Sreda, 17. 8. 2016, 11.47
7 let, 2 meseca
Tehnika: bencinski motor s spremenljivim kompresijskim razmerjem
Bencinski motor, ki grozi, da bo "ubil" avtomobilske dizle
Termometer prikazuje, kako vroč je članek.
Termometer prikaže, kako vroč je članek.
3,45
2
Infiniti bo na salonu avtomobilov v Parizu letos konec septembra predstavil motor, pri katerem se kompresijsko razmerje zvezno spreminja v odvisnosti od zahtev voznika. Obljubljajo boljše zmogljivosti in manjšo porabo. Tehnologijo bosta skoraj gotovo povzela tudi Nissan in Renault.
Stara teorija, ki prakse (serijske proizvodnje) še ni videla
Prvi bo, kot kaže, s takšnim motorjem opremljen nov športni terenec infiniti QX50.
Ideja ali bolje rečeno želja je stara skoraj toliko, kot je star motor z notranjim zgorevanjem. Še posebej klasični batni motorji, kakršni so danes praktično vsi (in odkar je rotacijski motor wankel mrtev), trpijo za željo po spreminjanju kompresijskega razmerja. Teorija je preprosta in razumljiva: veliko kompresijsko razmerje daje dober izkoristek, majhno pa (lahko) veliko moč. Na drugi strani široke reke je praksa: kako to narediti, da bo lahko, preprosto, učinkovito, vzdržljivo, (dovolj) poceni, majhno in še kaj.
Japonskim inženirjem je, kot trdijo, očitno uspelo: septembra bodo pokazali motor s spremenljivim kompresijskim razmerjem, ki bo pripravljen za serijsko proizvodnjo in vgradnjo. Prvi bo, kot kaže, s takšnim motorjem opremljen nov športni terenec infiniti QX50, novi motor pa naj bi počasi zamenjal postarani bencinski 3.5 V6 tako pri znamki Infinity kot tudi pri vseh drugih znamkah zveze Renault-Nissan. Slišati je, da naj bi motor takšne zasnove dobila tudi kadjar in qashqai nove generacije.
Celoten sistem poveča maso motorja za 10 kilogramov in seveda dvigne proizvodno ceno, a bo VC-T vseeno stal manj kot sodobni dizli.
Mehanski sistem (ročičje), elektromotor in nadzorna elektronika
Ker gre za zahtevo po spremembi velikosti kompresijskega prostora, je že od nekdaj jasno, da bo morala biti rešitev mehanska.
Motor, ki so ga poimenovali VC-T, ima problem rešen z vzvodi od bata prek motorne gredi do močnega, učinkovitega in tiho delujočega elektromotorja, ki vse skupaj pomika.
Med dvema skrajnima legama, ki ju omogoča sistem vzvodov, sta kompresijski razmerji 8:1 in 14:1, motor pa, jasno, zvezno in hipno krmili elektronika v odvisnosti od položaja stopalke plina.
Dvolitrski 4-valjni vrstni turbobencinski motor takšne zasnove naj bi razvil 200 kilovatov največje moči, poraba pa naj bi bila za 10 odstotkov manjša od primerljivega turbo 4-valjnika in kar za 27 odstotkov manjša od omenjenega koncernskega 3.5 V6.
Septembra bodo Japonci pokazali motor s spremenljivim kompresijskim razmerjem, ki bo pripravljen za serijsko proizvodnjo in vgradnjo.
Razumevanje tehnologije VC-T:
Razlika v višini bata med skrajnima kompresijskima razmerjema
1 Ko je potrebna sprememba kompresijskega razmerja, se zasuče elektromotor in premakne pogonsko roko.
2 Pogonska roka zasuče nadzorni člen.
3 Ko se nadzorni člen zasuče, pomakne spodnji člen, ki spremeni kot sklepu iz več členov.
4 Sklep iz več členov spremeni višino dosega ojnice, s čimer spremeni kompresijsko razmerje.Prevod tehničnih izrazov:
Bat - piston
Zgornji člen - upper link
Sklep z več členi - multi-link
Ročična (motorna) gred - crank shaft
Elektromotor - harmonic drive
Nadzorni člen, gred - control shaft
Pogonska roka - actuator arm
Kaj je kompresijsko razmerje?
Kompresijsko razmerje pri batnih motorjih bencinskih in dizelskih je razmerje med delovno prostornino valja, ko je bat v najnižji legi in prostornino, ko je bat v najvišji legi. Je eden izmed ključnih parametrov motorja, ki pomembno vpliva na učinkovitost stroja. Ključne skrivnosti zniževanja porabe goriva in povečevanja izkoristka motorja, na katerem temelji inženirsko raziskovanje in prilagajanje kompresijskega razmerja, razkriva že srednješolska fizika. Izkoristek Ottovega cikla narašča proporcionalno s povečanjem kompresijskega razmerja. Višje kompresijsko razmerje pa poveča še potisno moč bata. To je torej temelj na katerem gradijo nov rod učinkovitih bencinarjev. Gre pa za kompleksno strojegradnjo, kar pomeni, da dvig kompresijskega razmerja zahteva veliko prilagoditev strojnih elementov.
