Čo je skratka

Európska kotlina je v posledných rokoch najmenej zo všetkého, s čím sa priemerný človek dostane do kontaktu. Platí to najmä pre skutočné mzdy, mobilné telefóny, prenosné počítače, náklady spoločnosti alebo veľkosť motora a emisie. Žiaľ, personálne škrty sa takto schátranej verejnej alebo štátnej správy zatiaľ nedotkli. Význam slova „redukcia“ v automobilovom priemysle však nie je taký nový, ako by sa na prvý pohľad mohlo zdať. Koncom minulého storočia svoje naftové motory v prvom stupni taktiež zvýšili, čo si vďaka preplňovaniu a modernému priamemu vstrekovaniu zachovalo alebo zmenšilo svoj objem, avšak s výrazným nárastom dynamických parametrov motora.

Moderná éra „svitania“ benzínových motorov začala s príchodom agregátu 1,4 TSi. Na prvý pohľad to samo o sebe nevyzerá ako downsizing, čo potvrdilo aj jeho zaradenie do ponuky Golfu, Leonu či Octavie. Zmena perspektívy nastala, až keď Škoda začala do svojho najväčšieho modelu Superb montovať motor 1,4 TSi s výkonom 90 kW. Skutočným prelomom však bola montáž motora 1,2 TSi s výkonom 77 kW do pomerne veľkých áut ako Octavia, Leon či dokonca VW Caddy. Až potom sa začali tie pravé a ako vždy najmúdrejšie krčmové predstavenia. Výrazy ako: „neťahá sa, dlho nevydrží, objem sa nedá nahradiť, osemuholník má látkový motor, už ste to počuli?“ Boli viac než bežné nielen v štvrtej cene zariadení, ale aj v internetových diskusiách. Downsizing si vyžaduje od výrobcov vozidiel logické úsilie, aby sa vyrovnali s neustálym tlakom na znižovanie spotreby a toľko nenávidených emisií. Samozrejme, nič nie je zadarmo a ani zmenšovanie neprináša len výhody. Preto si v nasledujúcich riadkoch podrobnejšie rozoberieme, čo sa nazýva downsizing, ako funguje a aké sú jeho výhody či nevýhody.

Čo je to skratka a dôvody

Downsizing znamená zníženie zdvihového objemu spaľovacieho motora pri zachovaní rovnakého alebo dokonca vyššieho výkonu. Paralelne so znižovaním objemu prebieha preplňovanie pomocou turbodúchadla alebo mechanického kompresora, prípadne kombináciou oboch spôsobov (VW 1,4 TSi - 125 kW). Rovnako ako priame vstrekovanie paliva, variabilné časovanie ventilov, zdvih ventilov atď. S týmito dodatočnými technológiami sa do valcov dostáva viac vzduchu (kyslíka) na spaľovanie a úmerne tomu sa môže zvýšiť množstvo dodávaného paliva. Samozrejme, takto stlačená zmes vzduchu a paliva obsahuje viac energie. Priame vstrekovanie v kombinácii s variabilným časovaním a zdvihom ventilov zase optimalizuje vstrekovanie paliva a vírenie, čo ešte viac zvyšuje efektivitu spaľovacieho procesu. Vo všeobecnosti stačí menší objem valca na uvoľnenie rovnakej energie ako u väčších a porovnateľných motorov bez downsizingu.

Ako už bolo naznačené na začiatku článku, za vznikom redukcií stojí predovšetkým sprísnenie európskej legislatívy. Väčšinou ide o znižovanie emisií, pričom najviditeľnejšou je snaha znižovať emisie CO plošne.₂... Po celom svete sa však emisné limity postupne sprísňujú. V súlade s nariadením Európskej komisie sa európske automobilky zaviazali dosiahnuť limit 2015 g CO do roku 130.₂ na km sa táto hodnota vypočíta ako priemerná hodnota pre vozový park automobilov uvádzaných na trh počas jedného roka. Benzínové motory hrajú priamu úlohu pri znižovaní veľkosti, aj keď z hľadiska účinnosti pravdepodobne znižujú spotrebu (t. J. Aj CO₂) ako dieselové. To však sťažuje nielen vyššiu cenu, ale aj pomerne problematické a nákladné odstraňovanie škodlivých emisií vo výfukových plynoch, ako sú oxidy dusíka - NO_x, oxid uhoľnatý - CO, uhľovodíky - HC alebo sadze, na odstránenie ktorých sa používa drahý a stále pomerne problematický DPF filter (FAP). Malé diesely sa tak postupne stávajú zložitejšími a na malých autách sa hrajú menšie husle. S downsizingom súperia aj hybridné a elektrické vozidlá. Aj keď je táto technológia sľubná, je oveľa zložitejšia ako relatívne jednoduché zmenšovanie, a predsa príliš drahá pre bežného občana.

