Was ist Abkürzung?

In den letzten Jahren ist das Europäische Becken zu dem am wenigsten von allem geworden, womit der durchschnittliche Mensch in Kontakt kommt. Dies gilt insbesondere für Reallöhne, Mobiltelefone, Laptops, Betriebskosten oder Motorgröße und Emissionen. Leider hat sich der Personalabbau noch nicht auf eine so marode öffentliche oder staatliche Verwaltung ausgewirkt. Allerdings ist die Bedeutung des Wortes „Reduktion“ in der Automobilindustrie nicht so neu, wie es auf den ersten Blick erscheinen mag. Ende des letzten Jahrhunderts machten auch Dieselmotoren in der ersten Stufe ihre Abstriche, die dank Kompressoraufladung und moderner Direkteinspritzung ihr Volumen beibehielten oder reduzierten, jedoch mit einer deutlichen Steigerung der dynamischen Parameter des Motors.

Mit dem 1,4 TSi-Aggregat begann die Neuzeit der „Dawnsizing“-Ottomotoren. Das allein sieht auf den ersten Blick noch nicht nach Downsizing aus, was auch durch die Aufnahme in das Angebot von Golf, Leon oder Octavia bestätigt wurde. Der Perspektivwechsel erfolgte erst, als Škoda damit begann, den 1,4 kW starken 90-TSi-Motor in sein größtes Superb-Modell einzubauen. Der eigentliche Durchbruch war jedoch der Einbau des 1,2 kW starken 77-TSi-Motors in relativ große Autos wie den Octavia, Leon und sogar den VW Caddy. Erst dann begannen die eigentlichen und wie immer klügsten Kneipenauftritte. Ausdrücke wie: „Zieht nicht, hält nicht lange, Lautstärke ist durch nichts zu ersetzen, der Octagon hat einen Stoffmotor, hast du das gehört?“ Mehr als üblich waren nicht nur die vierten Preisgeräte, sondern auch Online-Diskussionen. Downsizing erfordert von den Fahrzeugherstellern eine logische Anstrengung, um dem ständigen Druck zur Reduzierung des Verbrauchs und der verhassten Emissionen gerecht zu werden. Natürlich gibt es nichts umsonst und auch eine Verkleinerung bringt nicht nur Vorteile. Daher gehen wir in den folgenden Zeilen näher darauf ein, was man Downsizing nennt, wie es funktioniert und welche Vor- oder Nachteile es hat.

Was ist Abkürzung und Gründe

Downsizing bedeutet, den Hubraum eines Verbrennungsmotors bei gleicher oder sogar höherer Leistung zu reduzieren. Parallel zur Volumenreduzierung erfolgt die Aufladung mittels Turbolader oder mechanischem Kompressor oder einer Kombination aus beiden Verfahren (VW 1,4 TSi - 125 kW). Neben Direkteinspritzung, variabler Ventilsteuerung, Ventilhub usw. Mit diesen zusätzlichen Technologien gelangt mehr Luft (Sauerstoff) für die Verbrennung in die Zylinder, und die zugeführte Kraftstoffmenge kann proportional erhöht werden. Natürlich enthält ein derart komprimiertes Luft-Kraftstoff-Gemisch mehr Energie. Die Direkteinspritzung in Kombination mit variabler Steuerzeit und Ventilhub optimiert wiederum die Kraftstoffeinspritzung und den Drall, was die Effizienz des Verbrennungsprozesses weiter erhöht. Im Allgemeinen reicht ein kleineres Zylindervolumen aus, um die gleiche Energie wie größere und vergleichbare Motoren ohne Downsizing freizusetzen.

