Mikä on lyhenne?

Viime vuosina Euroopan altaasta on tullut vähiten kaikkea, mihin tavallinen ihminen joutuu kosketuksiin. Tämä koskee erityisesti reaalipalkkoja, matkapuhelimia, kannettavia tietokoneita, yrityksen kustannuksia tai moottorin kokoa ja päästöjä. Valitettavasti henkilöstövähennykset eivät ole vielä vaikuttaneet näin romahtaneeseen julkiseen tai valtion hallintoon. Sanan "vähentäminen" merkitys autoteollisuudessa ei kuitenkaan ole niin uusi kuin miltä se ensi silmäyksellä saattaa näyttää. Viime vuosisadan lopulla myös dieselmoottorit vähensivät ensimmäisessä vaiheessa, mikä ahtamisen ja nykyaikaisen suorasuihkutuksen ansiosta säilytti tai pienensi tilavuuttaan, mutta lisäsi merkittävästi moottorin dynaamisia parametreja.

Moderni aikakausi "aamunkoittelevien" bensiinimoottoreiden alkoi 1,4 TSi yksikön tulo. Ensi silmäyksellä tämä ei sinänsä vaikuta koon pienentämiseltä, minkä vahvisti myös sen sisällyttäminen Golf-, Leon- tai Octavia-tarjontaan. Näkökulman muutos ei tapahtunut ennen kuin Škoda alkoi koota 1,4 kW:n 90 TSi -moottoria sen suurimmaksi Superb-malliksi. Todellinen läpimurto oli kuitenkin 1,2 kW:n 77 TSi -moottorin asentaminen suhteellisen suuriin autoihin, kuten Octavia, Leon ja jopa VW Caddy. Vasta sitten alkoivat todelliset ja, kuten aina, viisaimmat pubiesitykset. Sellaisia ​​ilmaisuja kuin: "ei kestä, ei kestä kauan, äänenvoimakkuutta ei voi korvata, kahdeksankulmiossa on kangasmoottori, oletko kuullut?" Ne olivat enemmän kuin yleisiä paitsi laitteiden neljännessä hinnassa, myös verkkokeskusteluissa. Supistaminen vaatii ajoneuvojen valmistajilta loogista ponnistelua selviytyä jatkuvasta paineesta vähentää kulutusta ja paljon vihattuja päästöjä. Mikään ei tietenkään ole ilmaista, eikä edes supistamisesta ole hyötyä. Siksi seuraavilla riveillä keskustelemme yksityiskohtaisemmin siitä, mitä kutsutaan vähentämiseksi, miten se toimii ja mitkä ovat sen edut tai haitat.

Mikä on lyhenne ja syyt

Supistaminen tarkoittaa polttomoottorin iskutilavuuden vähentämistä samalla tai jopa suuremmalla teholla. Samanaikaisesti tilavuuden pienentämisen kanssa ahdataan turboahtimella tai mekaanisella kompressorilla tai molempien menetelmien yhdistelmällä (VW 1,4 TSi - 125 kW). Sekä suora polttoaineen ruiskutus, säädettävä venttiilin ajoitus, venttiilin nosto jne. Näillä lisätekniikoilla sylintereihin pääsee enemmän ilmaa (happea) palamista varten ja syötettävän polttoaineen määrää voidaan suhteellisesti lisätä. Tietenkin tällainen puristettu ilman ja polttoaineen seos sisältää enemmän energiaa. Suoraruiskutus yhdistettynä muuttuvaan ajoitukseen ja venttiilin nousuun puolestaan ​​optimoi polttoaineen ruiskutuksen ja pyörteen, mikä lisää entisestään palamisprosessin tehokkuutta. Yleensä pienempi sylinteritilavuus riittää vapauttamaan saman energian kuin suuremmat ja vertailukelpoiset moottorit ilman koon pienentämistä.