Niektoré teórie

Úspešnosť downsizingu závisí od dynamiky motora, spotreby paliva a celkového komfortu jazdy. Výkon a krútiaci moment sú na prvom mieste. Produktivita je práca vykonaná v priebehu času. Práca prezentovaná počas jedného cyklu zážihového spaľovacieho motora je určená takzvaným Ottovým cyklom.

Vertikálna os je tlak nad piestom a horizontálna os je objem valca. Práca je daná plochou ohraničenou krivkami. Tento diagram je idealizovaný, pretože neberieme do úvahy výmenu tepla s okolím, zotrvačnosť vzduchu vstupujúceho do valca a straty spôsobené nasávaním (mierny podtlak v porovnaní s atmosférickým tlakom) alebo výfukom (mierny pretlak). A teraz popis samotného príbehu, znázornený na (V) diagrame. Medzi bodmi 1-2 sa balónik naplní zmesou – zväčší sa objem. Medzi bodmi 2-3 nastáva kompresia, piest pracuje a stláča zmes paliva a vzduchu. Medzi bodmi 3-4 dochádza k spaľovaniu, objem je konštantný (piest je v hornej úvrati) a palivová zmes horí. Chemická energia paliva sa premieňa na teplo. Medzi bodmi 4-5 pracuje spálená zmes paliva a vzduchu – expanduje a vyvíja tlak na piest. V odsekoch 5-6-1 sa vyskytuje spätný tok, to znamená výfuk.

Čím viac nasávame zmes paliva a vzduchu, tým viac chemickej energie sa uvoľňuje a plocha pod krivkou sa zväčšuje. Tento efekt je možné dosiahnuť niekoľkými spôsobmi. Prvou možnosťou je adekvátne zväčšiť objem valca, resp. celého motora, čím za rovnakých podmienok dosiahneme väčší výkon – krivka sa zvýši doprava. Ďalšími spôsobmi, ako posunúť stúpanie krivky nahor, je napríklad zvýšenie kompresného pomeru alebo zvýšenie výkonu na prácu v priebehu času a vykonanie niekoľkých menších cyklov súčasne, teda zvýšenie otáčok motora. Obidva opísané spôsoby majú veľa nevýhod (samozápal, vyššia pevnosť hlavy valcov a jej tesnení, zvýšené trenie pri vyšších rýchlostiach - popíšeme neskôr, vyššie emisie, sila na piest je stále približne rovnaká), pričom auto má papierovo pomerne veľký prírastok výkonu, no krútiaci moment sa príliš nemení. Najnovšie sa síce japonskej Mazde podarilo sériovo vyrobiť benzínový motor s nezvyčajne vysokým kompresným pomerom (14,0:1) s názvom Skyactive-G, ktorý sa pýši veľmi dobrými dynamickými parametrami pri priaznivej spotrebe paliva, napriek tomu väčšina výrobcov stále využíva jednu možnosť, a to na zvýšenie objemu oblasti pod krivkou. A to na stlačenie vzduchu pred vstupom do valca pri zachovaní objemu – prepadu.

Potom p (V) diagram Ottovho cyklu vyzerá takto:

Pretože sa náplň 7-1 vyskytuje pri inom (vyššom) tlaku ako na výstupe 5-6, vytvorí sa iná uzavretá krivka, čo znamená, že pri nefunkčnom zdvihu piestu sa vykonávajú ďalšie práce. Toto je možné použiť, ak je zariadenie, ktoré stláča vzduch, poháňané určitou prebytočnou energiou, ktorou je v našom prípade kinetická energia výfukových plynov. Takýmto zariadením je turbodúchadlo. Používa sa aj mechanický kompresor, ale je potrebné vziať do úvahy určité percento (15-20%) vynaložené na jeho prevádzku (najčastejšie je poháňané kľukovým hriadeľom), preto sa časť hornej krivky posúva na dolnú jeden bez akéhokoľvek účinku.