Wie bereits zu Beginn des Artikels angedeutet, ist die Entstehung von Kürzungen hauptsächlich auf die Verschärfung der europäischen Gesetzgebung zurückzuführen. Hauptsächlich geht es um die Reduzierung von Emissionen, während das sichtbarste Bestreben ist, die CO-Emissionen auf breiter Front zu reduzieren.₂... Weltweit werden die Emissionsgrenzwerte jedoch sukzessive verschärft. Gemäß einer Verordnung der Europäischen Kommission haben sich die europäischen Autohersteller verpflichtet, bis 2015 einen CO-Grenzwert von 130 g zu erreichen.₂ pro km berechnet sich dieser Wert als Durchschnittswert der in Verkehr gebrachten Pkw-Flotte über ein Jahr. Ottomotoren spielen beim Downsizing eine direkte Rolle, obwohl sie im Hinblick auf die Effizienz eher verbrauchsreduzierend sind (also auch CO₂) als Diesel. Allerdings erschwert dies nicht nur den höheren Preis, sondern auch die relativ problematische und teure Eliminierung schädlicher Emissionen in Abgasen, wie beispielsweise Stickoxide – NO_x, Kohlenmonoxid - CO, Kohlenwasserstoffe - HC oder Ruß, zu deren Entfernung ein teurer und immer noch relativ problematischer DPF-Filter (FAP) verwendet wird. So werden kleine Diesel nach und nach komplexer, und kleine Autos werden mit kleineren Geigen gespielt. Auch Hybrid- und Elektrofahrzeuge konkurrieren mit dem Downsizing. Obwohl diese Technologie vielversprechend ist, ist sie viel komplexer als ein relativ einfaches Downsizing und dennoch zu teuer für den Durchschnittsbürger.

Ein bisschen Theorie

Der Erfolg des Downsizing hängt von der Motordynamik, dem Kraftstoffverbrauch und dem gesamten Fahrkomfort ab. Leistung und Drehmoment stehen an erster Stelle. Produktivität ist Arbeit, die im Laufe der Zeit geleistet wird. Die während eines Zyklus eines Verbrennungsmotors mit Fremdzündung geleistete Arbeit wird durch den sogenannten Otto-Zyklus bestimmt.

Die vertikale Achse ist der Druck über dem Kolben und die horizontale Achse ist das Volumen des Zylinders. Die Arbeit ist durch die von den Kurven begrenzte Fläche gegeben. Dieses Diagramm ist idealisiert, da wir den Wärmeaustausch mit der Umgebung, die Trägheit der in den Zylinder eintretenden Luft und die Verluste durch Einlass (leichter Unterdruck gegenüber Atmosphärendruck) oder Auslass (leichter Überdruck) nicht berücksichtigen. Und nun eine Beschreibung der Geschichte selbst, dargestellt im (V)-Diagramm. Zwischen den Punkten 1-2 wird der Ballon mit einer Mischung gefüllt - das Volumen nimmt zu. Zwischen den Punkten 2-3 erfolgt die Kompression, der Kolben arbeitet und komprimiert das Kraftstoff-Luft-Gemisch. Zwischen den Punkten 3-4 findet eine Verbrennung statt, das Volumen ist konstant (der Kolben befindet sich am oberen Totpunkt) und das Kraftstoffgemisch verbrennt. Die chemische Energie des Kraftstoffs wird in Wärme umgewandelt. Zwischen den Punkten 4-5 funktioniert das verbrannte Gemisch aus Kraftstoff und Luft - es dehnt sich aus und übt Druck auf den Kolben aus. In den Absätzen 5-6-1 tritt die Rückströmung auf, dh der Auspuff.

Je mehr wir das Kraftstoff-Luft-Gemisch ansaugen, desto mehr chemische Energie wird freigesetzt und die Fläche unter der Kurve nimmt zu. Dieser Effekt kann auf verschiedene Weise erreicht werden. Die erste Möglichkeit besteht darin, das Volumen des Zylinders entsprechend zu erhöhen. der gesamte Motor, der unter den gleichen Bedingungen mehr Leistung erzielt - die Kurve wird nach rechts zunehmen. Andere Möglichkeiten, den Anstieg der Kurve nach oben zu verschieben, sind beispielsweise die Erhöhung des Verdichtungsverhältnisses oder die Erhöhung der Arbeitsleistung über die Zeit und das Ausführen mehrerer kleinerer Zyklen gleichzeitig, dh die Erhöhung der Motordrehzahl. Beide beschriebenen Methoden haben viele Nachteile (Selbstzündung, höhere Festigkeit des Zylinderkopfes und seiner Dichtungen, erhöhte Reibung bei höheren Geschwindigkeiten - wir werden später beschreiben, höhere Emissionen, Kraft auf den Kolben ist immer noch ungefähr gleich), während das Auto hat ein relativ großer Leistungsgewinn auf dem Papier, aber das Drehmoment ändert sich nicht viel. Obwohl es dem japanischen Mazda vor kurzem gelungen ist, einen Benzinmotor mit einem ungewöhnlich hohen Verdichtungsverhältnis (14,0: 1) namens Skyactive-G in Serie zu produzieren, der sich durch sehr gute dynamische Parameter bei günstigem Kraftstoffverbrauch auszeichnet, nutzen die meisten Hersteller dennoch eine Möglichkeit um das Volumen des Bereichs unter der Kurve zu erhöhen. Und dies dient dazu, die Luft vor dem Eintritt in den Zylinder zu komprimieren, während das Volumen beibehalten wird - Überlauf.

