Двигатели с изменяемой степенью сжатия
VCR (Variable compresion ratio)

Рассмотрим конструктивные схемы двигателей VCR, а также проанализируем их преимущества и недостатки.

1. Двигатели VCR, в которых происходит изменение степени сжатия за счет движения головки блока с цилиндром

На рис. 1 представлен двигатель с боковым шарниром. В таком типе двигателя головка блока вместе с цилиндром движется вверх-вниз относительно шарнира. При этом есть возможность управлять степенью сжатия и четко ее фиксировать, соответственно режиму работы двигателя. В зависимости от степени сжатия, поршень изменяет свою кинематику, что не всегда благоприятно сказывается на мощностных характеристиках двигателя. По утерям на трение, силу инерции и балансировку такой двигатель будет идентичным обычному двигателю. Но по надежности и жесткости конструкции, он имеет значительные недостатки. Такие двигатели проблематично устанавливать на любые транспортные средства из-за изменения габаритов двигателя в процессе его работы.

На рис. 2 показано изменение степени сжатия в зависимости от положения головки блока. На первом рисунке -низкая степень сжатия, на втором - высокая степень сжатия.

На рис. 3 показан двигатель SAAB с изменяемой степенью сжатия. В верхней части рисунка показан угол наклона головки блока, при изменении которого меняется степень сжатия.

Есть более совершенные двигатели такого типа (рис. 4). Шарнир устанавливается не со стороны блока цилиндров, а в верхней части головки. В таком случае все преимущества и недостатки этого двигателя остаются без изменений, кроме кинематики поршня, так как цилиндр с головкой блока осуществляет только вертикальные движения. В таких типах двигателей головка блока цилиндра изготавливается как одно целое с гильзой цилиндра.

2.Двигатели с гидравлическим поршнем

На рис. 5 показана кинематическая схема двигателя с гидравлическим поршнем.

В этих двигателях не изменяется кинематика поршня, а также они имеют небольшую шумность. Но у них тяжело контролировать степень сжатия, поскольку изменяется высота поршня, а поршень осуществляет возвратнопоступательные движения. Потери на трение в таких двигателях несколько выше, чем в обычных. А также надежность и жесткость двигателя ниже. Сила инерции и балансировка двигателя также не удовлетворительны. Но такие двигатели без особых проблем можно устанавливать на любые автомобили.

На рис. 6 представлен двигатель с гидравлическим поршнем, а также изменение высоты поршня в зависимости от степени сжатия.

3.Двигатели с эксцентриками на подшипниках

Таких схем бывает три типа. В схеме первого типа эксцентрик устанавливается на поршневом пальце, второго - эксцентрик устанавливается на шатунных шейках, и третьего - эксцентрик устанавливается на коренных шейках. В таких двигателях потери на трения не велики, но их надежность и жесткость недостаточны. В этих двигателях большая сила инерции, плохая сбалансированность двигателя и повышенная его шумность. Но есть возможность устанавливать такие двигатели на любые транспортные средства, так как их габариты в процессе работы не изменяются. Что касается контроля степени сжатия, то на первых двух типах двигателей осуществлять его сложно, на двигателе третьего типа достаточно просто.

На рис. 7 представлена кинематическая схема двигателя с эксцентриками на подшипниках.

На рис. 8 показано, как изменяется степень сжатия в зависимости от перемещения механизма изменения эксцентрика.

На рис. 9 более наглядно показано изменение положения верхней мертвой точки поршня и, соответственно, степени сжатия.

4.Двигатели с многозвенным кривошипом В этих двигателях очень сложная кинематика поршня, достаточно большие силы инерции, а также плохая сбалансированность двигателя. В таких типах двигателей высокая жесткость и надежность. Кинематическая схема представлена на рис. 10.

5. Двигатели с добавочным поршнем в головке блока

На рис. 11 показана кинематическая схема двигателя с добавочным поршнем головки блока. По ней можно легко разобраться, как изменяется степень сжатия в зависимости от изменения положения добавочного поршня.

Такие двигатели наиболеепохожи на обычный двигатель. Кинематика поршня остается неизменной. Потери на трение несколько выше, чем в обычных двигателях. По шумности они ни чем не отличаются от обычных. А также силы инерции и балансировкам двигателя идентичны обычному двигателю. Но в таких двигателях контроль степени сжатия можно легко осуществлять по отдельности в каждом цилиндре. При такой схеме наиболее просто переделать стандартный двигатель в двигатель VCR.

Рис. 12. Механизм привода добавочного поршня

Рис. 13. Показано два положения добавочного поршня при разной степени сжатия

6.Двигатели с шестеренчатым механизмом На рис. 14 показана кинематическая схема двигателя VCR с шестеренчатым механизмом.

На рис. 15 показаны положения поршня при разных степенях сжатия. Эта схема, хоть и сложна, но дает возможность легко и четко регулировать степень сжатия в каждом цилиндре по отдельности.

Рис. 16. Схема механизма изменения степени сжатия и два значения степени сжатия в зависимости от положения верхней мертвой точки поршня.

Двигатели, показанные на рис. 14, 15, 16, выигрывают тем, что они не изменяют своих внешних габаритов. Все изменения, касающиеся степени сжатия, происходят внутри двигателя.

Существует много конструкционных схем этих двигателей, которые имеют достаточно большое количество промежуточных звеньев, что неблагоприятно влияет на работу двигателя, а также повышают потери на трение. Но при таких схемах конструкции двигателя можно легко осуществлять изменение степени сжатия в каждом цилиндре по отдельности. Наиболее перспективный двигатель, который обладает множеством преимуществ по сравнению с обычным, - это двигатель французской фирмы МЕЕС-5 VCR (рис. 17).

Такой двигатель построен по кинематической схеме (рис. 14). Он имеет большие преимущества перед выше изложенными двигателями. В двигателе с шестеренчатым механизмом поршень при прохождении верхней и нижней мертвых точек движется без перекладки. Это снимает с цилиндропоршневой группы лишние нагрузки. При такой работе двигатель меньше изнашивается.

Конструкция, работа и технология изготовления такого двигателя будут описана в следующей статье.

Остап Коляса