Chvíľu prídeme, kým sme zdrvení. Nasávanie benzínového motora je tu už nejaký čas, ale hlavným cieľom bolo zvýšiť výkon, pričom o spotrebe nebolo zvlášť rozhodnuté. Plynové turbíny ich teda vliekli ako o život, ale jedli aj trávu pri ceste a tlačili na plyn. Dôvodov bolo niekoľko. Najprv znížte kompresný pomer týchto motorov, aby ste eliminovali spaľovanie klepaním a klepaním. Vyskytol sa aj problém s chladením turba. Pri vysokom zaťažení musela byť zmes obohatená o palivo, aby sa ochladili výfukové plyny a chránilo sa tak turbodúchadlo pred vysokými teplotami spalín. Aby toho nebolo málo, energia dodávaná turbodúchadlom do plniaceho vzduchu sa pri čiastočnom zaťažení čiastočne stráca v dôsledku brzdenia prúdu vzduchu na škrtiacom ventile. Súčasná technológia už našťastie pomáha znižovať spotrebu paliva aj vtedy, keď je motor preplňovaný turbodúchadlom, čo je jeden z hlavných dôvodov downsizingu.

Konštruktéri moderných benzínových motorov sa snažia inšpirovať tie naftové motory, ktoré pracujú na vyšší kompresný pomer a pri čiastočnom zaťažení, prúdenie vzduchu cez sacie potrubie nie je obmedzené škrtiacou klapkou. Nebezpečenstvo klepania-klepania spôsobeného vysokým kompresným pomerom, ktorý dokáže veľmi rýchlo zničiť motor, eliminuje moderná elektronika, ktorá riadi časovanie zapaľovania oveľa presnejšie, ako tomu bolo donedávna. Veľkou výhodou je aj použitie priameho vstrekovania paliva, pri ktorom sa benzín odparuje priamo vo valci. Palivová zmes sa tak efektívne ochladí a zvýši sa aj hranica samovznietenia. Spomenúť treba aj v súčasnosti rozšírený systém variabilného časovania ventilov, ktorý umožňuje do určitej miery ovplyvniť skutočný kompresný pomer. Takzvaný Millerov cyklus (nerovnomerne dlhý kontrakčný a expanzný zdvih). Okrem variabilného časovania ventilov pomáha znižovať spotrebu aj variabilný zdvih ventilov, ktorý dokáže nahradiť ovládanie škrtiacej klapky a tým znížiť straty pri saní – spomalením prúdenia vzduchu cez škrtiacu klapku (napr. Valvetronic od BMW).

Prepĺňanie, zmena časovania ventilov, zdvih ventilov alebo kompresný pomer nie je všeliekom, preto musia projektanti vziať do úvahy ďalšie faktory, ktoré najmä ovplyvňujú konečný prietok. Patrí sem predovšetkým zníženie trenia, ako aj samotná príprava a spaľovanie zápalnej zmesi.

Konštruktéri už desaťročia pracujú na znížení trenia pohyblivých častí motora. Treba uznať, že urobili veľký pokrok v oblasti materiálov a povlakov, ktoré majú v súčasnosti najlepšie trecie vlastnosti. To isté možno povedať o olejoch a mazivách. Bez pozornosti nezostal ani samotný dizajn motora, kde sú optimalizované rozmery pohyblivých častí, ložiská, tvar piestnych krúžkov a samozrejme počet valcov. Asi najznámejšie motory s „nižším“ počtom valcov sú v súčasnosti Fordove trojvalce EcoBoost od Fordu alebo dvojvalce TwinAir od Fiatu. Menej valcov znamená menej piestov, ojníc, ložísk, či ventilov, a teda logicky celkové trenie. V tejto oblasti určite existujú určité obmedzenia. Prvým je trenie, ktoré je uložené na chýbajúcom valci, ale do určitej miery je kompenzované dodatočným trením v ložiskách vyvažovacieho hriadeľa. Ďalšie obmedzenie súvisí s počtom valcov či kultúrou prevádzky, ktoré výrazne ovplyvňujú výber kategórie vozidla, ktoré bude motor poháňať. V súčasnosti nemysliteľné napríklad BMW, známe svojimi modernými motormi, bolo vybavené hučiacim dvojvalcom. Ale ktovie, čo bude o pár rokov. Keďže trenie narastá s druhou mocninou rýchlosti, výrobcovia nielenže znižujú samotné trenie, ale snažia sa navrhovať motory tak, aby poskytovali dostatočnú dynamiku pri čo najnižších otáčkach. Keďže atmosférické tankovanie malého motora si s touto úlohou neporadí, prichádza na rad opäť turbodúchadlo alebo turbodúchadlo kombinované s mechanickým kompresorom. V prípade prepĺňania len turbodúchadlom to však nie je jednoduchá záležitosť. Treba si uvedomiť, že turbodúchadlo má značnú rotačnú zotrvačnosť turbíny, čím vzniká takzvaná turbodiera. Turbína turbodúchadla je poháňaná výfukovými plynmi, ktoré musí najskôr vyprodukovať motor, aby od zošliapnutia plynového pedálu po očakávaný začiatok ťahu motora došlo k určitému oneskoreniu. Tento neduh sa samozrejme snažia viac či menej úspešne kompenzovať rôzne moderné systémy turbodúchadiel a na pomoc prichádzajú nové konštrukčné vylepšenia turbodúchadiel. Turbodúchadlá sú teda menšie a ľahšie, vo vyšších otáčkach reagujú stále rýchlejšie. Športovo orientovaní vodiči, odchovaní na vysokootáčkových motoroch, obviňujú takýto „pomalý“ preplňovaný motor zo slabej odozvy. žiadne stupňovanie výkonu pri zvyšovaní rýchlosti. Motor teda pocitovo ťahá v nízkych, stredných aj vysokých otáčkach, bohužiaľ bez špičkového výkonu.

