Nedávno na pařížském autosalonu představilo Infiniti (čti Aliance Renault-Nissan) motor s proměnnou kompresí. Patentovaná technologie Variable Compression-Turbocharged (VC-T) umožňuje měnit právě tento stupeň a doslova vysát veškerou šťávu z motoru.
V „ideálním vesmíru“ je pravidlo jednoduché – čím vyšší kompresní poměr směsi paliva a vzduchu, tím lépe. Směs expanduje co nejvíce, písty se pohybují jako navinuté, proto je výkon a účinnost motoru maximální. Jinými slovy, palivo je spalováno extrémně efektivně.
Všechno by bylo skvělé, nebýt samotné povahy paliva. V průběhu šikany jeho trpělivost jednou dojde na hranici: čím rovnoměrněji směs hoří, tím lépe, ale při vysokém zatížení (vysoký kompresní poměr, vysoké otáčky) směs začne explodovat a neshořet. Tento jev se nazývá detonace a tato věc je docela destruktivní. Stěny spalovací komory a samotný píst jsou vystaveny vážným rázovým zatížením a jsou postupně, ale poměrně rychle zničeny. Navíc klesá účinnost motoru - klesá normální provozní tlak na píst.
Nejvýnosnější možností je tedy, když motor v jakémkoli režimu pracuje na pokraji detonace, což tomuto jevu zabraňuje. Inženýři Infiniti sestavili graf, na kterém si nastínili efektivní provozní režimy motoru v závislosti na zatížení, otáčkách a kompresním poměru směsi paliva a vzduchu. (Ve skutečnosti lze účinnost spalování paliva zlepšit i jinými způsoby, např. zvýšením počtu ventilů na válec, úpravou jejich harmonogramu, dokonce volbou místa nad pístem, kam směřuje vstřik části paliva. Samozřejmě, že si pamatujeme toto.) U prvních dvou parametrů je jasné, že závisí jak na vnějších faktorech, tak na pečlivém výběru převodovky. A třetí – kompresní poměr – se také rozhodlo změnit v rozsahu od 8:1 do 14:1.
Technicky to vypadá na úvod do konstrukce klikového mechanismu přídavného prvku - vahadla mezi ojnicí a klikovou hřídelí. Vahadlo je ovládáno elektromotorem - páku lze posunout tak, aby se rozsah zdvihu pístu pohyboval v rozmezí 5 mm. To stačí k výrazné změně kompresního poměru.
Neexistují žádné výhody bez nevýhod. Na první pohled jsou patrné: zvýšení složitosti konstrukce, určitý přírůstek hmotnosti... Stěžovat si však na tyto mínusy je hřích - motor se ukázal jako velmi vyvážený, kvůli čemuž byly vyvažovací hřídele odstraněny z návrhu. Je také pravděpodobné, že motor je zvláště citlivý na značku a kvalitu paliva. Zdá se, že tento problém – alespoň do značné míry – řeší softwarové metody.
Kompresní poměr je důležitou charakteristikou spalovacího motoru, určenou poměrem objemu válce, když je píst v dolní úvrati, k objemu v horní úvrati (objem spalovací komory). Zvyšování kompresního poměru vytváří příznivé podmínky pro vznícení a spalování směsi paliva a vzduchu a tím i efektivní využití energie. Současně provoz motoru v různých režimech a různých palivech znamená odlišný kompresní poměr. Tyto vlastnosti plně využívá systém změny kompresního poměru.
Systém zajišťuje zvýšení výkonu a točivého momentu motoru, snížení spotřeby paliva a škodlivých emisí. Hlavní předností systému pro změnu kompresního poměru je schopnost motoru pracovat na různé druhy benzínu a dokonce i na různá paliva bez zhoršení výkonu a detonace.
Vytvoření motoru s proměnným kompresním poměrem je poměrně komplikovaný technický problém, při jehož řešení existuje několik přístupů, které spočívají ve změně objemu spalovacího prostoru. V současné době existují prototypy takových elektráren.
