Если были повреждены поршни, то необходимо заменить их. Цена вопроса сильно варьируется от мотора и производителя поршней. Например, на сильно страдающие «масложором» моторы TFSI поршень Kolbenschmidt стоит около 200 рублей, а оригинал – 650 рублей за штуку (эти поршни идут в сборе со всеми кольцами).

К этим суммам следует добавить расходы на снятие и установку мотора, его разборку и сборку. В итоге получается, что капремонт популярного с точки зрения проблем по ЦПГ мотора 2-литрового TFSI/TSI обойдется в сумму порядка 3600 рублей. Это если менять все четыре поршня. Контрактный двигатель стоит от 2500 до 3000 рублей (плюса работа по замене, а также расходники – 1000 рублей). В этом случае – а мы говорим о моторах TFSI/TSI – многие люди идут на капремонт, в процессе которого устанавливают модернизированные поршни, с которыми проблема «масложора» исчезает.

Также на капремонт с гильзовкой блока идут владельцы автомобилей, чьи моторы хронически страдают износом ЦПГ: появлением задиров на стенках цилиндров. Это касается многих бензиновых моторов BMW, Mercedes (и упомянутых выше моторов Audi/VW), а также широко распространенного двигателя G4KD/4B11 (Kia, Hyundai, Mitsubishi), которого разборках практически не предлагают. Тут целесообразно решить проблему раз и навсегда.

Если проблема с компрессией связана с износом ГБЦ, то также можно смело рассматривать вариант с ее восстановлением. Работа обойдется, как мы упоминали, в 300-600 рублей плюс порядка 200-400 рублей за ее снятие и установку с заменой прокладки.

В большом количестве других случаев, если к снижению компрессии привела случайность, ошибки в обслуживании или огромный пробег, можно смело рассматривать вариант с заменой мотора на контрактный. Моторы, не пользующиеся большим спросом, обойдутся в 1000 – 2000 рублей, плюс порядка 600 – 1000 рублей на снятие и установку с заменой масла и необходимых расходников.

Устройство для регулирования степени сжатия двигателя внутреннего сгорания

Сущность изобретения: регулировочная пробка устройства выполнена с дополнительным коническим седлом, обращенным к полости корпуса, а запорный узел снабжен джополнительным коническим клапаном, стержнем, на котором конические клапаны установлены противоположно один другому, установочой втулкой, связанной с регулировочной пробкой через дополнительное резьбовое соединение, и маховичком, причем стержень неподвижно соединен с втулкой и маховичком. 2 з. п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к машиностроению, а точнее к двигателям внутреннего сгорания (ДВС).

Известны устройства, позволяющие регулировать степень сжатия ДВС за счет изменения объема камеры сгорания, что позволяет использовать различные топлива, как, например, дизельное топливо или бензин. Такие устройства имеют сложную конструкцию, что затрудняет их массовое использование.

Известны также устройства, обеспечивающие регулирование степени сжатия в пределах использования различных сортов бензина. Такие устройства имеют более простую конструкцию, чем устройства, использующие дизельное топливо и бензин. В отечественной практике широкое распространение получили устройства, которые меняют конструкцию серийно выпускаемых двигателей, спроектированных на использование высокооктанового бензина (АИ-93), переводя их на работу с использованием низкооктанового бензина (А-76) (применение дополнительных прокладок головки цилиндров, «футерок» — устройств с дополнительным объемом, вворачиваемых в свечное отверстие, в которые в свою очередь вворачиваются свечи зажигания). Такие устройства хотя и позволяют работать на высокооктановом и низкооктановом бензинах, однако двигатели с такими устройствами имеют камеры сгорания постоянно увеличенного объема, т. е. являются нерегулируемыми с одной стороны, и неэкономичными, с другой стороны, т. к. они первоначально имели меньшую по объему камеру с большей степенью сжатия, которая обеспечивает лучшую экономичность. Кроме того, например, в «футерках» форкамера имела источник воспламенения, расположенный в плохо продуваемом объеме с повышенным содержанием отработавших газов, что ухудшало процесс сгорания и снижало экономичность ДВС.

