Что такое сокращение?

Содержание

Что такое сокращение и причины
Немного теории
Преимущества сокращения
Недостатки сокращения

В последние годы в Европейском бассейне стало меньше всего, с чем контактирует средний человек. Это, в частности, относится к реальной заработной плате, мобильным телефонам, ноутбукам, затратам компании или объему двигателей и их вредным выбросам. К сожалению, сокращение штата пока не затронуло столь обветшалую общественную или государственную администрацию. Однако значение слова «сокращение» в автомобилестроении не так ново, как может показаться на первый взгляд. В конце прошлого века дизельные двигатели тоже подкрутили на первом этапе свою урезку, которые благодаря наддуву и современному непосредственному впрыску сохранили или уменьшили объем, но при значительном увеличении динамических параметров двигателя.

Современная эра бензиновых двигателей “давнсайзинг” началась с появления агрегата 1,4 TSi. На первый взгляд, это само по себе не похоже на уменьшение габаритов, что также было подтверждено его включением в предложение Golf, Leon или Octavia. Смена точки зрения не происходила до тех пор, пока Škoda не начала собирать двигатель 1,4 TSi мощностью 90 кВт в свою самую большую модель Superb. Однако настоящим прорывом стала установка двигателя 1,2 TSi мощностью 77 кВт на относительно большие автомобили, такие как Octavia, Leon и даже VW Caddy. Только тогда начались настоящие и, как всегда, самые мудрые пабские выступления. Такие выражения, как: «не затягивается, долго не протянет, громкость ничем не заменишь, у восьмиугольника двигатель из ткани, вы это слышали?» Были более чем распространены не только в четвертая цена устройств, но и в интернет-обсуждениях. Уменьшение размеров требует от производителей транспортных средств логических усилий, чтобы справиться с постоянным давлением, направленным на сокращение потребления и столь ненавистных выбросов. Конечно, нет ничего бесплатного, и даже сокращение штата не только приносит пользу. Поэтому в следующих строках мы более подробно обсудим то, что называется уменьшением размера, как это работает и каковы его преимущества или недостатки.

Что такое сокращение и причины

Уменьшение размера означает уменьшение рабочего объема двигателя внутреннего сгорания при сохранении такой же или даже более высокой выходной мощности. Параллельно с уменьшением объема идет наддув с помощью турбонагнетателя или механического компрессора, либо комбинации обоих методов (VW 1,4 TSi – 125 кВт). А также прямой впрыск топлива, регулировка фаз газораспределения, подъем клапана и т. Д. Благодаря этим дополнительным технологиям в цилиндры поступает больше воздуха (кислорода) для сгорания, и количество подаваемого топлива может быть пропорционально увеличено. Конечно, такая сжатая смесь воздуха и топлива содержит больше энергии. Прямой впрыск в сочетании с изменяемой синхронизацией и подъемом клапана, в свою очередь, оптимизирует впрыск топлива и завихрение смеси, что дополнительно увеличивает эффективность процесса сгорания. В целом, меньшего объема цилиндра достаточно для высвобождения той же энергии, что и у более крупных и сопоставимых двигателей без уменьшения габаритов.

Как уже указывалось в начале статьи, появление сокращений в основном связано с ужесточением европейского законодательства. В основном речь идет о сокращении выбросов, в то время как наиболее заметным является стремление сократить выбросы CO по всем направлениям.₂. Однако во всем мире ограничения на выбросы постепенно ужесточаются. В соответствии с постановлением Европейской комиссии европейские автопроизводители взяли на себя обязательство к 2015 году обеспечить ограничение выбросов в 130 г CO.₂ на 1 км, это значение рассчитывается как среднее значение для парка автомобилей, размещенных на рынке за один год. Бензиновые двигатели играют непосредственную роль в уменьшении габаритов, несмотря на то, что с точки зрения эффективности они имеют больше шансов снизить потребление (т. Е. Также CO₂) чем дизельные. Однако это затрудняет не только более высокую цену, но и относительно проблематичное и дорогостоящее устранение вредных выбросов в выхлопных газах, таких как оксиды азота – NO_x, угарный газ – CO, углеводороды – HC или технический углерод, для удаления которых используется дорогой и все еще относительно проблемный фильтр DPF (FAP). Таким образом, малолитражные дизели постепенно становятся все более сложными, и на небольших автомобилях играют на скрипках меньшего размера. Гибридные автомобили и электромобили также конкурируют с сокращением габаритов. Хотя эта технология многообещающая, она намного сложнее, чем относительно простое уменьшение размеров, и все же слишком дорога для рядовых граждан.

