نظرًا لأن الموضوع معقد ، فلنشرح أولاً باختصار مفهوم نسبة الضغط لفهم سبب كون محرك الضغط المتغير VC-T من نيسان استثنائيًا جدًا؟ لذلك سأحاول التبسيط ، مع المخاطرة بارتكاب بعض عدم الدقة - إذا حدث ذلك ، يمكنك دائمًا تصفح Facebook وترك تعليق لنا.
قيم ماذا؟
نسبة الضغط هي مقدار المرات التي يتم فيها ضغط حجم معين داخل الأسطوانة. مثال عملي: محرك رباعي الأسطوانات سعة 1.0 لتر بنسبة 10: 1 يحتوي على أسطوانات بحجم 250 سم مكعب ، والتي ، في أعلى مركز ميت ، تضغط الخليط إلى حجم 25 سم مكعب فقط - أي عُشر حجمه ( 10: 1). يمكن رؤية النسخة المعقدة من شرح نسبة الضغط هنا.ولماذا هذا مهم جدا؟
لأنه كلما زادت نسبة ضغط المحرك ، زادت كفاءته. كلما زاد ضغط المحرك ، زادت سرعة تمدد الغازات الناتجة عن الانفجار ، وبالتالي زادت سرعة نزول المكبس وقضيب التوصيل ، وبالتالي إزاحة العمود المرفقي بشكل أسرع - مما يؤدي في النهاية إلى انتقال المزيد من الحركة إلى السيارة عجلات. لهذا السبب تتمتع السيارات الرياضية بنسب ضغط أعلى - على سبيل المثال ، يضغط محرك V10 من Audi R8 بمقدار 12.7 ضعف حجمه.
فلماذا لا تتمتع كل السيارات بنسب ضغط عالية؟
لسببين: السبب الأول هو أن الخليط ينفجر مسبقًا والسبب الثاني هو أن صنع محرك بنسبة ضغط عالية مكلف. لكن دعنا ننتقل إلى السبب الأول أولاً. مع زيادة نسبة الضغط ، تزداد درجة حرارة خليط الهواء والوقود داخل غرفة الاحتراق ويمكن أن تؤدي هذه الزيادة في درجة الحرارة إلى الاشتعال قبل أن يصل المكبس إلى أعلى مركز ميت. اسم هذه الظاهرة هو ما قبل التفجير وبسبب هذا التأثير تضطر ماركات السيارات لإنتاج محركات بنسب ضغط معتدلة ، مع خرائط الاشتعال والحقن المصممة لحماية المحرك من هذه الظاهرة على حساب أقصى قدر من الكفاءة.من ناحية أخرى ، فإن إنتاج محركات ذات نسب ضغط عالية يعد مكلفًا أيضًا (للعلامات التجارية وبالتالي للعملاء ...). لأنه لتجنب الانفجار المسبق في المحركات ذات نسب الضغط العالية ، يتعين على العلامات التجارية اللجوء إلى مواد أكثر نبلاً وأكثر مقاومة تعمل على تبديد الحرارة المتولدة في المحرك بشكل أكثر كفاءة.
نيسان تجد (أخيرًا) الحل
على مدى السنوات الـ 25 الماضية ، حاولت العديد من العلامات التجارية التغلب على قيود المحركات إلى هذا المستوى دون جدوى. كانت Saab واحدة من العلامات التجارية التي اقتربت ، حتى أنها قدمت محركًا ثوريًا ، بفضل الحركة الجانبية لرأس المحرك ، تمكنت من زيادة أو تقليل السعة المكعبة لغرفة الاحتراق. ومن ثم نسبة الضغط. مشكلة؟ كان لدى النظام عيوب في الموثوقية ولم يتم تشغيله مطلقًا. بسعادة…
كانت العلامة التجارية الأولى التي وجدت حلاً ، كما قلنا ، نيسان. علامة تجارية ستقدم أول محرك ضغط متغير في العالم في سبتمبر في معرض باريس للسيارات. محرك 2.0 تربو بقوة 274 حصان و 390 نيوتن متر من عزم الدوران الأقصى. سيتم إطلاق هذا المحرك مبدئيًا فقط في الولايات المتحدة الأمريكية ، ليحل محل محرك 3.5 V6 الذي يجهز حاليًا طرازات إنفينيتي (قسم الطراز المتميز في نيسان).