Dann sieht das p(V)-Diagramm des Otto-Zyklus so aus:

Da die 7-1-Ladung bei einem anderen (höheren) Druck erfolgt als der 5-6-Auslass, entsteht eine andere geschlossene Kurve, was bedeutet, dass im ruhenden Kolbenhub zusätzliche Arbeit verrichtet wird. Dies kann verwendet werden, wenn das Gerät, das die Luft komprimiert, mit etwas überschüssiger Energie betrieben wird, die in unserem Fall die kinetische Energie der Abgase ist. Ein solches Gerät ist ein Turbolader. Es wird auch ein mechanischer Kompressor verwendet, aber es muss ein bestimmter Prozentsatz (15-20%) für seinen Betrieb berücksichtigt werden (meistens wird er von der Kurbelwelle angetrieben), daher verschiebt sich ein Teil der oberen Kurve nach unten eine ohne Wirkung.

Wir werden eine Weile kommen, während wir überwältigt sind. Einen Benziner anzusaugen gibt es schon lange, aber das Hauptziel war die Leistungssteigerung, während der Verbrauch nicht besonders entschieden wurde. So schleppten Gasturbinen sie um ihr Leben, aber sie fraßen auch Gras am Straßenrand und drückten aufs Gas. Dafür gab es mehrere Gründe. Verringern Sie zunächst das Verdichtungsverhältnis dieser Motoren, um eine Klopf-Klopf-Verbrennung zu vermeiden. Es gab auch ein Problem mit der Turbokühlung. Bei hohen Lasten musste das Gemisch mit Kraftstoff angereichert werden, um die Abgase zu kühlen und so den Turbolader vor hohen Abgastemperaturen zu schützen. Erschwerend kommt hinzu, dass die vom Turbolader an die Ladeluft abgegebene Energie im Teillastbereich durch das Abbremsen des Luftstroms an der Drosselklappe teilweise verloren geht. Glücklicherweise hilft die aktuelle Technik bereits, den Kraftstoffverbrauch auch bei Turboaufladung zu senken, was einer der Hauptgründe für Downsizing ist.

Konstrukteure moderner Benzinmotoren versuchen, solche Dieselmotoren zu inspirieren, die mit einem höheren Verdichtungsverhältnis arbeiten und bei Teillast wird der Luftstrom durch den Ansaugkrümmer nicht durch die Drosselklappe begrenzt. Die Gefahr des Klopfklopfens durch ein hohes Verdichtungsverhältnis, das einen Motor sehr schnell zerstören kann, wird durch eine moderne Elektronik beseitigt, die den Zündzeitpunkt viel präziser regelt als noch vor kurzem. Ein großer Vorteil ist auch der Einsatz der Direkteinspritzung, bei der Benzin direkt im Zylinder verdampft. Somit wird das Kraftstoffgemisch effektiv gekühlt und die Selbstentzündungsgrenze wird ebenfalls erhöht. Zu erwähnen ist auch das derzeit weit verbreitete System der variablen Ventilsteuerung, mit der man das tatsächliche Verdichtungsverhältnis in gewissem Umfang beeinflussen kann. Der sogenannte Miller-Zyklus (ungleich langer Kontraktions- und Expansionshub). Zur Verbrauchsreduzierung trägt neben der variablen Ventilsteuerung auch der variable Ventilhub bei, der die Drosselklappensteuerung ersetzen und so die Ansaugverluste reduzieren kann – durch Verlangsamung des Luftstroms durch die Drosselklappe (z. B. Valvetronic von BMW).

