Розсекречений двигун infiniti із змінним ступенем стиснення. Infiniti QX50

15.10.2019

Тісно пов'язана з к.п.д. У бензинових двигунах ступінь стиснення обмежується областю детонаційного згоряння. Ці обмеження мають особливе значення для роботи двигуна на повних навантаженнях, у той час як на часткових навантаженнях високий рівень стиснення не викликає небезпеки детонації. Для збільшення потужності двигуна та підвищення економічності бажано знижувати ступінь стиснення, проте якщо ступінь стиснення буде малою для всіх діапазонів роботи двигуна, це призведе до зниження потужності та збільшення витрати палива на часткових навантаженнях. При цьому значення ступеня стиснення, як правило, вибираються набагато нижче за ті величини, при яких досягаються найбільш економічні показники роботи двигунів. Свідомо погіршення економічності двигунів, це особливо сильно проявляється при роботі на часткових навантаженнях. Тим часом зниження наповнення циліндрів горючою сумішшю, збільшення відносної кількості залишкових газів, зменшення температури деталей і т.п. створюють можливості для підвищення ступеня стиснення при часткових навантаженнях з метою підвищення економічності двигуна та збільшення його потужності. Щоб вирішити таку компромісну задачу, розробляються варіанти двигунів зі змінним ступенем стиснення.

Повсюдне застосування в конструкціях двигунів зробило напрямок цієї роботи ще більш актуальним. Справа в тому, що при наддуві значно збільшуються механічні та теплові навантаження на деталі двигуна, у зв'язку з чим їх доводиться посилювати, підвищуючи масу всього двигуна загалом. При цьому, як правило, термін служби деталей, що працюють при навантаженому режимі, скорочується, а надійність двигуна знижується. У разі переходу на змінну ступінь стиснення робочий процес у двигуні при наддуві можна організувати так, що за рахунок відповідного зниження ступеня стиснення за будь-яких тисків наддуву максимальні тиски робочого циклу (тобто ефективність роботи) залишатимуться незмінними або змінюватимуться незначно. При цьому, незважаючи на збільшення корисної роботи за цикл, а отже і потужності двигуна, максимальні навантаження на його деталі можуть не збільшуватися, що дозволяє форсувати двигуни без впровадження змін у їх конструкцію.

Дуже суттєвим для нормального протікання процесу згоряння в двигуні з ступенем стиснення, що змінюється, є правильний вибір форми камери згоряння, що забезпечує найбільш короткий шлях поширення полум'я. Зміна фронту поширення полум'я має бути дуже оперативною, щоб враховувати різні режими роботи двигуна під час експлуатації автомобіля. Враховуючи застосування додаткових деталей в кривошипно-шатунному механізмі, необхідно також розробляти системи з малим коефіцієнтом тертя, щоб не втратити переваг при застосуванні ступеня стиснення, що змінюється.

Один з найбільш поширених варіантів двигуна з ступенем стиснення, що змінюється, показаний на малюнку.

Мал. Схема двигуна із змінним ступенем стиснення:
1 – шатун; 2 – поршень; 3 – ексцентриковий вал; 4 – додатковий шатун; 5 - шатунна шийка колінчастого валу; 6 – коромисло

На часткових навантаженнях 4 додатковий займає крайнє нижнє положення і піднімає зону робочого ходу поршня. Ступінь стиснення при цьому максимальна. При високих навантаженнях ексцентрик на валу 3 піднімає вісь верхньої головки додаткового шатуна 4. При цьому збільшується надпоршневий проміжок і зменшується ступінь стиснення.

У 2000 році в Женеві був представлений експериментальний бензиновий двигун фірми SAAB зі змінним ступенем стиснення. Його унікальні особливості дозволяють досягати потужності 225 к.с. при робочому об'ємі 1,6 л. і зберігати витрати пального порівнянного з удвічі меншим двигуном. Можливість безкрокової зміни робочого об'єму дозволяє двигуну працювати на бензині, дизельному паливі чи спирті.

Циліндри двигуна та головка блоку виконані як моноблок, тобто єдиним блоком, а не окремо як у звичайних двигунів. Окремий блок є також блок-картер і шатунно-поршнева група. Моноблок може переміщатися блок-картером. Ліва сторона моноблока при цьому спирається на розташовану в блоці вісь 1, що служить шарніром, права сторона може підніматися або опускатися за допомогою шатуна 3 керованого ексцентриковим валом 4. Для герметизації моноблока блок-картера передбачений гофрований гумовий чохол 2.

Мал. Двигун із змінним ступенем стиснення SAAB:
1 – вісь; 2 – гумовий чохол; 3 – шатун; 4 – ексцентриковий вал.

Ступінь стиснення змінюється при нахилі моноблока щодо блок-картера за допомогою гідроприводу при постійному перебігу поршня. Відхилення моноблока від вертикалі призводить до збільшення об'єму камери згоряння, що спричиняє зниження ступеня стиснення.

При зменшенні кута нахилу ступінь стиснення підвищується. Максимальна величина відхилення моноблока вертикальної осі – 4%.

На мінімальній частоті обертання колінчастого валу та скиданні подачі палива, а також при малих навантаженнях, моноблок займає найнижче положення, в якому об'єм камери згоряння мінімальний (ступінь стиснення – 14). Система наддуву відключається, і повітря надходить у двигун безпосередньо.

Під навантаженням, за рахунок повороту ексцентрикового валу, шатун відхиляє моноблок убік і об'єм камери згоряння збільшується (ступінь стиснення – 8). При цьому зчеплення підключає нагнітач, повітря починає надходити в двигун під надлишковим тиском.

Мал. Зміна подачі повітря в двигун SAAB за різних режимів:
1 – дросельна заслінка; 2 – перепускний клапан; 3 – зчеплення; а – на малій частоті обертання колінчастого валу; б – на навантажувальних режимах

Оптимальний ступінь стиснення розраховується блоком керування електронної системи з урахуванням частоти обертання колінчастого валу, ступеня навантаження, виду палива та інших параметрів.

У зв'язку з необхідністю швидкого реагування на зміну ступеня стиснення в цьому двигуні довелося відмовитися від турбокомпресора на користь механічного наддуву з проміжним охолодженням повітря з максимальним тиском наддуву 2,8 кгс/см2.

Витрата палива для розробленого двигуна на 30% менша, ніж у звичайного двигуна такого ж обсягу, а показники по токсичності газів, що відпрацювали, відповідають діючим нормам.

Французька фірма МСЕ-5 Development, розробила для концерну «Пежо-Сітроен», двигун із змінним ступенем стиснення VCR (Variable Compression Ratio). У цьому рішенні застосовано оригінальну кінематику кривошипно-шатунного механізму.

У даній конструкції передача руху від шатуна на поршні здійснюється через подвійний зубчастий сектор 5. З правого боку двигуна розташована опорна зубчаста рейка 7, на яку спирається сектор 5. Таке зачеплення забезпечує строго зворотно-поступальний рух поршня циліндра, який з'єднаний із зубчастою рейкою 4. Рейка 7 з'єднана з поршнем 6 гідроциліндра, що управляє.

Залежно від режиму роботи двигуна за сигналом блоку управління двигуном змінюється положення поршня 6 керуючого циліндра, пов'язаного з рейкою 7. Зміщення рейки управління 7 вгору або вниз змінює положення ВМТ і НМТ поршня двигуна, а разом з ними і ступенем стиснення від 7:1 до 20:1 за 0,1 с. У разі потреби є можливість зміни ступеня стиснення для кожного циліндра окремо.

