Relación de compresión variable - Variable compression ratio

La relación de compresión variable es una tecnología para ajustar la relación de compresión de un motor de combustión interna mientras el motor está en funcionamiento. Esto se hace para aumentar la eficiencia del combustible bajo cargas variables. Los motores de compresión variable permiten cambiar el volumen por encima del pistón en el punto muerto superior . Las cargas más altas requieren relaciones más bajas para aumentar la potencia, mientras que las cargas más bajas necesitan relaciones más altas para aumentar la eficiencia, es decir, para reducir el consumo de combustible. Para uso automotriz, esto debe hacerse mientras el motor está funcionando en respuesta a la carga y las demandas de conducción. El Infiniti QX50 2019 es el primer vehículo disponible comercialmente que utiliza un motor de relación de compresión variable.

Ventajas

Los motores de gasolina tienen un límite de presión máxima durante la carrera de compresión, después de lo cual la mezcla de aire y combustible detona en lugar de quemarse. Para lograr mayores salidas de potencia a la misma velocidad, se debe quemar más combustible y, por lo tanto, se necesita más aire. Para lograr esto, se utilizan turbocompresores o sobrealimentadores para aumentar la presión de entrada. Esto daría como resultado la detonación de la mezcla de combustible / aire a menos que se redujera la relación de compresión, es decir, se aumentara el volumen por encima del pistón. Esto se puede hacer en mayor o menor medida, siendo posibles aumentos masivos de potencia. La desventaja de esto es que bajo una carga ligera, el motor puede carecer de potencia y par. La solución es poder variar la presión de entrada y ajustar la relación de compresión para que se adapte. Esto ofrece lo mejor de ambos mundos, un motor pequeño y eficiente capaz de ofrecer una gran potencia a pedido. Además, VCR permite el uso gratuito de diferentes combustibles además de la gasolina, por ejemplo, GLP o etanol.

El desplazamiento del cilindro se modifica mediante el uso de un sistema hidráulico conectado al cigüeñal y se ajusta de acuerdo con la carga y la aceleración requeridas.

Producción

Los motores de compresión variable existen desde hace décadas pero solo en laboratorios con el propósito de estudiar los procesos de combustión. Estos diseños generalmente tienen un segundo pistón ajustable en la cabeza opuesta al pistón de trabajo.

En 2018, Infiniti comenzó la producción de su motor turbo de compresión variable, que utiliza un enlace mecánico para lograr la variabilidad. Se instaló en su SUV QX50. El motor puede producir cualquier relación de compresión de 8: 1 a 14: 1. El par más alto se logra a 8: 1, lo que proporciona una alta aceleración, mientras que el mejor rendimiento de combustible (eficiencia de combustible) se logra a 14: 1. El controlador electrónico del motor responde a la presión sobre el pedal del acelerador, en tiempo real, alterando la relación de compresión sin problemas. Aunque este motor tiene una cilindrada de 2.0 L y es un motor de cuatro en línea, no utiliza ejes de equilibrio para eliminar las vibraciones secundarias . Está inherentemente equilibrado por el enlace mecánico.

Motores de dos tiempos

Debido a la simplicidad comparativa del diseño de la culata (sin válvulas de admisión), es algo más fácil de implementar en motores de dos tiempos . Desde finales de los 90 en adelante, han estado disponibles modelos que amplían esta idea, como el de Yamaha , que varía dinámicamente el tamaño de la cámara de combustión . Últimamente (en la década de 2000) esta tecnología ha experimentado cierto interés renovado, debido a que es capaz de quemar una amplia gama de combustibles (por ejemplo, incluidos los alcoholes) como el Lotus Omnivore.

