DRAGULJ STROJOGRADNJE

JESU LI JAPANCI PRONAŠLI SVETI GRAL? Inovativni benzinac koji ujedinjava snagu i učinkovitost dobro će uzdrmati dizelski lobi

    AUTOR:
  • OBJAVLJENO:
  • 04.11.2016. u 14:31

Nissan

Infiniti prvi u serijsku proizvodnju uvodi promjenjivi omjer kompresije, zahvaljujući kojem će njihov moderni četverocilindraš ozbiljno uzdrmati tržišni status klasičnih benzinskih, a još više dizelskih motora. Evo i zašto...

Danas je u automobilskim motorima varijabilno gotovo sve. Počelo je još davno s prilagođavanjem trenutka paljenja u odnosu na položaj klipa. Zatim je ubrizgavanje, posebno ono elektronički nadzirano, donijelo mogućnost preciznog doziranja goriva i prilagodbe režimu rada, a nastavilo se varijabilnim upravljanjem ventilima. Motori su u stanju datom režimu prilagoditi i dužinu usisnih kanala, ponekad i ispušni sustav, a varijabilni turbopunjači zakreću statorske lopatice da se pri različitim opterećenjima najbolje iskoristi energija ispušnih plinova... Sve to samo kako bi učinkovitost motora i njegova snaga bili koliko je god moguće visoki u različitim režimima rada s kojima se u praksi susreće automobilski pogon.

Nissan
 

Ipak, jedna je stvar uvijek ostajala fiksna - omjer kompresije. Preciznije, geometrijski omjer kompresije, to jest omjer volumena koji se nalazi u cilindru kad je klip u najnižem položaju, odnosno donjoj mrtvoj točki i volumena koji ostaje iznad klipa kad je u gornjoj mrtvoj točki. Stvarni omjer kompresije može biti promjenjiv, jer u biti govorimo o različitim tlakovima na početku i kraju takta kompresije. Ako zrak (goriva smjesa) u cilindre ulazi s nekim većim tlakom, kao, primjerice kod turbomotora, na kraju kompresije bit će veći tlak, a time i temperatura. I upravo u tome je srž problema. Jer, premda želimo visoku temperaturu na kraju kompresije (ne ulazeći sad u fizikalnu pozadinu problema, recimo tek da je termička učinkovitost tad veća), upravo ta visoka temperatura može kod benzinaca uzrokovati samozapaljenje smjese u cilindru prije iskre svjećice i nekontrolirano, detonantno izgaranje u trenutku nepovoljnom u odnosu na položaj klipa. Tad ne samo da se drastično smanjuje učinkovitost motora, već lako može doći i do njegova potpunog uništenja.

Nissan
 

To su inženjeri otkrili još davno, kad su tragajući za performansama i učinkovitošću podizali omjer kompresije, a otpornost raspoloživih goriva samozapaljenju zbog niskog oktanskog broja bila niska. Bilo je kroz povijest različitih pokušaja realizacije motora s promjenjivom kompresijom, no nije pronađeno rješenje koje bi bilo dovoljno pouzdano i isplativo za serijsku proizvodnju. Sve do sad. A koliko je to golem korak najbolje ilustriraju brojke: 4-cilindarski 2,0-litreni benzinac VC-T koji će debitirati 2017. u novom Infinitiju QX50 nudi performanse iste kao i aktualni Nissanov 3,5-litrenim V6 - 268 KS i 390 Nm, a pritom, tvrde inženjeri, troši čak 27% goriva manje!

 

Ukratko

Možda nije najsnažniji u svojoj kategoriji, jer iz istog obujma neki već izvlače i više od 300 KS, no Nissanov revolucionarni 2,0-litarski VC-T (Variable Compression-Turbocharged) nudi kudikamo najbolji omjer snage i potrošnje

Prednosti novog sustava: Potpuna prilagodba svim režimima rada

Koje zapravo dobrobiti donosi promjenjivi omjer kompresije? Najjednostavniji odgovor bio bi da motor s njim postaje podjednako učinkovit i upotrebljiv u svim režimima rada. Želite mnogo snage? Nema problema! Dignete tlak punjenja, nagurate u motor gomilu zraka, što znači da možete sagorjeti i veću količinu goriva, a da na kraju takta kompresije ne premaši kritičnu temperaturu samozapaljenja - tad jednostavno smanjite omjer kompresije. Želite li, pak, visoku učinkovitost pri malim opterećenjima samo povećate omjer kompresije dok tlačite malu količinu zraka u cilindrima. Pritom Nissanov motor, jer ima široko područje variranja faze na usisnom (električki) i ispušnom (hidraulički) bregastom vratilu, može raditi i u učinkovitom Atkinsonovom ciklusu, sa skraćenom kompresijom i time produženom ekspanzijom. Taj moderni benzinac lake gradnje ima turbopunjač s elektronički kontroliranim ventilom za rasterećenje tlaka, varijabilnu uljnu pumpu i dvostruki sustav ubrizgavanja (u usisni kanal i izravno) te ispušnu granu zbog manjih gubitaka topline integriranu u glavu motora.

Miran i bez uravnoteživanja: Puno manje vibracije, a samim time i buke

Zahvaljujući drugačijem klipnom mehanizmu, kod kojeg klipnjača nije izravno vezana za koljeno radilice, već za posebni međuelement, kinematika klipova drugačija je nego kod uobičajenih rednih četverocilindraša. Inercijske sile drugog reda i za tu koncepciju motora tipične vibracije znatno su manje, pa stoga nisu potrebne dodatne osovine za uravnoteživanje, koje inače povećavaju težinu i gubitke.

Ni konkurencija ne spava: Novi sustav mogao bi brzo postati standard

Pred petnaestak godina činilo se da će Saab biti prvi koji će komercijalizirati benzinac s promjenjivim omjerom kompresija, no znamo kako je završila nekad ugledna švedska marka. Mali nizozemski Gomecsys svoj patent s ekscentričnim dvostrukim rukavcima na koljenima radilice dotjeruje već godinama, od 2014. u partnerstvu s PSA, a čini se da i Audi razvija nešto vrlo slično Nissanovom rješenju...

Osnovni princip rada: Ključan je položaj međuelementa

Osnovna ideja Nissanovih inženjera bila je pronaći način kako efektivno produžiti ili skratiti klipnjaču. Da bi to postigli, između klipnjače i koljena radilice dodali su još jedan element, zapravo polugu. Koljeno radilice vezano je za sredinu poluge, klipnjača za jedan, a poseban polužni mehanizam za drugi kraj. Taj polužni mehanizam mijenja kut pod kojim stoji spomenuti međuelement, a o tom kutu ovisi koliko će se visoko klip podići na kraju takta kompresije, to jest koliko će prostora ostati iznad njega, odnosno između čela klipa i glave cilindra. Kad je međuelement postavljen uspravnije, klip se na kraju kompresije podigne više, pa je viši i stupanj kompresije (slika gore), a kad je međuelement položeniji, klip se popne manje i stupanj kompresije je niži (dolje). Motor može prema potrebi kontinuirano mijenjati stupanj kompresije između minimalnih 8:1 i maksimalnih 14:1. Najveći izazovi inženjerima sigurno su bili kako cijeli mehanizam učiniti dovoljno čvrstim i izdržljivim na velika opterećenja koja se pojavljuju u motoru te kako omogućiti trenutni odziv na promjene režima rada motora.

 

Izdvajamo

Iz drugih medija