Немного теории

Успех уменьшения габаритов зависит от динамических параметров двигателя, расхода топлива и общего комфорта вождения. Мощность и крутящий момент на первом месте. Производительность – это работа, проделанная с течением времени. Работа, представленная в течение одного цикла двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием, определяется так называемым Цикл Отто.

По вертикальной оси – давление над поршнем, а по горизонтальной оси – объем цилиндра. Работа дана областью, ограниченной кривыми. Эта диаграмма идеализирована, потому что мы не учитываем теплообмен с окружающей средой, инерцию воздуха, поступающего в цилиндр, а также потери, вызванные впуском (небольшое отрицательное давление по сравнению с атмосферным давлением) или выпуском (небольшое избыточное давление). А теперь описание самой истории, показанной на (V) диаграмме. Между точками 1-2 баллон заполняется смесью – объем увеличивается. Между точками 2-3 происходит сжатие, поршень работает и сжимает топливно-воздушную смесь. Между точками 3-4 происходит сгорание, объем постоянный (поршень находится в верхней мертвой точке), и топливная смесь горит. Химическая энергия топлива преобразуется в тепло. Между точками 4-5 сгоревшая смесь топлива и воздуха выполняет работу – расширение и оказывает давление на поршень. В пунктах 5-6-1 происходит обратное поступление, то есть выхлоп.

Чем больше мы всасываем топливно-воздушной смеси, тем больше выделяется химической энергии, и площадь под кривой увеличивается. Добиться этого эффекта можно несколькими способами. Первый вариант – адекватно увеличить объем цилиндра, соотв. весь двигатель, который при тех же условиях мы достигаем большей мощности – кривая будет расти вправо. Другими способами сдвинуть рост кривой вверх являются, например, увеличение степени сжатия или увеличение мощности для работы с течением времени и одновременное выполнение нескольких меньших циклов, то есть увеличение частоты вращения двигателя. Оба описанных метода имеют много минусов (самовоспламенение, более высокая прочность головки блока цилиндров и ее уплотнений, повышенное трение на повышенных оборотах – мы опишем позже, более высокие выбросы, сила на поршне все еще примерно такая же), в то время как автомобиль имеет относительно большой прирост мощности на бумаге, но крутящий момент сильно не меняется. Недавно, хотя японской Mazda удалось запустить в серийное производство бензиновый двигатель с необычно большой степенью сжатия (14,0: 1) под названием Skyactive-G, который может похвастаться очень хорошими динамическими параметрами при благоприятном расходе топлива, тем не менее, большинство производителей используют еще одну возможность, чтобы увеличить объем области под кривой. И это для сжатия воздуха перед входом в цилиндр с сохранением объема – переполнение.

Тогда диаграмма p (V) цикла Отто выглядит примерно так:

Поскольку заряд 7-1 происходит при другом (более высоком) давлении, чем выпуск 5-6, создается другая замкнутая кривая, что означает, что дополнительная работа выполняется в нерабочем ходе поршня. Это можно использовать, если устройство, сжимающее воздух, питается от некоторой лишней энергии, которой в нашем случае является кинетическая энергия выхлопных газов. Таким устройством является турбокомпрессор. Применяется и механический компрессор, но надо учитывать определенный процент затрачиваемого (15-20%) на его работу (чаще всего он приводится в движение коленчатым валом), поэтому часть верхней кривой смещается в нижнюю без каких-либо эффект.