Průkopníkem ve vytvoření motoru s proměnným kompresním poměrem je firma SAAB, která v roce 2000 představila pětiválcový spalovací motor vybavený a Variabilní komprese. Motor využívá kombinovanou hlavu válců s vložkami válců. Na jedné straně je kombinovaný blok upevněn na hřídeli, na druhé straně spolupracuje s klikovým mechanismem. KShM zajišťuje posunutí kombinované hlavy od svislé osy o 4°, čímž je dosaženo změny kompresního poměru v rozsahu od 8:1 do 14:1.
Požadovanou hodnotu kompresního poměru udržuje systém řízení motoru v závislosti na zatížení (při maximálním zatížení - minimální kompresní poměr, při minimálním - maximálním kompresním poměru). Přes působivé výsledky motoru z hlediska výkonu a točivého momentu se elektrárna nedostala do série a práce na ní jsou v současné době omezeny.
Modernější vývoj (2010) je 4-válcový motor z Vývoj MCE-5 1,5 l. Kromě systému změny kompresního poměru je motor vybaven dalšími progresivními systémy – přímým vstřikováním a variabilním časováním ventilů.
Konstrukce motoru umožňuje nezávislou změnu velikosti zdvihu pístu v každém válci. Ozubený sektor, který funguje jako vahadlo, spolupracuje na jedné straně s pracovním pístem a na druhé straně s řídicím pístem. Vahadlo je spojeno pákou s klikovým hřídelem motoru.
Ozubený sektor se pohybuje působením řídicího pístu, který funguje jako hydraulický válec. Objem nad pístem je naplněn olejem, jehož objem je regulován ventilem. Pohyb sektoru zajišťuje změnu polohy horní úvratě pístu, což má za následek změnu objemu spalovacího prostoru. Podle toho se kompresní poměr mění od 7:1 do 20:1.
Motor MCE-5 má všechny šance dostat se do série v blízké budoucnosti.
Ve svém výzkumu zašel ještě dále Lotus Cars, zavádějící push-pull Všežravý motor(doslova - všežravec). Jak bylo uvedeno, motor je schopen běžet na jakýkoli druh kapalného paliva - benzín, naftu, etanol, alkohol atd.
V horní části spalovacího prostoru motoru je provedena podložka, která se pohybuje excentrickým mechanismem a mění objem spalovacího prostoru. S touto konstrukcí je dosaženo rekordního kompresního poměru 40:1. Talířové ventily se nepoužívají v mechanismu distribuce plynu motoru Omnivore.
Dalšímu vývoji systému brání nízká spotřeba paliva a šetrnost k životnímu prostředí dvoudobých motorů a také jejich omezené použití v automobilech.
Za více než století života se spalovací motor (ICE) natolik změnil, že z předka zůstal jen princip fungování. Téměř všechny etapy modernizace byly zaměřeny na zvýšení koeficientu výkonu (COP) motoru. Ukazatel účinnosti lze nazvat univerzální. Skrývá se v něm mnoho charakteristik – spotřeba paliva, výkon, točivý moment, složení výfukových plynů atd. Široké využití nových technických nápadů – vstřikování paliva, elektronické zapalování a systémy řízení motoru, 4, 5 a dokonce 6 ventilů na válec – hrálo pozitivní roli ve zvyšování účinnosti motorů.
Přesto, jak ukázal ženevský autosalon, proces modernizace spalovacích motorů stále není zdaleka dokončen. Na tomto oblíbeném mezinárodním autosalonu SAAB představil výsledek 15 let práce – prototyp nového motoru s proměnným kompresním poměrem – SAAB Variable Compression (SVC), který se stal senzací ve světě motorů.
