Kaj je kratica?

V zadnjih letih je evropska kotlina postala najmanj od vsega, s čimer pride povprečen človek. To velja zlasti za realne plače, mobilne telefone, prenosne računalnike, stroške podjetja ali velikost motorja in emisije. Na žalost odpuščanje osebja še ni vplivalo na tako dotrajano javno ali državno upravo. Vendar pomen besede "zmanjšanje" v avtomobilski industriji ni tako nov, kot se morda zdi na prvi pogled. Konec prejšnjega stoletja so tudi dizelski motorji na prvi stopnji znižali svoje stroške, ki so po zaslugi polnjenja in sodobnega neposrednega vbrizgavanja ohranili ali zmanjšali prostornino, vendar z občutnim povečanjem dinamičnih parametrov motorja.

Sodobna doba "svitanja" bencinskih motorjev se je začela s prihodom agregata 1,4 TSi. Na prvi pogled to samo po sebi ni videti kot downsizing, kar je potrdila tudi njegova vključitev v ponudbo Golfa, Leona ali Octavie. Sprememba perspektive se je zgodila šele, ko je Škoda motor 1,4 TSi z močjo 90 kW začela sestavljati v svoj največji model Superb. Toda pravi preboj je bila vgradnja motorja 1,2 TSi s 77 kW v razmeroma velike avtomobile, kot so Octavia, Leon in celo VW Caddy. Šele nato so se začele prave in kot vedno najbolj modre kafanske predstave. Izrazi, kot so: "se ne vleče, ne bo trajalo dolgo, ni nadomestka za prostornino, osmerokotnik ima motor iz tkanine, ste že slišali?" So bili več kot pogosti ne samo v četrti ceni naprav, ampak tudi v spletnih razpravah. Zmanjševanje zahteva logično prizadevanje proizvajalcev vozil, da bi se spopadli s stalnim pritiskom po zmanjšanju porabe in tako osovraženih emisij. Seveda nič ni zastonj in tudi zmanjševanje ne prinaša le koristi. Zato bomo v naslednjih vrsticah podrobneje obravnavali, kaj imenujemo downsizing, kako deluje in kakšne so njegove prednosti oziroma slabosti.

Kaj je kratica in razlogi

Zmanjšanje obsega pomeni zmanjšanje delovne prostornine motorja z notranjim zgorevanjem ob ohranjanju enake ali celo višje izhodne moči. Vzporedno z zmanjševanjem prostornine poteka kompresorsko polnjenje s pomočjo turbopolnilnika ali mehanskega kompresorja ali kombinacije obeh metod (VW 1,4 TSi - 125 kW). Kot tudi neposredni vbrizg goriva, spremenljivo krmiljenje ventilov, dvig ventila itd. S temi dodatnimi tehnologijami pride v valje več zraka (kisika) za zgorevanje, količina dovedenega goriva pa se lahko sorazmerno poveča. Seveda pa tako stisnjena mešanica zraka in goriva vsebuje več energije. Neposredni vbrizg v kombinaciji s spremenljivim časom in dvigom ventila optimizira vbrizg goriva in vrtinčenje, kar dodatno poveča učinkovitost procesa izgorevanja. Na splošno je manjša prostornina valja dovolj, da sprosti enako energijo kot večji in primerljivi motorji brez zmanjšanja.

Kot je bilo že omenjeno na začetku članka, je nastanek znižanj predvsem posledica poostritve evropske zakonodaje. Večinoma gre za zmanjšanje emisij, najbolj vidno pa je prizadevanje za zmanjšanje emisij CO na vseh področjih.₂... Vendar se po vsem svetu meje emisij postopoma zaostrujejo. V skladu z uredbo Evropske komisije so se evropski proizvajalci avtomobilov zavezali, da bodo do leta 2015 dosegli mejo emisij CO 130 g.₂ na km, se ta vrednost izračuna kot povprečna vrednost voznega parka avtomobilov, danih na trg v enem letu. Bencinski motorji imajo neposredno vlogo pri zmanjševanju števila zaposlenih, čeprav je glede na učinkovitost bolj verjetno, da bodo zmanjšali porabo (tj. Tudi CO₂) kot pri dizelskih. To pa otežuje ne le višjo ceno, temveč tudi razmeroma problematično in drago odpravo škodljivih emisij v izpušnih plinih, kot so dušikovi oksidi - NE_x, ogljikovega monoksida - CO, ogljikovodikov - HC ali saj, za odstranjevanje katerih se uporablja drag in še vedno relativno problematičen DPF filter (FAP). Tako mali dizli postopoma postajajo kompleksnejši, majhni avtomobili pa igrajo z manjšimi violino. Hibridna in električna vozila prav tako tekmujejo z zmanjšanjem prostornine. Čeprav je ta tehnologija obetavna, je veliko bolj zapletena od sorazmerno preprostega zmanjševanja števila zaposlenih, a kljub temu predraga za povprečnega državljana.

