เครื่องยนต์บีบอัดตัวแปร: คุณสมบัติการออกแบบ

ในขณะที่มันอาจจะดูเหมือนได้อย่างรวดเร็วก่อนเครื่องยนต์สันดาปภายในที่ทันสมัยได้ถึงขั้นสูงสุดของการวิวัฒนาการของมัน ปัจจุบันมีจำหน่ายจากความหลากหลายของเครื่องยนต์เบนซินและดีเซลไฮบริดในโรงงานเพิ่มเติมตระหนักถึงความเป็นไปได้ในการถ่ายโอนเครื่องยนต์ก๊าซ

รายการของการพัฒนาที่สำคัญที่สุดที่สามารถแยกได้ในปีที่ผ่านมา: แนะนำของระบบหัวฉีดที่มีความแม่นยำอยู่ภายใต้การควบคุมอิเล็กทรอนิกส์ที่ซับซ้อนที่ได้รับพลังงานที่สูงโดยไม่ต้องเพิ่มปริมาณการกระจัดเนื่องจากระบบเทอร์โบชาร์จ, การเพิ่มจำนวนของวาล์วต่อสูบที่ใช้มีการเปลี่ยนแปลงระบบวาล์ว ฯลฯ

ผลที่ได้เป็นเครื่องหมายในการปรับปรุงลักษณะของเครื่องยนต์สันดาปภายในเช่นเดียวกับการลดความเป็นพิษของก๊าซไอเสีย แต่นั่นไม่ใช่ทั้งหมด นักออกแบบและวิศวกรทั่วโลกยังคงที่ไม่เพียง แต่ทำงานอย่างแข็งขันในการปรับปรุงการแก้ปัญหาที่มีอยู่ แต่ยังพยายามที่จะสร้างการออกแบบใหม่อย่างสมบูรณ์

พอจะจำความพยายามที่จะสร้างเครื่องยนต์โดยไม่ต้องเพลาข้อเหวี่ยงและการเชื่อมต่อแท่ง, การกำจัดของอุปกรณ์เพลาลูกเบี้ยวเวลาหรือแบบไดนามิกที่แตกต่างกันในระดับของการบีบอัดของเครื่องยนต์เราจะทราบทันทีแม้ว่าบางโครงการจะยังอยู่ในระหว่างการพัฒนา แต่บางโครงการก็กลายเป็นจริงแล้ว ตัวอย่างเช่นเครื่องยนต์ที่มีอัตราการบีบอัดตัวแปร ลองพิจารณาคุณสมบัติข้อดีและข้อเสียของ ICE ดังกล่าว

 การเปลี่ยนอัตราส่วนการบีบอัด: เหตุใดจึงจำเป็น

ผู้ขับขี่ที่มีประสบการณ์หลายคนคุ้นเคยกับแนวคิดเช่นอัตราการบีบอัดเครื่องยนต์และจำนวนออกเทนสำหรับเครื่องยนต์เบนซินรวมถึงจำนวนซีเทนของเครื่องยนต์ดีเซล สำหรับผู้อ่านที่มีความรู้น้อยจำได้ว่าอัตราส่วนการอัดเป็นอัตราส่วนของปริมาณดังกล่าวข้างต้นลูกสูบซึ่งลดลงถึง BDC (ล่างศูนย์ตาย) ปริมาณเมื่อลูกสูบได้เพิ่มขึ้นถึง TDC (ศูนย์ตายบน)

หน่วยเบนซินมีค่าเฉลี่ย 8-14, เครื่องยนต์ดีเซล 18 -23 อัตราส่วนการอัดเป็นค่าคงที่และมีการวางโครงสร้างในระหว่างการพัฒนาเครื่องยนต์นี้หรือเครื่องยนต์นั้น นอกจากนี้ความต้องการในการใช้เลขออกเทนของน้ำมันเบนซินในเครื่องยนต์หนึ่งหรืออื่น ๆ จะขึ้นอยู่กับอัตราส่วนการอัด ในเวลาเดียวกันเครื่องยนต์บรรยากาศหรือด้วยการอัดบรรจุจะถูกนำมาพิจารณา