Technologie SVC a řada dalších pokročilých a netradičních technických řešení z pohledu stávajících koncepcí spalovacích motorů umožnily dodat novince fantastické vlastnosti. Pětiválcový motor o objemu pouhých 1,6 litru, určený pro běžné sériové vozy, tedy vyvine neuvěřitelný výkon 225 koní. a točivý moment 305 Nm. Další, dnes zvláště důležité, charakteristiky dopadly na výbornou - spotřeba paliva při středním zatížení se snížila až o 30 %, o stejnou hodnotu se snížily i emise CO2. Co se týče CO, CH a NOx atd., ty podle tvůrců splňují všechny stávající i plánované normy toxicity pro blízkou budoucnost. Kromě toho proměnný kompresní poměr dává motoru SVC schopnost běžet na různé druhy benzínu - od A-76 po AI-98 - prakticky bez snížení výkonu a s vyloučením výskytu detonace.
Samozřejmě značnou zásluhu na těchto vlastnostech má technologie SVC, tzn. schopnost měnit kompresní poměr. Než se ale seznámíme se zařízením mechanismu, které umožnilo tuto hodnotu změnit, připomeňme si některé pravdy z teorie konstrukce spalovacího motoru.
Kompresní poměr
Kompresní poměr je poměr součtu objemů válce a spalovacího prostoru k objemu spalovacího prostoru. Se zvýšením stupně komprese se zvyšuje tlak a teplota ve spalovací komoře, což vytváří příznivější podmínky pro vznícení a spalování hořlavé směsi a zvyšuje efektivitu využití energie paliva, tzn. účinnost. Čím vyšší je kompresní poměr, tím vyšší je účinnost.
S vytvářením benzinových motorů s vysokým kompresním poměrem nejsou žádné problémy a nikdy nebyly. A nedělejte je z následujícího důvodu. Při kompresním zdvihu takových motorů stoupá tlak ve válcích na velmi vysoké hodnoty. To samozřejmě způsobuje zvýšení teploty ve spalovací komoře a vytváří příznivé podmínky pro vznik detonace. A detonace, jak víme (viz str. 26), je nebezpečný jev. U všech do té doby vytvořených motorů byl kompresní poměr konstantní a byl stanoven v závislosti na tlakových a teplotních podmínkách ve spalovacím prostoru při maximálním zatížení, kdy je spotřeba paliva a vzduchu maximální. Motor v tomto režimu nefunguje vždy, dalo by se říci, dokonce velmi zřídka. Na dálnici nebo ve městě, kdy je rychlost téměř konstantní, motor pracuje při nízkém nebo středním zatížení. V takové situaci by pro efektivnější využití energie paliva bylo hezké mít vyšší kompresní poměr. Tento problém vyřešili inženýři SAAB – tvůrci technologie SVC.
Technologie SVC
Předně je třeba poznamenat, že v novém motoru je místo tradičních vložek hlavy bloku a válců, které byly odlity přímo do bloku nebo lisovány, jedna monohlava, která kombinuje hlavu bloku a vložky válců. Pro změnu stupně komprese, nebo spíše objemu spalovací komory, je monohlava pohyblivá. Jednak je uložena na hřídeli, která plní funkci podpěry, jednak je nesena a poháněna samostatným klikovým mechanismem. Poloměr kliky zajišťuje posunutí hlavy vzhledem k vertikální ose o 40. To je dostačující pro změnu objemu komory pro získání kompresního poměru od 8:1 do 14:1.
Požadovaný kompresní poměr určuje elektronický systém řízení motoru SAAB Trionic, který hlídá zatížení, rychlost, kvalitu paliva a na základě toho řídí hydraulický pohon klikou. Při maximální zátěži je tedy kompresní poměr nastaven na 8:1 a minimálně - 14:1. Kombinace vložek válců s jejich hlavou mimo jiné umožnila inženýrům SAAB dát kanálům chladicího pláště dokonalejší tvar, což zvýšilo efektivitu procesu odvádění tepla ze stěn spalovací komory a vložek válců.