Malo teorije

Uspeh zmanjšanja je odvisen od dinamike motorja, porabe goriva in splošnega udobja pri vožnji. Moč in navor sta na prvem mestu. Produktivnost je delo, opravljeno skozi čas. Delo, predstavljeno med enim ciklom motorja z notranjim zgorevanjem na prisilni vžig, je določeno s tako imenovanim Ottovim ciklom.

Navpična os je tlak nad batom, vodoravna os pa prostornina valja. Delo je podano s površino, ki jo omejujejo krivulje. Ta diagram je idealiziran, ker ne upoštevamo izmenjave toplote z okoljem, vztrajnosti zraka, ki vstopa v valj, in izgub, ki nastanejo pri sesanju (rahel podtlak v primerjavi z atmosferskim tlakom) ali izpuhu (rahel nadtlak). In zdaj opis same zgodbe, prikazane v (V) diagramu. Med točkama 1-2 se balon napolni z zmesjo - prostornina se poveča. Med točkama 2-3 pride do stiskanja, bat deluje in stisne mešanico goriva in zraka. Med točkama 3-4 pride do zgorevanja, prostornina je konstantna (bat je v zgornji mrtvi točki), mešanica goriva zgori. Kemična energija goriva se pretvori v toploto. Med točkama 4-5 zgorela mešanica goriva in zraka deluje – širi se in pritiska na bat. V odstavkih 5-6-1 se pojavi povratni tok, to je izpuh.

Bolj kot posesamo mešanico goriva in zraka, več kemične energije se sprosti, površina pod krivuljo pa se poveča. Ta učinek je mogoče doseči na več načinov. Prva možnost je ustrezno povečanje prostornine cilindra oz. celotnega motorja, s katerim ob enakih pogojih dosežemo večjo moč – krivulja se bo povečala v desno. Drugi načini za premik dviga krivulje navzgor so na primer povečanje kompresijskega razmerja ali povečanje moči za delo skozi čas in izvajanje več manjših ciklov hkrati, torej povečanje števila vrtljajev motorja. Oba opisana načina imata veliko slabosti (samovžig, večja trdnost glave motorja in njenih tesnil, povečano trenje pri višjih vrtljajih – opišemo kasneje, večje emisije, sila na bat je še vedno približno enaka), medtem ko ima avto relativno velik dobiček moči na papirju, vendar se navor ne spremeni veliko. Čeprav je japonski Mazdi pred kratkim uspelo serijsko izdelati bencinski motor z nenavadno visokim kompresijskim razmerjem (14,0 : 1) imenovan Skyactive-G, ki se ponaša z zelo dobrimi dinamičnimi parametri ob ugodni porabi goriva, kljub temu večina proizvajalcev še vedno uporablja eno možnost, tj. za povečanje volumna površine pod krivuljo. In to za stiskanje zraka pred vstopom v jeklenko ob ohranjanju volumna – preliv.

Potem p (V) diagram Ottovega cikla izgleda takole:

Ker se naboj 7-1 pojavi pri drugačnem (višjem) tlaku kot pri izhodu 5-6, nastane drugačna zaprta krivulja, kar pomeni, da se v hodu bata v nedelu opravi dodatno delo. To lahko uporabimo, če napravo, ki stisne zrak, napaja nekaj presežne energije, ki je v našem primeru kinetična energija izpušnih plinov. Takšna naprava je turbopolnilnik. Uporablja se tudi mehanski kompresor, vendar je treba upoštevati določen odstotek (15-20%), porabljen za njegovo delovanje (najpogosteje ga poganja ročična gred), zato se del zgornje krivulje premakne v spodnjo ena brez učinka.

