Конструктивные решения переменной степени сжатия в поршневых двигателях внутреннего сгорания
Ключевые слова:
ПОРШНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, ПЕРЕМЕННАЯ СТЕПЕНЬ СЖАТИЯ, БЕСШАТУННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ, ТОПЛИВНАЯ ЭКОНОМИЧНОСТЬАннотация
Работа посвящена конструктивным решениям переменной степени сжатия в поршневых двигателях внутреннего сгорания.
Рассмотрены основные подходы по изменению степени сжатия в поршневых двигателях внутреннего сгорания. Выявлены преимущества и недостатки каждой группы конструктивных решений. Определены перспективы дальнейших разработок механизмов изменения степени сжатия.
Повышение степени сжатия в ДВС способствует повышению общего КПД двигателя и улучшению топливной экономичности. Максимальное значение степени сжатия зависит от условий внутри камеры сгорания и подбирается для каждой модели двигателя индивидуально, обеспечивая бездетонационное сгорание топливовоздушной смеси при высокой нагрузке на двигатель. Однако большую часть времени ДВС автомобилей работают в режиме частичной нагрузки, то есть в условиях меньшей эффективности, что приводит к более высокому расходу топлива и ухудшению экологических характеристик.
Одним из способов повышения эффективности работы ДВС на частичных нагрузках является применение механизмов изменения степени сжатия. Интересными являются наработки компаний TOYOTA, PORSCHE и HILITE по созданию шатуна переменной длины. Теоретически реализация подобной конструкции шатуна может предоставить максимум выгоды по сравнению с другими подходами.
Наиболее перспективной является наработка АДИ ДонНТУ по созданию механизма изменения степени сжатия, который выполнен в бесшатунном двигателе с кривошипно-кулисным механизмом в виде силового гидроцилиндра и связан с одной стороны с поршнем, а с другой – с кривошипно-кулисным механизмом. Теоретическими исследованиями бензинового бесшатунного двигателя показано улучшение экономических характеристик на частичных нагрузках на 15–20 %.
Библиографические ссылки
Андрусенко, Е. И. Двигатель Ленуара (к 150-летию изобретения двигателя внутреннего сгорания) / Е. И. Андрусенко, А. П. Калинин // Двигателестроение. – 2010. – № 3(241). – С. 38–44. – EDN MVCDGZ.
Матюхин, Л. М. Термодинамический анализ зависимости среднего давления цикла Отто от способа изменения степени сжатия /
Л. М. Матюхин // Автомобиль. Дорога. Инфраструктура : электронный научный журнал. – 2023. – № 2(36). – EDN OLUEXA.
Shaik, A. Variable compression ratio engine: A future power plant for automobiles – An overview / A. Shaik, N. S. V. Moorthi, R. Rudramoorthy // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers Part D Journal of Automobile Engineering. – 2007. – № 221(9). – P. 1159–1168. – DOI: 10.1243/09544070JAUTO573.
Hoeltgebaum, T. Reconfigurability of Engines: A Kinematic approach to Variable Compression Ratio Engines / T. Hoeltgebaum, R. Simoni, D. Martins / Mechanism and Machine Theory. – 2016. – Vol. 96, №. 2. – P. 308–322.
Drangel, H. The Variable Compression (SVC) and the Combustion Control (SCC) – Two Ways to Improve Fuel Economy and Still Comply with World-Wide Emission Requirements / H. Drangel, E. Olofsson, R. Reinmann. – Текст : электронный // SAE Technical Paper Series. – 2002-01-0996. – URL: https://www.sci-hub.ru/10.4271/2002-01-0996 .
Wittek, K. Development of a Two-stage Variable Compression Ratio Engine / K. Wittek, C. Tiemann, S. Pischinger. – Текст : электронный // FEV Group GmbH. – URL: https://www.fev.com/fileadmin/user_upload/Media/TechnicalPublications/Gasoline_Systems/ TwoStageVariableCompressionRatiowithEccentricPistonPin.pdf (дата обращения: 01.04.2024).
Variable Compression Ratio – in a Technology Competition? / G. Fraidl, P. Kapus, H. Melde [et al.]. – Текст : электронный // 37th International Vienna Motor Symposium 28th–29th April 2016. – 30 р. – URL: https://www.avl.com/documents/10138/2703308/05.16_PTE_brochure_web_2-step+Variable+Geometric+Compression_EN .