Известно устройство, в котором форкамера является регулируемой по объему и не имеющей свечи зажигания. Оно состоит из корпуса, вворачиваемого в головку цилиндров, в который в свою очередь вворачивается регулирующая объем пробка. Пробка на стороне отверстия, соединяющего камеру сгорания ДВС с устройством, имеет конусный клапан, который при крайнем завернутом положении пробки заходит в аналогичное конусное седло и перекрывает отверстие. Хотя в таком устройстве процесс сгорания протекает и неоптимальным образом, но это все-таки лучше, чем форкамера со свечой. Кроме того, это устройство имеет переменный дополнительный объем — от близкого к нулю до необходимого для используемого сорта бензина. Т. о. устройство может работать, в отличие от рассмотренных выше конструкций, на высокооктановом бензине при высокой степени сжатия, т. е. быть более экономичной, чем нерегулируемая форкамера, и на низкооктановом бензине при пониженной с помощью регулировки степени сжатия. Это устройство, принимаемое за прототип, излагает лишь идею регулирования с помощью резьбовой пробки с коническим клапаном, закрывающим в опущенном положении коническое седло устройства, соединенное отверстием с основной камерой сгорания. Резьба в пробке и корпусе устройства выполняет функции регулирования объема камеры сгорания и герметизации. Такая конструкция при частом регулировании объема уже не будет выполнять функции герметизации вследствие износа резьбы. Кроме того, резьба, служащая для герметизации должна быть тугой, а резьба для регулирования должна наоборот обеспечивать легкость и быстроту регулирования. Расчет показывает, что, например, при переходе с бензина АИ-93 при степени сжатия, равной 9,5-10,3 на бензин А-76 требуется степень сжатия около 8,0 и дополнительный объем камеры сгорания около 10,5 куб. см. Это означает, что для наименьших габаритов соотношение диаметра цилиндрической форкамеры и ее высоты должны быть примерно равны, что приводит к длине резьбовой части устройства равной 15-20 мм, а это составляет 8-15 витков резьбы. Очевидно, что регулирование за счет выполнения 8-15 оборотов резьбовой пробки от момента полного закрытия до необходимого открытия, т. е. образования нужного дополнительного объема камеры сгорания очень неэффективно и требует значительного времени.

Читайте так же:
Компрессор воздушный как регулировать давление

Цель изобретения — улучшение герметизации и повышение эффективности устройства.

Указанная цель достигается тем, что по сравнению с известным устройством, содержащим корпус со входным отверстием и дополнительным объемом, изменяемым с помощью регулировочной пробки, и клапанный механизм, регулировочная пробка выполняется дополнительно с коническим седлом под клапан и резьбовым соединением для перемещения клапанного механизма, состоящего из двух конических клапанов противоположного действия, выполненных на стержне, соединенном неподвижно с резьбовой втулкой и маховиком.

Для ускорения подъема клапанного механизма из нижнего закрытого положения в верхнее закрытое положение резьба для перемещения клапанов может быть выполнена с большим шагом и относительно свободной резьбовой посадкой, чем резьбовое соединение регулировочной пробки и корпуса устройства, предназначенное для герметизации.

Для улучшения теплоотдачи корпус может быть выполнен с оребрением.

Устройство представлено на чертеже.

Устройство для регулирования степени сжатия ДВС состоит из корпуса 1 с полостью 2 и каналом 3 для соединения с камерой сгорания 4, путем, например, вворачивания резьбового наконечника 5 в головку 6 цилиндров двигателя. Канал 3 на выходе в полость 2 имеет коническое седло 7, по форме и площади поверхности достаточное для герметизации устройства при работе двигателя на повышенной (спроектированной для данного двигателя) степени сжатия. В корпус 1 устройства при его сборке вворачивается по герметизирующей резьбе 8 регулировочная пробка 9, имеющая посадочное седло 10 конической формы и запорный узел, состоящий из конических противоположного действия клапанов 11,12, выполненных, например, заодно со стержнем 13, который в свою очередь неподвижно соединен с установочной втулкой 14. Стержень 13, втулка 14 соединены неподвижно любым известным образом с маховиком 15. Резьба 16 выполнена со свободной посадкой и шагом, большим, чем у герметизирующей резьбы 8, для ускорения перемещения стержня 13 вдоль своей оси. Для перекрытия канала 3 часть стержня 13 может быть продолжена ниже клапана 11. Корпус 1 может быть выполнен с оребрением 17.