Prišli bomo za nekaj časa, medtem ko smo preobremenjeni. Turbinsko polnjenje bencinskega motorja obstaja že dolgo, a glavni cilj je bil izboljšati zmogljivost, medtem ko se poraba ni posebej upala. Tako so jih plinske turbine vlekle za življenje, vendar so ob cesti jedle tudi travo in pritiskale na plin. Za to je bilo več razlogov. Najprej zmanjšajte kompresijsko razmerje teh motorjev, da odpravite zgorevanje. Prišlo je tudi do težave s turbo hlajenjem. Pri velikih obremenitvah je bilo treba mešanico obogatiti z gorivom, da se ohladijo izpušni plini in tako zaščiti turbopolnilnik pred visokimi temperaturami dimnih plinov. Še huje, se energija, ki jo turbopolnilnik dovaja v polnilni zrak, pri delni obremenitvi delno izgubi zaradi zaviranja pretoka zraka pri loputi za plin. Na srečo sedanja tehnologija že pomaga zmanjšati porabo goriva, tudi če je motor s turbopolnilnikom, kar je eden glavnih razlogov za zmanjšanje števila zaposlenih.

Konstruktorji sodobnih bencinskih motorjev poskušajo navdušiti tiste dizelske motorje, ki delujejo pri višjem kompresijskem razmerju in pri delni obremenitvi, pretok zraka skozi sesalni kolektor ni omejen z loputo za plin. Nevarnost klepetanja-klepanja zaradi visokega kompresijskega razmerja, ki lahko zelo hitro uniči motor, odpravlja sodobna elektronika, ki veliko natančneje kot do nedavnega nadzoruje čas vžiga. Velika prednost je tudi uporaba neposrednega vbrizga goriva, pri katerem bencin izhlapeva neposredno v valju. Tako se gorivna mešanica učinkovito ohladi, poveča pa se tudi meja samovžiga. Omeniti je treba tudi trenutno razširjen sistem spremenljivega krmiljenja ventilov, ki vam omogoča, da do določene mere vplivate na dejansko kompresijsko razmerje. Tako imenovani Millerjev cikel (neenakomerno dolg kontrakcijski in ekspanzijski hod). K zmanjšanju porabe poleg variabilnega krmiljenja ventilov pripomore tudi variabilni dvig ventila, ki lahko nadomesti regulacijo plina in s tem zmanjša sesalne izgube – z upočasnitvijo pretoka zraka skozi loputo (npr. Valvetronic pri BMW).

Prekomerno polnjenje, spreminjanje časa ventila, dvig ventila ali kompresijsko razmerje niso zdravilo, zato morajo oblikovalci upoštevati druge dejavnike, ki vplivajo zlasti na končni pretok. Ti vključujejo zlasti zmanjšanje trenja ter pripravo in zgorevanje same zažigalne mešanice.

Oblikovalci si že desetletja prizadevajo zmanjšati trenje gibljivih delov motorja. Priznati je treba, da so zelo napredovali na področju materialov in prevlek, ki imajo trenutno najboljše torne lastnosti. Enako lahko rečemo za olja in maziva. Brez pozornosti ni ostala niti sama zasnova motorja, kjer so optimizirane dimenzije gibljivih delov, ležaji, oblika batnih obročkov in seveda število valjev ni spremenjeno. Trenutno verjetno najbolj znani motorji z "manjšim" številom valjev so Fordovi trivaljni motorji EcoBoost iz Forda ali dvovaljniki TwinAir iz Fiata. Manj valjev pomeni manj batov, ojnic, ležajev ali ventilov in s tem logično popolno trenje. Vsekakor obstajajo nekatere omejitve na tem področju. Prvi je trenje, ki je shranjeno na manjkajočem valju, vendar ga do neke mere kompenzira dodatno trenje v ležajih izravnalne gredi. Druga omejitev je povezana s številom valjev oziroma kulturo delovanja, ki pomembno vplivata na izbiro kategorije vozila, ki ga bo motor poganjal. Trenutno nepredstavljivo, na primer, BMW, znan po svojih sodobnih motorjih, je bil opremljen z brnečim dvovaljnikom. A kdo ve, kaj bo čez nekaj let. Ker trenje narašča s kvadratom hitrosti, proizvajalci ne le zmanjšujejo samo trenje, temveč poskušajo motorje oblikovati tako, da zagotavljajo zadostno dinamiko pri čim nižjih vrtljajih. Ker atmosfersko polnjenje majhnega motorja s to nalogo ni kos, na pomoč spet priskoči turbopolnilnik ali turbopolnilnik v kombinaciji z mehanskim kompresorjem. Vendar v primeru polnjenja samo s turbinskim polnilnikom to ni lahka naloga. Treba je opozoriti, da ima turbopolnilnik pomembno rotacijsko vztrajnost turbine, kar ustvarja tako imenovano turbodiero. Turbino turbopolnilnika poganjajo izpušni plini, ki jih mora najprej proizvesti motor, tako da je od trenutka pritiska na pedal za plin do pričakovanega začetka potiska motorja določen zamik. Seveda skušajo to nadlogo bolj ali manj uspešno kompenzirati različni sodobni turbopolnilniki, na pomoč pa pridejo nove konstrukcijske izboljšave turbopolnilnikov. Turbopolnilniki so torej manjši in lažji, pri višjih vrtljajih se vedno hitreje odzivajo. Športno naravnani vozniki, vzgojeni na hitrih motorjih, za slabo odzivnost krivijo tako "počasne" motorje s turbinskim polnilnikom. brez stopnjevanja moči z naraščanjem hitrosti. Tako motor čustveno vleče v nizkih, srednjih in visokih vrtljajih, žal brez največje moči.