Mobilita vložek válců a jejich hlav si vyžádala změny v konstrukci bloku motoru. Styčná rovina bloku a hlavice se snížila o 20 cm, těsnost spoje zajišťuje pryžové vlnité těsnění, které je shora chráněno před poškozením kovovým pláštěm.
Mal, ano odvážné
Pro mnohé může být nepochopitelné, jak bylo do motoru s tak malým objemem „nabito“ více než dvě stě „koní“ - koneckonců taková síla může nepříznivě ovlivnit jeho zdroje. Při vytváření motoru SVC se inženýři řídili zcela jinými úkoly. Přivedení zdroje motoru na požadované standardy je věcí technologů. Co se týče malého objemu motoru, tak ten je proveden plně v souladu s teorií spalovacích motorů. Na základě jeho zákonitostí je nejpříznivější režim chodu motoru z hlediska zvyšování účinnosti při vysokém zatížení (ve vysokých otáčkách), kdy je plyn plně otevřen. V tomto případě maximalizuje energii paliva. A jelikož motory s menším zdvihovým objemem pracují hlavně při maximálním zatížení, je i jejich účinnost vyšší.
Tajemství převahy malých motorů z hlediska účinnosti spočívá v absenci takzvaných čerpacích ztrát. Vznikají při nízké zátěži, kdy motor běží v nízkých otáčkách a plyn je jen mírně pootevřený. V tomto případě během sacího zdvihu vzniká ve válcích velký podtlak - podtlak, který odolává pohybu pístu směrem dolů a v důsledku toho snižuje účinnost. Při široce otevřené škrticí klapce nedochází k takovým ztrátám, protože vzduch vstupuje do válců téměř bez překážek.
Aby se zabránilo ztrátám při čerpání o 100%, použili inženýři SAAB v novém motoru také vysokotlaké vzduchové "přeplňování" - 2,8 atm., Pomocí mechanického kompresoru - kompresoru. Kompresor byl preferován z několika důvodů: za prvé, žádné turbodmychadlo není schopno generovat takový plnicí tlak; za druhé, reakce kompresoru na změnu zátěže je téměř okamžitá, tzn. chybí charakteristika zpomalení přeplňování turbodmychadlem. Plnění válců čerstvou náplní se v motoru SAAB zlepšilo jak pomocí dnes oblíbeného moderního mechanismu rozvodu plynu, ve kterém jsou čtyři ventily na válec, tak pomocí mezichladiče (Intercooler).
Prototyp motoru SVC je podle německé společnosti pro vývoj motorů FEV Motorentechnie v Cáchách docela funkční. Ale i přes kladné hodnocení bude po nějaké době – po jeho doladění a doladění pro potřeby zákazníků – spuštěn do sériové výroby.
Jak se na první pohled může zdát, moderní spalovací motor dosáhl nejvyššího stupně své evoluce. V současné době se sériově vyrábí různé a zdá se, že se naskytla další příležitost.
Mezi nejvýznamnější pokroky posledních let patří: zavedení vysoce přesných vstřikovacích systémů řízených sofistikovanou elektronikou, získání vysokého výkonu bez zvýšení pracovního objemu díky systémům přeplňování turbodmychadlem, zvýšení, použití atd.
Výsledkem bylo znatelné zlepšení výkonu a také snížení úrovně toxicity výfukových plynů. To však není vše. Designéři a inženýři po celém světě nadále nejen aktivně pracují na vylepšování stávajících řešení, ale snaží se také vytvořit zcela nový design.
Stačí připomenout pokusy sestavit, zbavit se v zařízení nebo dynamicky změnit kompresní poměr motoru. Ihned poznamenáváme, že ačkoli jsou některé projekty stále ve vývoji, jiné se již staly skutečností. Například motory s proměnným kompresním poměrem. Podívejme se na vlastnosti, výhody a nevýhody takovýchto spalovacích motorů.