Приедем ненадолго, пока переполняемся. Наддув бензинового двигателя использовался давно, но главной задачей было повышение производительности, в то время как расход не особо решался. Так что газовые турбины тащили их за жизнь, но они также ели траву у дороги, давя на газ. На то было несколько причин. Во-первых, уменьшить степень сжатия этих двигателей, чтобы исключить детонационно-детонационное сгорание. Также была проблема с турбо-охлаждением. При высоких нагрузках смесь должна была быть обогащена топливом, чтобы охладить выхлопные газы и таким образом защитить турбокомпрессор от высокой температуры топочных газов. Что еще хуже, энергия, подаваемая турбонагнетателем в наддувочный воздух, частично теряется при частичной нагрузке из-за торможения воздушного потока на дроссельной заслонке. К счастью, современные технологии уже позволяют снизить расход даже тогда, когда двигатель нагнетается турбонагнетателем, что является одним из основных условий уменьшения габаритов.

Конструкторы современных бензиновых двигателей пытаются вдохновить те дизельные двигатели, которые работают с более высокой степенью сжатия и при частичной нагрузке, поток воздуха через впускной коллектор не ограничивается дроссельной заслонкой. Опасность детонационного горения-детонации, вызванная высокой степенью сжатия, которая может очень быстро разрушить двигатель, устраняется современной электроникой, которая контролирует момент воспламенения гораздо точнее, чем это было до недавнего времени. Большим преимуществом также является использование прямого впрыска топлива, при котором бензин испаряется прямо в цилиндре. Таким образом, топливная смесь эффективно охлаждается, а также увеличивается предел самовоспламенения. Следует также упомянуть широко распространенную сейчас систему изменения фаз газораспределения, которая позволяет в определенной степени влиять на фактическую степень сжатия. Так называемое Цикл Миллера (неравномерно длинный ход сжатия и расширения). В дополнение к изменяемым фазам газораспределения, регулируемый подъем клапана также помогает снизить потребление, которое может заменить управление дроссельной заслонкой и, таким образом, снизить потери на всасывании – замедляя поток воздуха через дроссельную заслонку (например, Valvetronic от BMW).

Перезарядка, изменение фаз газораспределения, подъема клапана или степени сжатия не являются панацеей, поэтому проектировщики должны учитывать другие факторы, которые, в частности, влияют на конечный расход. К ним, в частности, относятся снижение трения, а также приготовление и сжигание самой зажигательной смеси.

Конструкторы десятилетиями работали над уменьшением трения движущихся частей двигателя. Следует признать, что они добились больших успехов в области материалов и покрытий, которые в настоящее время обладают лучшими фрикционными свойствами. То же можно сказать и о маслах и смазках. Не осталась без внимания и сама конструкция двигателей, где оптимизированы размеры подвижных частей, подшипников, не изменилась форма поршневых колец и, конечно же, количество цилиндров. Вероятно, наиболее известными двигателями с «меньшим» числом цилиндров в настоящее время являются трехцилиндровые двигатели EcoBoost объемом XNUMX литр от Ford или двухцилиндровые TwinAir от Fiat. Меньшее количество цилиндров означает меньшее количество поршней, шатунов, подшипников или клапанов и, следовательно, логически полное трение. В этой области, безусловно, есть некоторые ограничения. Первый – это трение, которое сохраняется на отсутствующем цилиндре, но до некоторой степени компенсируется дополнительным трением в подшипниках балансировочного вала. Еще одно ограничение связано с количеством цилиндров или культурой эксплуатации, которые существенно влияют на выбор категории транспортного средства, которым будет управлять двигатель. В настоящее время немыслимо, например, BMW, известный своими современными двигателями, был оснащен гудящим двухцилиндровым двигателем. Но кто знает, что будет через несколько лет. Поскольку трение увеличивается пропорционально квадрату скорости, производители не только снижают само трение, но и стараются спроектировать двигатели, чтобы обеспечить достаточную динамику на минимально возможных скоростях. Поскольку при атмосферной заправке малолитражного двигателя с этой задачей не справиться, на помощь снова приходит турбонагнетатель или турбонагнетатель, совмещенный с механическим компрессором. Однако в случае наддува только с помощью турбонагнетателя это непростая задача. Следует отметить, что турбокомпрессор имеет значительную инерцию вращения турбины, которая создает так называемые турбодиера. Турбина турбонагнетателя приводится в движение выхлопными газами, которые в первую очередь должны вырабатываться двигателем, чтобы была определенная задержка с момента нажатия педали акселератора до ожидаемого начала тяги двигателя. Конечно, различные современные системы турбонаддува пытаются более-менее успешно компенсировать этот недуг, и на помощь приходят и новые конструктивные улучшения турбокомпрессоров. Таким образом, турбокомпрессоры меньше и легче, они реагируют быстрее и быстрее при более высоких скоростях. Спортивно-ориентированные водители, воспитанные на скоростных двигателях, винят такой «тихоходный» двигатель с турбонаддувом в слабой реакции. нет градации мощности при увеличении скорости. Таким образом, двигатель эмоционально тянет на низких, средних и высоких оборотах, к сожалению, без пиковой мощности.