Zakaj je visoko kompresijsko razmerje pri bencinskih motorjih razvojni izziv?
Kadar je kompresijsko razmerje previsoko, se lahko v valjih bencinskega motorja zgodi samovžig mešanice goriva in zraka. V takem primeru se čelo plamena širi neenakomerno, deli zmesi se vžgejo sami od sebe in zgorijo eksplozivno, kar slišimo kot tako imenovano klenkanje. Motor začne izgubljati moč, se pregreva, posledice so hujše poškodbe materiala.
Motor je zaradi sistema težji za (le) deset kilogramov
Sistem, ki spreminja kompresijsko razmerje motorja VC-T, je zasnovan tako, da ne spreminja lege ročične gredi ali glave motorja (kot so predlagali številni inovatorji do zdaj), saj se s spremembo kota sklepa okrog ročične gredi spreminja najvišja lega bata v njegovi zgornji mrvi legi in s tem kompresijsko razmerje.
Inženirjem je uspelo zasnovati sistem, ki skupno maso motorja poveča za zgolj 10 kilogramov, poleg tega pa pravijo, da bo takšen motor za proizvajalca cenejši, kot so današnji sodobni turbodizli.
Najmanj trije resni poskusi v zadnjih 15 letih, a nobeden ni prišel do serijske proizvodnje
V zadnjem času je bilo kar nekaj poskusov doseči enak učinek. Saab je ob prelomu tisočletja pokazal pozno razvojno stopnjo motorja s spremenljivim kompresijskim razmerjem, a je zaradi pomanjkanja denarja (Saab je medtem iz istega razloga žalostno končal) projekt pokril prah v nekem predalu.
Peugeot je delal na motorju, kjer se je spreminjala dolžina ojnice, Porsche pa je nedavno patentiral način, pri katerem je zgornji ojnični ležaj v ekscentričen regulator, ki bi (bo?) prav tako omogočal spreminjanje oddaljenosti bata od ojnice v zgornji mrtvi legi in posledično spreminjanje kompresijskega razmerja.
Če se bo VC-T izkazal, bo resno zamajal nadvlado dizlov
Infiniti oziroma zveza Renault-Nissan se je, kot kaže, resno odločila svojo rešitev spraviti v življenje. Nekateri motor že kujejo v zvezde, vseeno pa je modro počakati, da se stvar zgodi, preskusi in ugotovi vse praktične prednosti in slabosti. Če bo uspelo, bo VC-T resnično zadal močan udarec dizelskim motorjem.
Še višje kompresijsko razmerje napovedali tudi Mazdini inženirji
Na testih smo ugotovili, da Mazdina optimizacija na račun kompresije deluje.
Tudi Mazda je s svojo novo tehnologijo tehnologiji Skyactiv med prvimi v sedanjem času ponovnega vzpona prisilno polnjenih bencinskih motorjev manjše prostornine načrtno začela učinkovitost bencinskih strojev povečevati z zvišanjem (14:1) kompresijskega razmerja. Na testih smo ugotovili, da njihova optimizacija na račun kompresije deluje. Napovedali pa so še ekstremnejši dvig razmerja pri bencinskih strojih na kar 18:1.
"Prepričani smo, da nam bo to, kar smo vam napovedali, uspelo, vključno z izjemno visokim kompresijskim razmerjem 18 : 1 brez klenkanja motorja in brez povečevanja oktanskega števila goriva. Precej prepričani smo torej o uspehu te svoje edinstvene tehnologije, ki se precej nanaša predvsem na optimizacijo izgorevanja v motorju. Imamo namreč res veliko izkušenj z visokimi kompresijskimi razmerji," nam je pred časom samozavestno napovedal Joachim Kunz, eden od glavnih inženirjev v Mazdinem evropskem razvojnem centru v Frankfurtu. Prepričan, da jim bo uspelo rešiti vse težave zares ekstremnega stiskanja homogene mešanice zraka in goriva v bencinskem motorju.
"Mislim, da smo s trenutno generacijo motorjev Skyactiv z visokim kompresijskim razmerjem 14 : 1 dosegli nekaj, česar drugi niso. Upam, da nam bodo ljudje zaupali, da bodo uvideli potenciale naše poti in da bomo lahko v tej smeri nadaljevali. Z inženirskega vidika je to raziskovanje izgorevanja v valjih in iskanje večjega izkoristka energije v gorivu zares posebna reč. Na Japonskem se te raziskave začnejo v laboratoriju na enem valju in so res zelo usmerjene, natančne in zahtevne," pravi eden od Mazdinih inženirjev Joachim Kunz.
2