Kuten jo artikkelin alussa todettiin, vähennykset johtuvat pääasiassa EU: n lainsäädännön kiristämisestä. Lähinnä kyse on päästöjen vähentämisestä, kun taas näkyvin on pyrkimys vähentää hiilidioksidipäästöjä kaikkialla.₂... Maailmanlaajuisesti kuitenkin päästörajoja kiristetään vähitellen. Euroopan komission asetuksen mukaisesti eurooppalaiset autonvalmistajat ovat sitoutuneet saavuttamaan 2015 g: n hiilidioksidipäästörajan vuoteen 130 mennessä.₂ kilometriä kohti, tämä arvo lasketaan vuoden aikana markkinoille saatetun autokannan keskiarvoksi. Bensiinimoottoreilla on suora rooli pienentämisessä, vaikka ne vähentävät todennäköisemmin kulutusta (eli myös hiilidioksidipäästöjä)₂) kuin dieseleissä. Tämä vaikeuttaa kuitenkin paitsi korkeamman hinnan lisäksi myös suhteellisen ongelmallista ja kallista pakokaasujen haitallisten päästöjen, kuten typen oksidien eliminointia - NO_x, hiilimonoksidi - CO, hiilivedyt - HC tai hiilimustaa, joiden poistamiseen käytetään kallista ja vielä suhteellisen ongelmallista DPF-suodatinta (FAP). Niinpä pienet dieselit muuttuvat vähitellen monimutkaisemmiksi ja pieniä autoja soitetaan pienemmillä viuluilla. Myös hybridi- ja sähköajoneuvot kilpailevat koon pienentämisen kanssa. Vaikka tämä tekniikka on lupaava, se on paljon monimutkaisempi kuin suhteellisen yksinkertainen koon pienentäminen ja silti liian kallis keskivertokansalaiselle.

Hieman teoria

Supistamisen onnistuminen riippuu moottorin dynamiikasta, polttoaineenkulutuksesta ja yleisestä ajomukavuudesta. Teho ja vääntömomentti ovat etusijalla. Tuottavuus on ajan mittaan tehtyä työtä. Kipinäsytytteisen polttomoottorin yhden kierroksen aikana esitettävä työ määräytyy ns. Otto-syklin avulla.

Pystyakseli on paine männän yläpuolella ja vaaka-akseli on sylinterin tilavuus. Työn antaa käyrien rajaama alue. Tämä kaavio on idealisoitu, koska emme ota huomioon lämmönvaihtoa ympäristön kanssa, sylinteriin tulevan ilman inertiaa ja imu- (lievä alipaine verrattuna ilmanpaineeseen) tai pakokaasun (pieni ylipaine) aiheuttamia häviöitä. Ja nyt kuvaus itse tarinasta, joka näkyy (V)-kaaviossa. Pisteiden 1-2 välissä ilmapallo täytetään seoksella - tilavuus kasvaa. Pisteiden 2-3 välillä tapahtuu puristus, mäntä toimii ja puristaa polttoaine-ilmaseosta. Pisteiden 3-4 välillä tapahtuu palamista, tilavuus on vakio (mäntä on yläkuolopisteessä) ja polttoaineseos palaa. Polttoaineen kemiallinen energia muunnetaan lämmöksi. Kohtien 4-5 välissä palanut polttoaineen ja ilman seos toimii – laajenee ja kohdistaa painetta mäntään. Kohdissa 5-6-1 tapahtuu vastavirtaus eli pakokaasu.

Mitä enemmän imemme polttoaine-ilmaseosta, sitä enemmän vapautuu kemiallista energiaa ja käyrän alla oleva pinta-ala kasvaa. Tämä vaikutus voidaan saavuttaa useilla tavoilla. Ensimmäinen vaihtoehto on lisätä vastaavasti sylinterin tilavuutta riittävästi. koko moottori, jolla samoissa olosuhteissa saamme enemmän tehoa - käyrä kasvaa oikealle. Muita tapoja siirtää käyrän nousua ylöspäin ovat esimerkiksi puristussuhteen lisääminen tai tehon lisääminen ajan mittaan ja useiden pienempien syklien tekeminen samanaikaisesti, eli moottorin kierrosluvun lisääminen. Molemmissa kuvatuissa menetelmissä on monia haittoja (itsesytytys, suurempi sylinterinkannen ja sen tiivisteiden lujuus, lisääntynyt kitka suuremmilla nopeuksilla - kuvataan myöhemmin, suuremmat päästöt, mäntään kohdistuva voima on edelleen suunnilleen sama), kun taas autossa on suhteellisen suuri tehonlisäys paperilla, mutta vääntömomentti ei muutu paljon. Vaikka japanilainen Mazda onnistuikin äskettäin valmistamaan massatuotantona bensiinimoottorin, jolla on epätavallisen korkea puristussuhde (14,0:1), nimeltään Skyactive-G, jolla on erittäin hyvät dynaamiset parametrit edullisella polttoaineenkulutuksella, useimmat valmistajat käyttävät silti yhtä mahdollisuutta. lisätäksesi käyrän alla olevan alueen tilavuutta. Ja tämä on ilman puristamista ennen sylinteriin tuloa samalla kun tilavuus säilyy - ylivuoto.