Не остался в стороне и состав самой горючей смеси. Как известно, бензиновый двигатель сжигает так называемую гомогенно-стехиометрическую смесь воздуха и топлива. Это означает, что на 14,7 кг топлива – бензина приходится 1 кг воздуха. Это соотношение также обозначается как лямбда = 1. Указанная смесь бензина и воздуха также может быть сожжена при других отношениях. Если использовать количество воздуха от 14,5 до 22: 1, то имеется большой избыток воздуха – речь идет о так называемом постная смесь. Если изменить соотношение на обратное, количество воздуха меньше стехионометрического, а бензина больше (отношение воздуха к бензину находится в диапазоне от 14 до 7: 1), эта смесь называется так называемой. богатая смесь. Другие соотношения за пределами этого диапазона трудно воспламенить, потому что они слишком разбавлены или содержат слишком мало воздуха. В любом случае оба предела имеют противоположный эффект на производительность, потребление и выбросы. Что касается выбросов, то в случае богатой смеси происходит значительное образование CO и HC._x, производство НЕТ_x относительно невелика из-за более низких температур при сжигании богатой смеси. Напротив, при сжигании обедненной смеси производство NO особенно выше._x, из-за более высокой температуры горения. Нельзя забывать и о скорости горения, которая для каждого состава смеси разная. Скорость горения – очень важный фактор, но его трудно контролировать. На скорость горения смеси также влияют температура, степень завихрения (поддерживается частотой вращения двигателя), влажность и состав топлива. Каждый из этих факторов задействован по-разному, причем наибольшее влияние оказывают завихрение и насыщенность смеси. Богатая смесь горит быстрее, чем бедная, но если смесь слишком богатая, скорость горения значительно снижается. Когда смесь воспламеняется, горение сначала идет медленно, с увеличением давления и температуры скорость горения увеличивается, чему также способствует усиление завихрения смеси. Сжигание обедненной смеси способствует увеличению полноты сгорания до 20%, в то время как, согласно существующим возможностям, она является максимальной в соотношении примерно от 16,7 до 17,3: 1. Поскольку гомогенизация смеси ухудшается во время продолжающегося истощения, что приводит к значительному снижению скорости горения, снижению эффективности, а также производительности, производители придумали так называемый наслаивая смесь. Другими словами, горючая смесь расслаивается в пространстве сгорания, так что соотношение вокруг свечи является стехиометрическим, то есть легко воспламеняется, а в остальной среде, наоборот, состав смеси значительно выше. Эта технология уже используется на практике (TSi, JTS, BMW), к сожалению, пока только до определенных скоростей или. в режиме легкой нагрузки. Однако развитие – это быстрый шаг вперед.

