Κινητήρες μεταβλητής συμπίεσης: H Infiniti δηλώνει έτοιμη για παραγωγή

Οι κινητήρες μεταβλητής συμπίεσης αποτελούν εδώ και χρόνια ένα από τα βασικότερα πεδία έρευνας για τους κατασκευαστές και θεωρείται ένα απ’τα επόμενα μεγάλα βήματα εξέλιξης των βενζινοκινητήρων. Με τους diesel να χάνουν έδαφος μετά τα σκάνδαλα ρύπων, οι βενζινοκινητήρες έχουν μέλλον μπροστά τους και οι κατασκευαστές κάνουν αγώνα δρόμου να παρουσιάσουν νέες λύσεις, που θα λύσουν όσα προβλήματα δεν έλυσαν τελικά οι πετρελαιοκινητήρες, και ίσως θυμάσαι την έρευνα της Porsche.

Οι

κατασκευαστές έχουν κάνει πολλές σοβαρές έρευνες και έχουν παρουσιάσει τις δικές τους ιδέες, αλλά μέχρι τώρα κανένας δεν έχει καταφέρει να περάσει αντίστοιχο σύστημα στην παραγωγή. Τώρα η θυγατρική της Nissan, Infiniti ανακοίνωσε ότι έχει εξελίξει τη δική της πρόταση και είναι έτοιμη να βγει στην παραγωγή.

Ο Variable Compression-Turbocharged (VC-T) κινητήρας είναι τετρακύλινδρος, 2-λιτρος, υπερτροφοδοτούμενος, με μεταβλητή συμπίεση που κυμαίνεται από 14:1 ως 8:1, επιτυγχάνοντας υψηλή απόδοση και οικονομία καυσίμου. Είναι αποτέλεσμα ερευνών της Nissan από το 1998 και οι κόποι δείχνουν να έχουν αποδώσει, καθώς φαινομενικά πρόκειται να είναι απ τους πλέον προηγμένους κινητήρες παραγωγής. Ανάλογα με τις απαιτήσεις οδήγησης, η σχέση συμπίεσης μπορεί να μεταβληθεί κατάλληλα. Με μέγιστη ισχύ 268 ίππους και ροπή 390 Nm, ο κινητήρας είναι 27% πιο αποδοτικός από τον V6 3,5 λίτρων που θα αντικαταστήσει, με κόστος κατασκευής χαμηλότερο από έναν πετρελαιοκινητήρα.

Ο Kinichi Tanuma, αρχιμηχανικός της Nissan, δήλωσε ότι ο VC-T μπορεί να συνδυαστεί με υβριδική τεχνολογία, βελτιώνοντας ακόμα περισσότερο την απόδοση της διάταξης, αντικαθιστώντας τους turbodiesel, ενώ το αφεντικό της Infiniti Roland Kruger δήλωσε ότι η διάταξη θα εφαρμοστεί και στους V6 κινητήρες της εταιρίας. Η παγκόσμια πρεμιέρα του κινητήρα θα γίνει στις στη διεθνή έκθεση του Παρισιού, στις 29 Σεπτέμβρη, με το ολοκαίνουργιο Infiniti QX50 του 2017 να είναι το πρώτο αυτοκίνητο όπου θα τοποθετηθεί.

Για περισσότερες τεχνικές λεπτομέρειες, εδώ υπάρχει η κατοχύρωση της πατέντας.

Τι είναι η μεταβλητή συμπίεση με λίγα λόγια

Η βασική ιδέα γύρω από την μεταβλητή συμπίεση έχει να κάνει με την μεταβολή της γεωμετρίας του θαλάμου, έτσι ώστε το μείγμα αέρα/καυσίμου να μεταβάλλεται, όχι λόγω διαφορετικής παροχής καυσίμου (αυτό θα ήταν ασύμφορο και καταστροφικό για την υγεία του θαλάμου), αλλά μέσω της διαφορετικής ποσότητας αέρα. Συνεπώς μεταβλητή συμπίεση σημαίνει ότι η βενζίνη “βρίσκει” διαφορετική ποσότητα αέρα και έτσι η καύση διαφοροποιείται. Αυτό το τελευταίο από μόνο του δημιουργεί αρκετά προβλήματα σχεδιασμού του θαλάμου καύσης, αλλά ας μην μπούμε σε τόσες λεπτομέρειες.

H ιδέα είναι παλιά, και στο παρελθόν μεγάλοι κατασκευαστές, όπως η Toyota, η Peugeot, η Ford, η Porsche, η Saab έχουν κατοχυρώσει δεκάδες πατέντες. Δύο είναι οι βασικοί δρόμοι για την τεχνολογία μεταβλητής συμπίεσης, αλλά ας δούμε πρώτα λίγα βασικά. Σε έναν κινητήρα σταθερής συμπίεσης, όπως αυτός που κινεί και το δικό σου αυτοκίνητο, το έμβολο συνδέεται με τον στροφαλοφόρο άξονα μέσω ενός διωστήρα, αυτό που στο δικό σου και το δικό μου χωριό το λένε μπιέλα.