Un motor de dos tiempos comercializado mucho antes, pero muy pequeño (18 cc) y no lo suficientemente potente como para tener mucho éxito, fue el motor Lohmann producido a principios de la década de 1950 como motor adaptado para bicicletas [4] . Este motor tenía una culata y un manguito de una sola pieza, cuya distancia del cigüeñal se ajustaba mediante un tornillo nivelador operado por cables de una empuñadura giratoria en el manillar. El ajuste de la compresión era esencial para el funcionamiento de este motor porque utilizaba encendido por compresión de una mezcla de combustible que se introducía antes de la carrera de compresión y que, por lo tanto, se encendía cuando la compresión lo llevaba a una temperatura suficiente. Esto significaba que la compresión necesaria variaría con la temperatura del aire, la temperatura del motor y el tipo de combustible: con demasiada compresión, el motor sufriría un encendido prematuro y con muy poca, no se encendería en absoluto. Por lo tanto, el operador tenía que ajustar la compresión continuamente a medida que variaban las condiciones de funcionamiento. El motor Lohmann se fabricó solo durante unos cinco años porque el control de la compresión (simultáneamente con el flujo de combustible) requería una práctica considerable, y porque incluso con un ajuste óptimo no proporcionaba más potencia de la que un ciclista en forma moderada podía proporcionar sin asistencia.

Diseños de motor

El primer motor VCR construido y probado fue por Harry Ricardo en la década de 1920. Este trabajo lo llevó a idear el sistema de clasificación de octanaje que todavía se usa en la actualidad. Muchas empresas han realizado sus propias investigaciones sobre motores VCR, como Saab , Nissan , Volvo , PSA / Peugeot - Citroën y Renault . El Infiniti QX50 2019 está disponible con una versión de producción del motor de compresión variable turboalimentado.

Peugeot MCE-5

Principio del MCE-5 ("Motor de ciclos múltiples - 5 parámetros"), el motor de relación de compresión variable fabricado por Peugeot .

El diseño de Peugeot funciona variando la longitud efectiva de las bielas que conectan el pistón a la manivela. Cuando la biela es más corta, la relación de compresión es menor y viceversa. En el lado izquierdo del diagrama está el pistón convencional de un motor de combustión interna. A la derecha hay un cilindro hidráulico con pistón de doble efecto. Este actúa a través de un sistema de biela-manivela con rueda dentada, cuyo movimiento ajusta la longitud efectiva de la biela y, por tanto, la relación de compresión en el cilindro izquierdo.

Saab SVC

SAAB Automobile reavivó el interés en la compresión variable cuando presentó su motor SVC al mundo en el Salón del Automóvil de Ginebra en 2000. SAAB había estado trabajando con la 'Oficina de Tecnologías Automotrices Avanzadas', para producir un motor VCR de gasolina moderno que mostraba un eficiencia comparable a la de un diésel . El SAAB SVC fue una adición avanzada y viable al mundo de los motores de VCR, pero nunca alcanzó la producción debido a la quiebra de la empresa.

El diseño, una implementación del motor Larsen VCR, consistía en una cabeza monobloque, que contenía todo el engranaje de la válvula y el conjunto del cigüeñal / cárter. Estas partes estaban conectadas por un pivote que permitía 4 grados de movimiento controlado por un actuador hidráulico. Este mecanismo permite variar la distancia entre la línea central del cigüeñal y la corona del cilindro. A diferencia del diseño de Peugeot, la longitud efectiva de la biela es fija. Se eligió un sobrealimentador en lugar de un turbocompresor para lograr el tiempo de respuesta necesario y una alta presión de sobrealimentación.

Para alterar V _c , el SVC 'baja' la culata más cerca del cigüeñal . Lo hace reemplazando el típico bloque de motor de una parte por una unidad de dos partes, con el cigüeñal en el bloque inferior y los cilindros en la parte superior. Los dos bloques están unidos por bisagras en un lado (imagina un libro, acostado sobre una mesa, con la portada sostenida aproximadamente una pulgada por encima de la página del título). Al girar el bloque superior alrededor del punto de bisagra, la V _c (imagina el aire entre la portada del libro y la página del título) se puede modificar. En la práctica, el SVC ajusta el bloque superior a través de un pequeño rango de movimiento, utilizando un actuador hidráulico .

Ver también

• Transmisión continuamente variable
• DiesOtto
• Ciclo de Miller
• Sincronización variable de válvulas
• Infiniti VC-T - Primer motor de compresión variable - Carretera y pista

Referencias

• Solicitud de patente de Waulis
• Comunicado de prensa de Saab
• Artículo internacional de ingeniería automotriz
• Infiniti presenta el primer motor de producción con compresión variable