Кіріспе
Өзгермелі сығылу қатынасы (VCR) – қозғалтқыш жұмыс істеп тұрғанда ішкі жану қозғалтқышының сығылу қатынасын реттеу технологиясы. Бұл әртүрлі жүктемелерде отынның тиімділігін арттыру мақсатында жасалады. Өзгермелі сығылу қозғалтқыштары поршень жоғарғы өлі нүктеде болғандағы көлемді өзгертуге мүмкіндік береді. Жоғары жүктемелерде қуатты арттыру үшін төмен қатынастар қажет, ал төмен жүктемелерде тиімділікті арттыру, яғни отын тұтынуды азайту үшін жоғары қатынастар қажет. Автомобильді пайдалануда бұл қозғалтқыш жүктемеге және жүргізу талаптарына байланысты жұмыс істегенде жасалуы керек. 2019 жылғы Infiniti QX50 – өзгермелі сығылу қатынасы бар қозғалтқышты қолданатын алғашқы коммерциялық автомобиль.
Артықшылықтар
Бензиндік қозғалтқыштардың қысым кезіндегі максималды қысымға шектеуі бар, одан кейін отын-ауа қоспасы жанудың орнына детонацияланады. Сол жылдамдықпен жоғары қуат алу үшін, көбірек отын жағылуы керек, демек, көбірек ауа қажет. Бұл үшін турбокомпрессорлар немесе суперчарджерлер қолданылады, олар кіретін қысымды арттырады. Егер қысым қатынасы төмендетілмесе, яғни поршень үстіндегі көлем ұлғайтылмаса, бұл отын-ауа қоспасының детонациясына әкеледі. Бұл қуаттылықты айтарлықтай арттыруға мүмкіндік береді, көлемі аз немесе көп болуы мүмкін. Бірақ, бұл жағдайда, қозғалтқыш жеңіл жүктемеде қуат пен серпіліс күшінен айырылуы мүмкін. Шешімі – кіретін қысымды өзгерту және қажеттілікке қарай қысым қатынасын реттеу. Бұл екі жақсы қасиетті біріктіреді: қажет болғанда жоғары қуатты бере алатын, тиімді қозғалтқыш. Сонымен қатар, өзгермелі қысым қатынасы (VCR) бензиннен басқа, мысалы, LPG немесе этанол сияқты түрлі отындарды қолдануға мүмкіндік береді. Цилиндрдің көлемі коленвалға қосылған гидравликалық жүйе арқылы өзгертіліп, қажетті жүктеме мен үдеуге сәйкес реттеледі.
Cylinder displacement is altered by using a hydraulic system connected to the crankshaft, and adjusted according to the load and acceleration required.
Өндіріс
Өзгермелі қысылу қозғалтқыштары ондаған жылдар бойы бар, бірақ олар тек жанау процестерін зерттеу үшін зертханаларда қолданылып келді. Мұндай конструкцияларда әдетте жұмыс істейтін поршеньге қарсы басында орналасқан, реттелетін екінші поршень болады. 2018 жылы Infiniti өздерінің өзгермелі қысылулы турбо қозғалтқышын өндіруді бастады, ол өзгермелілікті қамтамасыз ету үшін механикалық байланыс жүйесін пайдаланады. Ол QX50 кроссоверіне орнатылды. Қозғалтқыш 8:1 мен 14:1 аралығында кез келген қысылу қатынасын тудыра алады. Ең жоғары крутящий момент 8:1 көрсеткішінде қол жеткізіледі, бұл жоғары үдеуді қамтамасыз етеді, ал отынның ең тиімді пайдалануы 14:1 көрсеткішінде жүзеге асырылады. Электрондық басқару блогы газ педаліне түсетін қысымға нақты уақытта ден қойып, қысылу қатынасын үздіксіз өзгертеді. Бұл қозғалтқыштың жұмыс көлемі 2.0 литр болса да, және ол қатарлы төрт цилиндрлі қозғалтқыш болса да, екіншілік дірілдерді жою үшін тепе-теңдік валдары қолданылмайды. Ол механикалық байланыс арқылы өзінен-өзі теңдестіріледі.