Sitten Otto -syklin p (V) -kaavio näyttää tältä:

Koska varaus 7-1 tapahtuu eri (korkeammassa) paineessa kuin poistoaukko 5-6, syntyy erilainen suljettu käyrä, mikä tarkoittaa, että lisätyötä suoritetaan toimimattomassa männäniskussa. Tätä voidaan käyttää, jos ilmaa puristava laite saa ylimääräistä energiaa, joka meidän tapauksessamme on pakokaasujen liike -energiaa. Tällainen laite on turboahdin. Käytetään myös mekaanista kompressoria, mutta on otettava huomioon tietty prosenttiosuus (15-20%), joka kuluu sen toimintaan (useimmiten sitä käytetään kampiakselilla), joten osa ylemmästä käyrästä siirtyy alempaan yksi ilman vaikutusta.

Tulemme hetkeksi, kun olemme ylikuormitettuja. Bensiinimoottorin imeminen on ollut käynnissä jo pitkään, mutta päätavoitteena oli parantaa suorituskykyä, mutta kulutusta ei päätetty erityisen paljon. Joten kaasuturbiinit vetivät heidät henkiin, mutta he söivät myös ruohoa tien varrella painamalla kaasua. Tähän oli useita syitä. Ensinnäkin pienennä näiden moottoreiden puristussuhdetta koputuksen ja palamisen poistamiseksi. Myös turbojäähdytyksessä oli ongelma. Suurilla kuormituksilla seosta oli rikastettava polttoaineella pakokaasujen jäähdyttämiseksi ja siten turboahtimen suojaamiseksi korkeilta savukaasujen lämpötiloilta. Mikä pahempaa, turboahtimen varausilmaan syöttämä energia häviää osittain kuormitettuna kaasuventtiilin ilmavirran jarrutuksen vuoksi. Onneksi nykyinen tekniikka auttaa jo vähentämään polttoaineen kulutusta, vaikka moottori olisi turboahdettu, mikä on yksi tärkeimmistä syistä pienentää.

Nykyaikaisten bensiinimoottoreiden suunnittelijat yrittävät inspiroida niitä dieselmoottoreita, jotka toimivat suuremmalla puristussuhteella ja osakuormalla, kaasu ei rajoita imusarjan läpi kulkevaa ilmavirtaa. Korkean puristussuhteen aiheuttaman kolkutuksen vaaran, joka voi tuhota moottorin erittäin nopeasti, eliminoi nykyaikainen elektroniikka, joka ohjaa sytytyksen ajoitusta paljon tarkemmin kuin viime aikoihin asti. Suuri etu on myös suoran polttoaineen ruiskutuksen käyttö, jossa bensiini haihtuu suoraan sylinterissä. Näin polttoaineseos jäähtyy tehokkaasti ja myös itsesyttymisrajaa nostetaan. Mainittakoon myös tällä hetkellä laajalle levinnyt säädettävä venttiilin ajoitusjärjestelmä, jonka avulla voit vaikuttaa todelliseen puristussuhteeseen jossain määrin. Ns. Millerin sykli (epätasaisen pitkä supistumis- ja laajennusisku). Säädettävän venttiilin ajoituksen lisäksi säädettävä venttiilin nosto auttaa myös vähentämään kulutusta, mikä voi korvata kaasun säätimen ja siten vähentää imuhäviöitä - hidastamalla ilman virtausta kaasuläpän läpi (esim. BMW:n Valvetronic).