การพูดถึงอัตราการอัดตัวเองนั้นเป็นตัวชี้วัดที่กำหนดว่าส่วนผสมของน้ำมันเชื้อเพลิงในถังเครื่องยนต์จะถูกบีบอัดเท่าใด ถ้าเป็นเรื่องง่ายส่วนผสมที่มีการบีบอัดดีจะติดไฟได้ดีขึ้นและเผาผลาญได้เต็มที่ปรากฎว่าการเพิ่มอัตราการบีบอัดช่วยให้คุณสามารถเพิ่มประสิทธิภาพเครื่องยนต์ได้รับผลตอบแทนที่ดีขึ้นจากเครื่องยนต์ลดการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิง ฯลฯ

อย่างไรก็ตามมีความแตกต่าง ประการแรกมันคือการระเบิดของเครื่องยนต์ อีกครั้งถ้าคุณไม่ได้ไปในรายละเอียดค่าใช้จ่ายปกติของน้ำมันเชื้อเพลิงและอากาศในถังควรจะเผาไหม้และไม่ระเบิด นอกจากนี้การจุดระเบิดของส่วนผสมต้องเริ่มต้นและสิ้นสุดในช่วงเวลาที่กำหนดอย่างเคร่งครัด

ในเวลาเดียวกันน้ำมันเชื้อเพลิงมีสิ่งที่เรียกว่า "ความต้านทานการระเบิด" นั่นคือความสามารถในการทนต่อการระเบิดได้ ถ้าคุณเพิ่มอัตราการอัดให้ดีขึ้นเชื้อเพลิงสามารถเริ่มต้นการระเบิดในเครื่องยนต์ภายใต้สภาวะการทำงานบางอย่างของ ICE

ผลที่ได้คือกระบวนการเผาไหม้ที่ไม่สามารถควบคุมได้ในกระบอกสูบ, การทำลายชิ้นส่วนยานยนต์โดยคลื่นช็อก, อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นอย่างมากในห้องเผาไหม้ ฯลฯ ที่สามารถมองเห็นได้เป็นไปไม่ได้ที่จะทำให้อัตราการบีบอัดสูงคงที่แม่นยำด้วยเหตุผลเหล่านี้ ในกรณีนี้วิธีเดียวที่จะออกในสถานการณ์นี้คือความสามารถในการเปลี่ยนตัวบ่งชี้นี้สำหรับโหมดการทำงานของเครื่องยนต์ที่แตกต่างกัน

มอเตอร์ "ทำงาน" ดังกล่าวได้รับการเสนอโดยวิศวกรของแบรนด์ระดับพรีเมียม Infiniti (ส่วนยอดของนิสสัน)นอกจากนี้ในการพัฒนาที่คล้ายคลึงกันอื่น ๆ automakers (SAAB, เปอโยต์, โฟล์คสวาเก้น ฯลฯ ) ได้และมีส่วนเกี่ยวข้อง ดังนั้นให้ดูที่เครื่องยนต์ที่มีอัตราการบีบอัดตัวแปร

อัตราส่วนการบีบอัดตัวแปร: วิธีการทำงาน

ประการแรกความสามารถในการเปลี่ยนอัตราส่วนการอัดทำให้สามารถเพิ่มประสิทธิภาพเครื่องยนต์เทอร์โบได้อย่างมากในขณะที่ลดการสิ้นเปลืองน้ำมันเชื้อเพลิง สรุปโดยขึ้นอยู่กับโหมดการทำงานและการบรรทุกของ ICE ค่าเชื้อเพลิงจะถูกบีบอัดและเผาภายใต้สภาวะที่เหมาะสมที่สุด

เมื่อโหลดที่ตัวเครื่องต่ำสุดจะมีส่วนผสมของ "ไม่ดี" ที่ประหยัด (มีอากาศและเชื้อเพลิงน้อย) ให้กับกระบอกสูบ อัตราส่วนการอัดสูงเหมาะสำหรับส่วนผสมดังกล่าว ถ้าโหลดในมอเตอร์เติบโตขึ้น (มีส่วนผสม "รวย" ซึ่งมีน้ำมันเบนซินเพิ่มขึ้น) ความเสี่ยงจากการระเบิดจะเพิ่มขึ้นตามธรรมชาติ ดังนั้นเพื่อป้องกันปัญหานี้เกิดขึ้นอัตราส่วนการบีบอัดจะลดลงแบบไดนามิก