كيف حققت نيسان ذلك؟
لقد كان السحر. أنا أمزح ... لقد كانت هندسة خالصة. في المحركات التقليدية ، يتم توصيل قضبان التوصيل (ذلك الذراع الذي "يمسك" بالمكبس) مباشرة بالعمود المرفقي ، ولا يحدث هذا في محرك VC-T من نيسان. كما ترى في الصورة أدناه:
في محرك نيسان الثوري هذا ، تم تقليل طول قضيب التوصيل الرئيسي وتوصيله برافعة وسيطة محورية في العمود المرفقي ومتصلة بقضيب توصيل ثانٍ متحرك مقابل قضيب التوصيل والذي يغير مدى حركة المكبس. عندما تحدد وحدة التحكم في المحرك أنه من الضروري زيادة نسبة الضغط أو تقليلها ، يقوم المشغل بتغيير زاوية الرافعة الوسيطة ، ورفع أو خفض قضيب التوصيل وبالتالي تغيير الضغط بين 8: 1 و 14: 1. وبالتالي ، فإن محرك نيسان قادر على الجمع بين أفضل ما في العالمين: أقصى قدر من الكفاءة عند عدد دورات منخفضة في الدقيقة ومزيد من القوة عند عدد دورات عالية في الدقيقة ، وتجنب تأثير ما قبل التفجير.
هذا الاختلاف في نسبة ضغط المحرك ممكن فقط بكفاءة وفي أي مدى دورة في الدقيقة ، وذلك بفضل عدد لا يحصى من أجهزة الاستشعار المنتشرة في جميع أنحاء المحرك. ترسل مئات الآلاف من المعلومات في الثانية إلى وحدة التحكم الإلكترونية في الوقت الفعلي (درجة حرارة الهواء ، وغرفة الاحتراق ، والمدخول ، والتوربو ، وكمية الأكسجين في الخليط ، وما إلى ذلك) ، مما يسمح بتغيير نسبة الضغط وفقًا للاحتياجات. من السيارة. تم تجهيز هذا المحرك أيضًا بنظام توقيت الصمام المتغير لمحاكاة دورة أتكينسون ، حيث تظل صمامات السحب مفتوحة لفترة أطول للسماح للهواء بالخروج من خلالها ، وبالتالي تقليل المقاومة الديناميكية الهوائية للمحرك في مرحلة الضغط.
أولئك الذين يعلنون مرارًا وتكرارًا عن انتهاء محرك الاحتراق الداخلي يجب عليهم العودة "للحفاظ على الجيتار في الحقيبة" . يبلغ عمر محركات الاحتراق الداخلي "القديمة" أكثر من 120 عامًا ويبدو أنها موجودة لتبقى. يبقى أن نرى ما إذا كان هذا الحل سيكون موثوقًا به.
المزيد من التاريخ؟
تعود الدراسات الأولى حول تأثيرات نسبة الضغط على كفاءة دورة العمل لمحركات الاحتراق الداخلي إلى عام 1920 ، عندما ترأس المهندس البريطاني هاري ريكاردو إدارة تطوير الطيران في سلاح الجو الملكي (RAF). كانت إحدى أهم مهامها هي إيجاد حل لاستهلاك الوقود المرتفع لطائرة سلاح الجو الملكي وبالتالي لمدى رحلاتها القصيرة. لدراسة أسباب وحلول هذه المشكلة ، طور هاري ريكاردو محركًا تجريبيًا بضغط متغير حيث وجد (من بين أشياء أخرى) أن بعض أنواع الوقود كانت أكثر مقاومة للانفجار. تُوجت هذه الدراسة بإنشاء أول نظام لتصنيف الأوكتان للوقود.
وبفضل هذه الدراسات ، لأول مرة ، تم التوصل إلى أن نسب الضغط الأعلى أكثر كفاءة وتتطلب وقودًا أقل لإنتاج نفس الطاقة الميكانيكية. منذ هذا الوقت بدأت المحركات العملاقة بسعة 25 لترًا مكعبًا - والتي نعرفها من طائرات الحرب العالمية الأولى - تفسح المجال لوحدات أصغر وأكثر كفاءة. أصبح السفر عبر المحيط الأطلسي حقيقة واقعة وتم تخفيف القيود التكتيكية خلال الحرب (بسبب نطاق المحركات).