Преимущества сокращения

Такой двигатель не только меньше по объему, но и по размеру, поэтому его можно производить с меньшим количеством сырья и меньшим потреблением энергии.
Поскольку при производстве двигателей используется аналогичное сырье, если не одно и то же, двигатель будет легче из-за меньших размеров. Вся конструкция автомобиля может быть менее прочной и, соответственно, более легкой и дешевой. с существующим более легким двигателем меньшая нагрузка на ось. В этом случае улучшаются и ходовые качества, поскольку на них не так сильно влияет тяжелый двигатель.
Такой двигатель меньше и мощнее, и поэтому не составит труда построить небольшой и мощный автомобиль, который иногда не работал из-за ограниченного объема двигателя.
Меньший двигатель также имеет меньшую инерционную массу, поэтому он не потребляет столько энергии, чтобы двигаться во время изменения мощности, как большой двигатель.

Недостатки сокращения

Такой двигатель подвергается значительно большей термической и механической нагрузке.
Хотя двигатель легче по объему и весу, из-за наличия различных дополнительных деталей, таких как турбонагнетатель, промежуточный охладитель или впрыск бензина высокого давления, увеличивается общий вес двигателя, увеличивается стоимость двигателя, весь комплект требует повышенного обслуживания. и риск отказа выше, особенно для турбокомпрессора, который подвергается сильным термическим и механическим нагрузкам.
Некоторые вспомогательные системы потребляют энергию в двигателе (например, поршневой насос с прямым впрыском для двигателей TSI).
Разработка, а также производство такого двигателя значительно труднее и сложнее, чем в случае двигателя с атмосферным наполнением.
Итоговый расход все еще относительно сильно зависит от стиля вождения.
Внутреннее трение. Имейте в виду, что трение в двигателе зависит от скорости. Это относительно незначительно для водяного насоса или генератора переменного тока, где трение увеличивается линейно со скоростью. Однако трение кулачков или поршневых колец увеличивается пропорционально квадратному корню, что может привести к тому, что высокоскоростной небольшой двигатель будет демонстрировать более высокое внутреннее трение, чем больший объем, работающий на более низких скоростях. Однако, как уже было сказано, многое зависит от конструкции и рабочих характеристик двигателя.

Так есть ли будущее у сокращения штатов? Несмотря на некоторые недостатки, я так считаю. Однако безнаддувные двигатели не исчезают сразу, просто из-за экономии производства, достижений в технологиях (Mazda Skyactive-G), ностальгии или привычки. Беспартийным, которые не доверяют мощности маленького двигателя, я рекомендую загрузить такой автомобиль четырьмя достаточно накормленными людьми, затем искать холм, обгонять и тестировать. Надежность остается гораздо более сложной проблемой. Есть решение для покупателей билета, даже если это займет больше времени, чем тест-драйв. Подождите несколько лет, пока появится двигатель, а затем решите. Однако в целом риски можно резюмировать следующим образом. По сравнению с более мощным атмосферным двигателем той же мощности, меньший двигатель с турбонаддувом гораздо сильнее нагружен давлением в цилиндрах, а также температурой. Поэтому такие двигатели имеют значительно более нагруженные подшипники, коленчатый вал, головку блока цилиндров, распределительные устройства и т.п. Однако риск выхода из строя до истечения запланированного срока службы относительно невелик, поскольку производители рассчитывают двигатели для такой нагрузки. Однако будут и ошибки, отмечу, например, проблемы с пропуском цепи ГРМ в двигателях TSi. В целом, однако, можно сказать, что срок службы этих двигателей, вероятно, не будет таким большим, как в случае двигателей с атмосферным наддувом. В основном это относится к автомобилям с большим пробегом. Повышенное внимание нужно также уделять потреблению. По сравнению с более старыми бензиновыми двигателями с турбонаддувом, современные турбокомпрессоры могут работать значительно более экономично, в то время как лучшие из них соответствуют потреблению сравнительно мощного турбодизеля при экономичной эксплуатации. Недостатком является постоянно растущая зависимость от стиля вождения водителя, поэтому, если вы хотите ездить экономно, вам нужно осторожно обращаться с педалью газа. Однако, по сравнению с дизельными, бензиновые двигатели с турбонаддувом компенсируют этот недостаток лучшей проработкой, более низким уровнем шума, более широким диапазоном используемых скоростей или отсутствием столь критикуемого DPF.