Saab Variable Compression
ДВС с изменяемой степенью сжатия
Разработчик: Saab
Saab Variable Compression (SVC) — двигатель внутреннего сгорания с изменяемой степенью сжатия — последнее достижение в области моторостроения, успешно сочетающееся с другими новаторскими решениями в этой сфере. SVC обладает высокими мощностью и крутящим моментом при отменной топливной экономичности и низком содержании вредных веществ в отработавших газах. Как утверждают разработчики SVC, можно уменьшить расход топлива у обычного безнаддувного двигателя на 30% без снижения его мощности. Рядный 5-цилиндровый мотор в 1,6 л с системой SVC не только экономичнее схожего по объему силового агрегата в обычном исполнении, но и способен проявить себя как трехлитровый мотор. При этом выбросы двуокиси углерода сокращаются пропорционально расходу топлива, а показатели СО, СН и NO, соответствуют действующим нормам.
Прежде чем перейти к описанию концепции SVC, рассмотрим «теорию» больших и малых двигателей.
Бензиновые двигатели весьма эффективно используют энергию топлива на больших нагрузках. И хотя из-за отсутствия запаса мощности малые моторы работают в более жестком режиме, они «выжимают» из каждой капли топлива гораздо больше энергии, нежели их крупные собратья.
В малом двигателе меньше и насосные потери, особенно «досаждающие» на низких нагрузках. По причине увеличенной нагруженности такого силового агрегата его воздушная заслонка дольше находится в полностью открытом состоянии, обеспечивающем практически беспрепятственное наполнение цилиндра свежим воздухом.
Есть у «малышей» и недостатки. Они могут эффективно использоваться либо в небольших легковых автомобилях, либо тогда, когда величина отдачи двигателя не очень существенна.
В какой-то степени исправить положение позволяет наддув — эффективное средство повышения мощности и крутящего момента. Подавая воздух под давлением, особенно на больших оборотах, в режиме высоких нагрузок можно добиться еще и экономии топлива, по сравнению с большими моторами сопоставимой мощности.
Еще один камень преткновения — фиксированная степень сжатия, своего рода технический компромисс, позволяющий двигателю работать в разных условиях, будь то городской цикл, движение по автомагистрали с постоянной скоростью или же режим максимальной мощности.
Противоречивые факторы и привели двигателистов Saab к постройке мотора небольшого рабочего объема (1,6 л) с наддувом и изменяемой степенью сжатия. Варьировать ее решили не только потому, что необходимо было оптимизировать работу двигателя в условиях быстро меняющейся внешней нагрузки, но и из-за того, что степень сжатия — один из важнейших параметров, влияющих на эффективное использование мотором энергии топлива.
Как правило, чем выше степень сжатия, тем лучше используется энергия топлива. Однако при слишком сильном сжатии процесс сгорания приобретает взрывной характер, что может привести к поломке силового агрегата. Поэтому степень сжатия подбирают для каждого двигателя, руководствуясь величиной максимального расхода топлива и воздуха в режиме максимальных нагрузок. Концепция SVC позволяет двигателю работать с оптимальной степенью сжатия: от 14:1 на низких нагрузках до 8:1 на высоких. В первом случае наиболее эффективно реализуется энергия топлива, во втором — повышается отдача мотора без снижения его надежности.
Двигатель с SVC обладает преимуществами малых моторов по части топливной экономичности и выбросов вредных веществ, а больших — по части отдачи. Уже сейчас могут быть получены удельная мощность 150 л.с. и крутящий момент 200 Н-м на литр рабочего объема.
Изменение степени сжатия дает свободу в выборе топлива. Система SVC сама определяет степень сжатия, которая лучше подходит для конкретного топлива. Из-за схожести многих конструктивных решений (прямой впрыск, электронное управление подачей топлива, наддув и др.) нет никаких препятствий тому, чтобы снабдить системой и дизельный двигатель.
В двигателе с SVC использовано множество составных частей обычных серийных моторов — коленвал, шатуны, поршни, клапаны. От уже существующих силовых агрегатов взяты и некоторые конструктивные элементы — форма камеры сгорания, четыре клапана на цилиндр, прямое зажигание.
Вместе с тем пришлось отказаться от турбокомпрессора в пользу механического наддува с промежуточным охладителем воздуха. В основном это связано с необходимостью добиться адекватной реакции всей системы на быстро меняющиеся параметры двигателя, что может обеспечить только безынерционный нагнетатель. Максимальное давление наддува — 2,8 бар.
Оригинальны выполненные как моноблок цилиндры и головка блока, а также блок-картер с коленчатым валом и шатунно-поршневой группой. В отличие от обычных двигателей, здесь их совместная плоскость разведена на 200 мм. Моноблок «плавает» в блок-картере, опираясь одним концом на расположенную в блоке ось, служащую шарниром; другим, посредством резинового чехла, — на края самого блок-картера.
Степень сжатия изменяется при наклоне моноблока относительно блок-картера посредством гидропривода. Отклонение моноблока от вертикали приводит к увеличению объема камеры сгорания, что вызывает снижение степени сжатия. И наоборот — вследствие уменьшения угла наклона моноблока степень сжатия повышается.
Максимальная величина отклонения моноблока от вертикальной оси — 4°. Оптимальная степень сжатия рассчитывается электронной системой управления работой двигателя Saab Trionic с учетом частоты вращения коленчатого вала, степени нагрузки и качества топлива.
Концепция двигателя с SVC и его параметры — не окончательны. Представленный на фото 5-цилиндровый рядный 1,6-литровый мотор — уже третий рабочий прототип на пути в серию. Не исключено, что его оснастят прямым впрыском. Нужен еще достаточно мощный и быстродействующий «черный ящик» для системы управления двигателем. Но, похоже, у Saab с его Trionic это не вызовет особых проблем.