Ylikuormitus, venttiilin ajoituksen muuttaminen, venttiilin nosto tai puristussuhde ei ole ihmelääke, joten suunnittelijoiden on otettava huomioon muut tekijät, jotka vaikuttavat erityisesti loppuvirtaukseen. Näitä ovat erityisesti kitkan vähentäminen sekä itse sytyteseoksen valmistaminen ja polttaminen.

Suunnittelijat ovat työskennelleet vuosikymmeniä vähentääkseen moottorin liikkuvien osien kitkaa. On myönnettävä, että he ovat ottaneet suuria harppauksia materiaalien ja pinnoitteiden alalla, joilla on tällä hetkellä parhaat kitkaominaisuudet. Samaa voidaan sanoa öljyistä ja voiteluaineista. Itse moottorin suunnittelu ei jäänyt ilman huomiota, jossa liikkuvien osien, laakerien mitat ovat optimoituja, männänrenkaiden muoto ja tietysti sylinterien lukumäärä eivät ole muuttuneet. Todennäköisesti tällä hetkellä tunnetuimmat moottorit "pienemmällä" sylinterimäärällä ovat Fordin kolmisylinteriset EcoBoost-moottorit Fordilta tai TwinAir-kaksisylinteriset Fiat-moottorit. Vähemmän sylintereitä tarkoittaa vähemmän mäntiä, kiertokankoja, laakereita tai venttiileitä ja siten loogisesti kokonaiskitkaa. Tällä alueella on varmasti joitain rajoituksia. Ensimmäinen on kitka, joka on tallennettu puuttuvaan sylinteriin, mutta jota kompensoi jossain määrin lisäkitka tasapainotusakselin laakereissa. Toinen rajoitus liittyy sylinterien määrään tai toimintakulttuuriin, mikä vaikuttaa merkittävästi sen ajoneuvoluokan valintaan, jota moottori käyttää. Tällä hetkellä mahdotonta ajatella, että esimerkiksi nykyaikaisista moottoreistaan ​​tunnettu BMW varustettiin huminalla kaksisylinterisellä moottorilla. Mutta kuka tietää, mitä tapahtuu muutaman vuoden kuluttua. Koska kitka kasvaa nopeuden neliössä, valmistajat eivät vain vähennä itse kitkaa, vaan myös yrittävät suunnitella moottoreita tarjoamaan riittävää dynamiikkaa alhaisilla mahdollisilla nopeuksilla. Koska pienen moottorin ilmakehän tankkaus ei selviä tästä tehtävästä, turboahdin tai turboahdin yhdistettynä mekaaniseen kompressoriin tulee jälleen apuun. Tämä ei kuitenkaan ole helppo tehtävä, jos ahdataan vain turboahtimella. On huomattava, että turboahtimella on merkittävä turbiinin pyörimishitaus, mikä luo niin sanotun turbodieran. Turboahtimen turbiinia ohjaavat pakokaasut, jotka moottorin on ensin tuotettava, jotta kaasupolkimen painamishetkestä on tietty viive moottorin odotettuun työntövoiman käynnistymiseen. Tietenkin erilaiset nykyaikaiset turboahdinjärjestelmät yrittävät enemmän tai vähemmän menestyksekkäästi kompensoida tätä vaivaa, ja turboahtimien uudet suunnitteluparannukset tulevat apuun. Joten turboahtimet ovat pienempiä ja kevyempiä, ne reagoivat nopeammin ja nopeammin suuremmilla nopeuksilla. Urheiluun suuntautuneet kuljettajat, jotka on kasvatettu nopeiden moottoreiden parissa, syyttävät tällaista "hitaista" turboahdettua moottoria huonosta vasteesta. ei tehon vaihtelua nopeuden kasvaessa. Joten moottori vetää emotionaalisesti matalilla, keski- ja korkeilla kierroksilla, valitettavasti ilman huipputehoa.