Přečtěte si v tomto článku
Změna kompresního poměru: proč je to potřeba
Mnoho zkušených řidičů zná takové pojmy, jako je oktanové číslo pro benzínové motory, stejně jako pro dieselové motory. Pro méně znalého čtenáře připomeňme, že kompresní poměr je poměr objemu nad pístem, který je snížen v BDC (dolní úvratě) k objemu, kdy se píst zvedl do TDC (horní úvrať).
Benzínové jednotky mají v průměru ukazatel 8-14, dieselové motory 18-23. Kompresní poměr je pevná hodnota a je konstrukčně začleněn během vývoje motoru. Také požadavky na použití oktanového čísla benzínu v konkrétním motoru budou záviset na stupni komprese. Přitom se počítá buď s přeplňovaným, nebo přeplňovaným.
Pokud mluvíme o samotném kompresním poměru, ve skutečnosti se jedná o ukazatel, který určuje, jak moc bude směs paliva a vzduchu stlačena ve válcích motoru. Zjednodušeně řečeno, dobře stlačená směs se lépe zapálí a plněji hoří. Ukazuje se, že zvýšení kompresního poměru umožňuje dosáhnout růstu motoru, zlepšit výkon motoru, snížit spotřebu paliva atd.
Existují však nuance. Za prvé, toto. Opět, pokud nezacházíte do detailů, normálně by náplň paliva a vzduchu ve válcích měla jen hořet a ne explodovat. Kromě toho musí zapálení směsi začít a skončit v přesně stanovených okamžicích.
Palivo má v tomto případě tzv. „odolnost proti klepání“, tedy schopnost odolat detonaci. Pokud se však kompresní poměr výrazně zvýší, může palivo za určitých provozních podmínek spalovacího motoru začít v motoru detonovat.
Výsledkem je nekontrolovaný explozivní proces spalování ve válcích, rychlá destrukce částí motoru rázovou vlnou, výrazné zvýšení teploty ve spalovacím prostoru atd. Jak vidíte, právě z těchto důvodů je nemožné dosáhnout konstantního vysokého kompresního poměru. V tomto případě je jediným východiskem v této situaci možnost flexibilně měnit tento indikátor ve vztahu k různým provozním režimům motoru.
Takový „pracovní“ motor nedávno navrhli inženýři prémiové značky Infiniti (elitní divize Nissanu). Také další automobilky (SAAB, Peugeot, Volkswagen atd.) byly a zůstávají zapojeny do podobného vývoje. Pojďme se tedy podívat na motor s proměnnou kompresí.
Variabilní kompresní poměr motoru: jak to funguje
Za prvé, dostupná možnost změny kompresního poměru umožňuje výrazné zvýšení výkonu turbomotorů při současném snížení spotřeby paliva. Stručně řečeno, v závislosti na provozním režimu a zatížení spalovacího motoru je palivová náplň stlačena a spálena v nejoptimálnějších podmínkách.
Při minimálním zatížení pohonné jednotky je do válců přiváděna ekonomická „špatná“ směs (hodně vzduchu a málo paliva). Pro takovou směs se dobře hodí vysoký kompresní poměr. Pokud se zatížení motoru zvýší (dodává se „bohatá“ směs, ve které je více benzínu), riziko detonace se přirozeně zvyšuje. Aby se tomu zabránilo, kompresní poměr se dynamicky snižuje.
U motorů, kde je kompresní poměr konstantní, je změna jakousi ochranou před detonací. Tento úhel se pohybuje "zpět". Přirozeně, že takový posun úhlu vede k tomu, že ačkoli nedochází k detonaci, dochází také ke ztrátě energie. Co se týče motoru s proměnným kompresním poměrem, není potřeba řadit UOS, čili nedochází ke ztrátě výkonu.
Pokud jde o implementaci samotného schématu, ve skutečnosti se úkol scvrkává na skutečnost, že dochází k fyzickému poklesu pracovního objemu motoru, ale všechny charakteristiky (výkon, točivý moment atd.) jsou zachovány.
