За якими принципами працює двигун Інфініті із змінним ступенем стиснення, детальна інформація

2

Перший серійний екземпляр двигуна зі змінним ступенем стиснення від Інфініті

Докладна інформація про перший у світі бензиновому серійному двигуні із змінним ступенем стиснення. Йому пророкують велике майбутнє і кажуть, що розроблена Інфініті технологія стане великою загрозою для існування дизельних моторів.

Бензиновий поршневий двигун, який може динамічно змінювати ступінь стиснення*, тобто величину, на яку поршень стискає топлівовоздушную суміш у циліндрі, давня мрія багатьох поколінь інженерів, які розробляли двигуни внутрішнього згоряння. Деякі автомобільні марки були як ніколи близькі до розгадки теорії, були зроблені навіть зразки таких моторів, наприклад, успіхів у цьому досягла Saab.

Можливо у шведського автовиробника склалася б зовсім інша доля, якби в січні 2000 року Saab не був остаточно придбаний корпорацією General Motors. На жаль, для заокеанського господаря були не цікаві подібні розробки і справу було припинено.

*Ступінь стиснення — об’єм камери згоряння у момент, коли поршень знаходиться в нижній мертвій точці, до обсягу, коли він підминається до верхньої мертвої точки. Іншими словами, це показник стиснення поршнем повітряно-паливної суміші в циліндрі

Основний суперник був зломлений і Nissan, як другий потенційний розробник інноваційної системи з змінним коефіцієнтом стиснення, продовжив шлях в гордій самоті. 20 років копіткої праці, розрахунків та моделювання не пройшли даром, люксовий підрозділ японської компанії відоме під брендом Infiniti представив остаточну розробку двигуна зі змінним ступенем стиснення який ми побачимо під капотом моделі 2018 Infiniti QX50. Чи стане її розробка лебединою піснею всіх дизельних двигунів? Питання цікаве.

Дивіться також: Компанія Інфініті створила бензиновий двигун з дизельними характеристиками

2.0 літровий чотирициліндровий турбований силовий агрегат (розрахункова потужність 270 л. с. і 390 Нм крутного моменту) отримав найменування VC-T (Variable Compression-Turbocharged). Вже в назві відображено принцип його роботи та технічні дані. Система VC-T здатна плавно і безперервно динамічно змінювати ступінь стиснення від показника 8:1 до 14:1.

Загальний принцип дії системи двигуна VC-T можна описати наступним чином:

Особливість VC-T технології в моторі полягає в здатності пристосовуватися до умов і плавно підвищувати або знижувати висоту верхньої мертвої точки поршнів. Як наслідок, змінюються фундаментальні властивості роботи бензинового двигуна, в результаті чого ступінь стиснення може змінюватися від невеликої «бензинової» 8:1 (для високої продуктивності мотора і максимальної потужності), до «дизельної» 14:1 (яка дає двигуну високий ККД). Складна логіка управління системами двигуна автоматично застосовує оптимальні співвідношення в залежності від ситуацій.

Це просте схематичне опис принципу роботи системи. Насправді звичайно ж все набагато складніше.

Дійсно силові агрегати з низьким ступенем стиснення не можуть володіти високою продуктивністю. Всі потужні двигуни, особливо у гоночних машин, як правило, мають дуже високу ступенем стиснення, у багатьох болідів вона перевищує 12:1, і навіть доходить до 15:1 у двигунів працюючих на метанолі. Тим не менше така висока ступінь стиснення також здатна зробити мотори більш ефективними і економічним. Це наводить на логічне питання, чому б не робити двигуни, які б завжди володіли високим ступенем стиснення повітряно-паливної суміші? Навіщо городити город зі складними системами приводу поршнів?

Головна причина неможливості використання такої системи при роботі на звичайному низькооктановому пальному — поява при високому ступені стиснення і високої навантаженні детонації. Бензин починає не згоряти, а вибухати. Що знижує виживання вузлів і агрегатів двигуна і знижує його економічність. По суті у бензинового двигуна відбувається теж саме, що і у мотора, що працює на ДТ, за рахунок високого стиснення запалюється топливовоздушная суміш, щоправда, відбувається це не в потрібний момент і це не передбачено конструкцією двигуна.