ในเครื่องยนต์ที่อัตราส่วนการอัดเป็นค่าคงที่ชนิดของการป้องกันการระเบิดคือการเปลี่ยนแปลงใน UOZ (จังหวะการเผาไหม้) มุมนี้ถูกเปลี่ยน "ย้อนกลับ"ธรรมชาติเช่นการเปลี่ยนแปลงในมุมที่นำไปสู่ความจริงที่ว่าแม้ว่าจะมีการระเบิดไม่มีอำนาจจะหายไป สำหรับมอเตอร์ที่มีอัตราการบีบอัดตัวแปรไม่จำเป็นต้องเปลี่ยน UOZ นั่นคือไม่มีการสูญเสียพลังงานเกิดขึ้น

สำหรับการสำนึกที่เกิดขึ้นจริงของวงจรในความเป็นจริงงานจะลดลงไปความจริงที่ว่าปริมาณทางกายภาพของเครื่องยนต์จะลดลงทางร่างกาย แต่ทุกลักษณะ (อำนาจบิด ฯลฯ )

เพียงแค่ทราบเกี่ยวกับการตัดสินใจดังกล่าวทำงาน บริษัท ที่แตกต่างกัน เป็นผลให้วิธีการควบคุมอัตราส่วนการบีบอัดที่แตกต่างกันได้ปรากฏขึ้นตัวอย่างเช่นปริมาตรที่เปลี่ยนแปลงได้ของห้องเผาไหม้แท่งเชื่อมต่อกับความสามารถในการยกลูกสูบเป็นต้น

  • หนึ่งในการพัฒนาที่เก่าแก่ที่สุดคือการแนะนำลูกสูบเพิ่มเติมเข้าไปในห้องเผาไหม้ ลูกสูบตัวนี้สามารถเคลื่อนที่ได้ขณะเปลี่ยนระดับเสียง ข้อเสียของการออกแบบทั้งหมดคือต้องติดตั้งรายละเอียดเพิ่มเติมใน BC นอกจากนี้การเปลี่ยนแปลงรูปร่างของห้องเผาไหม้ทันทีปรากฏน้ำมันเผาไหม้อย่างไม่สม่ำเสมอและไม่เพียงพอ

ด้วยเหตุนี้โครงการนี้จึงยังไม่เสร็จสมบูรณ์ ชะตากรรมเดียวกันประสบความสำเร็จในการพัฒนาซึ่งมีลูกสูบที่มีความเป็นไปได้ที่จะเปลี่ยนความสูงได้ลูกสูบของชิ้นส่วนดังกล่าวได้รับการพิสูจน์แล้วว่าหนักมากนอกจากนี้ยังมีการเพิ่มความยากลำบากในการควบคุมระดับความสูงของลูกสูบและอื่น ๆ อีกด้วย

  • การพัฒนาต่อไปไม่ได้ส่งผลกระทบต่อลูกสูบและห้องเผาไหม้อีกต่อไปความสนใจสูงสุดก็คือเรื่องการยกเพลาข้อเหวี่ยง กล่าวคือต้องตระหนักถึงการควบคุมความสูงของเพลาข้อเหวี่ยงยกขึ้น

วงจรของอุปกรณ์เป็นเช่นที่วารสารเพลาสนับสนุนตั้งอยู่ในข้อต่อพิเศษชนิดข้อต่อ ข้อต่อเหล่านี้จะขับเคลื่อนด้วยเกียร์ที่เชื่อมต่อกับมอเตอร์ไฟฟ้า

การหมุนเพลาข้อเหวี่ยงช่วยให้คุณสามารถยกหรือลดเพลาข้อเหวี่ยงซึ่งจะนำไปสู่การเปลี่ยนความสูงของลูกสูบในส่วนที่เกี่ยวกับหัวกระบอกสูบ เป็นผลให้ปริมาณของห้องเผาไหม้เพิ่มขึ้นหรือลดลงและอัตราส่วนการอัดยังเปลี่ยนแปลง

โปรดทราบว่าต้นแบบหลายตัวถูกสร้างขึ้นบนพื้นฐานของหน่วยเทอร์โบชาร์จเจอร์ขนาด 1.8 ลิตรจากโฟล์คสวาเกนอัตราการบีบอัดแตกต่างกันไปตั้งแต่ 8 ถึง 16 เครื่องยนต์ได้รับการทดสอบมาเป็นเวลานาน แต่หน่วยอนุกรมไม่ได้

