Strona: Badania przebiegu i efektów spalania niskotemperaturowego w wielocylindrowym silniku tłokowym o zmiennym stopniu sprężania VCR / Katedra Pojazdów Samochodowych i Inżynierii Transportu

Badania przebiegu i efektów spalania niskotemperaturowego w wielocylindrowym silniku tłokowym o zmiennym stopniu sprężania VCR

W zakresie zadań przewidzianych do wykonania w projekcie badawczym pn. „Badania przebiegu i efektów spalania niskotemperaturowego w wielocylindrowym silniku tłokowym o zmiennym stopniu sprężania VCR” zaplanowano opracowanie konstrukcji i uruchomienie stanowiska badawczego na bazie wielocylindrowego silnika tłokowego o zmiennym stopniu sprężania VCR - ang. variable compression ratio. Udana finalizacja tej części projektu była kluczowa dla całego przedsięwzięcia, ponieważ efektem jej realizacji miało być wytworzenie unikalnego, zaawansowanego technologicznie i konstrukcyjnie stanowiska badawczego, na którym zaplanowano przeprowadzenie zasadniczych eksperymentalnych prac badawczych. Jeszcze na etapie wnioskowania założono, że jednostką badawczą będzie silnik pozwalający na ciągłą (bezstopniową) zmianę stopnia sprężania w czasie jego normalnego biegu i zbudowany na bazie seryjnego silnika samochodowego. Taka koncepcja była konsekwentnie realizowana przez zespół wykonawców.

Na świecie tego typu podobnych konstrukcji lub projektów silników jest zaledwie kilka i są one realizowane wyłącznie przez jednostki badawcze dysponujące dużym potencjałem finansowym i technicznym, tj. albo przez departamenty rozwoju dużych koncernów samochodowo-silnikowych bądź przez nieliczne, niezależne ośrodki badawczo-rozwojowe. Po analizie znanych rozwiązań dokonano wyboru odpowiedniej jednostki podstawowej, tj. silnika 4VD 14,5/12-1 SRW, którego zasadnicze cechy konstrukcyjne potencjalnie pozwalałyby na jego konwersję na silnik o zmiennym stopniu sprężania. Jako metodę realizacji tej funkcji przyjęto przesuw cylindrów wraz z głowicą wzdłuż osi cylindra w zakresie 0...10 mm, co przekładałoby się na zmianę geometrycznego stopnia sprężania w granicach 1:9 do 1:19.

W trakcie realizacji projektu dokonano zasadniczego przekonstruowania silnika wraz z jego modernizacją techniczną pod kątem jego dalszej konwersji na silnik o zmiennym stopniu sprężania VCR, zasilania nowoczesnym systemem wtrysku typu common-rail oraz zastosowania recyrkulacji spalin. Zaprojektowano nowy układ realizacji posuwu cylindrów oraz dokonano podstawowej analizy obciążeniowo-wytrzymałościowej elementów i podzespołów układu.

Równolegle do prac konstrukcyjnych prowadzono badania numeryczne, tj. objęte zadaniem nr 2 w zakresie komputerowych badań symulacyjnych pracy silnika VCR wraz z opracowaniem wyników. Uzyskano zbiór danych symulacyjnych parametrów pracy silnika dający pogląd na zakres obszarów roboczych i osiągów silnika posiadającego funkcjonalność zmiany stopnia sprężania wg realizowanego projektu stanowiska bazującego na rzeczywistym silniku VCR.

Tematyka projektu badawczego była prezentowana na konferencjach krajowych i międzynarodowych, w tym na światowym kongresie SAE World Congress 2012 – największej i najbardziej uznanej konferencji naukowej z dziedziny pojazdów samochodowych i silników spalinowych, gdzie spotkała się z dużym zainteresowaniem audytorium. Istotnym efektem prowadzonych prac jest również uzyskanie ochrony patentowej w Urzędzie Patentowym RP na wynalazek pn. Silnik tłokowy o zmiennym stopniu sprężania”.