Hned si všimneme, že na takovém řešení pracovaly různé společnosti. V důsledku toho se objevily různé způsoby řízení kompresního poměru, například variabilní objem spalovacího prostoru, ojnice s možností zvedání pístů atd.
- Jedním z prvních vývojů bylo zavedení přídavného pístu do spalovací komory. Uvedený píst měl schopnost pohybu při změně objemu. Nevýhodou celého návrhu byla nutnost instalovat další díly. Také se okamžitě objevily změny tvaru spalovací komory, palivo hořelo nerovnoměrně a neúplně.
Z těchto důvodů nebyl tento projekt nikdy dokončen. Stejný osud potkal i vývoj, který měl písty s možností měnit svou výšku. Tyto dělené písty se ukázaly být těžké a přidaly se potíže s implementací ovládání výšky zdvihu krytu pístu atd.
- Další vývoj se již nedotkl pístů a spalovacího prostoru, maximální pozornost byla věnována otázce zvedání klikové hřídele. Jinými slovy, úkolem bylo implementovat ovládání výšky zdvihu klikového hřídele.
Schéma zařízení je takové, že ložiskové čepy hřídele jsou umístěny ve speciálních spojkách excentrického typu. Tyto spojky jsou poháněny ozubenými koly, která jsou spojena s elektromotorem.
Otáčení excentrů umožňuje zvednout nebo snížit, což vede ke změně výšky pístů ve vztahu k. V důsledku toho se zvětšuje nebo zmenšuje objem spalovacího prostoru, přičemž se mění i kompresní poměr.
Všimněte si, že několik prototypů bylo postaveno na základě 1,8litrového přeplňovaného agregátu od Volkswagenu, kompresní poměr se pohyboval od 8 do 16. Motor byl dlouho testován, ale nikdy se nestal sériovým agregátem.
- Dalším pokusem o řešení byl motor, u kterého se kompresní poměr měnil zvednutím celého bloku válců. Vývoj patří značce Saab a samotný agregát se do série téměř ani nedostal. Motor je známý jako SVC, 1,6litrový, 5válcový, přeplňovaný agregát.
Výkon byl asi 220 litrů. s., točivým momentem těsně nad 300 Nm. Je pozoruhodné, že spotřeba paliva v režimu střední zátěže klesla téměř o třetinu. Pokud jde o samotné palivo, bylo možné naplnit jak AI-76, tak 98.
Inženýři Saabu rozdělili blok válců na dvě podmíněné části. Horní část obsahovala hlavy válců a vložky, zatímco spodní část obsahovala klikový hřídel. Jakýmsi spojením těchto částí bloku byl na jedné straně pohyblivý závěs a na druhé speciální mechanismus vybavený elektrickým pohonem.
Takže bylo možné mírně zvednout horní část v určitém úhlu. Takový úhel elevace byl jen několik stupňů, přičemž kompresní poměr se pohyboval od 8 do 14. Zároveň měl „kloub“ těsnit pryžové pouzdro.
V praxi se jako velmi slabé prvky ukázaly samotné díly pro zvedání horní části bloku, ale i samotný ochranný kryt. Možná to bylo to, co zabránilo motoru dostat se do série a projekt byl dále uzavřen.
- Další vývoj dále navrhli inženýři z Francie. Turbomotor o pracovním objemu 1,5 litru dokázal změnit kompresní poměr ze 7 na 18 a produkoval asi 225 koní. Točivá charakteristika je pevně nastavena na přibližně 420 Nm.
Konstrukčně je jednotka složitá, s rozdělenou. V oblasti uchycení ojnice ke klikovému hřídeli byl díl opatřen speciálním ozubeným vahadlem. V místě spojení ojnice s pístem byla také zavedena tyč ozubeného typu.
Na druhé straně byla na vahadle připevněna pístnice, která implementovala ovládání. Systém byl poháněn z mazacího systému, pracovní tekutina procházela složitým systémem kanálů, ventilů a byl zde také přídavný elektrický pohon.