  • ความพยายามอื่นในการหาทางออกคือเครื่องยนต์ที่อัตราการบีบอัดถูกเปลี่ยนโดยการยกบล็อกกระบอกสูบทั้งหมดการพัฒนาเป็นแบรนด์ของ Saab และหน่วยตัวเองแทบจะไม่ได้เข้าสู่ซีรีส์ เครื่องยนต์เป็นที่รู้จักกันในชื่อ SVC ซึ่งมีปริมาตร 1.6 ลิตรรวมกับ 5 กระบอกสูบติดตั้งเทอร์โบ

กำลังไฟประมาณ 220 ลิตร ด้วยระยะเวลาการบิดไม่เกิน 300 นาโนเมตร เป็นน่าสังเกตว่าการบริโภคน้ำมันเชื้อเพลิงในระบอบการปกครองของโหลดเฉลี่ยลดลงเกือบหนึ่งในสาม ส่วนน้ำมันเชื้อเพลิงเองก็เป็นไปได้ที่จะเติมทั้ง AI-76 และ 98th

วิศวกรซาบแบ่งบล็อกของกระบอกสูบโดยแบ่งออกเป็นสองส่วน ด้านบนมีหัวและสมุทรสูบขณะที่ส่วนล่างมีเพลาข้อเหวี่ยง การรวมกันของส่วนต่างๆเหล่านี้เป็นส่วนหนึ่งของบานพับสามารถเคลื่อนย้ายได้และกลไกพิเศษอื่น ๆ ที่ติดตั้งไดรฟ์ไฟฟ้า

ดังนั้นโอกาสได้รับการตระหนักถึงเล็กน้อยเพิ่มส่วนบนที่มุมหนึ่ง มุมดังกล่าวมีความสูงเพียงไม่กี่องศาในขณะที่อัตราการบีบอัดแตกต่างกันไปตั้งแต่ 8 ถึง 14 ในขณะเดียวกัน "ข้อต่อ" จะต้องปิดผนึกด้วยปลอกยาง

ในทางปฏิบัติชิ้นส่วนสำหรับยกส่วนบนของตัวเครื่องเช่นเดียวกับตัวปลอกหุ้มป้องกันพิสูจน์ได้ว่าเป็นองค์ประกอบที่อ่อนมาก บางทีนี่เป็นสิ่งที่ทำให้เครื่องยนต์ไม่สามารถเข้าสู่ซีรีส์ได้และโครงการก็ปิดลงอีก

  • การพัฒนาอื่นได้รับการเสนอต่อไปโดยวิศวกรจากประเทศฝรั่งเศส เครื่องยนต์เทอร์โบที่มีปริมาตรการทำงาน 1.5 ลิตรสามารถเปลี่ยนอัตราการบีบอัดได้ตั้งแต่ 7 ถึง 18 แรงม้าและผลิตพลังงานได้ประมาณ 225 แรงม้า แรงบิดตอบสนองที่กำหนดไว้ที่ 420 นิวตันเมตร

โครงสร้างหน่วยมีความซับซ้อนโดยมีก้านสูบที่แยกออกจากกัน ในบริเวณที่มีก้านเชื่อมต่ออยู่กับเพลาข้อเหวี่ยงรายละเอียดมีการติดตั้งขีปนาวุธขรุขระพิเศษ ในสถานที่ของการเชื่อมต่อระหว่างแกนเชื่อมต่อกับลูกสูบยังได้มีการแนะนำประเภทแร็คและพิเน่ประเภทแร็ค

ด้านอื่น ๆ มีก้านลูกสูบติดอยู่กับแขนโยกซึ่งใช้การควบคุม ระบบถูกขับเคลื่อนจากระบบหล่อลื่นของเหลวที่ทำงานผ่านระบบที่ซับซ้อนของช่องวาล์วและยังมีไดรฟ์ไฟฟ้าเพิ่มเติม

นอกจากนี้เรายังแนะนำให้อ่านบทความเกี่ยวกับการเพิ่มเครื่องยนต์ จากบทความนี้คุณจะได้เรียนรู้เกี่ยวกับวิธีการบังคับใช้เครื่องยนต์สันดาปภายในเพื่อให้ได้พลังงานมากขึ้นการตอบสนองต่อคันเร่งดีขึ้นแรงบิดที่เพิ่มขึ้น