Sama sestava gorljive mešanice ni ostala ob strani. Kot veste, bencinski motor zgoreva tako imenovano homogeno stehiometrično mešanico zraka in goriva. To pomeni, da je za 14,7 kg goriva - bencina 1 kg zraka. To razmerje imenujemo tudi lambda = 1. Omenjeno mešanico bencina in zraka lahko zgorevamo tudi v drugih razmerjih. Če uporabljate količino zraka od 14,5 do 22: 1, potem obstaja velik presežek zraka - govorimo o tako imenovani pusti zmesi. Če je razmerje obrnjeno, je količina zraka manjša od stehiometrične in količina bencina večja (razmerje med zrakom in bencinom je v območju od 14 do 7:1), se ta zmes imenuje t.i. bogata mešanica. Druga razmerja zunaj tega območja je težko vžgati, ker so preveč razredčena ali vsebujejo premalo zraka. Vsekakor imata obe omejitvi nasproten učinek na zmogljivost, porabo in emisije. Kar zadeva emisije, v primeru bogate zmesi pride do znatne tvorbe CO in HC._x, proizvodnja št_x relativno nizka zaradi nižjih temperatur pri gorenju bogate mešanice. Po drugi strani pa je proizvodnja NO še posebej večja pri vitkem zgorevanju._xzaradi višje temperature zgorevanja. Ne smemo pozabiti na hitrost gorenja, ki je za vsako sestavo mešanice drugačna. Hitrost gorenja je zelo pomemben dejavnik, vendar ga je težko nadzorovati. Na hitrost zgorevanja mešanice vplivajo tudi temperatura, stopnja vrtinčenja (ki jo vzdržuje število vrtljajev motorja), vlaga in sestava goriva. Vsak od teh dejavnikov je vključen na različne načine, pri čemer imata največji vpliv vrtinčenje in nasičenost mešanice. Bogata mešanica gori hitreje kot revna, če pa je mešanica prebogata, se hitrost gorenja močno zmanjša. Pri vžigu zmesi je gorenje sprva počasno, z naraščanjem tlaka in temperature se stopnja gorenja povečuje, k čemur prispeva tudi povečano vrtinčenje zmesi. Redno zgorevanje prispeva k povečanju izkoristka zgorevanja do 20%, medtem ko je glede na trenutne zmogljivosti največ pri razmerju okoli 16,7 do 17,3: 1. Ker se homogenizacija zmesi med nadaljnjim reščenjem poslabša, kar povzroči znatno zmanjšanje hitrost gorenja, zmanjšanje učinkovitosti in produktivnosti, so proizvajalci iznašli tako imenovano mešanico za plastenje. Z drugimi besedami, gorljiva zmes je v zgorevalnem prostoru razslojena, tako da je razmerje okoli sveče stehiometrično, to pomeni, da se zlahka vžge, v preostalem okolju pa je, nasprotno, sestava zmesi veliko višje. Ta tehnologija se v praksi že uporablja (TSi, JTS, BMW), žal zaenkrat le do določenih hitrosti oz. v načinu majhne obremenitve. Vendar je razvoj hiter korak naprej.