Stručně řečeno, pohyb ovládacího pístu měl vliv na vahadlo. V důsledku toho se také změnila výška zdvihu hlavního pístu ve válci. Všimněte si, že motor se také nestal sériovým a projekt byl zmrazen.
- Dalším pokusem o vytvoření motoru s proměnným kompresním poměrem bylo řešení inženýrů Infiniti, konkrétně motor VCT (Variable Compression Turbocharged). U tohoto motoru bylo možné změnit kompresní poměr z 8 na 14. Designovým prvkem je unikátní pojezdový mechanismus.
Je založen na spojení ojnice se spodním hrdlem, které je pohyblivé. Dále se používá systém pák, které jsou poháněny elektromotorem.
Regulátor řídí proces vysíláním signálů do elektromotoru. Elektromotor po obdržení povelu od řídicí jednotky posune táhlo a pákový systém provede změnu polohy, která umožňuje měnit výšku pístu.
Výsledkem je jednotka Infiniti VCT o zdvihovém objemu 2,0 litru s výkonem asi 265 koní. umožnilo ušetřit téměř 30 % paliva ve srovnání s podobnými spalovacími motory, které mají zároveň konstantní kompresní poměr.
Pokud se výrobci podaří efektivně vyřešit současné problémy (náročnost konstrukce, zvýšené vibrace, spolehlivost, vysoké konečné náklady na kusovou výrobu atd.), pak se optimistická prohlášení zástupců společnosti mohou dobře naplnit a motor sám o sobě má velkou šanci se stal seriálem již v letech 2018-2019.
Shrnutí
Na základě výše uvedených informací je zřejmé, že motory s proměnnou kompresí mohou zajistit výrazné snížení spotřeby paliva u přeplňovaných benzínových motorů.
Na pozadí celosvětové palivové krize a také neustálého zpřísňování ekologických norem umožňují tyto motory nejen efektivně spalovat palivo, ale zároveň neomezovat výkon motoru.
Jinými slovy, takový spalovací motor je docela schopný nabídnout všechny výhody výkonného benzínového vysokootáčkového turbomotoru. Spotřebou paliva se přitom takový agregát může přiblížit dnes oblíbeným turbodieselovým kolegům především díky svému.
Přečtěte si také
Vynucení motoru. Klady a zápory zdokonalování motoru bez turbíny. Hlavní metody posilování jsou: ladění hlavy válců, klikové hřídele, kompresního poměru, sání a výfuku.
Myšlenka vytvořit benzinový motor, kde by byl kompresní poměr ve válcích proměnnou hodnotou, není nová. Takže při akceleraci, kdy je potřeba největší výkon motoru, můžete na pár sekund obětovat jeho hospodárnost snížením kompresního poměru – zabráníte tak detonaci, samovznícení palivové směsi, ke kterému může docházet při vysokém zatížení. Při rovnoměrném pohybu je naopak žádoucí zvýšit kompresní poměr, aby bylo dosaženo efektivnějšího spalování palivové směsi a snížení spotřeby paliva - v tomto případě je zatížení motoru malé a riziko detonace minimální .
Obecně je vše v teorii jednoduché, ale ukázalo se, že není tak snadné realizovat tuto myšlenku v praxi. A japonští designéři byli první, komu se podařilo dovést nápad do sériového modelu.
Podstatou technologie vyvinuté Nissanem je plynulá změna maximálního zdvihu pístu (tzv. horní úvrať - TDC) v závislosti na požadovaném výkonu motoru, což následně vede ke snížení nebo zvýšení kompresního poměru v válce. Klíčovým detailem tohoto systému je speciální upevnění ojnic, které jsou spojeny s klikovou hřídelí přes pohyblivý blok vahadel. Blok je zase propojen s excentrickým ovládacím hřídelem a elektromotorem, který na příkaz elektroniky uvádí tento mazaný mechanismus do pohybu, mění sklon vahadel a polohu TDC pístů ve všech čtyři válce současně.