Stranou nezostalo ani samotné zloženie horľavej zmesi. Ako viete, benzínový motor spaľuje takzvanú homogénnu stechiometrickú zmes vzduchu a paliva. To znamená, že na 14,7 kg paliva – benzínu pripadá 1 kg vzduchu. Tento pomer sa označuje aj ako lambda = 1. Uvedenú zmes benzínu a vzduchu je možné spaľovať aj v iných pomeroch. Ak použijete množstvo vzduchu od 14,5 do 22:1, tak je vzduchu veľký prebytok – hovoríme o takzvanej chudej zmesi. Ak je pomer obrátený, množstvo vzduchu je menšie ako stechiometrické a množstvo benzínu väčšie (pomer vzduchu k benzínu je v rozmedzí 14 až 7:1), táto zmes sa nazýva tzv. bohatá zmes. Iné pomery mimo tohto rozsahu je ťažké zapáliť, pretože sú príliš zriedené alebo obsahujú príliš málo vzduchu. V každom prípade majú oba limity opačné účinky na výkon, spotrebu a emisie. Z hľadiska emisií dochádza v prípade bohatej zmesi k výraznej tvorbe CO a HC._x, výroba Č_x relatívne nízka kvôli nižším teplotám pri spaľovaní bohatej zmesi. Na druhej strane, NO produkcia je obzvlášť vyššia pri spaľovaní chudým spaľovaním._xkvôli vyššej teplote spaľovania. Nesmieme zabudnúť ani na rýchlosť horenia, ktorá je pri každom zložení zmesi iná. Rýchlosť horenia je veľmi dôležitý faktor, ale je ťažké ho kontrolovať. Na rýchlosť spaľovania zmesi má vplyv aj teplota, stupeň vírenia (udržiavaný otáčkami motora), vlhkosť a zloženie paliva. Každý z týchto faktorov sa podieľa rôznymi spôsobmi, pričom najväčší vplyv má vírenie a nasýtenie zmesi. Bohatá zmes horí rýchlejšie ako chudá, ale ak je zmes príliš bohatá, rýchlosť horenia sa výrazne zníži. Pri zapálení zmesi je horenie najskôr pomalé, so zvyšujúcim sa tlakom a teplotou sa zvyšuje rýchlosť horenia, čomu napomáha aj zvýšené vírenie zmesi. Spaľovanie chudobnej zmesi prispieva k zvýšeniu účinnosti spaľovania až o 20 %, pričom podľa súčasných možností je maximálna pri pomere asi 16,7 až 17,3: 1. Keďže homogenizácia zmesi sa počas pokračujúcej chudej zmesi zhoršuje, čo vedie k výraznému zníženiu rýchlosť horenia, zníženie účinnosti a produktivity, výrobcovia prišli s takzvanou vrstvenou zmesou. Inými slovami, horľavá zmes je v spaľovacom priestore rozvrstvená, takže pomer okolo sviečky je stechiometrický, čiže sa ľahko zapáli a vo zvyšku prostredia je naopak zloženie zmesi ovela vyššie. Táto technológia sa už v praxi využíva (TSi, JTS, BMW), žiaľ, zatiaľ len do určitých otáčok resp. v režime mierneho zaťaženia. Vývoj je však rýchlym krokom vpred.

