4.2.2017. Autor: Matko Jović i Željko Marušić

Tehnika: Promjenjivi kompresijski omjer, 'Sveti gral' za benzinski motor (2/2)

Implementacija ovog rješenja kod benzinaca mogla bi inicirati kraj popularnih dizelaša u automobilima

U drugom nastavku pisanja o benzinskim motorima promjenjivog kompresijskog omjera osvrćemo se na konkretna rješenja, koja bi uskoro mogla zaživjeti u automobilima dostupnim i prosječnim kupcima. U djelotvornost ovog koncepta ne treba puno uvjeravati, jer je logično da se podešavanjem optimalnog stupnja kompresije, ovisno o brzini vrtnje, opterećenju, pa i temperaturi motora može postići maksimalni učinak, odnosno najveći stupanj korisnog djelovanja motora (najbolje performanse uz najnižu potrošnju goriva i emisiju štetnih plinova). O tome smo detaljno pisali u prvom nastavku, a sada donosimo konkretna rješenja, koja su u završnoj fazi ispitivanja pred serijsku proizvodnju.

MCE-5: klip bez bočne sile

S desne je strane hidraulički pokretač, koji svojim pomicanjem preko klackalice u sredini pomiče klip prema gore ili dolje te tako mijenja stupanj kompresije motora. Na lijevoj je strani nazubljena letva, koja je vezana na klip i djelomično zamjenjuje klipnjaču (zajedno s klackalicom). Klackalica na obje strane ima zube, kako bi se omogućila potrebna sloboda gibanja unutar samog mehanizma. S lijeve je strane ozubljena letva koja je vezana za klip, a s vanjske je strane klizač s ozubljenjem, koji na sebe preuzima radijalnu komponentu sile te je tako klipni mehanizam potpuno rasterećen u tom smjeru (bočno). Prednosti: kompatibilan s postojećim komorama izgaranja, kinematika klipnog mehanizma ostaje nepromijenjena, integrirani hidraulični podizači omogućuju kontinuiranu promjenu KO, radilica vrlo kruta, klip ne prenosi bočne sile, već klizači sa strane. Nedostaci: kompliciran mehanizam, ograničen na 7000/min, klipnjača mnogo veća nego kod običnog benzinskog motora.

FEV VCR con-rod, ekscentar je ključ

Ovo je rješenje još u razvoju, a premijera je najavljena za veljaču 2017. Najvažniji član mehanizma za podešavanje kompresijskog omjera je klipnjača, u kojoj se nalaze dva hidraulička cilindra s klipovima, koji imaju ulogu prigušivača. Klipovi su povezani preko ekscentričnog mehanizma unutar klipa i njihovo je gibanje uvijek usklađeno. Pomak klipova zakreće ekscentar, što dovodi do vertikalnog pomaka klipa prema gore ili dolje u odnosu na klipnjaču. Time se mijenja geometrijski kompresijski omjer. Najbolje od svega je što pomaci, odnosno regulacija, ovise o inercijskim silama klipa, odnosno silama koje proizvode plinovi izgaranja u cilindru.

Na ovaj se način mehanizam automatski prilagođava većim odnosno manjim opterećenjima u motorima, prema kojima podešava odgovarajući kompresijski omjer. Najveća prednost ovog rješenja je da ne zahtijeva nikakvo vanjsko podešavanje, već se kompresijski omjer automatski prilagođava uvjetima


E3 Variable Motion Engine iz 2001.

Dok se kod klasičnog motora pravocrtno gibanje klipa preko klipnjače i ekscentra na koljenastom vratilu pretvara u kružno, motor E3 britanske tvrtke Mayflower uvodi mehanizam kojim se to gibanje bitno mijenja. Riječ je o poluzi s dva ležaja, jednim pričvršćenim za radilicu, a drugim za klipnjaču, dok je ravni dio poluge uležišten u pomičnom aksijalnom ležaju. Na ovaj način gibanje koju ostvaruje klipnjača više nije kružno, već zbog dodatnog člana u mehanizmu postaje eliptično. Aksijalni ležaj može se pomicati horizontalno i vertikalno čime se mijenja položaj klipa u cilindru, odnosno pomakom se mijenja kompresijski omjer. Time se mijenja i brzina vrtnje ležaja klipnjače, koja više nije konstantna (pri jednom broju okretaja koljenastog vratila), već se mijenja tijekom radnog ciklusa. Jednostavnom je regulacijom moguće trenutačno promijeniti kompresijski omjer i radni obujam. Klipnjača je ključni i najsloženiji dio ovog motora, jer se u njoj nalaze mali cilindri i klipovi. Ovo se rješenje može primijeniti za četverotaktne i dvotaktne te benzinske i dizel motore.


Ozubljenje na koljenastom vratilu

Postoje i rješenja koja promjenu kompresijskog omjera u potpunosti rješavaju na radilici, što je dobro, jer je to jedini dio motora kojeg treba prilagođavati. Klipnjača je ekscentrično povezana s koljenom koljenastog vratila, a pomak ekscentra definira međusobni položaj klipnjače i radilice. Tako se, ovisno o položaju ekscentra klipnjača, podiže odnosno spušta čime se mijenja i kompresijski omjer. Ozubljenje je nužno kako bi se omogućio zakret letećeg ležaja u odnosnu na klipnjaču, čime se i ostvaruje veća ili manja ekscentričnost. Regulacija se izvodi uz pomoć elektromotora, koji zakreće vratilo smješteno unutar koljenastog vratila. Ključno je rješenje planetarni zupčanički sklop koji omogućuje pomak klipnjače.