Rozdíl v kompresním poměru v závislosti na poloze TDC pístu. Na obrázku vlevo je motor v úsporném režimu, vpravo v režimu maximální účinnosti. Odpověď: Je-li požadována změna kompresního poměru, elektromotor se otáčí a pohybuje ramenem pohonu. B: Hnací páka otáčí ovládací hřídel. C: když se hřídel otáčí, působí na páku spojenou s vahadlem a mění úhel vahadla. D: V závislosti na poloze vahadla stoupá nebo klesá TDC pístu a tím se mění kompresní poměr.
Díky tomu se při akceleraci sníží kompresní poměr na 8:1, poté motor přejde do ekonomického režimu s kompresním poměrem 14:1. Jeho pracovní objem se přitom pohybuje od 1997 do 1970 cm 3 . Turbočtyřka nového Infiniti QX50 vyvine 268 koní. S. a točivý moment 380 Nm - výrazně více než 2,5litrový V6 jeho předchůdce (jeho výkon je 222 koní a 252 Nm), přičemž spotřebuje o třetinu méně benzínu. VC-Turbo je navíc o 18 kg lehčí než atmosférická „šestka“, zabírá méně místa pod kapotou a maximálního točivého momentu dosahuje v pásmu nižších otáček.
Mimochodem, systém nastavení kompresního poměru nejen zvyšuje účinnost motoru, ale také snižuje úroveň vibrací. Díky vahadlům zaujímají ojnice při pracovním zdvihu pístů téměř svislou polohu, zatímco u běžných motorů jdou ze strany na stranu (proto dostaly ojnice svůj název). Výsledkem je, že i bez vyvažovacích hřídelů běží tato 4válcová jednotka stejně tiše a plynule jako V6.
Variabilní poloha TDC pomocí složitého systému pák však není jedinou vlastností nového motoru. Změnou kompresního poměru je tento agregát také schopen přepínat mezi dvěma pracovními cykly: klasickým Ottovým, který provozuje většinu benzinových motorů, a Atkinsonovým cyklem, vyskytujícím se především u hybridů. V druhém případě (s vysokým kompresním poměrem) se díky většímu zdvihu pístů pracovní směs více roztahuje, hoří s větší účinností, v důsledku toho se zvyšuje účinnost a klesá spotřeba benzínu.
Kromě dvou pracovních cyklů využívá tento motor také dva systémy vstřikování: klasický distribuovaný MPI a přímý GDI, což zlepšuje spotřebu paliva a zabraňuje detonaci při vysokých kompresních poměrech. Oba systémy pracují střídavě a při vysokém zatížení - současně. Pozitivní příspěvek ke zvýšení účinnosti motoru má také speciální nátěr stěn válců, který se nanáší plazmovým nástřikem a následně kalí a honuje. Výsledkem je ultra hladký „zrcadlový“ povrch, který snižuje tření pístních kroužků o 44 %.
Další unikátní vlastností motoru VC-Turbo je systém aktivního tlumení vibrací Active Torque Road, který je založen na pístovém aktuátoru integrovaném do jeho horního uložení. Tento systém je řízen senzorem zrychlení, který detekuje vibrace motoru a v reakci generuje tlumící vibrace v protifázi. Aktivní ložiska byla poprvé použita v Infiniti v roce 1998 na vznětovém motoru, ale tento systém se ukázal jako příliš těžkopádný, takže nebyl široce používán. Projekt byl odložen do roku 2009, kdy se japonští inženýři chopili jeho vylepšení. Dalších 8 let trvalo vyřešení problému s nadváhou a rozměry tlumiče vibrací. Ale výsledek je působivý: díky ATR je čtyřválcová jednotka nového Infiniti QX50 o 9 dB tišší než V6 jeho předchůdce!