Überladung, Änderung der Ventilsteuerzeiten, des Ventilhubs oder des Verdichtungsverhältnisses sind kein Allheilmittel, daher müssen Konstrukteure andere Faktoren berücksichtigen, die sich insbesondere auf den Enddurchfluss auswirken. Hierzu zählen insbesondere die Reibungsreduzierung sowie die Aufbereitung und Verbrennung des Brandgemisches selbst.

Konstrukteure arbeiten seit Jahrzehnten daran, die Reibung beweglicher Motorteile zu verringern. Man muss zugeben, dass sie große Fortschritte auf dem Gebiet der Materialien und Beschichtungen gemacht haben, die derzeit die besten Reibungseigenschaften haben. Dasselbe gilt für Öle und Schmierstoffe. Das Motordesign selbst wurde nicht unbeachtet gelassen, wobei die Abmessungen der beweglichen Teile, der Lager optimiert, die Form der Kolbenringe und natürlich die Anzahl der Zylinder nicht geändert wurden. Die derzeit wohl bekanntesten Motoren mit „geringerer“ Zylinderzahl sind Fords Dreizylinder-EcoBoost-Motoren von Ford oder TwinAir-Zweizylinder von Fiat. Weniger Zylinder bedeutet weniger Kolben, Pleuel, Lager oder Ventile und damit logischerweise auch totale Reibung. In diesem Bereich gibt es sicherlich einige Einschränkungen. Die erste ist die Reibung, die auf dem fehlenden Zylinder gespeichert ist, aber bis zu einem gewissen Grad durch zusätzliche Reibung in den Lagern der Ausgleichswelle ausgeglichen wird. Eine weitere Einschränkung hängt mit der Anzahl der Zylinder oder der Betriebskultur zusammen, die die Wahl der Fahrzeugkategorie, die der Motor antreibt, erheblich beeinflussen. Derzeit undenkbar wurde beispielsweise BMW, bekannt für seine modernen Motoren, mit einem brummenden Zweizylindermotor ausgestattet. Aber wer weiß, was in ein paar Jahren passiert. Da die Reibung mit dem Quadrat der Drehzahl zunimmt, reduzieren die Hersteller nicht nur die Reibung selbst, sondern versuchen auch, Motoren so zu konstruieren, dass sie bei möglichst niedrigen Drehzahlen genügend Dynamik bieten. Da die atmosphärische Betankung eines Kleinmotors dieser Aufgabe nicht gewachsen ist, kommt wieder ein Turbolader oder ein Turbolader in Kombination mit einem mechanischen Kompressor zur Hilfe. Bei einer Aufladung nur mit einem Turbolader ist dies jedoch keine leichte Aufgabe. Es ist zu beachten, dass der Turbolader eine erhebliche Rotationsträgheit der Turbine aufweist, die die sogenannte Turbodiera erzeugt. Die Turbine des Turboladers wird durch Abgase angetrieben, die erst vom Motor produziert werden müssen, so dass es eine gewisse Verzögerung vom Moment des Tretens des Gaspedals bis zum erwarteten Beginn des Motorschubs gibt. Natürlich versuchen verschiedene moderne Turboladersysteme, dieses Leiden mehr oder weniger erfolgreich zu kompensieren, und neue Konstruktionsverbesserungen bei Turboladern kommen zur Rettung. Turbolader sind also kleiner und leichter, sie sprechen bei höheren Drehzahlen immer schneller an. Sportorientierte Fahrer, die mit Hochgeschwindigkeitsmotoren aufgewachsen sind, machen einen solchen „langsam laufenden“ Turbomotor für schlechtes Ansprechverhalten verantwortlich. keine Leistungsabstufung bei steigender Drehzahl. So zieht der Motor emotional im unteren, mittleren und hohen Drehzahlbereich, leider ohne Spitzenleistung.