Екі соққылы қозғалтқыштар
Цилиндр бас конструкциясының салыстырмалы қарапайымдылығы (сору клапандарының болмауы) екі тактілі қозғалтқыштарда оны іске асыруды біршама жеңілдетеді. 1990-шы жылдардың соңынан бастап осы идеяны дамытатын модельдер пайда болды, мысалы, Yamaha компаниясынан, олар жану камерасының көлемін динамикалық түрде өзгертеді. Соңғы уақыттарда (2000-жылдары) бұл технологияға қызығушылық жаңадан артып, себебі ол Lotus Omnivore сияқты отынның кең ауқымын (мысалы, спирттерді қоса алғанда) жағуға қабілетті. Бұрынғы коммерциялық екі тактілі қозғалтқыш, бірақ өте кішкентай (18 см³) және жеткілікті қуатты болмағандықтан аса сәтті болмаған, 1950-жылдардың басында велосипедтерге қосымша орнатылатын қозғалтқыш ретінде шығарылған Ломанн қозғалтқышы болды. Бұл қозғалтқышта бір бөліктен жасалған цилиндр басы мен гильзасы болды, оның коленвалдан қашықтығы рульдегі тұтқа арқылы басқарылатын кабельдермен жұмыс істейтін винт арқылы реттелді. Бұл қозғалтқыштың жұмыс істеуі үшін қысымды реттеу маңызды болды, өйткені ол қысым жасаудан бұрын енгізілген жанар-жағармай қоспасының қысым арқылы тұтануын пайдаланды, сондықтан қысым оны жеткілікті температураға жеткізгенде тұтанатын болды. Бұл қажетті қысымның ауа температурасына, қозғалтқыш температурасына және отын түріне байланысты өзгеретінін білдірді: тым жоғары қысым қозғалтқышты ерте тұтандыруға алып келуі мүмкін, ал тым төмен болса, ол мүлдем тұтанбайды. Сондықтан оператор жұмыс жағдайлары өзгерген сайын қысымды үнемі реттеуге тиіс болды. Ломанн қозғалтқышы тек бес жыл ғана өндірілді, өйткені қысымды (отын ағынымен бірге) басқаруға көп тәжірибе қажет болды, және оңтайлы реттелген жағдайда да, орташа жаттығулы адамның көмексіз бере алатын қуатынан артық қуатты қамтамасыз етпеді.
Қозғалтқыштардың конструкциясы
Бірінші VCR қозғалтқышы 1920 жылдары Гарри Рикардо жасалып, сынақтан өткізілді. Бұл жұмыс оның бүгінге дейін қолданылып келе жатқан октандық сандық рейтинг жүйесін ойлап табуына әкелді. Saab, Nissan, Volvo, PSA/Peugeot Citroën және Renault сияқты көптеген компаниялар VCR қозғалтқыштарын зерттеумен айналысып келеді. 2019 жылғы Infiniti QX50 турбожүктегішті өзгермелі қысылу қозғалтқышының өндірістік үлгісімен қол жетімді.
Peugeot MCE-5
Peugeot конструкциясы поршеньді коленвалға жалғаушы шатунның тиімді ұзындығын өзгерте отырып жұмыс істейді. Шатун қысқа болса, қысылу қатынасы төмендейді, ал шатун ұзын болса – керісінше. Диаграмманың сол жағында ішкі жану қозғалтқышының стандартты поршені көрсетілген. Оң жағында екі жақты әрекет ететін поршені бар гидравликалық цилиндр бейнеленген. Бұл, тісті дөңгелекпен жабдықталған шатун-коленвал жүйесі арқылы қозғалады, оның қозғалысы сол жақтағы цилиндрдегі шатунның тиімді ұзындығын және осымен қысылу қатынасын реттейді.
Saab SVC
SAAB Automobile 2000 жылы Женева автосалонында SVC қозғалтқышын әлемге таныстырған кезде өзгермелі сығылуға деген қызығушылықты қайта жақтандырды. SAAB «Автомобильдің озық технологиялар кеңсесімен» бірлесіп, дизельдік қозғалтқышпен салыстыруға болатын тиімділік көрсететін заманауи бензиндік VCR қозғалтқышын жасауға қатысты. SAAB SVC – VCR қозғалтқыштары әлеміне озық және қолданысқа жарамды жаңалық болды, бірақ 2016 жылы компания банкротқа ұшырағандықтан, ол өндіріске шығарылмады. Larsen VCR қозғалтқышының дизайны барлық клапандық механизмдері мен коленвал/коленвал корпусынан тұратын моноблокты бастан құралды. Бұл бөлшектер гидравликалық жетектің көмегімен 4 градусқа дейін қозғалатын біліктің арқасында байланыстырылды. Бұл механизм коленвалдың орталық сызығы мен цилиндрдің қақпасы арасындағы қашықтықты өзгертуге мүмкіндік береді. Peugeot дизайнынан айырмашылығы, білегінің ұзындығы өзгермейді. Қажетті жауап беру уақытын және жоғары күшті қамтамасыз ету үшін турбокомпрессордың орнына суперкомпрессор таңдалды. Vc-ні өзгерту үшін SVC цилиндрдің басын коленвалға жақын «төмендетеді». Ол мұны дәстүрлі бір бөліктен тұратын қозғалтқыш блогын екі бөліктен тұратын блокқа алмастыру арқылы жасайды: төменгі блокта коленвал, ал жоғарғы бөлігінде цилиндрлер орналасқан. Екі блок бір жағынан біліктің көмегімен біріктірілген (үстелде жатқан кітапты елестетіңіз, мұқабасы тақырып парағынан шамамен бір дюйм жоғарыда). Жоғарғы блокты білік нүктесінен айналдыру арқылы Vc-ні (кітаптың мұқабасы мен тақырып парағы арасындағы кеңістікті елестетіңіз) өзгертуге болады. Іс жүзінде SVC гидравликалық жекпен жоғарғы блокты аз мөлшерде қозғайды.