Itse palavan seoksen koostumus ei jäänyt sivuun. Kuten tiedät, bensiinimoottori polttaa niin sanottua homogeenista stoikiometristä ilman ja polttoaineen seosta. Tämä tarkoittaa, että 14,7 kg polttoainetta - bensiiniä on 1 kg ilmaa. Tätä suhdetta kutsutaan myös nimellä lambda = 1. Mainittua bensiinin ja ilman seosta voidaan polttaa myös muissa suhteissa. Jos käytät ilmamäärää 14,5 - 22: 1, ilmaa on suuri ylimäärä - puhumme niin sanotusta laihasta seoksesta. Jos suhde on päinvastainen, ilman määrä on pienempi kuin stoikiometrinen ja bensiinin määrä on suurempi (ilman ja bensiinin suhde on välillä 14-7:1), tätä seosta kutsutaan ns. rikas seos. Muita tämän alueen ulkopuolella olevia suhteita on vaikea sytyttää, koska ne ovat liian laimeita tai sisältävät liian vähän ilmaa. Joka tapauksessa molemmilla rajoilla on päinvastaiset vaikutukset suorituskykyyn, kulutukseen ja päästöihin. Päästöjen kannalta rikkaassa seoksessa tapahtuu merkittävää CO:n ja HC:n muodostumista._x, tuotanto nro_x suhteellisen alhainen alhaisempien lämpötilojen vuoksi, kun poltetaan rikas seos. Toisaalta NO -tuotanto on erityisen korkea vähärasvaisen palamisen yhteydessä._xkorkeamman palamislämpötilan vuoksi. Emme saa unohtaa palamisnopeutta, joka on erilainen kullekin seoksen koostumukselle. Palamisnopeus on erittäin tärkeä tekijä, mutta sitä on vaikea hallita. Seoksen palamisnopeuteen vaikuttavat myös lämpötila, pyörreaste (moottorin kierrosluvun ylläpitämä), kosteus ja polttoaineen koostumus. Jokainen näistä tekijöistä liittyy eri tavoin, ja seoksen pyörteellä ja kyllästymisellä on suurin vaikutus. Rikas seos palaa nopeammin kuin laiha, mutta jos seos on liian rikas, palamisnopeus pienenee huomattavasti. Kun seos sytytetään, palaminen on aluksi hidasta, paineen ja lämpötilan noustessa palamisnopeus kasvaa, mitä myös edistää seoksen lisääntynyt pyörteily. Laiha palaminen lisää palamishyötysuhdetta jopa 20 %, kun taas nykyisten ominaisuuksien mukaan se on suurin suhteessa noin 16,7 - 17,3: 1. Koska seoksen homogenisoituminen heikkenee jatkuvassa laihassa, mikä vähentää merkittävästi polttotehoa. palamisnopeus, tehokkuuden ja tuottavuuden alentaminen, valmistajat ovat keksineet niin sanotun kerrostusseoksen. Toisin sanoen palava seos kerrostuu palotilassa niin, että kynttilän ympärillä oleva suhde on stökiömetrinen eli se syttyy helposti, ja muualla ympäristössä päinvastoin seoksen koostumus on paljon korkeampi. Tämä tekniikka on jo käytössä käytännössä (TSi, JTS, BMW), valitettavasti toistaiseksi vain tiettyihin nopeuksiin tai. kevyessä kuormitustilassa. Kehitys on kuitenkin nopea askel eteenpäin.

Vähennyksen edut

• Tällainen moottori on paitsi tilavuudeltaan myös kooltaan pienempi, joten sitä voidaan valmistaa vähemmän raaka -aineita ja vähemmän energiaa.
• Koska moottorit käyttävät samanlaisia, elleivät samoja raaka -aineita, moottori on kevyempi sen pienemmän koon vuoksi. Koko ajoneuvon rakenne voi olla vähemmän kestävä ja siksi kevyempi ja halvempi. nykyisellä kevyemmällä moottorilla, pienempi akselipaino. Tässä tapauksessa myös ajokyky paranee, koska raskas moottori ei vaikuta niihin niin voimakkaasti.
• Tällainen moottori on pienempi ja tehokkaampi, ja siksi ei ole vaikeaa rakentaa pientä ja tehokasta autoa, joka joskus ei toiminut moottorin rajoitetun koon vuoksi.
• Pienemmällä moottorilla on myös vähemmän inertiamassaa, joten se ei kuluta yhtä paljon voimaa liikkua tehonmuutosten aikana kuin suurempi moottori.