У моменти «кризи» згоряння паливо-повітряної суміші і приходить на допомогу змінювана ступінь стиснення, яка здатна знижуватися в моменти пікової потужності з максимальним нагнітанням тиску наддувом турбокомпресора, що запобіжить мотор від детонації. І навпаки, під час роботи на малих обертах з малим тиском наддуву, ступінь стиснення буде підвищуватися, збільшуючи тим самим крутний момент і знижуючи витрату палива.

На додаток до цього, двигуни оснащуються системою регульованих фаз газорозподілу, що робить можливою роботу двигуна по циклу Аткінсона в той час, коли від двигуна не вимагається віддачі високих потужностних показників.

Зміст роботи моторів по циклу Аткінсона полягає в тому, що впускні клапани утримуються у відкритому положенні трохи довше, що знижує ступінь стиснення і зменшує витрату палива.

Такі мотори зазвичай зустрічаються у гібридних автомобілів, головним для яких є екологічність і мала витрата палива.

Результатом всіх проведених змін став двигун, який здатний на 27 відсотків збільшити паливну економічність в порівнянні з 3,5-літровим V6 Nissan володіє приблизно так само потужністю і крутним моментом. За інформацією Reuters, на прес-конференції інженери компанії Nissan заявив, що новий двигун має крутним моментом порівнянними з показниками сучасного турбодизеля, і при цьому він повинен бути дешевше у виробництві, ніж будь-який сучасний турбодизель.

Ось чому Ніссан робить таку велику ставку на розроблену систему, адже в його уяві вона має потенціал, здатний частково замінити дизельні двигуни по багатьом параметрам використання, можливо, включаючи більш дешеві варіанти для країн, де бензин є основним видом палива, прикладом такої країни може бути і Росія.

Якщо ідея приживеться, в майбутньому напевно з’являться двоциліндрові бензинові силові агрегати, які непогано підійдуть для невеликих легкових автомобілів. Це може стати однією з гілок розвитку системи.

Гнучкість двигуна здається вражаючою. Технічно такого ефекту вдалося досягти за допомогою особливого важеля приводу впливає на вал приводу, що змінює положення багатоважеля системи, яка обертається навколо головного підшипника шатуна. Праворуч до багатоважеля системою кріпиться ще один важіль йде від електродвигуна. Він змінює положення системи щодо колінчастого вала. Це відображено в патенті і кресленнях Infiniti. Шток поршня має центральну поворотну багатоважеля систему, яка здатна змінювати свій кут, що призводить до зміни ефективної довжини штока поршня, що в свою чергу змінює довжину ходу поршня в циліндрі, яке, зрештою, змінює ступінь стиснення.

Двигун, розроблений для Infiniti навіть з першого погляду, виглядає набагато більш складним, ніж його класичний одноплемінник. Побічно підтверджують здогадку у самому Ніссан. Вони кажуть, що економічно виправдано за такою схемою робити чотирициліндрові мотори, але не більш складні V6 або V8. Вартість всіх систем приводу шатунів може виявитися занадто високою.

З урахуванням всього вищесказаного ця схема двигуна повинна, немає, просто зобов’язана, прижитися на гібридних автомобілях. Така віддача потужності і економічність буде неперевершеним бонусом для машин, обладнаних ДВС і електродвигунами.

Двигун VC-T буде офіційно представлений 29 вересня на Паризькому автосалоні.

P. S. Так витіснить новий бензиновий двигун дизельні мотори? Навряд чи. По-перше, констукция бензинового мотора більш складна, а значить і більш вибаглива. Обмеження за обсягом також обмежує діапазон застосування технології. Виробництво дизельного палива також ніхто не відміняв, куди його подіти, якщо всі перейдуть на бензин? Виливати? Складувати? І нарешті, застосування дизельних агрегатів (простої конструкції) відмінно підходить для складних природних умов, чого не можна сказати про бензинових ДВЗ.

Швидше за все долею нової розробки стануть гібридні автомобілі і сучасні малолітражки. Що теж по-своєму чимала частина автомобільного ринку.