Die Zusammensetzung des brennbaren Gemisches selbst stand nicht außer Frage. Wie Sie wissen, verbrennt ein Benzinmotor das sogenannte homogene stöchiometrische Gemisch aus Luft und Kraftstoff. Dies bedeutet, dass für 14,7 kg Kraftstoff - Benzin 1 kg Luft vorhanden ist. Dieses Verhältnis wird auch als Lambda = 1 bezeichnet. Dieses Gemisch aus Benzin und Luft kann auch in anderen Verhältnissen verbrannt werden. Wenn Sie die Luftmenge von 14,5 bis 22: 1 verwenden, besteht ein großer Luftüberschuss - wir sprechen vom sogenannten mageren Gemisch. Wenn das Verhältnis umgekehrt ist, die Luftmenge unterstöchiometrisch und die Benzinmenge größer ist (das Verhältnis von Luft zu Benzin liegt im Bereich von 14 bis 7:1), wird dieses Gemisch als sogenanntes Gemisch bezeichnet. reichhaltige Mischung. Andere Verhältnisse außerhalb dieses Bereichs sind schwer zu entzünden, weil sie zu verdünnt sind oder zu wenig Luft enthalten. In jedem Fall wirken sich beide Grenzwerte gegensätzlich auf Leistung, Verbrauch und Emissionen aus. Emissionsseitig kommt es bei fettem Gemisch zu einer deutlichen CO- und HC-Bildung._x, Produktion NEIN_x aufgrund der niedrigeren Temperaturen beim Verbrennen eines fetten Gemisches relativ niedrig. Andererseits ist die NO-Produktion bei Magerverbrennung besonders höher._xaufgrund der höheren Verbrennungstemperatur. Wir dürfen die Brenngeschwindigkeit nicht vergessen, die für jede Zusammensetzung der Mischung unterschiedlich ist. Die Brenngeschwindigkeit ist ein sehr wichtiger Faktor, aber es ist schwierig, sie zu kontrollieren. Die Verbrennungsrate des Gemisches wird auch durch Temperatur, Verwirbelungsgrad (beibehalten durch die Motordrehzahl), Feuchtigkeit und Kraftstoffzusammensetzung beeinflusst. Jeder dieser Faktoren ist auf unterschiedliche Weise beteiligt, wobei Drall und Sättigung des Gemisches den größten Einfluss haben. Ein fettes Gemisch brennt schneller als ein mageres, aber wenn das Gemisch zu fett ist, wird die Brenngeschwindigkeit stark reduziert. Bei der Zündung des Gemisches erfolgt die Verbrennung zunächst langsam, mit steigendem Druck und steigender Temperatur steigt die Brenngeschwindigkeit, was auch durch eine stärkere Verwirbelung des Gemisches begünstigt wird. Die Magerverbrennung trägt zu einer Steigerung des Verbrennungswirkungsgrades von bis zu 20 % bei, wobei sie nach derzeitigen Möglichkeiten bei einem Verhältnis von etwa 16,7 bis 17,3 : 1 maximal ist Verbrennungsrate, Verringerung der Effizienz und Produktivität haben die Hersteller die sogenannte Schichtmischung entwickelt. Mit anderen Worten, das brennbare Gemisch wird im Verbrennungsraum geschichtet, so dass das Verhältnis um die Kerze herum stöchiometrisch ist, dh sie leicht entzündet wird, und in der übrigen Umgebung dagegen die Zusammensetzung des Gemischs viel höher. Diese Technologie wird bereits in der Praxis eingesetzt (TSi, JTS, BMW), bisher leider nur bis zu bestimmten Drehzahlen bzw. im Leichtlastmodus. Die Entwicklung geht jedoch schnell voran.

Vorteile der Reduzierung

• Ein solcher Motor ist nicht nur im Volumen kleiner, sondern auch in der Größe, sodass er mit weniger Rohstoffen und weniger Energieverbrauch hergestellt werden kann.
• Da Motoren ähnliche, wenn nicht sogar die gleichen Rohstoffe verwenden, ist der Motor aufgrund seiner geringeren Größe leichter. Der gesamte Fahrzeugaufbau kann weniger robust und damit leichter und kostengünstiger sein. mit dem vorhandenen leichteren Motor weniger Achslast. In diesem Fall werden auch die Fahrleistungen verbessert, da sie nicht so stark von einem schweren Motor beeinflusst werden.
• Ein solcher Motor ist kleiner und leistungsstärker, und daher wird es nicht schwierig sein, ein kleines und leistungsstarkes Auto zu bauen, das aufgrund der begrenzten Motorgröße manchmal nicht funktionierte.
• Ein kleinerer Motor hat auch eine geringere Trägheitsmasse, sodass er bei Leistungsänderungen nicht so viel Kraft verbraucht, um sich zu bewegen wie ein großer Motor.