Vähennyksen haitat

• Tällainen moottori altistuu huomattavasti suuremmalle lämpö- ja mekaaniselle rasitukselle.
• Vaikka moottori on tilavuudeltaan ja painoltaan kevyempi, erilaisten lisäosien, kuten turboahtimen, välijäähdyttimen tai korkeapaineisen bensiinin ruiskutuksen vuoksi, moottorin kokonaispaino kasvaa, moottorin hinta nousee ja koko sarja vaatii lisääntynyt huolto. ja vikaantumisriski on suurempi etenkin turboahtimessa, joka altistuu suurelle lämpö- ja mekaaniselle rasitukselle.
• Jotkin apujärjestelmät kuluttavat energiaa moottorissa (esim. Suoraruiskutusmäntäpumppu TSI -moottoreissa).
• Tällaisen moottorin suunnittelu ja valmistus on paljon vaikeampaa ja monimutkaisempaa kuin ilmakehässä täytetyn moottorin tapauksessa.
• Lopullinen kulutus riippuu edelleen melko paljon ajotavasta.
• Sisäinen kitka. Muista, että moottorin kitka riippuu nopeudesta. Tämä on suhteellisen vähäistä vesipumpulle tai laturille, jossa kitka kasvaa lineaarisesti nopeuden mukaan. Nokka- tai männänrenkaiden kitka kuitenkin kasvaa suhteessa neliöjuureen, mikä voi aiheuttaa pienen nopean moottorin sisäisen kitkan korkeamman kuin suuremman volyymin, joka käy pienemmillä nopeuksilla. Kuitenkin, kuten jo mainittiin, paljon riippuu moottorin suunnittelusta ja suorituskyvystä.

Onko siis henkilöstövähennyksillä tulevaisuutta? Joistakin puutteista huolimatta olen sitä mieltä. Luonnollisesti imumoottorit eivät kuitenkaan katoa heti, vain tuotannon säästöjen, tekniikan kehityksen (Mazda Skyactive-G), nostalgian tai tavan vuoksi. Puolueettomille, jotka eivät luota pienen moottorin voimaan, suosittelen lataamaan tällaisen auton neljään hyvin ruokittuun ihmiseen, sitten katsomaan mäkeä ylös, ohittamaan ja testaamaan. Luotettavuus on edelleen paljon monimutkaisempi kysymys. Lippujen ostajille on ratkaisu, vaikka se kestää pidempään kuin koeajo. Odota muutama vuosi, kunnes moottori tulee näkyviin, ja tee sitten päätös. Kaiken kaikkiaan riskit voidaan kuitenkin tiivistää seuraavasti. Verrattuna tehokkaampaan samantehoiseen ilmavirtausmoottoriin pienempi turboahdettu moottori on paljon raskaampaa sylinterin paineen ja lämpötilan kanssa. Siksi tällaisissa moottoreissa on huomattavasti enemmän kuormitettuja laakereita, kampiakseli, sylinterinkansi, kytkinlaite jne. Vika epäonnistua ennen suunniteltua käyttöikää on kuitenkin suhteellisen pieni, koska valmistajat suunnittelevat moottoreita tälle kuormalle. Huomaa kuitenkin, että esimerkiksi TSi -moottoreiden ajoitusketjun hyppäämisessä on virheitä. Kaiken kaikkiaan voidaan kuitenkin sanoa, että näiden moottoreiden käyttöikä ei todennäköisesti ole yhtä pitkä kuin ilmanottoilmamoottoreiden tapauksessa. Tämä koskee lähinnä autoja, joilla on suuri kilometrimäärä. Myös kulutukseen on kiinnitettävä enemmän huomiota. Verrattuna vanhempiin turboahdettuihin bensiinimoottoreihin, nykyaikaiset turboahtimet voivat toimia huomattavasti taloudellisemmin, kun taas parhaat niistä vastaavat suhteellisen tehokkaan turbodieselin kulutusta taloudellisessa käytössä. Haittapuoli on jatkuvasti kasvava riippuvuus kuljettajan ajotyylistä, joten jos haluat ajaa taloudellisesti, sinun on oltava varovainen kaasupolkimen kanssa. Dieselmoottoreihin verrattuna turboahdetut bensiinimoottorit kuitenkin kompensoivat tämän haitan paremmalla hienosäädöllä, alhaisemmalla melutasolla, laajemmalla käyttöalueella tai paljon arvostellun DPF: n puuttumisella.