gora

Budowa pojazdów

 

Zmienny stopień sprężania
 koncepcja firmy SAAB
Silnik o wysokich osiągach i niskim zużyciu paliwa

Saab Variable Compression, SVC, stanowi nową koncepcję silnika, która umożliwia radykalne zmniejszenie zużycia paliwa z jednoczesnym zachowaniem wysokich osiągów. Połączenie małej pojemności, silnego doładowania i wyjątkowego układu zmiennego stopnia sprężania, umożliwia silnikowi SVC wykorzystanie w znacznie wyższym stopniu energii zawartej w paliwie, w porównaniu z obecnie stosowanymi silnikami spalinowymi. Rozwiązanie to otwiera niewyobrażalne dotąd możliwości w zakresie połączenia wysokich osiągów przy niskim zużyciu paliwa i niskich emisjach oraz dostarcza moment właściwy 200 Nm/litr i moc właściwą 150 KM/litr pojemności.

Rys. 1 - silnik SVC

 

Zmniejszenie zużycia paliwa o 30%

Rozwiązanie SVC z wydajnym doładowaniem pozwala na 30% redukcję zużycia paliwa w normalnych warunkach jazdy (w stosunku do silników o podobnej mocy). 5-cylindrowy silnik SVC, opracowany przez firmę Saab, ma pojemność 1,6 litra, a zużycie paliwa w typowych warunkach ruchu jest porównywalne do zużycia paliwa zwykłego silnika o tej samej pojemności, choć może on - w razie potrzeby - zapewnić moc silnika 3-litrowego. Emisja dwutlenku węgla (C02) zmniejsza się proporcjonalnie do zużycia paliwa, natomiast emisja CO, MC i N0x w silniku SVC spełnia wymagania wszystkich obowiązujących w tym zakresie norm prawnych, jak również nowych propozycji takich norm, które obecnie są opracowywane.
Wyjątkowym, nowym elementem silnika SVC, stanowiącym klucz do jego wyższych osiągów, jest możliwość zmiany stopnia sprężania. Stały stopień sprężania w tradycyjnym silniku jest wynikiem kompromisu, uwzględniającego wszystkie warunki jazdy, poczynając od faktu, że samochód jest wykorzystywany w mieście (co oznacza częstą pracę na biegu jałowym), a także na trasach pozamiejskich, po których porusza się z dużą prędkością.
Stopień sprężania silnika SVC jest natomiast stale dopasowywany do bieżących warunków jazdy. Zmienny stopień sprężania czyni silnik SVC wyjątkowym, ale rozwiązanie to samo w sobie dostarczałoby jedynie 4-5% oszczędności paliwa w typowym silniku bez doładowania. Połączenie mniejszej pojemności z silnym doładowaniem może natomiast w pełni wykorzystać zalety układu zmiennego stopnia sprężania.

 

Zmiana stopnia sprężania poprzez zmianę objętości komory spalania

Rozległe badania związane z koncepcją SVC zostały ukierunkowane na utrzymanie większości elementów tradycyjnego silnika. Wał korbowy, korbowody, tłoki i zawory są zatem takie same, jak w tradycyjnych silnikach. Silnik SVC wyróżnia się natomiast innym podziałem głowicy i bloku silnika. W stosunku do tradycyjnego silnika płaszczyzna podziału jest obniżona o 20 cm. Głowica silnika została połączona na stałe z tulejami cylindrowymi, tworząc tzw. głowicę monocylindryczną.
Monocylindryczna głowica jest połączona z blokiem silnika w sposób pozwalający na przemieszczanie się głowicy względem bloku, a połączenie uszczelnione jest gumowym mieszkiem. Stopień sprężania ulega zmianie w wyniku pochylenia monocylindrycznej głowicy w stosunku do skrzyni korbowej za pośrednictwem hydraulicznego elementu wykonawczego. W ten sposób wzrasta objętość komory spalania, wytwarzając mniejsze ciśnienie sprężania. Natomiast dla zwiększenia ciśnienia sprężania monocylindryczna głowica zostaje ustawiona w pozycji pionowej. Zmniejsza się objętość komory spalania, natomiast wzrasta ciśnienie sprężania.
Monocylindryczna głowica może być pochylona maksymalnie o 4 stopnie. Optymalny stopień sprężania zostaje wyznaczony przez elektroniczny moduł sterujący pracą silnika, Saab Trionic, na podstawie parametrów pracy silnika. Regulacja jest precyzyjna i ciągła.

Rys. 2 - Wydajna komora spalania z czterema zaworami

 
Rys. 3 - mechanizm odchylania głowicy
 
Rys. 4 - widok gumowego mieszka

Ważną korzyścią wynikającą z koncepcji SVC jest fakt, że zmienny stopień sprężania jest osiągany bez potrzeby dokonywania zmian kształtu komory spalania.
Zmienny stopień sprężania umożliwia zwiększenie stopnia sprężania przy małym obciążeniu, aż do optymalnej wartości 14:1 dla jak najlepszego wykorzystania energii paliwa, lub na zmniejszenie stopnia sprężania do 8:1 przy wysokich obciążeniach, by zwiększyć osiągi silnika poprzez doładowanie, zapobiegając tym samym zjawisku spalania stukowego.

 

Mechaniczna sprężarka powietrza i natychmiastowa reakcja

Doładowanie zapewnia mechaniczna sprężarka, której uruchomienie i zatrzymanie jest zarządzane przez elektroniczny układ sterujący Saab Trionic. Sprężarka jest wyposażona w chłodnicę powietrza (intercooler) i dostarcza maksymalne ciśnienie doładowania 28 bar, wartość znacznie przewyższającą tę, jaką daje turbo wykorzystywane dziś przez Saaba. Technicy Saaba wybrali dla silnika SVC sprężarkę mechaniczną, zamiast obecnie najbardziej rozpowszechnionego układu turbodoładowania, bowiem obecnie nie istnieją na rynku turbosprężarki, które byłyby w stanie dostarczyć wysokie ciśnienie doładowania powietrza w bardzo krótkim czasie reakcji, czego wymaga koncepcja SVC.

Platforma dalszego rozwoju

Koncepcja SVC i 5-cylindrowy silnik o pojemności 1,6 litra stanowią duży krok naprzód w rozwoju silników spalinowych z zapłonem iskrowym i tworzą nowatorską platformę dla przyszłych projektów.
Silnik ten jest jeszcze prototypem i konieczne są dalsze próby, zanim wejdzie on do produkcji seryjnej. Ostateczny kształt, wymiary i charakterystyka seryjnego silnika, w rozumieniu osiągów i zużycia paliwa, zależy przecież od wielu czynników, wśród których wymienić należy również oczekiwania klientów.

 

Opracowanie materiału
Paweł Bukowski (4bt) (2003)

początek strony