Ponieważ temat jest złożony, najpierw krótko wyjaśnijmy koncepcję stopnia sprężania, aby zrozumieć, dlaczego silnik o zmiennej kompresji VC-T Nissana jest tak niezwykły? Spróbuję więc uprościć, ryzykując popełnienie pewnych nieścisłości – jeśli tak się stanie, zawsze możesz przejrzeć naszego Facebooka i zostawić nam komentarz.
Oceń co?
Stopień sprężania to ilość razy, gdy dana objętość jest sprężana wewnątrz cylindra. Praktyczny przykład: czterocylindrowy silnik o pojemności 1,0 litra i przełożeniu 10:1 ma cylindry o pojemności 250 cm³, które w swoim górnym martwym punkcie sprężają mieszankę do objętości zaledwie 25 cm³ — czyli do jednej dziesiątej jej objętości ( 10:1). Złożoną wersję wyjaśnienia stopnia kompresji można zobaczyć tutaj.I dlaczego jest to takie ważne?
Ponieważ im wyższy stopień sprężania silnika, tym większa jego sprawność. Im większe sprężenie silnika, tym szybsze rozprężanie się gazów powstałych w wyniku wybuchu, a w konsekwencji szybsze opadanie tłoka i korbowodu, a co za tym idzie szybsze przemieszczenie wału korbowego – w efekcie końcowym większy ruch przenoszony na pojazd koła. Dlatego samochody sportowe mają wyższy stopień sprężania – na przykład silnik V10 Audi R8 spręża 12,7 razy większą objętość.
Dlaczego więc nie wszystkie samochody mają wysoki stopień sprężania?
Z dwóch powodów: po pierwsze, mieszanina ulega detonacji, a po drugie, że wytwarzanie silnika o wysokim stopniu sprężania jest drogie. Ale przejdźmy najpierw do pierwszego powodu. Wraz ze wzrostem stopnia sprężania wzrasta temperatura mieszanki paliwowo-powietrznej wewnątrz komory spalania i ten wzrost temperatury może prowadzić do zapłonu, zanim tłok osiągnie górny martwy punkt. Zjawisko to nazywa się pre-detonacją i to z powodu tego efektu marki samochodów zmuszone są do produkcji silników o konserwatywnych stopniach sprężania, z mapami zapłonu i wtrysku zaprojektowanymi w celu ochrony silnika przed tym zjawiskiem kosztem maksymalnej sprawności.Z drugiej strony produkcja silników o wysokim stopniu sprężania jest również kosztowna (dla marek, a więc dla klientów…). Ponieważ aby uniknąć detonacji wstępnej w silnikach o wysokim stopniu sprężania, marki muszą uciekać się do szlachetniejszych i bardziej wytrzymałych materiałów, które skuteczniej rozpraszają ciepło wytwarzane w silniku.
Nissan znajduje (w końcu!) rozwiązanie
W ciągu ostatnich 25 lat kilka marek bezskutecznie próbowało pokonać ograniczenia silników do tego poziomu. Saab był jedną z marek, które zbliżyły się, prezentując nawet rewolucyjny silnik, który dzięki bocznemu ruchowi głowicy silnika potrafił zwiększyć lub zmniejszyć pojemność komory spalania. i stąd stopień kompresji. Problem? System miał wady niezawodności i nigdy nie trafił do produkcji. Szczęśliwie…
Pierwszą marką, która znalazła rozwiązanie, był, jak powiedzieliśmy, Nissan. Marka, która zaprezentuje pierwszy na świecie silnik o zmiennym sprężaniu we wrześniu podczas Salonu Samochodowego w Paryżu. Jest to silnik 2.0 Turbo o mocy 274 KM i maksymalnym momencie obrotowym 390 Nm. Silnik ten zostanie początkowo wprowadzony na rynek tylko w USA, zastępując silnik 3,5 V6, który jest obecnie używany w modelach Infiniti (dział modeli premium Nissana).
Jak Nissan to osiągnął?
To było czary. Żartuję… to była czysta inżynieria. W konwencjonalnych silnikach korbowody (ramię, które „chwyta” tłok) są bezpośrednio przymocowane do wału korbowego, w silniku Nissana VC-T tak się nie dzieje. Jak widać na poniższym obrazku:
W tym rewolucyjnym silniku Nissana długość głównego korbowodu została skrócona i połączona z dźwignią pośrednią zamocowaną obrotowo na wale korbowym i połączoną z drugim ruchomym korbowodem znajdującym się naprzeciwko korbowodu, który zmienia zakres ruchu tłoka. Gdy sterownik silnika stwierdzi, że konieczne jest zwiększenie lub zmniejszenie stopnia sprężania, siłownik zmienia kąt dźwigni pośredniej, podnosząc lub opuszczając korbowód, a tym samym zmieniając stopień sprężania między 8:1 a 14:1. W ten sposób silnik Nissana łączy to, co najlepsze z obu światów: maksymalną wydajność przy niskich obrotach i większą moc przy wysokich obrotach, unikając efektu detonacji.
Ta zmiana stopnia sprężania silnika jest możliwa tylko wydajnie i w dowolnym zakresie obrotów, dzięki niezliczonej liczbie czujników rozmieszczonych w całym silniku. Wysyłają one setki tysięcy informacji na sekundę do ECU w czasie rzeczywistym (temperatura powietrza, komory spalania, wlotu, turbosprężarki, ilość tlenu w mieszance itp.), umożliwiając odpowiednią zmianę stopnia sprężania. pojazdu. Silnik ten jest również wyposażony w układ zmiennych faz rozrządu symulujący cykl Atkinsona, w którym zawory dolotowe pozostają otwarte dłużej, aby umożliwić uchodzenie powietrza przez nie, zmniejszając w ten sposób opór aerodynamiczny silnika w fazie sprężania.
Ci, którzy wielokrotnie ogłaszają koniec silnika spalinowego, muszą wracać, aby „trzymać gitarę w torbie” . „Stare” silniki spalinowe mają już ponad 120 lat i wydaje się, że zostaną. Czas pokaże, czy to rozwiązanie będzie niezawodne.
Trochę więcej historii?
Pierwsze badania nad wpływem stopnia sprężania na efektywność cyklu pracy silników spalinowych sięgają roku 1920, kiedy to brytyjski inżynier Harry Ricardo kierował Departamentem Rozwoju Lotnictwa Królewskich Sił Powietrznych (RAF). Jedną z jego najważniejszych misji było znalezienie rozwiązania problemu wysokiego zużycia paliwa przez samoloty RAF, a co za tym idzie, ich krótkiego zasięgu. Aby zbadać przyczyny i rozwiązania tego problemu, Harry Ricardo opracował eksperymentalny silnik ze zmienną kompresją, w którym odkrył (między innymi), że niektóre paliwa są bardziej odporne na detonację. Wynikiem tych badań było stworzenie pierwszego systemu oceny liczby oktanowej paliwa.
To dzięki tym badaniom po raz pierwszy stwierdzono, że wyższe stopnie sprężania są bardziej wydajne i wymagają mniej paliwa do wytworzenia tej samej energii mechanicznej. Od tego czasu gigantyczne silniki o pojemności 25 litrów – które znamy z samolotów I wojny światowej – zaczęły ustępować mniejszym i wydajniejszym jednostkom. Podróże transatlantyckie stały się rzeczywistością, a ograniczenia taktyczne w czasie wojny (ze względu na zasięg silników) zostały złagodzone.