Мал. Двигун із змінним ступенем стиснення VCR:
1 – колінчастий вал; 2 – шатун; 3 – зубчастий опорний ролик; 4 – зубчаста рейка поршня; 5 – зубчастий сектор; 6 – поршень керуючого циліндра; 7 – опорна зубчаста рейка керування.

Двигун VC-T. Зображення: Nissan

Японський автовиробник Nissan Motor представив новий тип бензинового двигуна внутрішнього згоряння, який за деякими параметрами перевершує передові сучасні дизельні двигуни.

Новий двигун Variable Compression-Turbo (VC-T) здатний за необхідності змінювати ступінь стисненнягазоподібної горючої суміші, тобто змінювати крок ходу поршнів у циліндрах ДВЗ. Цей параметр зазвичай фіксований. Судячи з усього, VC-T стане першим у світі ДВС зі змінним ступенем стиснення суміші.

Ступінь стиснення - відношення об'єму надпоршневого простору циліндра двигуна внутрішнього згоряння при положенні поршня в нижній мертвій точці (повний об'єм циліндра) до об'єму надпоршневого простору циліндра при положенні поршня у верхній мертвій точці, тобто до об'єму.

Підвищення ступеня стиснення в загальному випадку підвищує його потужність та збільшує ККД двигуна, тобто сприяє зниженню витрати палива.

У звичайних бензинових двигунах ступінь стиснення зазвичай становить від 8:1 до 10:1, а у спортивних машинах та гоночних болідах може досягати 12:1 або більше. При підвищенні ступеня стиснення двигун потребує палива з більшим октановим числом.

Двигун VC-T. Зображення: Nissan

На ілюстрації показана різниця в кроці поршнів різного ступеня стиснення: 14:1 (ліворуч) та 8:1 (праворуч). Зокрема, демонструється механізм зміни ступеня стиснення від 14:1 до 8:1. Він відбувається в такий спосіб.

У разі потреби змінити ступінь стиснення активується модуль Harmonic Driveі зрушує важіль актуатора.
Важель актуатора повертає приводний вал ( Control Shaftна схемі).
Коли приводний вал повертається, він змінює кут нахилу підвіски багатоважеля ( Multi-linkна схемі)
Багатоважільна підвіска визначає висоту, на яку кожен поршень здатний піднятися у своєму циліндрі. Таким чином, змінюється ступінь стиснення. Нижня мертва точка поршня, зважаючи на все, залишається незмінною.

Конструкцію запатентовано Nissan (патент США № 6,505,582 від 14 червня 2003 року).

Зміну ступеня стиснення в ДВС можна в якомусь сенсі порівняти зі зміною кута атаки у гвинтах регульованого кроку - концепції, яка застосовується багато десятиліть у повітряних і гребних гвинтах. Змінюваний крок гвинта дозволяє підтримувати ефективність рушія, близька до оптимальної незалежно від швидкості руху носія в потоці.

Технологія зміни ступеня стиснення ДВЗ дає можливість зберегти потужність двигуна за дотримання строгих нормативів до економічності двигуна. Ймовірно, це взагалі реальний спосіб дотриматися цих нормативів. «Всі зараз працюють над змінюваною ступінь стиснення та іншими технологіями, щоб значно покращити економічність бензинових двигунів, - говорить Джеймс Чао (James Chao), керуючий директор з Азіатсько-Тихоокеанського регіону та консультант IHS, - Принаймні останні двадцять років або близько того» . Варто згадати, що у 2000 році компанія Saab показувала прототип такого двигуна Saab Variable Compression (SVC) для Saab 9-5, за який удостоїлася низка нагород на технічних виставках. Потім шведську фірму купив концерн General Motors та припинив роботу над прототипом.

Двигун Saab Variable Compression (SVC) Фото: Reedhawk

Двигун VC-T обіцяють вивести на ринок у 2017 році з автомобілями марки Infiniti QX50. Офіційну презентацію призначено 29 вересня на Паризькому автосалоні. Цей дволітровий чотирициліндровий двигун матиме приблизно таку ж потужність і крутний момент, що і 3,5-літровий двигун V6, місце якого займе, але забезпечить економію палива 27% порівняно з ним.

Інженери Nissan кажуть також, що VC-T буде дешевшим, ніж сучасні просунуті дизельні двигуни з турбонаддувом, і повністю відповідатиме сучасним нормам на викиди оксиду азоту та інших вихлопних газів - такі правила діють у Євросоюзі та деяких інших країнах.

Після Infiniti новими двигунами планується оснащувати інші автомобілі Nissan та, можливо, партнерської компанії Renault.

Двигун VC-T. Зображення: Nissan

Можна припустити, що ускладнена конструкція ДВЗ спочатку навряд чи буде відрізнятися надійністю. Є сенс почекати кілька років, перш ніж купувати автомобіль із двигуном VC-T, якщо тільки ви не хочете брати участь у тестуванні експериментальної технології.

Як здається, сучасний двигун внутрішнього згоряння досяг вищої щаблі своєї еволюції. На даний момент серійно випускаються різні і, з'явилися, додатково реалізована можливість.

У списку найбільш значущих напрацювань останніми роками можна назвати: використання систем високоточного упорскування під керівництвом складної електроніки, отримання великої потужності без збільшення робочого обсягу завдяки системам турбонаддува, збільшення , використання тощо.

Результатом стало помітне поліпшення характеристик, а також зниження рівня токсичності газів, що відпрацювали. Однак, це ще не все. Конструктори та інженери по всьому світу продовжують не лише активно працювати над удосконаленням уже існуючих рішень, але й намагаються створити абсолютно нову конструкцію.

Досить згадати спроби побудувати, позбавитися в пристрої або динамічно змінювати ступінь стиснення двигуна. Відразу зазначимо, хоча одні проекти ще перебувають у стадії розробки, інші вже стали реальністю. Наприклад, двигуни зі змінним ступенем стиснення. Давайте розглянемо особливості, переваги та недоліки таких ДВС.

Читайте у цій статті

Зміна ступеня стиснення: навіщо це потрібно

Багато досвідчених водіїв знають такі поняття, як і октанове число для бензинових моторів, а також для дизельних. Для менш обізнаних читачів нагадаємо, що ступінь стиснення є відношенням обсягу над поршнем, який опущений в НМТ (нижня мертва точка) до того обсягу, коли поршень піднявся в ВМТ (верхня мертва точка).

Бензинові агрегати мають, у середньому, показник 8-14, дизелі 18-23. Ступінь стиснення є фіксованою величиною та конструктивно закладається під час розробки того чи іншого двигуна. Також від ступеня стиснення залежатимуть і вимоги до використання октанового числа бензину у тому чи іншому моторі. Паралельно враховується і те, чи з наддувом.

Якщо говорити про самий ступінь стиснення, фактично це показник, який визначає, наскільки сильно стискатиметься паливно-повітряна суміш у циліндрах двигуна. Якщо просто, добре стисла суміш краще запалюється і повноцінніше згоряє. Виходить, збільшення ступеня стиснення дозволяє досягти зростання двигуна, отримати покращену віддачу від двигуна, знизити витрату палива і т.д.

Проте є й нюанси. Насамперед, це . Знову ж таки, якщо не вдаватися до подробиць, в нормі заряд палива та повітря в циліндрах повинен саме горіти, а не вибухати. Більше того, займання суміші повинно починатися і закінчуватися в задані моменти.

При цьому паливо має так звану детонаційну стійкість, тобто здатність протистояти детонації. Якщо ж сильно збільшити рівень стиснення, тоді пальне може почати детонувати в двигуні за певних режимів роботи ДВС.

Результат - неконтрольований вибуховий процес згоряння в циліндрах, швидке руйнування деталей двигуна ударною хвилею, значне зростання температури камери згоряння і т.д. Як видно, зробити постійним високий ступінь стиснення не можна саме з цих причин. При цьому єдиним виходом в даній ситуації є можливість гнучко змінювати цей показник стосовно різних режимів роботи двигуна.

Такий «робочий» двигун нещодавно запропонували інженери преміального бренду Infiniti (елітний підрозділ Nissan). Також в аналогічні розробки були і залишаються залучені інші автовиробники (SAAB, Peugeot, Volkswagen тощо). Отже, давайте розглянемо двигун із змінним ступенем стиснення.

Змінний ступінь стиснення двигуна: як це працює

Насамперед доступна можливість змінювати ступінь стиснення дозволяє значною мірою збільшити продуктивність турбомоторів з одночасним зменшенням витрати палива. У двох словах, залежно від режиму роботи та навантажень на ДВЗ паливний заряд стискається і згоряє в оптимальних умовах.

Коли навантаження на силовий агрегат мінімальні, циліндри подається економічна «бідна» суміш (багато повітря і мало палива). Для такої суміші добре підходить високий ступінь стиснення. Якщо навантаження на мотор зростають (подається «багата» суміш, в якій більше бензину), тоді закономірно зростає ризик виникнення детонації. Відповідно, щоб цього не сталося, ступінь стиснення динамічно зменшується.

У двигунах, де ступінь стиснення стала, своєрідним захистом від детонації є зміна . Цей кут зсувається "назад". Звичайно, такий зсув кута призводить до того, що хоча детонації немає, але при цьому втрачається і потужність. Що стосується мотора зі змінним ступенем стиснення, зрушувати УОЗ немає необхідності, тобто не відбувається потужних втрат.

Щодо самої реалізації схеми, фактично завдання зводиться до того, що відбувається фізичне зменшення робочого об'єму двигуна, проте зберігаються всі характеристики (потужність, момент і т.д.)

Відразу зазначимо, що над таким рішенням працювали різні компанії. В результаті з'явилися різні способи управління ступенем стиснення, наприклад, об'єм камери згоряння, що змінюється, шатуни з можливістю підйому поршнів і т.д.

Однією з ранніх розробок стало впровадження додаткового поршня в камеру згоряння. Зазначений поршень міг переміщатися, одночасно змінюючи обсяг. Мінусом всієї конструкції стала необхідність встановлювати додаткові деталі. Також відразу проявилися зміни форми камери згоряння, пальне згоряло нерівномірно та неповноцінно.

З вказаних причин цей проект так і не було завершено. Така ж доля спіткала і розробку, яка мала поршні з можливістю зміни їхньої висоти. Зазначені поршні розрізного типу виявилися важкими, ще додалися проблеми щодо реалізації управління висотою підйому кришки поршня і т.д.

Подальші розробки вже не торкалися поршні та камери згоряння, максимум уваги було приділено питанню підйому колінчастого валу. Інакше кажучи, стояло завдання реалізувати управління висотою підйому коленвала.

Схема пристрою така, що опорні шийки валу розташовані у спеціальних муфтах ексцентрикового типу. Вказані муфти рухаються за допомогою шестерень, які пов'язані з електричним двигуном.

Проворот ексцентриків дозволяє підняти або опустити , що призводить до зміни висоти підйому поршнів по відношенню до . В результаті об'єм камери згоряння збільшується або зменшується, одночасно змінюється ступінь стиснення.

Зазначимо, що було збудовано кілька прототипів на базі 1.8-літрового турбованого агрегату від Volkswagen, ступінь стиснення змінювався від 8 до 16. Двигун довго випробовували, але серійним агрегат так і не став.

Ще однією спробою знайти рішення став двигун, у якому ступінь стиснення змінювався за допомогою підйому всього блоку циліндрів. Розробка належить бренду Saab, а сам агрегат мало не потрапив у серію. Двигун відомий як SVC, об'єм 1.6 літра, агрегат із 5 циліндрами, оснащений турбонаддувом.

Потужність становила близько 220 л. с., момент, що крутить, трохи більше 300 Нм. Примітно, що витрати пального в режимі середніх навантажень знизилися майже на третину. Щодо самого палива, з'явилася можливість заливати як АІ-76, так і 98-й.

Інженери Saab розділили блок циліндрів, виділивши дві умовні частини. У верхній були головки і гільзи циліндрів, тоді як у нижній частині колінчастий вал. Своєрідним з'єднанням цих частин блоку з одного боку був рухомий шарнір, з другого особливий механізм, оснащений електроприводом.

Так було реалізовано можливість трохи підняти верхню частину під певним кутом. Такий кут підйому становив лише кілька градусів, у своїй ступінь стиснення змінювалася від 8 до 14. У своїй герметизувати «стик» мав кожух з гуми.

Насправді самі деталі для підйому верхньої частини блоку, і навіть сам захисний кожух виявилися дуже слабкими елементами. Можливо, саме це завадило двигуну потрапити в серію і проект далі закрили.

Чергову розробку далі запропонували інженери із Франції. Турбомотор з робочим об'ємом 1.5 літра отримав можливість змінювати ступінь стиснення від 7 до 18 і видавав потужність близько 225 л. Моментна характеристика зафіксована на позначці 420 Нм.

Конструктивно агрегат складний, із розділеним . У тій області, де шатун кріпиться до колінвалу, деталь оснастили спеціальним зубчастим коромислом. У місці з'єднання шатуна з поршнем також було впроваджено планку-рейку зубчастого типу.

З іншого боку до коромисла було прикріплено рейку поршня, який реалізовував управління. Система приводилася від системи мастила, робоча рідина проходила через складну систему каналів, клапанів, а також додатковий електропривод.

У двох словах, переміщення керуючого поршня впливало на коромисло. В результаті змінювалася і висота підйому основного поршня в циліндрі. Зазначимо, що двигун також не став серійним, а проект заморожено.

Наступною спробою створити двигун із змінним ступенем стиснення стало рішення інженерів Infiniti, а саме двигун VCT (від англ. Variable Compression Turbocharged). У цьому двигуні стало можливим змінювати ступінь стиснення від 8 до 14. Особливістю конструкції є унікальний траверсний механізм.

В основі лежить з'єднання шатуна з нижньою шийкою, яке є рухомим. Також використано систему важелів, які приводяться в дію від електродвигуна.

Керує процесом контролер, посилаючи сигнали електродвигун. Електромотор після отримання команди від блоку управління зміщує тягу, а система важелів реалізує зміну положення, що дозволяє змінювати висоту підйому поршня.

В результаті агрегат Infiniti VCT з робочим об'ємом 2.0 літри з потужністю близько 265 к.с. дозволив економити майже 30% пального порівняно з аналогічними ДВЗ, які при цьому мають постійний ступінь стиснення.

Якщо виробнику вдасться ефективно вирішити проблеми (складність конструкції, підвищені вібрації, надійність, висока кінцева вартість виробництва агрегату і т.д.), тоді оптимістичні заяви представників компанії цілком можуть втілитися в реальність, а сам двигун має всі шанси стати серійним. вже у 2018-2019 році.

Підведемо підсумки

З урахуванням наведеної вище інформації стає зрозуміло, що двигуни зі змінним ступенем стиснення здатні забезпечити значне зниження витрат палива на бензинових моторах з турбонаддувом.

На тлі глобальної паливної кризи, а також постійного посилення екологічних норм ці двигуни дозволяють не тільки ефективно спалювати пальне, але і не обмежувати при цьому потужність двигуна.

Іншими словами, подібний ДВС цілком здатний запропонувати всі переваги потужного високооборотистого бензинового турбодвигуна. При цьому за витратою палива подібний агрегат може впритул наблизитися до турбодизельних аналогів, які сьогодні популярні, в першу чергу, завдяки своїй.

Читайте також

Форсування двигуна. Плюси та мінуси доробки двигуна без турбіни. Основні методи форсування: тюнінг ГБЦ, колінвал, ступінь стиснення, впуск і випуск.

Влаштування турбокомпресора, головні елементи конструкції, вибір турбіни. Переваги та недоліки бензинових та дизельних двигунів з турбонаддувом.

Унікальна технологія зміни ступеня стиснення представляє справжній прорив у моторобудуванні – 2-літровий VC-Turbo постійно змінює характеристики, налаштовуючи ступінь стиснення на оптимальну потужність і максимальну паливну ефективність. За тяговими характеристиками цей 2-літровий бензиновий турбомотор цілком можна порівняти з передовими турбодизельними двигунами того ж робочого об'єму.

Двигун VC-Turbo постійно і абсолютно непомітно для водія змінює ступінь стиснення за допомогою системи важелів, які піднімають або опускають верхню мертву точку (ВМТ) поршнів, тим самим дозволяючи досягти найкращих характеристик потужності та економічності.

Високий ступінь стиснення в принципі робить роботу двигуна більш ефективним, однак у певних режимах з'являється ризик вибухового згоряння (детонації). З іншого боку, низький ступінь стиснення дозволяє уникнути детонації та розвивати високу потужність і крутний момент. Під час руху ступінь стиснення двигуна VC-Turbo змінюється від 8:1 (для максимальної динаміки) до 14:1 (при мінімальній витраті палива), наголошуючи на орієнтованій на водія філософії INFINITI.

INFINITI's VC-Turbo engine is the world's першим production-ready variable compression ratio engine – and it makes its production debut on the new QX50. Це неоднозначна основна композиція технологія, пов'язана з переміщенням в об'єднувальному інструменті дизайну - QX50's 2.0-літрів VC-Turbo продовжує перетворювати, пристосувати його стиснення ratio до optimize напруги і енергетичного ефективності. Це поєднує потужність 2,0-літрового турбоналагодженого gasoline engine з torque and efficiency of advanced four-cylinder diesel engine.

Унікальне поєднання динаміки та економічності перетворює VC-Turbo на реальну альтернативу сучасним турбодизелям, не на словах, а насправді спростовуючи думку, що тільки гібридні та дизельні силові агрегати можуть забезпечити високі показники крутного моменту та економічність. VC-Turbo розвиває 268 л. (200 кВт) при 5600 об/хв і 380 Нм при 4400 об/хв, що є найкращим поєднанням потужності та тяги серед чотирициліндрових двигунів. Питома потужність VC-Turbo вища, ніж у багатьох турбомоторів конкурентів і впритул наближається до показників деяких бензинових V6. Однопоточний турбонагнітач гарантує моментальний відгук двигуна збільшення подачі палива.

Новий INFINITI QX50 з двигуном VC-Turbo – це найефективніший автомобіль у своєму класі з неперевершеною економічністю. Версія з передніми провідними колесами витрачає всього 8,7 л/100 км у комбінованому циклі вимірювань, що на 35% краще за показники QX50 попереднього покоління з двигуном V6. Повнопривідна версія преміального кросовера із усередненою витратою 9,0 л/100 км на 30% ефективніша за попередника.

Серед інших очевидних переваг конструкції нового двигуна – компактні розміри та знижена маса. Блок і головка циліндрів відлиті з легкого алюмінієвого сплаву, а компоненти регулювання ступеня стиснення виготовлені з високовуглецевої сталі. В результаті, порівняно з 3,5-літровим двигуном INFINITI серії VQ, новий VC-Turbo важить легше на 18 кг, а крім того займає менше простору в моторному відсіку.

За зміну ступеня стиснення у двигуні VC-Turbo відповідають система важелів, електромотор та унікальний хвильовий знижувальний редуктор. Електромотор через редуктор з'єднаний з важелем, що управляє. Редуктор обертається, повертаючи керуючий вал у блоці циліндрів, а той у свою чергу змінює положення коромисел, через які поршні наводять колінвал. Нахил коромисел змінює положення верхньої мертвої точки поршнів, а разом з ним і ступінь стиснення. Ексцентриковий вал регулює ступінь стиснення одночасно у всіх циліндрах. В результаті варіюється не тільки ступінь стиснення, а й робочий об'єм двигуна в діапазоні від 1997 см3 (8:1) до 1970 см3 (14:1).

Двигун VC-Turbo також непомітно для користувача перемикається між стандартним робочим циклом Отто та циклом Аткінсона, ще сильніше збільшуючи потужність та ефективність. Цикл Аткінсона традиційно використовується підвищення ефективності гібридних силових установок. При роботі ДВЗ по циклу Аткінсона впускні клапани перекриваються, дозволяючи робочій суміші в циліндрах розширюватися сильніше, згоряючи з більшою ефективністю. Двигун INFINITI працює за циклом Аткінсона при високих показниках ступеня стиснення, коли через більш довгий хід поршнівпускні клапани на короткий час залишаються відкритими вже у фазі стиснення.

INFINITI's VC-Turbo engine is the world's першим production-ready variable compression ratio engine | Це неоднозначна основна композиція технологія, пов'язана з переміщенням в структурі промислового дизайну QX50's 2,0-літровий VC-Turbo надійних перетворень, пристосування його композиції до оптимальної потужності і функціонування. Це поєднує потужність 2,0-літрового турбоналагодженого gasoline engine з torque and efficiency of advanced four-cylinder diesel engine.

Коли ступінь стиснення VC-Turbo зменшується, двигун повертається до звичайного режиму роботи (цикл Отто), з чітко розділеними фазами випуску, стиснення, згоряння та випуску – таким чином досягається вища потужність силового агрегату.

Крім ступеня стиснення, що змінюється, в двигуні VC-Turbo застосовується і ряд інших передових технологій INFINITI. Оптимальний баланс між ефективністю та потужністю забезпечує як система розподіленого упорскування (MPI), так і безпосереднього (GDI):

GDI підвищує ефективність згоряння палива, запобігаючи детонації у двигуні при високих ступенях стиснення.
MPI, у свою чергу, заздалегідь готує паливну суміш, забезпечуючи повне її згоряння в циліндрах при низьких навантаженнях.

При певних оборотах двигун самостійно перемикається з однієї системи впорскування на іншу, а при максимальних навантаженнях вони можуть працювати одночасно.

Однопоточний турбонагнітач підвищує потужність та ефективність двигуна, забезпечуючи швидкі відгуки на педаль газу на будь-яких оборотах та за будь-якого ступеня стиснення. Завдяки турбонаддуву по віддачі двигун порівняємо з шестициліндровим атмосферним двигуном. Однопотоковий нагнітач відрізняється компактністю, а також зниженими втратами теплової енергії та тиску вихлопних газів.

Інтегрований в алюмінієву головку блоку випускний колектор також підвищує ефективність роботи двигуна та визначає його компактні розміри. Таке рішення дозволило інженерам INFINITI розмістити каталітичний нейтралізатор відразу за турбіною, скоротивши таким чином шлях вихлопних газів. Завдяки цьому нейтралізатор швидше прогрівається після запуску двигуна і раніше виходить на робочий режим.

Різноманітна композиція ratio technology represents a breakthrough in powertrain development. QX50, Powered by VC-Turbo, є першим виробництвом автомобіля аж до гідних drivers eng motor transforms on demand, setting a new benchmark for powertrain capability and refinement. Це uncommonly smooth engine offers customers влада і ефективність, як добре, як efficiency and economy.

Тиск наддування регулюється електронно-керованим клапаном (wastegate), який з високою точністю контролює потік вихлопних газів, що проходять через турбіну. Це гарантує високу потужність та економічність, а також допомагає скоротити рівень шкідливих викидів.

Завдяки системі зміни ступеня стиснення добре збалансований двигун VC-Turbo обходиться без врівноважувальних валів, зазвичай необхідних чотирициліндровим моторам. VC-Turbo працює більш плавно, ніж звичайні рядні аналоги, а рівень шуму та вібрацій порівняний з показниками традиційних V6. Це стало можливим, у тому числі і завдяки компонування з додатковими коромислами, в якій шатуни при робочому ході поршнів майже вертикальні (на відміну від традиційного кривошипно-шатунного механізму, де вони рухаються з боку на бік). У результаті відбувається ідеальний поворотно-поступальний рух, що не вимагає врівноважуючих валів. Саме тому, незважаючи на застосування системи зміни ступеня стиснення, мотор VC-Turbo такий компактний, як традиційний 2-літровий чотирициліндровий двигун.

Особливо слід відзначити і вкрай низький рівень вібрацій нового двигуна. На заводських випробуваннях, у ході яких фахівці INFINITI порівнювали характеристики VC-Turbo з чотирициліндровими двигунами конкурентів, революційний двигун продемонстрував значно менший рівень шуму – майже як у 6-циліндрових агрегатів.

У цьому є заслуга і використовуваного INFINITI «дзеркального» покриття стін циліндрів – воно на 44% зменшує тертя, дозволяючи двигуну працювати рівніше. Покриття наноситься методом плазмового напилення, потім загартується і хонінгується для створення ультра-гладкої поверхні.

Новий INFINITI QX50 з 2-літровим мотором VC-Turbo – перший у світі автомобіль, оснащений системою активного придушення вібрацій Active Torque Rod (ATR). Новий QX50 – єдиний автомобіль у класі, оснащений подібною технологією. Інтегрована у верхню опору двигуна, через яку на кузов зазвичай передається більша частина шуму та вібрацій, ATR оснащена датчиком прискорень, що фіксує коливання. Система генерує зворотно-поступальні вібрації в протифазі, дозволяючи чотирициліндровому агрегату залишатися таким же тихим і плавним, як і V6 мотори, і на 9 Дб зменшує шум двигуна в порівнянні з попереднім QX50. У результаті VC-Turbo – один із найтихіших і врівноважених двигунів у сегменті преміальних позашляховиків.

Перші у світі активні опори INFINITI встановили на дизельний двигун ще в 1998 році, підтверджуючи інноваційність бренду в галузі силових агрегатів. Систему ATR інженери INFINITI розробляли з 2009 по 2017 рік, особливу увагу приділивши зменшенню розмірів і маси – на перших прототипах головною проблемою вважалися габарити вібромотора. Однак, розробка компактніших зворотно-поступальних актуаторів дозволила встановити ATR в корпус меншого розміру, повною мірою зберігши здатність системи максимально ефективно гасити вібрації.

На тему:

Британці визначили дату кінця ери ДВС
Фахівці компанії H2 розповіли про ефективність роботи...

Винахід відноситься до машинобудування, насамперед до теплових машин, а саме до поршневого двигуна внутрішнього згоряння (ДВЗ) зі змінним ступенем стиснення. Технічний результат винаходу полягає в удосконаленні кінематики механізму передачі зусиль поршневого ДВС, таким чином, щоб забезпечувати можливість регулювання ступеня стиснення при одночасному зниженні реакції в опорах та сил інерції другого порядку. ДВС згідно винаходу має рухомо встановлений в циліндрі поршень, який шарнірно з'єднаний з шатуном. Рух шатуна передається на кривошип колінчастого валу. При цьому, з метою забезпечення можливості керованого зміни ступеня стиснення та ходу поршня, між шатуном та кривошипом передбачено передавальну ланку, яка виконана з можливістю управління його рухом за допомогою важеля. Передавальна ланка виконана у вигляді поперечного важеля, з'єднаного з кривошипом за допомогою шарніра, розташованого в проміжному положенні на ділянці між двома опорними точками. В одній з опорних точок поперечний важіль з'єднаний з шатуном, а в іншій - з важелем, що управляє. Керуючий важіль також шарнірно з'єднаний з додатковим кривошипом або ексцентриком, які здійснюють керуючі рухи, зміщуючи вісь кочення важеля, що управляє, чим забезпечують зміну ступеня стиснення ДВС. Крім цього вісь кочення управляючого важеля може здійснювати безперервний циклічний рух, синхронізований з обертанням колінчастого валу. При цьому, у разі дотримання певних геометричних співвідношень між окремими ланками механізму передачі зусиль, можуть бути зменшені навантаження на них та підвищена плавність роботи ДВЗ. 12 з.п. ф-ли, 10 іл.

Малюнки до патенту РФ 2256085

Даний винахід відноситься до машинобудування, насамперед до теплових машин. Винахід відноситься, зокрема, до поршневого двигуна внутрішнього згоряння (ДВС), що має поршень, який рухомо встановлений в циліндрі і який шарнірно з'єднаний з шатуном, рух якого передається на кривошип колінчастого валу, при цьому між шатуном і кривошипом передбачено передавальну ланку, яка виконана з можливістю управління його рухом за допомогою керуючого важеля з метою забезпечити кероване переміщення поршня, насамперед забезпечити можливість зміни ступеня стиснення та ходу поршня, і яке виконане у вигляді поперечного важеля, який з'єднаний з кривошипом шарніром, розташованим у проміжному положенні на ділянці між опорною точкою, в якій поперечний важіль з'єднаний з шатуном, і опорною точкою, в якій поперечний важіль з'єднаний з важелем, що управляє, і на деякому віддаленні від лінії, що з'єднує між собою обидві ці опорні точки, в яких поперечний важіль з'єднаний з керуючим важелем і шатуном відповідно.

З роботи Wirbeleit F.G., Binder К. і Gwinner D., "Розвиток Piston з Variable Compression Height for Incrising Efficiency and Specific Power Output of Combustion Engines", SAE Techn. Pap., 900229, відомий ДВС подібного типу з автоматично регульованим ступенем стиснення (ПАРСС) за рахунок зміни висоти поршня, що складається з двох частин, між якими сформовані гідравлічні камери. Зміна ступеня стиснення здійснюється автоматично шляхом зміни положення однієї частини поршня щодо іншої за рахунок перепуску олії з однієї камери в іншу за допомогою спеціальних перепускних клапанів.

До недоліків цього технічного рішення відноситься те, що системи типу ПАРСС припускають наявність механізму регулювання ступеня стиснення, розташованого у високотемпературній і навантаженій зоні (в циліндрі). Досвід роботи з системами типу ПАРСС показав, що на перехідних режимах, зокрема при розгоні автомобіля, робота ДВЗ супроводжується детонацією, оскільки гідравлічна система управління не дозволяє забезпечити швидку та одночасну по всіх циліндрах зміну ступеня стиснення.

Прагнення винести механізм регулювання ступеня стиснення з високотемпературної та механічно навантаженої зони призвело до появи інших технічних рішень, що передбачають зміну кінематичної схеми ДВС та введення до неї додаткових елементів (ланок), управлінням яких забезпечується зміна ступеня стиснення.

Так, наприклад, у Jante A., "Kraftstoffverbrauchssenkung von Verbrennungsmotoren durch kinematische Mittel", Automobil-Industrie, № 1 (1980), с.с.61-65, описаний ДВС (кінематична схема якого показана на фіг.1), у якого між кривошипом 15 і шатуном 12 встановлені дві проміжні ланки - додатковий шатун 13 і коромисло 14. Коромисло 14 здійснює коливальний рух з центром гойдання в шарнірній точці Z. . Ексцентрик 16 повертається в залежності від навантаження двигуна, при цьому центр гойдання, розташований в шарнірній точці Z, переміщається по дузі кола, змінюючи таким чином положення верхньої точки мертвої поршня.

З роботи Christoph Bolling та ін, "Kurbetrieb fur variable Verdichtung", MTZ 58 (11) (1997), Сс.706-711, відомий також двигун типу FEV (кінематична схема якого показана на фіг.2), у якого між кривошипом 17 і шатуном 12 встановлений додатковий шатун 13. Шатун 12, крім того, пов'язаний з коромислом 14, яке здійснює коливальний рух з центром гойдання в шарнірній точці Z. Регулювання ступеня стиснення здійснюється за рахунок зміни положення шарнірної точки Z шляхом повороту ексцентрика 1 корпус двигуна. Ексцентрик 16 повертається в залежності від навантаження двигуна, при цьому центр гойдання, розташований в шарнірній точці Z, переміщається по дузі кола, змінюючи таким чином положення верхньої точки мертвої поршня.

З заявки DE 4312954 А1 (21.04.1993) відомий двигун типу IFA (кінематична схема якого показана на фіг.3), у якого між кривошипом 17 і шатуном 12 встановлений додатковий шатун 13. Шатун 12, крім того, пов'язаний з одним з кінців 14, другий кінець якого здійснює коливальний рух з центром гойдання в шарнірній точці Z. Регулювання ступеня стиснення здійснюється за рахунок зміни положення шарнірної точки Z шляхом повороту ексцентрика 16, який закріплений на корпусі двигуна. Ексцентрик 16 повертається в залежності від навантаження двигуна, при цьому центр гойдання, розташований в шарнірній точці Z, переміщається по дузі кола, змінюючи таким чином положення верхньої точки мертвої поршня.

До недоліків, властивих двигунам вищеописаних конструкцій (відомим з роботи Jante А., з роботи Christoph Bolling та ін. І з заявки DE 4312954 А1), слід віднести в першу чергу недостатньо високу плавність їх роботи, обумовлену високими силами інерції другого порядку при зворотно- поступальний рух мас, що пов'язано з особливостями кінематики механізмів і призводить до надмірного збільшення загальної ширини або загальної висоти силового агрегату. З цієї причини такі двигуни практично не придатні для їх використання як двигуни для транспортних засобів.

Регулювання ступеня стиснення в поршневому ДВЗ дозволяє вирішити такі завдання:

Підвищити середній тиск Ре шляхом збільшення тиску наддуву без збільшення максимального тиску згоряння понад задані межі за рахунок зменшення ступеня стиснення в міру збільшення навантаження двигуна;

Зменшити витрату палива в діапазоні малих та середніх навантажень за рахунок збільшення ступеня стиснення у міру зменшення навантаження двигуна;

Підвищити плавність роботи двигуна.

Регулювання ступеня стиснення дозволяє в залежності від типу ДВЗ досягти наступних переваг (для ДВЗ з примусовим (іскровим) запаленням):

При збереженні досягнутого рівня економічності двигуна при малих та середніх навантаженнях забезпечується подальше підвищення номінальної потужності двигуна за рахунок збільшення тиску наддуву при зменшенні ступеня стиснення (див. фіг.4, де криві, позначені позицією х, відносяться до звичайного двигуна, а криві, позначені позицією у, відносяться до двигуна зі змінним ступенем стиснення);

При збереженні досягнутого рівня номінальної потужності двигуна забезпечується зниження витрати палива при малих та середніх навантаженнях за рахунок збільшення ступеня стиснення до допустимої по детонації межі (див. фіг.4б, де криві, позначені позицією х, відносяться до звичайного двигуна, а криві, позначені позицією у, відносяться до двигуна зі змінним ступенем стиснення);

При збереженні досягнутого рівня номінальної потужності двигуна підвищується економічність при малих та середніх навантаженнях, а також знижується рівень шуму двигуна при одночасному зниженні номінальної частоти обертання колінчастого валу (див. фіг.4в, де криві, позначені позицією х, відносяться до звичайного двигуна, а криві , позначені позицією у, відносяться до двигуна зі змінним ступенем стиснення).

Аналогічно ДВЗ з іскровим запалюванням регулювання ступеня стиснення в дизельному двигуні може вестись у трьох наступних рівноправних напрямках:

При незмінному робочому обсязі та номінальній частоті обертання потужність двигуна підвищують за рахунок збільшення тиску наддуву. У цьому випадку підвищується не економічність, а потужність транспортного засобу (див. фіг.5, де криві, позначені позицією х, відносяться до звичайного двигуна, а криві, позначені позицією у, відносяться до двигуна зі змінним ступенем стиснення);

При незмінному робочому обсязі та номінальній потужності підвищують середній тиск Ре при зниженні номінальної частоти обертання. У цьому випадку при збереженні потужних характеристик транспортного засобу підвищується економічність двигуна за рахунок підвищення механічного ККД (див. фіг.5б, де криві, позначені позицією х, відносяться до звичайного двигуна, а криві, позначені позицією у, відносяться до двигуна зі змінним ступенем стиснення );

Існуючий двигун великого робочого об'єму замінюють на двигун малого робочого об'єму, але тієї ж потужності (див. фіг.5в, де криві, позначені позицією х, відносяться до звичайного двигуна, а криві, позначені позицією у, відносяться до двигуна зі змінним ступенем стиснення ). У цьому випадку підвищується економічність двигуна в діапазоні середніх та повних навантажень, а також зменшується маса та габарити двигуна.

В основу цього винаходу була покладена задача удосконалити кінематику поршневого ДВС таким чином, щоб при малих конструктивних витратах забезпечувати можливість регулювання ступеня стиснення при одночасному зниженні реакції в опорах та сил інерції другого порядку.

Стосовно поршневого ДВС зазначеного на початку опису типу ця задача вирішується згідно винаходу завдяки тому, що довжина сторони, довжина сторони, розташованої між опорною точкою, в якій поперечний важіль з'єднаний з важелем, що управляє, і шарніром, яким поперечний важіль з'єднаний з кривошипом, і довжина сторони, розташованої між опорною точкою, в якій поперечний важіль з'єднаний з шатуном, і шарніром, яким поперечний важіль з'єднаний з кривошипом , задовольняють у перерахунку на радіус кривошипу наступним співвідношенням:

Згідно з одним з кращих варіантів виконання пропонованого у винаході поршневого ДВС поперечний важіль виконаний у вигляді трикутного важеля, у вершинах якого розташовані опорні точки, в яких поперечний важіль з'єднаний з важелем, що управляє, і шатуном, і шарнір, яким поперечний важіль з'єднаний з кривошипом.

Переважно, щоб довжина l шатуна і довжина k важеля, що управляє, а також відстань е між віссю обертання колінчастого вала і поздовжньої віссю циліндра задовольняли в перерахунку на радіус г кривошипа наступним співвідношенням:

У тому випадку, коли керуючий важіль і шатун розташовані по один бік поперечного важеля, відстань f між поздовжньою віссю циліндра і точкою шарнірного з'єднання важеля з корпусом ДВС і відстань р між віссю колінчастого вала і зазначеною точкою шарнірного з'єднання переважно повинні задовольняти r кривошипа наступним співвідношенням:

У тому ж випадку, коли керуючий важіль і шатун розташовані по різні сторони поперечного важеля, відстань f між поздовжньою віссю циліндра і точкою шарнірного з'єднання важеля, що управляє, і відстань р між віссю колінчастого вала і зазначеною точкою шарнірного з'єднання переважно повинні задовольняти в перерахунку наступним співвідношенням:

У відповідності з наступним переважним варіантом виконання пропонованого у винаході поршневого ДВС точка шарнірного з'єднання важеля керуючого має можливість переміщення по керованій траєкторії.

Переважно також передбачити можливість фіксації точки шарнірного з'єднання важеля керуючого в різних регульованих кутових положеннях.

У відповідності ще з одним кращим варіантом виконання пропонованого у винаході поршневого ДВЗ передбачена можливість регулювання кутового положення точки шарнірного з'єднання важеля керуючого в залежності від характеризуючих режим роботи ДВЗ величин і робочих параметрів ДВЗ.

Згідно з ще одним кращим варіантом виконання пропонованого у винаході поршневого ДВС передбачена можливість синхронізованого з обертанням колінчастого валу руху точки шарнірного з'єднання керуючого важеля по керованій траєкторії.

В іншому варіанті виконання пропонованого у винаході поршневого ДВЗ передбачена можливість синхронізованого з обертанням колінчастого валу руху точки шарнірного з'єднання керуючого важеля по керованій траєкторії і можливість регулювання фазового зсуву між рухом цієї точки і обертанням колінчастого валу в залежності від характеризуючих режим роботи ДВЗ величин і робочих параметрів ДВЗ.

У відповідності з наступним переважним варіантом виконання пропонованого у винаході поршневого ДВС передбачена можливість синхронізованого з обертанням колінчастого валу руху точки шарнірного з'єднання керуючого важеля по керованій траєкторії, при цьому передбачена можливість зміни передавального відношення між рухом зазначеної точки та обертанням колінчастого валу.

Пропонований у винаході поршневий ДВС 1 показаний на фіг.6 і 6б і має корпус 2 з циліндром 3 і встановленим в ньому поршнем 4, шатун 6, який шарнірно з'єднаний одним кінцем з поршнем 4, кривошип 8 колінчастого валу, встановленого в корпусі 2, причіпний шатун 10, званий також керуючим важелем 10 і шарнірно з'єднаний одним його кінцем з корпусом 2 і трикутний поперечний важіль 7, який однією його вершиною шарнірно з'єднаний з другим кінцем шатуна 6, другий його вершиною шарнірно з'єднаний з кривошипом з'єднаний з причіпним шатуном 10. Для регулювання ступеня стиснення вісь гойдання шатуна причіпного 10, тобто. точка Z його шарнірного з'єднання має можливість переміщення по керованій траєкторії, яка визначається, наприклад, ексцентриком або додатковим кривошипом 11.

Залежно від положення осі гойдання причіпного шатуна пропонований у винаході поршневий ДВС має два варіанти конструктивного виконання (див. фіг.6 і 6б):

У першому варіанті (фіг.6) горизонтальна площина, в якій лежить вісь гойдання причіпного шатуна 10, тобто. точка Z шарнірного з'єднання розташована вище точки з'єднання кривошипа 8 з поперечним важелем 7 при знаходженні кривошипа в його верхній мертвій точці або, іншими словами, причіпний шатун 10 і шатун 6 розташовані по один бік поперечного важеля 7;

У другому варіанті (фіг.6б) горизонтальна площина, в якій лежить вісь гойдання шатуна причіпного 10, тобто. точка Z шарнірного з'єднання розташована нижче точки з'єднання кривошипа 8 з поперечним важелем 7 при знаходженні кривошипа в його верхній мертвій точці або, іншими словами, причіпний шатун 10 і шатун 6 розташовані по різні сторони поперечного важеля 7.

Зміна положення точки Z шарнірного з'єднання важеля причіпного, тобто. його осі гойдання, дозволяє за рахунок простого керуючого руху, що здійснюється додатковим кривошипом, відповідно регулюючим ексцентриком, змінювати ступінь стиснення. Крім цього, точка Z шарнірного з'єднання причіпного важеля, тобто. його вісь гойдання може здійснювати безперервний циклічний рух, синхронізований з обертанням колінчастого валу.

Як показано на фіг.7, пропонований у винаході поршневий ДВС має значні переваги перед відомими системами (описаними у Jante А., Christoph Bolling та ін і в DE 4312954 А1), а також перед звичайним кривошипно-шатунним механізмом (СМ) щодо плавність його роботи.

Однак зазначені переваги можуть бути досягнуті тільки при дотриманні певних геометричних співвідношень, а саме при правильному підборі довжин окремих елементів та їх положень щодо осі колінчастого валу.

Згідно з цим винаходу важливе значення має визначення розмірів окремих елементів (стосовно радіуса кривошипу) і координат окремих шарнірів механізму передачі зусиль, чого можна досягти за рахунок оптимізації такого механізму шляхом кінематичного та динамічного аналізу. Мета оптимізації подібного, що описується дев'ятьма параметрами механізму (фіг.8) полягає у зменшенні сил (навантаження), що діють на його окремі ланки, до мінімально можливого рівня і підвищення плавності його роботи.

Нижче з посиланням на фіг.9 (9а і 9б), де зображена кінематична схема ДВС, показаного на фіг.6 (6а і 6б відповідно), пояснюється принцип роботи кривошипно-шатунного механізму, що регулюється. В процесі роботи ДВС його поршень 4 здійснює в циліндрі зворотно-поступальний рух, який передається на шатун 6. Рух шатуна 6 передається через опорну (шарнірну) точку на поперечний важіль 7, свобода переміщення якого обмежена за рахунок його з'єднання з причіпним шатуном 1 опорній (шарнірній) точці С. Якщо точка Z шарнірного з'єднання причіпного шатуна 10 нерухома, то опорна точка поперечного важеля 7 може здійснювати рух по дузі кола, радіус якої дорівнює довжині причіпного шатуна 10. Положення такої кругової траєкторії руху опорної точки С щодо корпусу визначається положенням точки Z. При зміні положення точки Z шарнірного з'єднання причіпного шатуна змінюється положення кругової траєкторії, по якій може переміщатися опорна точка, що дозволяє впливати на траєкторії руху інших елементів кривошипно-шатунного механізму, перш за все на положення в.м.т. поршня 4. Точка Z шарнірного з'єднання причіпного шатуна переважно переміщається круговою траєкторією. Однак точка Z шарнірного з'єднання причіпного шатуна може також переміщатися і по будь-якій іншій заданій керованій траєкторії, при цьому можлива фіксація точки Z шарнірного з'єднання причіпного шатуна в будь-якому положенні траєкторії її переміщення.

Поперечний важіль 7 шарніром А з'єднаний також з кривошипом 8 колінчастого вала 9. Цей шарнір А рухається по круговій траєкторії, радіус якої визначається довжиною кривошипа 8. Шарнір А займає проміжне положення, якщо дивитися вздовж лінії, що з'єднує між собою опорні точки і С поперечного 7. Наявність кінематичного зв'язку опорної точки С з причіпним шатуном 10 дозволяє впливати на її поступальний рух уздовж поздовжньої осі 5 поршня 4. Переміщення опорної точки Вздовж поздовжньої осі 5 поршня визначається траєкторією руху опорної точки С поперечного важеля 7. Вплив на переміщення опорної точки дозволяє керувати зворотно-поступальним рухом поршня через 4 шатун 6 і тим самим регулювати положення в.м.т. поршня 4.

У наведеному на фіг.9а варіанті причіпний шатун 10 і шатун 6 розташовані по одну сторону поперечного важеля 7.

Поворотом виконаного у вигляді додаткового кривошипа 11 регулюючого ланки з показаного на фіг.9 приблизно горизонтального положення, наприклад, звернене вертикально вниз положення дозволяє змістити положення в.м.т. поршня 4 і тим самим збільшити ступінь стиснення.

На фиг.9б показана кінематична схема виконаного за іншим варіантом ДВС, відрізняється від показаної на фиг.9а схеми лише тим, що причіпний шатун 10 разом з виконаним у вигляді додаткового кривошипа 11, відповідно регулюючого ексцентрика регулюючим ланкою і шатун 6 розташовані по різні боки поперечного важеля 7. У всьому іншому принцип дії показаного на фиг.9б кривошипно-шатунного механізму аналогічний принципу дії показаного на фиг.9а кривошипно-шатунного механізму, у якого причіпний шатун 10 і шатун 6 розташовані по одну сторону поперечного важеля 7.

На фіг.10 показана ще одна кінематична схема кривошипно-шатунного механізму поршневого ДВС, на якій представлені положення певних точок цього кривошипно-шатунного механізму і на якій штрихуванням позначені оптимальні області, в межах яких з урахуванням згаданих вище оптимальних областей значень для довжин і кривошипно-шатунного механізму можуть переміщатися опорна точка шарнірного з'єднання поперечного важеля 7 з шатуном 6, опорна точка С шарнірного з'єднання поперечного важеля 7 з причіпним шатуном 10 і точка Z шарнірного з'єднання причіпного шатуна 10. Для забезпечення особливо плавної роботи ДВС окремі елементи та ланки його кривошипно-шатунного механізму геометричні параметри (довжина та положення) елементів і ланок цього кривошипно-шатунного механізму повинні задовольняти певним, кращим співвідношенням. Довжини сторін a, b і з трикутного поперечного важеля 7, де а позначає довжину сторони, розташованої між опорною точкою шатуна і опорною точкою С причіпного шатуна, b позначає довжину сторони, розташованої між шарніром А кривошипа і опорною точкою С причіпного шатуна, а з позначає відстань між шарніром А кривошипа і опорною точкою шатуна, можна описати наступними нерівностями в залежності від радіуса г, який дорівнює довжині кривошипа 8:

Довжина l шатуна 6, довжина k причіпного шатуна 10 і відстань е між віссю обертання колінчастого вала 9 і поздовжньою віссю 5 циліндра 3, яка одночасно є і поздовжньою віссю поршня, що переміщається в цьому циліндрі, згідно з кращим варіантом задовольняють наступним:

Для показаного на фіг.9 варіанта, в якому шатун 6 і причіпний шатун 10 розташовуються по один бік поперечного важеля 7, також можна задати оптимальне співвідношення розмірів. При цьому відстань f між поздовжньою віссю 5 циліндра і точкою Z шарнірного з'єднання причіпного важеля 10 до його регулюючої ланки, а також відстань р між віссю колінчастого валу і зазначеною точкою Z шарнірного з'єднання згідно з кращим варіантом задовольняють наступним співвідношенням:

При розташуванні причіпного шатуна і шатуна по різні сторони поперечного важеля оптимальна відстань f між поздовжньою віссю поршня і точкою Z шарнірного з'єднання причіпного важеля до його регулюючої ланки, а також оптимальна відстань р між віссю колінчастого валу і вказаною точкою Z шарнірного з'єднання співвідношень:

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. Поршневий двигун внутрішнього згоряння (ДВС), що має поршень (4), який рухомо встановлений в циліндрі і який шарнірно з'єднаний з шатуном (6), рух якого передається на кривошип (8) колінчастого вала (9), при цьому між шатуном ( 6) і кривошипом (8) передбачено передавальну ланку, яка виконана з можливістю управління його рухом за допомогою важеля, що управляє (10) з метою забезпечити кероване переміщення поршня, перш за все забезпечити можливість зміни ступеня стиснення і ходу поршня, і яке виконано у вигляді поперечного важеля (7), який з'єднаний з кривошипом (8) шарніром (А), який розташований у проміжному положенні на ділянці між опорною точкою (В), в якій поперечний важіль (7) з'єднаний з шатуном (6), та опорною точкою (С) , в якій поперечний важіль (7) з'єднаний з важелем, що управляє (10), і на деякому віддаленні від лінії, що з'єднує між собою обидві ці опорні точки (В, С), в яких поперечний важіль (7) з'єднаний з керуючим важелем (10) і шатуном (6) відповідно, відрізняється тим, що довжина сторони (а), розташованої між опорною точкою (С), в якій поперечний важіль (7) з'єднаний з важелем, що управляє (10), і опорною точкою (В), в якій поперечний важіль (7) з'єднаний з шатуном (6), довжина сторони (b), розташованої між опорною точкою (С), в якій поперечний важіль (7) з'єднаний з важелем, що управляє (10), і шарніром (А), яким поперечний важіль ( 7) з'єднаний з кривошипом (8), і довжина сторони (с), розташованої між опорною точкою (В), в якій поперечний важіль (7) з'єднаний з шатуном (6), і шарніром (А), яким поперечний важіль (7) з'єднаний з кривошипом (8), задовольняють у перерахунку на радіус (r) кривошипу наступним співвідношенням:

6. Поршневий ДВС по п.4 або 5, який відрізняється тим, що точка (Z) шарнірного з'єднання важеля керуючого (10) має можливість переміщення по керованій траєкторії.

7. Поршневий ДВС по п.4 або 5, який відрізняється тим, що передбачена можливість регулювання положення точки (Z) шарнірного з'єднання важеля керуючого (10) за допомогою додаткового кривошипа, що спирається на шарнір.

8. Поршневий ДВС по п.4 або 5, який відрізняється тим, що передбачена можливість регулювання положення точки (Z) шарнірного з'єднання важеля керуючого (10) за допомогою ексцентрика.

9. Поршневий ДВС по п.4 або 5, який відрізняється тим, що передбачена можливість фіксації точки (Z) шарнірного з'єднання важеля керуючого (10) в різних регульованих кутових положеннях.

10. Поршневий ДВС за п. 4 або 5, який відрізняється тим, що передбачена можливість регулювання кутового положення точки (Z) шарнірного з'єднання важеля, що управляє (10) в залежності від характеризуючих режим роботи ДВС величин і робочих параметрів ДВС.

11. Поршневий ДВС по п.4 або 5, який відрізняється тим, що передбачена можливість синхронізованого з обертанням колінчастого валу руху точки (Z) шарнірного з'єднання важеля керуючого (10) по керованій траєкторії.

12. Поршневий ДВС за п.4 або 5, який відрізняється тим, що передбачена можливість синхронізованого з обертанням колінчастого валу (9) руху точки (Z) шарнірного з'єднання важеля керуючого (10) по керованій траєкторії і можливість регулювання фазового зсуву між рухом цієї точки ( Z) і обертанням колінчастого валу (9) в залежності від характеризуючих режим роботи ДВЗ величин і робочих параметрів ДВЗ.

13. Поршневий ДВС по п.4 або 5, який відрізняється тим, що передбачена можливість синхронізованого з обертанням колінчастого валу (9) руху точки (Z) шарнірного з'єднання важеля керуючого (10) по керованій траєкторії, при цьому передбачена можливість зміни передавального відношення між рухом зазначеної точки (Z) та обертанням колінчастого валу (9).