نسبة ضغط متغيرة

نسبة الانضغاط المتغيرة (VCR) هي تقنية لضبط نسبة الانضغاط في محرك الاحتراق الداخلي أثناء تشغيله. يُستخدم هذا النظام لزيادة كفاءة استهلاك الوقود تحت أحمال متغيرة. تسمح محركات الانضغاط المتغيرة بتغيير حجم الهواء فوق المكبس عند النقطة الميتة العليا . تتطلب الأحمال العالية نسب انضغاط أقل لزيادة القدرة، بينما تتطلب الأحمال المنخفضة نسب انضغاط أعلى لزيادة الكفاءة، أي لتقليل استهلاك الوقود. في السيارات، يُعدّ هذا النظام ضروريًا لأن المحرك يعمل استجابةً للحمل ومتطلبات القيادة. تُعتبر سيارة إنفينيتي QX50 موديل 2019 أول سيارة متوفرة تجاريًا تستخدم محركًا بنسبة انضغاط متغيرة.

تُعاني محركات البنزين من حد أقصى للضغط خلال شوط الانضغاط، وبعده ينفجر خليط الوقود والهواء بدلاً من احتراقه. ولتحقيق قدرة أعلى عند نفس السرعة، يجب حرق كمية أكبر من الوقود، وبالتالي زيادة كمية الهواء. ولتحقيق ذلك، تُستخدم الشواحن التوربينية أو الشواحن الفائقة لزيادة ضغط السحب. سيؤدي هذا إلى انفجار خليط الوقود والهواء ما لم يتم تقليل نسبة الانضغاط، أي زيادة حجم الهواء فوق المكبس. ويمكن تحقيق ذلك بدرجات متفاوتة، مع إمكانية زيادة القدرة بشكل كبير. لكن من سلبيات ذلك أن المحرك قد يفتقر إلى القدرة وعزم الدوران تحت الأحمال الخفيفة. يكمن الحل في إمكانية تغيير ضغط السحب وضبط نسبة الانضغاط وفقًا لذلك. وهذا يُوفر أفضل ما في الحالتين: محرك صغير عالي الكفاءة قادر على توليد قدرة كبيرة عند الحاجة. إضافةً إلى ذلك، تسمح نسبة الانضغاط المتغيرة باستخدام أنواع وقود مختلفة إلى جانب البنزين، مثل غاز البترول المسال أو الإيثانول .

يتم تغيير إزاحة الأسطوانة باستخدام نظام هيدروليكي متصل بعمود المرفق ، ويتم تعديله وفقًا للحمل والتسارع المطلوبين.

توجد محركات الضغط المتغير منذ عقود، ولكن فقط في المختبرات لأغراض دراسة عمليات الاحتراق. عادةً ما تحتوي هذه التصاميم على مكبس ثانٍ قابل للتعديل مثبت في رأس الأسطوانة مقابل المكبس العامل.

في عام ٢٠١٨، بدأت إنفينيتي إنتاج محركها التوربيني ذي نسبة الضغط المتغيرة، والذي يستخدم وصلة ميكانيكية لتحقيق هذه النسبة. وقد تم تركيبه في سيارتها الرياضية متعددة الاستخدامات QX50. يستطيع المحرك إنتاج أي نسبة ضغط تتراوح بين ٨:١ و ١٤:١. يُحقق أعلى عزم دوران عند نسبة ٨:١، مما يُعطي تسارعًا قويًا، بينما يُحقق أفضل معدل استهلاك للوقود عند نسبة ١٤:١. يستجيب نظام التحكم الإلكتروني للمحرك لضغط دواسة الوقود في الوقت الفعلي، مُغيرًا نسبة الضغط بسلاسة. على الرغم من أن سعة هذا المحرك ٢.٠  لتر، وهو محرك رباعي الأسطوانات، إلا أنه لا يستخدم أعمدة توازن للتخلص من الاهتزازات الثانوية ، بل يتم موازنته بشكل طبيعي بواسطة الوصلة الميكانيكية.