Nachteile der Reduktion

• Ein solcher Motor ist einer deutlich höheren thermischen und mechanischen Belastung ausgesetzt.
• Obwohl der Motor in Volumen und Gewicht leichter ist, erhöht sich aufgrund des Vorhandenseins verschiedener zusätzlicher Teile wie Turbolader, Ladeluftkühler oder Hochdruck-Benzineinspritzung das Gesamtgewicht des Motors, die Kosten des Motors steigen und der gesamte Bausatz erfordert erhöhte Wartung. und das Ausfallrisiko ist höher, insbesondere bei einem Turbolader, der hohen thermischen und mechanischen Belastungen ausgesetzt ist.
• Einige Nebenaggregate verbrauchen Energie im Motor (zB Kolbendirekteinspritzpumpe für TSI-Motoren).
• Die Konstruktion und Herstellung eines solchen Motors ist viel schwieriger und komplexer als im Fall eines atmosphärisch gefüllten Motors.
• Der Endverbrauch ist noch relativ stark von der Fahrweise abhängig.
• Innere Reibung. Beachten Sie, dass die Motorreibung drehzahlabhängig ist. Dies ist bei einer Wasserpumpe oder Lichtmaschine, bei der die Reibung linear mit der Drehzahl zunimmt, relativ vernachlässigbar. Allerdings nimmt die Reibung der Nocken oder Kolbenringe proportional zur Quadratwurzel zu, was dazu führen kann, dass ein schnelllaufender Kleinmotor eine höhere innere Reibung aufweist als ein größeres Volumen bei niedrigeren Drehzahlen. Wie bereits erwähnt, hängt jedoch viel von der Konstruktion und Leistung des Motors ab.

Hat der Personalabbau also eine Zukunft? Ich denke, trotz einiger Mängel. Saugmotoren verschwinden jedoch nicht gleich aus Produktionseinsparungen, technologischem Fortschritt (Mazda Skyactive-G), Nostalgie oder Gewohnheit. Für Nicht-Partisanen, die der Kraft eines kleinen Motors nicht trauen, empfehle ich, ein solches Auto mit vier wohlgenährten Personen zu beladen, dann den Hügel hinaufzuschauen, zu überholen und zu testen. Zuverlässigkeit bleibt ein viel komplexeres Thema. Für Ticketkäufer gibt es eine Lösung, auch wenn es länger dauert als eine Probefahrt. Warten Sie ein paar Jahre, bis der Motor erscheint und entscheiden Sie sich dann. Insgesamt lassen sich die Risiken jedoch wie folgt zusammenfassen. Im Vergleich zu einem leistungsstärkeren Saugmotor gleicher Leistung wird der kleinere Turbomotor sowohl mit Zylinderdruck als auch Temperatur deutlich stärker belastet. Daher haben solche Motoren deutlich stärker belastete Lager, eine Kurbelwelle, einen Zylinderkopf, Schaltgeräte usw. Allerdings ist das Ausfallrisiko vor Ablauf der geplanten Lebensdauer relativ gering, da die Hersteller Motoren für diese Belastung auslegen. Es wird jedoch zu Fehlern kommen, ich stelle zum Beispiel Probleme mit dem Steuerkettenüberspringen bei TSi-Motoren fest. Insgesamt lässt sich aber sagen, dass die Lebensdauer dieser Motoren wahrscheinlich nicht so lang sein wird wie bei Saugmotoren. Dies gilt vor allem für Autos mit hoher Laufleistung. Auch der Konsum sollte verstärkt beachtet werden. Im Vergleich zu älteren aufgeladenen Ottomotoren können moderne Turbolader deutlich sparsamer arbeiten, wobei die besten von ihnen im sparsamen Betrieb dem Verbrauch eines relativ leistungsstarken Turbodiesel entsprechen. Die Kehrseite ist die immer stärker werdende Abhängigkeit vom Fahrstil des Fahrers, wer also sparsam fahren will, muss vorsichtig mit dem Gaspedal umgehen. Im Vergleich zu Dieselmotoren gleichen aufgeladene Ottomotoren diesen Nachteil jedoch durch bessere Laufkultur, geringere Geräuschentwicklung, breiter nutzbarer Drehzahlbereich oder das Fehlen des viel kritisierten DPF aus.