Prednosti zmanjšanja

• Tak motor ni le manjše prostornine, ampak tudi velikosti, zato ga je mogoče proizvesti z manj surovin in manjšo porabo energije.
• Ker motorji uporabljajo podobne, če ne enake surovine, bo motor zaradi manjših velikosti lažji. Celotna struktura vozila je lahko manj robustna in zato lažja in cenejša. z obstoječim lažjim motorjem, manjšo osno obremenitvijo. V tem primeru se izboljšajo tudi vozne lastnosti, saj nanje ne vpliva tako močan motor.
• Tak motor je manjši in zmogljivejši, zato ne bo težko zgraditi majhnega in zmogljivega avtomobila, ki včasih zaradi omejene velikosti motorja ni deloval.
• Manjši motor ima tudi manjšo inercijsko maso, zato ne porabi toliko energije za premikanje med spremembami moči kot velik motor.

Slabosti zmanjšanja

• Tak motor je izpostavljen bistveno višjim toplotnim in mehanskim obremenitvam.
• Čeprav je motor lažji po prostornini in teži, se zaradi prisotnosti različnih dodatnih delov, kot so turbopolnilnik, vmesni hladilnik ali vbrizgavanje bencina pod visokim pritiskom, skupna teža motorja poveča, stroški motorja se povečajo in celoten komplet zahteva povečano vzdrževanje. in tveganje okvare je večje, zlasti pri turbopolnilniku, ki je izpostavljen visokim toplotnim in mehanskim obremenitvam.
• Nekateri pomožni sistemi porabijo energijo v motorju (npr. Batna črpalka z neposrednim vbrizgom za motorje TSI).
• Oblikovanje in izdelava takšnega motorja sta veliko težja in kompleksnejša kot pri motorju, napolnjenem z atmosfero.
• Končna poraba je še vedno relativno odvisna od načina vožnje.
• Notranje trenje. Upoštevajte, da je trenje motorja odvisno od hitrosti. To je relativno zanemarljivo za vodno črpalko ali alternator, kjer se trenje linearno povečuje s hitrostjo. Trenje odmikov ali batnih obročev pa se povečuje sorazmerno s kvadratnim korenom, kar lahko povzroči, da ima hitri majhen motor večje notranje trenje kot večja prostornina, ki teče pri manjših hitrostih. Kot je bilo že omenjeno, je veliko odvisno od zasnove in zmogljivosti motorja.

Je torej prihodnost za zmanjšanje števila zaposlenih? Kljub nekaterim pomanjkljivostim se mi zdi. Motorji z naravnim aspiratorjem ne izginejo takoj, samo zaradi prihrankov pri proizvodnji, napredka tehnologije (Mazda Skyactive-G), nostalgije ali navad. Nestrankarom, ki ne zaupajo moči majhnega motorja, priporočam, da tak avto naložite s štirimi dobro nahranjenimi ljudmi, nato pa pogledate v hrib, prehitevate in preizkusite. Zanesljivost ostaja veliko bolj zapleteno vprašanje. Za kupce vstopnic obstaja rešitev, tudi če traja dlje kot testna vožnja. Počakajte nekaj let, da se motor prikaže, nato pa se odločite. Na splošno pa lahko tveganja povzamemo na naslednji način. V primerjavi z močnejšim atmosferskim motorjem enake moči je manjši motor s turbinskim polnjenjem veliko bolj obremenjen s pritiskom in temperaturo cilindra. Zato imajo takšni motorji bistveno bolj obremenjene ležaje, ročično gred, glavo valja, stikalne naprave itd. Vendar je tveganje okvare pred iztekom načrtovane življenjske dobe relativno majhno, ker proizvajalci za to obremenitev načrtujejo motorje. Bo pa prišlo do napak, ugotavljam na primer težave s preskakovanjem krmilne verige v motorjih TSi. Na splošno pa lahko rečemo, da življenjska doba teh motorjev verjetno ne bo tako dolga kot pri motorjih z atmosferskim potiskom. To velja predvsem za avtomobile z veliko kilometrino. Večjo pozornost je treba nameniti tudi porabi. V primerjavi s starejšimi bencinskimi motorji s turbinskim polnjenjem lahko sodobni turbopolnilniki delujejo bistveno bolj ekonomično, najboljši med njimi pa ustrezajo porabi relativno močnega turbo dizla pri varčnem delovanju. Slaba stran je vedno večja odvisnost od voznikovega načina vožnje, zato morate biti pri varčni vožnji previdni pri stopalki za plin. Vendar pa v primerjavi z dizelskimi motorji bencinski motorji s turbopolnilnikom to pomanjkljivost nadomestijo z boljšo natančnostjo, nižjo stopnjo hrupa, širšim uporabnim območjem hitrosti ali pomanjkanjem zelo kritiziranega DPF-ja.