При таком конструктивном исполнении за счет разделения в устройстве функций герметизации полости 2 и регулирования ее объема достигается положительный эффект, заключающийся в улучшении герметизации и повышении эффективности устройства. Улучшение герметизации обеспечивается за счет значительно более редкого изменения положения регулировочной пробки 9, которое уже заранее настроено на низкооктановый бензин нужного сорта, а значит и меньшего износа резьбы 8 (причем тугой резьбы), по сравнению с прототипом. Повышение эффективности обеспечивается за счет более свободной посадки резьбы 16 в соединении регулировочная пробка 9 — установочная втулка 14 и использовании более широкого шага резьбы, что невозможно реализовать на прототипе, т. к. на нем функции герметизации и регулирования совмещены. Это приводит к значительному сокращению времени, необходимому для перевода двигателя с высокооктанового бензина на низкооктановый.

Работает устройство следующим образом. При работе двигателя с высокооктановым бензином, т. е. с топливом, на который он был спроектирован, клапан 11 посажен в седло 7 и тем самым препятствует попаданию газов в полость 2. При эксплуатации автомобиля в самых различных условиях, например, в длительных путешествиях по малонаселенным регионам, а также в самых неожиданных случаях может оказаться, что высокооктанового топлива для заправки автомобиля в данной местности в конкретное время нет, что вынуждает водителя для продолжения движения использовать имеющийся на заправке низкооктановый бензин. При этом должна быть обеспечена если и не самая экономичная, то, по меньшей мере, бездетонационная работа двигателя на всех основных режимах. Для реализации этих условий и обеспечения нормальной эксплуатации работы двигателя на низкооктановом бензине водитель отворачивает на неработающем двигателе маховички 15 устройств, установленных на каждой камере сгорания, во второе положение до плотной посадки клапана 11 в седло 10. При этом, как правило, положение регулировочной пробки 9 уже определено и обусловлено наиболее вероятным низкооктановым сортом топлива (например, переход с АИ-93 на А-76).

Предлагаемое устройство обладает следующими преимуществами: обеспечение аналогично с прототипом наилучших условий работы двигателя на высокооктановом бензине, для которого он и спроектирован, улучшение по сравнению с прототипом герметизации полости 2 корпуса 1 в процессе эксплуатации устройства, повышение эффективности устройства за счет сокращения времени регулирования и его облегчения. Время перевода двигателя для работы с высокооктанового бензина на низкооктановый не превышает одной минуты, т. к. не нужно каждый раз выворачивать регулировочную пробку 9 на длину резьбы, пропорциональную увеличению объема камеры сгорания в устройстве, а достаточно лишь открыть седло 7 и закрыть седло 10, (т. е. ход стержня 13 может быть значительно меньше).

Предлагаемое устройство может быть рекомендовано туристам-автолюбителям. (56) Заявка Франции N 2577279, кл. F 02 B 69/02, 1986.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ СТЕПЕНИ СЖАТИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащее корпус с полостью, сообщенной с камерой сгорания двигателя при помощи канала с примыкающим к полости коническим седлом и ограниченной установленной в корпусе посредством резьбового соединения регулировочной пробкой с запорным узлом, имеющим конический клапан, отличающееся тем, что, с целью улучшения герметизации и повышения эффективности, регулировочная пробка выполнена с дополнительным коническим седлом, обращенным к полости, а запорный узел снабжен дополнительным коническим клапаном, стержнем, на котором конические клапаны установлены противоположно один другому, установочной втулкой, связанной с регулировочной пробкой через дополнительное резьбовое соединение, и маховичком, причем стержнень неподвижно соединен с втулкой и маховичком.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что резьба дополнительного соединения выполнена со свободной посадкой и шагом, превышающим шаг резьбы соединения пробки и корпуса.

3. Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что корпус выполнен с оребрением.

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

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

Сергей Знаемский

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!

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).

Читайте так же:
Лекарство которые регулируют давление

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.

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.

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

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.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector