MCE-5 змінює ступінь стиснення

1. Як змінюють ступінь стиснення
2. Ресурс - надійність

Наши партнеры ArtmMisto

Вперше мотор із змінним ступенем стиснення засвітився на Женевському автосалоні 2000 року (див. «АЦ» № 14'2000 ). Тоді його представила компанія Saab. Самий високотехнологічний на той час двигун Saab Variable Compression (SVC) з п'ятьма циліндрами мав робочий об'єм 1,6 л, але розвивав немислиму для такого літражу потужність 225 л. с. і крутний момент 305 Нм. Чудовими виявилися і інші характеристики - витрата палива при середніх навантаженнях знизився на цілих 30%, на стільки ж зменшився показник викидів СО2. Що стосується СО, СН, NОx і т. Д., То вони, за твердженням творців, відповідають всім існуючим і планованим на найближче майбутнє нормам токсичності. До того ж змінна ступінь стиснення дала можливість цьому мотору працювати на різних марках бензину - від А-76 до А-98 - практично без погіршення характеристик і без детонації. Кілька місяців по тому подібний силовий агрегат представила і компанія FEV Motorentechnik. Це був 1,8-літровий двигун Audi A6, в якому показник витрати палива знизили на 27%.

Однак через складність конструкції ці мотори в той час так і не пішли в серію, а з метою підвищення коефіцієнта корисної дії (ККД) двигун внутрішнього згоряння вдосконалили шляхом впровадження безпосереднього вприскування палива, змінюваної геометрії впускного тракту, інтелектуальних турбонаддувов і т. Д. паралельно велася активна робота над створенням гібридних силових установок, електромобілів, розвитком водневих паливних осередків і нових способів зберігання водню. Проте, потенціал, закладений в мотори із змінним ступенем стиснення, не давав спокою багатьом інженерам. В результаті з'явилося безліч механізмів реалізації цієї ідеї «в металі».

Найбільш близьким до її здійсненню сьогодні є французький проект двигуна MCE-5, який стартував ще в 1997 році. Народжена тоді концепція мала масу недоліків, усувати які довелося майже десять років. В цьому році даний мотор презентували «в металі», як і саабовскій в 2000-му на Женевському автосалоні.

овінка з чотирма циліндрами має об'єм 1,5 л і видає при цьому максимальну потужність 160 кВт (218 л. с.) і крутний момент 300 Нм. Крім змінною ступеня стиснення, двигун оснащений безпосереднім уприскуванням, системою зміни фаз газорозподілу і укладається в усі перспективні екологічні норми.

Як змінюють ступінь стиснення

У MCE-5 діапазон контролю ступеня стиснення знаходиться в межах 7-18 (7: 1-18: 1). Більш того, контроль і зміна ступеня стиснення відбувається індивідуально в кожному циліндрі.

Механізм цей досить складний. Головна деталь - двостороння урізана шестерня-сектор, серединою посаджена на укорочений шатун кривошипно-шатунного механізму (КШМ). У свою чергу, шестерня-сектор з одного боку входить в зачеплення з шатуном поршня, а з іншого - з шатуном механізму зміни обсягу камери згоряння. Принцип роботи цієї конструкції дуже простий - шестерня-сектор на осі шатуна є свого роду коромислом. І якщо це коромисло нахиляти в одну або іншу сторону, у поршня буде змінюватися положення верхньої мертвої точки (ВМТ), а відповідно, і обсяг камери згоряння. А так як величина ходу поршня постійна, змінюється ступінь стиснення (відношення об'єму циліндрів до обсягу камери згоряння). За нахил коромисла відповідає гидромеханическая конструкція, якою управляє електроніка. Вона також складається з поршня з шатуном, нижній кінець якого входить в зачеплення з коромислом (шестерень-сектором) з іншого боку. Обсяг над і під цим поршнем з'єднаний з системою змащення, а в самому поршні, названому масляним, є спеціальний клапан, що пропускає масло з верхньої частини в нижню. Керують ним за допомогою ексцентрикового вала, який за сприяння черв'ячної передачі приводить в рух електромотор системи Valvetronic (BMW). Для зміни ступеня стиснення від 7 до 18 потрібно менше 100 мілісекунд.

Обсяг камери згоряння коригується за принципом зміни пропускної здатності масляних клапанів. При їх відкритті масляний поршень йде вгору і камера згоряння збільшується.

Ресурс - надійність

Конструктивно новий мотор став складніше. За теорією ймовірності, його надійність повинна знизитися, проте творці заперечують це. Вони стверджують, що доводили двигун дуже довго і все добре розрахували і перевірили. Ресурс цього агрегату збільшиться, так як на поршень вже не будуть діяти бічні і ударні навантаження, що відбуваються у класичного ДВС через шатуна, вісь якого розташовується під кутом до осі поршня (крім ВМТ і НМТ). У новому моторі зусилля поршня і жорстко «прив'язаного» до нього шатуна передається тільки у вертикальній площині, відповідно, тиск на стінки циліндрів невелике, тому що труться поверхні цих деталей зношуються значно менше. Такі особливості конструкції двигуна також забезпечили зниження шумності його роботи. А крім того, значно тихіше стала працювати поршнева група і знизилися втрати енергії на тертя - це ще плюс кілька відсотків на користь ККД мотора.

Інші способи зміни обсягу камери згоряння:

SAAB Variable Compression

Конструктивна особливість роботи першого заявленого мотора із змінним ступенем стиснення - головка 1 і верхня частина блоку 2 циліндрів були рухливими і за допомогою спеціального кривошипа 3 переміщалися вгору-вниз щодо коленвала 4 з нерухомою віссю і нижній частині блоку циліндрів.

Навіщо міняти ступінь стиснення

У класичному бензиновому ДВС на різних режимах роботи в циліндри подається неоднакова кількість повітря. Відповідно, в кінці такту стиснення тиск істотно відрізняється. Підвищений (при максимальних обертах коленвала і великих навантаженнях, коли дросельна заслінка повністю відкрита) може стати джерелом детонаційного згоряння, результат - перегрів і підвищені навантаження на деталі циліндро-поршневої групи. Щоб уникнути цього, камери згоряння всіх моторів роблять об'ємними - з невеликим запасом, з розрахунку виключення підвищеного тиску в критичних режимах. Але двигуни в основному працюють в режимі часткових навантажень, коли тиск в кінці такту стиснення менше, ніж максимально можливе. Відповідно, не використовується частина тиску, «втрачена» через більшу (на даних режимах) камери згоряння. А щоб цього не було, потрібно змінювати обсяг камери згоряння, т. Е. Ступінь стиснення, в залежності від режиму роботи двигуна. Це, власне, і є відповідь на питання, чому мотори із змінним ступенем стиснення мають кращі характеристики і настільки перспективні.

Юрій Дацик
фото МСЕ

Якщо ви знайшли помилку, будь ласка, виділіть фрагмент тексту і натисніть Ctrl + Enter.