ในระยะสั้นการเคลื่อนย้ายลูกสูบควบคุมได้รับผลกระทบแขนโยก เป็นผลให้ความสูงของลูกสูบหลักในถังยังมีการเปลี่ยนแปลงโปรดสังเกตว่าเครื่องยนต์ยังไม่ได้เป็นอนุกรมและโครงการถูกแช่แข็ง

  • ความพยายามครั้งต่อไปในการสร้างเครื่องมือที่มีอัตราการบีบอัดตัวแปรคือการตัดสินใจของวิศวกร Infiniti ได้แก่ เครื่องมือ VCT (จาก English Variable Compression Turbocharged) ในมอเตอร์นี้มันเป็นไปได้ที่จะเปลี่ยนอัตราส่วนการบีบอัดจาก 8 ถึง 14 การออกแบบพิเศษของโครงสร้างเป็นกลไกการสำรวจที่ไม่ซ้ำกัน

พื้นฐานคือการเชื่อมต่อของแกนเชื่อมต่อกับคอล่างซึ่งสามารถเคลื่อนย้ายได้ นอกจากนี้ยังใช้ระบบคันโยกซึ่งขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์ไฟฟ้า

ตัวควบคุมควบคุมกระบวนการโดยการส่งสัญญาณไปยังมอเตอร์ มอเตอร์ไฟฟ้าหลังจากได้รับคำสั่งจากชุดควบคุมจะเลื่อนแรงขับและระบบคันโยกจะทำการเปลี่ยนตำแหน่งซึ่งจะช่วยให้เปลี่ยนความสูงของลูกสูบยกได้

เป็นผลให้หน่วย Infiniti VCT ที่มีกำลังการผลิต 2.0 ลิตรที่มีความจุประมาณ 265 แรงม้า ได้รับอนุญาตให้ประหยัดน้ำมันเชื้อเพลิงเกือบ 30% เมื่อเทียบกับ ICE ที่คล้ายกันซึ่งในเวลาเดียวกันมีอัตราส่วนการอัดตัวคงที่

หากผู้ผลิตสามารถแก้ปัญหาที่มีอยู่ได้อย่างมีประสิทธิภาพ (ความซับซ้อนของการก่อสร้างการสั่นสะเทือนสูงความน่าเชื่อถือค่าใช้จ่ายขั้นสุดท้ายในการผลิตหน่วยเป็นต้น)แล้วแถลงการณ์เชิงบวกของผู้แทนของ บริษัท อาจจะกลายเป็นความจริงและเครื่องยนต์ของตัวเองมีศักยภาพที่จะกลายเป็นอนุกรมใน 2018-2019

ขอสรุปผล

คำนึงถึงข้อมูลข้างต้นจะเห็นได้ชัดว่าเครื่องยนต์ที่มีอัตราการบีบอัดตัวแปรสามารถให้การลดลงอย่างมากในการสิ้นเปลืองน้ำมันเชื้อเพลิงในเครื่องยนต์เบนซินที่มีการชาร์จเทอร์โบ

นอกจากนี้เรายังแนะนำให้อ่านบทความเกี่ยวกับเครื่องยนต์เทอร์โบชาร์จเจอร์ จากบทความนี้คุณจะได้เรียนรู้เกี่ยวกับคุณสมบัติของการออกแบบกังหันหลักการของระบบตลอดจนข้อดีและข้อเสียของโซลูชันนี้

เมื่อเทียบกับภาวะวิกฤติด้านเชื้อเพลิงทั่วโลกตลอดจนการกระชับมาตรฐานด้านสิ่งแวดล้อมอย่างต่อเนื่องเครื่องยนต์เหล่านี้ไม่เพียง แต่ช่วยเผาผลาญเชื้อเพลิงได้อย่างมีประสิทธิภาพ แต่ยังไม่ จำกัด อำนาจของเครื่องยนต์

กล่าวได้ว่า ICE ดังกล่าวมีความสามารถในการนำเสนอข้อดีของเครื่องยนต์เทอร์โบความเร็วสูงที่มีประสิทธิภาพของน้ำมันเบนซิน ในขณะเดียวกันในแง่ของการสิ้นเปลืองน้ำมันเชื้อเพลิงเช่นการรวมกันสามารถเข้ามาใกล้กับเครื่องยนต์ดีเซลเทอร์โบซึ่งเป็นที่นิยมในปัจจุบันส่วนใหญ่เป็นเพราะเศรษฐกิจของพวกเขา