Με την κίνηση του εμβόλου, η διαδρομή του διωστήρα είναι συγκεκριμένη, όπως συγκεκριμένος είναι και ο χώρος που μένει “κενός” μέσα στο θάλαμο καύσης. Όταν το πιστόνι βρίσκεται στο άνω νεκρό σημείο (ΑΝΣ), αυτός ο χώρος είναι προφανώς η μικρότερος και αυτός που καθορίζει τη συμπίεση του κινητήρα. Αυτή η συμπίεση έχει καθοριστεί στη μέγιστη κάθε φορά τιμή της, ώστε να μην δυσλειτουργεί. Αν λοιπόν είχαμε τη δυνατότητα να αλλάξουμε τη συμπίεση, τότε θα είχαμε επιπλέον καύσιμο σε συνθήκες με τέρμα γκάζι, ενώ σε χαμηλότερο φορτίο θα θέλαμε να είχαμε περισσότερο αέρα για οικονομία. Αλλά με συγκεκριμένες διαστάσεις θαλάμου και διωστήρα, η συμπίεση είναι σταθερή.

Μια λύση είναι η μεταβολή της διάστασης του θαλάμου καύσης και συγκεκριμένα της κεφαλής του. Η Saab εξέλιξε μια τέτοια λύση το 2000. Πήρε έναν 5κύλινδρο κινητήρα της και εφάρμοσε ένα μπλοκ διαιρούμενου πάνω μέρους, με μια κατασκευή της κεφαλής υπό γωνία. Έξυπνος και απλός σχετικά τρόπος και τα αποτελέσματα το 2000 ήταν ενθαρρυντικά: Από 1,6 λίτρα τούρμπο είχαμε 220 ίππους και 305 Nm ροπής, με πίεση υπερπλήρωσης στα 2,8bar. Υποσχόταν μάλιστα οικονομία της τάξης του 30%, αλλά η Saab είχε να λύσει προβλήματα στεγανότητας, αλλά πριν από αυτά είχε να λύσει προβλήματα επιβίωσης.

Μια άλλη οδός είναι να χαμηλώσει το ΑΝΣ, δηλαδή το έμβολο να μην φτάνει στο ίδιο “ύψος” σε κάθε κύκλο του. Αυτό προφανώς μεταβάλλει και τη συμπίεση. Η Peugeot συνεργάστηκε το 1997 με την MCE-5 και το 2006 παρουσίασε το 407 VCRi, με 4κύλινδρο τούρμπο κινητήρα μεταβλητής συμπίεσης στα 1,5λίτρα, μεταβλητό χρονισμό βαλβίδων, υπερτροφοδότηση δύο σταδίων και εύρος συμπίεσης από 6:1 ως 15:1, μέσω ενός πολύπλοκου συστήματος γραναζιών που παρεμβάλλονταν μεταξύ διωστήρα και εμβόλου και μετέβαλαν το ΑΝΣ. Με 217 ίππους και 420 Nm , η λύση αναμενόταν να εφαρμοστεί άμεσα, αλλά από τότε το 407 έχει αντικατασταθεί…

Ας δούμε λοιπόν τι επέλεξε να κάνει η Nissan. Η Nissan επέλεξε κι αυτή να μεταβάλλει το ΑΝΣ. Ο διωστήρας δεν είναι κλασικού τύπου, αλλά ένας αρθρωτός βραχίονας, ο οποίος ελέγχεται από έναν μηχανισμό περιστροφής. Με την περιστροφή του μηχανισμού, το όλο σύστημα εμβόλου-διωστήρα “χαμηλώνει” ή “σηκώνεται” , μεταβάλλοντας την τελική θέση του ΑΝΣ και προφανώς και την συμπίεση. Έξυπνη και σχετικά απλή διάταξη, που δεν δείχνει να έχει σημαντικά μειονεκτήματα. Μένει να δούμε αν το κόστος κατασκευής και η αξιοπιστία μπορούν να εξασφαλιστούν!

Δελτίο Τύπου

INFINITI VC-T: The world’s first production-ready variable compression ratio engine

INFINITI will present VC-T (Variable Compression-Turbocharged), the world’s first production-ready variable compression ratio engine and one of the most advanced internal combustion engines ever created, on September 29 at the 2016 Paris Motor Show (Mondial de l’Automobile).

More than 20 years in development, INFINITI’s new four-cylinder turbocharged gasoline VC-T engine represents a major breakthrough in internal-combustion powertrain technology.

“VC-T technology is a step change for INFINITI,” said Roland Krueger, president of INFINITI Motor Company. “It is a revolutionary next-step in optimizing the efficiency of the internal combustion engine. This technological breakthrough delivers the power of a high-performance 2.0-liter turbo gasoline engine with a high level of efficiency at the same time.”

VC-T technology signifies a new chapter in the story of the internal combustion engine – engines are no longer limited by a fixed compression ratio. The ingenuity of VC-T engine technology lies in its ability to transform itself and seamlessly raise or lower the height the pistons reach. As a consequence, the displacement of the engine changes and the compression ratio can vary anywhere between 8:1 (for high performance) and 14:1 (for high efficiency). The sophisticated engine control logic automatically applies the optimum ratio, depending on what the driving situation demands.

VC-T technology delivers multiple customer benefits including significantly reduced fuel consumption and emissions, greatly reduced noise and vibration levels; it is also lighter and more compact than comparable conventional engines.

More information on the world-first VC-T engine will be presented by INFINITI at Mondial de l’Automobile on September 29, with the company’s press conference taking place at 12:30 p.m. local time.