نظراً لبساطة تصميم رأس الأسطوانة نسبياً (لعدم احتوائه على صمامات سحب)، يُعدّ تطبيق هذه التقنية أسهل نوعاً ما في ^محركات الشوطين . ومنذ أواخر التسعينيات، توفرت نماذج تُطوّر هذه الفكرة، مثل نماذج ياماها [ ^{1 ]} ، التي تُغيّر حجم غرفة الاحتراق ديناميكياً . وفي العقد الأول من الألفية الثانية، شهدت هذه التقنية اهتماماً متجدداً، لقدرتها على حرق مجموعة واسعة من أنواع الوقود (بما في ذلك الكحوليات)، كما في دراجة لوتس أومنيفور ^{[ 2 ] [ 3 ] .}

كان محرك لومان، الذي تم إنتاجه في أوائل الخمسينيات كمحرك مُعدّل للدراجات، محركًا ثنائي الأشواط تم تسويقه تجاريًا في وقت سابق بكثير، ولكنه كان صغيرًا جدًا (18 سم مكعب) وغير قوي بما يكفي لتحقيق نجاح كبير.كان لهذا المحرك رأس أسطوانة وجلبة من قطعة واحدة، يتم ضبط بُعدهما عن عمود المرفق بواسطة برغي يُشغَّل بكابلات من مقبض دوار على المقود. كان ضبط الضغط ضروريًا لتشغيل هذا المحرك لأنه يعتمد على إشعال خليط الوقود بالضغط، والذي يُضاف قبل شوط الضغط، وبالتالي يشتعل بمجرد وصول الضغط إلى درجة حرارة كافية. هذا يعني أن الضغط المطلوب يختلف باختلاف درجة حرارة الهواء، ودرجة حرارة المحرك، ونوع الوقود: فمع ضغط زائد، يشتعل المحرك قبل الأوان، ومع ضغط منخفض جدًا، لا يشتعل على الإطلاق. لذلك، كان على المشغل ضبط الضغط باستمرار مع تغير ظروف التشغيل. لم يُنتج محرك لومان إلا لخمس سنوات تقريبًا، لأن التحكم في الضغط (بالتزامن مع تدفق الوقود) كان يتطلب تدريبًا مكثفًا، ولأنه حتى مع الضبط الأمثل، لم يكن يوفر طاقة أكثر مما يستطيع سائق متوسط ​​اللياقة توفيره دون مساعدة.

قام هاري ريكاردو ببناء واختبار أول محرك VCR في عشرينيات القرن الماضي. وقد أدى هذا العمل إلى ابتكاره نظام تصنيف الأوكتان الذي لا يزال مستخدمًا حتى اليوم. وقد أجرت العديد من الشركات أبحاثها الخاصة على محركات VCR، بما في ذلك ساب ، ونيسان ، وفولفو ، وبيجو - سيتروين ، ورينو . ^{[ 4 ]} تتوفر سيارة إنفينيتي QX50 موديل 2019 بنسخة إنتاجية من محرك الضغط المتغير المزود بشاحن توربيني. ^{[ 5 ]}

بيجو MCE-5

يعتمد تصميم بيجو على تغيير الطول الفعال لأذرع التوصيل التي تربط المكبس بالعمود المرفقي. فعندما يكون ذراع التوصيل أقصر، تنخفض نسبة الانضغاط، والعكس صحيح. يظهر على الجانب الأيسر من الرسم التخطيطي المكبس التقليدي لمحرك الاحتراق الداخلي. أما على الجانب الأيمن، فتوجد أسطوانة هيدروليكية بمكبس مزدوج الفعل. يعمل هذا المكبس من خلال نظام ذراع التوصيل والعمود المرفقي المزود بعجلة تروس، حيث تعمل حركتها على ضبط الطول الفعال لذراع التوصيل، وبالتالي نسبة الانضغاط في الأسطوانة اليسرى. ^{[ 6 ]}

• ناقل حركة متغير باستمرار
• دييس أوتو
• دورة ميلر
• توقيت الصمامات المتغير

• طلب براءة اختراع واوليس
• بيان صحفي من شركة ساب
• مقال دولي في هندسة السيارات
• إنفينيتي تقدم أول محرك إنتاجي مزود بضغط متغير