Wittek, K. Characterization of the system behaviour of a variable compression ratio (VCR) connecting rod with eccentrically piston pin suspension and hydraulic moment support / K. Wittek, F. Geiger, Marilia G. Justino Vaz // Energy Conversion and Management. – 2020. – № 213. – DOI: https://doi.org/10.1016/j.enconman.2020.112814.
Марков, В. А. Системы регулирования степени сжатия двигателей внутреннего сгорания. Часть 1 / В. А. Марков, Н. Д. Чайнов, А. В. Гуртовой // Грузовик. – 2016. – № 7. – С. 3–12. – EDN WFRYVZ.
Кутенев, В. Ф. Выбор схемы и определение размеров основных элементов силового механизма траверсного балансирного двигателя /
В. Ф. Кутенев, Г. Г. Тер-Мкртичьян // Труды НАМИ. – 1991. – № 1. – С. 11–24. – EDN TZPVLX.
Mizuno, H. Nissan gasoline engine strategy for higher thermal efficiency / H. Mizuno // Combustion Engines. – 2017. – Vol. 169(2). – P. 141–145. – DOI: 10.19206/CE-2017-225.
Seung, Woo Kwak. Kinematic Conceptual Design of In-Line Four-Cylinder Variable Compression Ratio Engine Mechanisms Considering Vertical Second Harmonic Acceleration / Seung Woo Kwak, Jae Kyung Shim, Young Kwang Mo. – Текст : электронный // Applied Sciences. – 2020. – № 10(11). – DOI: 10.3390/app10113765.
Авторское свидетельство № 945483 A1 СССР, МПК F02B 75/04, F02D 15/04. Поршень, автоматически регулирующий степень сжатия :
№ 2948430 : заявл. 30.06.1980 : опубл. 23.07.1982 / В. Н. Скареднов. – Текст : электронный ; заявитель Предприятие П/Я Р-6197. – URL: https://yandex.ru/patents/doc/SU945483A1_19820723 .
Авторское свидетельство № 939799 A1 СССР, МПК F02B 75/04, F02D 15/04. Поршень, автоматически регулирующий степень сжатия : № 3009920 : заявл. 28.11.1980 : опубл. 30.06.1982 / Б. А. Шароглазов, Ю. М. Зарочинцев. – Текст : электронный ; заявитель Челябинский политехнический институт им. Ленинского комсомола. – URL: https://yandex.ru/patents/doc/SU939799A1_19820630 .
Конструкция поршня, автоматически регулирующего степень сжатия, для карбюраторного двигателя / Н. А. Семернин,
С. А. Нармагамбетов, А. Т. Бекболова, Г. У. Куралбек // Современные автомобильные материалы
и технологии (САМИТ-2013) : сборник статей V Международной научно-технической конференции, Курск, 30 ноября 2013 года / Е. В. Агеев (ответственный редактор). – Курск : Юго-Западный государственный университет, 2013. – С. 133–146. – EDN VMMSND.
Study on selected parameters of engine with the active combustion chamber / M. Glogowski, M. Wozniak, T. Szydłowski, K. Siczek // Combustion Engines. – 2023. – Vol. 194(3). – Р. 3–12. – DOI: https://doi.org/10.19206/CE-165830.
Мищенко, Н. И. Нетрадиционные малоразмерные двигатели внутреннего сгорания. В 2 томах. Том 1. Теория, разработка и испытание нетрадиционных двигателей внутреннего сгорания / Н. И. Мищенко. – Донецк : Лебедь, 1998. – 228 с. – ISBN 966-508-181-0.
Оценка показателей двигателя легкового автомобиля с новым механизмом изменения степени сжатия / Н. И. Мищенко, А. И. Петров,
С. Е. Волков, Д. Д. Ромашов // Актуальные проблемы науки и техники. 2023 : материалы Всероссийской (национальной) научно-практической конференции, Ростов-на-Дону, 15–17 марта 2023 года / ответственный редактор Н. А. Шевченко. – Ростов-на-Дону : Донской государственный технический университет, 2023. – С. 598–599. – EDN HLURCD.