Výhody redukcie

• Takýto motor je nielen menší v objeme, ale aj vo veľkosti, takže ho možno vyrábať s menším počtom surovín a menšou spotrebou energie.
• Pretože motory používajú podobné, ak nie rovnaké suroviny, bude motor vďaka svojim menším rozmerom ľahší. Celá konštrukcia vozidla môže byť menej robustná, a preto ľahšia a lacnejšia. s existujúcim ľahším motorom, menšie zaťaženie nápravy. V tomto prípade sa zlepšia aj jazdné vlastnosti, pretože nie sú tak silne ovplyvnené ťažkým motorom.
• Takýto motor je menší a výkonnejší, a preto nebude ťažké postaviť malé a silné auto, ktoré niekedy nefungovalo kvôli obmedzenému objemu motora.
• Menší motor má tiež menšiu zotrvačnú hmotnosť, takže nespotrebuje toľko energie na pohyb pri zmenách výkonu ako väčší motor.

Nevýhody redukcie

• Takýto motor je vystavený výrazne vyššiemu tepelnému a mechanickému namáhaniu.
• Napriek tomu, že je motor v objeme a hmotnosti ľahší, v dôsledku prítomnosti rôznych ďalších dielov, ako je turbodúchadlo, medzichladič alebo vysokotlakové vstrekovanie benzínu, sa celková hmotnosť motora zvyšuje, náklady na motor sa zvyšujú a celá súprava vyžaduje zvýšená údržba. a riziko poruchy je vyššie, najmä v prípade turbodúchadla, ktoré je vystavené vysokému tepelnému a mechanickému namáhaniu.
• Niektoré pomocné systémy spotrebúvajú energiu v motore (napr. Piestové čerpadlo s priamym vstrekovaním pre motory TSI).
• Konštrukcia a výroba takého motora je oveľa ťažšia a zložitejšia ako v prípade atmosférického motora.
• Konečná spotreba je stále relatívne silne závislá od štýlu jazdy.
• Vnútorné trenie. Majte na pamäti, že trenie motora závisí od rýchlosti. Toto je relatívne zanedbateľné pre vodné čerpadlo alebo alternátor, kde sa trenie zvyšuje lineárne s rýchlosťou. Trenie vačiek alebo piestnych krúžkov sa však zvyšuje úmerne druhej odmocnine, čo môže spôsobiť, že vysokorýchlostný malý motor bude vykazovať vyššie vnútorné trenie ako väčší objem bežiaci pri nižších otáčkach. Ako však už bolo spomenuté, veľa závisí od konštrukcie a výkonu motora.

Existuje teda budúcnosť znižovania počtu zamestnancov? Napriek niektorým nedostatkom si myslím, že áno. Prirodzene nasávané motory hneď tak nezmiznú, jednoducho kvôli úsporám výroby, pokroku v technológiách (Mazda Skyactive-G), nostalgii alebo zvyku. Nestraníkom, ktorí nedôverujú sile malého motora, odporúčam naložiť také auto do štyroch dobre živených ľudí, potom sa pozrieť do kopca, predbiehať a skúšať. Spoľahlivosť zostáva oveľa komplexnejším problémom. Pre kupujúcich lístkov existuje riešenie, aj keď to trvá dlhšie ako testovacia jazda. Počkajte niekoľko rokov, kým sa motor objaví, a potom sa rozhodnite. Celkovo je však možné riziká zhrnúť nasledovne. V porovnaní s výkonnejším atmosférickým motorom rovnakého výkonu je menší motor s turbodúchadlom oveľa viac zaťažený tlakom valcov a teplotou. Preto majú tieto motory výrazne viac zaťažených ložísk, kľukový hriadeľ, hlavu valca, rozvádzač atď. Riziko poruchy pred uplynutím plánovanej životnosti je však relatívne nízke, pretože výrobcovia navrhujú motory pre toto zaťaženie. Vyskytnú sa však chyby, poznamenávam napríklad problémy s preskakovaním rozvodovej reťaze v motoroch TSi. Celkovo sa však dá povedať, že životnosť týchto motorov zrejme nebude taká dlhá ako v prípade atmosférických motorov. Platí to hlavne pre autá s vysokým počtom najazdených kilometrov. Zvýšenú pozornosť treba venovať aj konzumácii. V porovnaní so staršími benzínovými motormi prepĺňanými turbodúchadlami môžu moderné turbodúchadlá pracovať výrazne ekonomickejšie, pričom najlepšie z nich zodpovedajú spotrebe relatívne výkonného turbo diesela v ekonomickej prevádzke. Temnejšou stránkou je stále rastúca závislosť od štýlu jazdy vodiča, takže ak chcete jazdiť ekonomicky, musíte si dávať pozor na plynový pedál. V porovnaní s naftovými motormi však turbodúchadlom prepĺňané benzínové motory túto nevýhodu kompenzujú lepšou kultivovanosťou, nižšou hladinou hluku, širším využiteľným rozsahom rýchlostí alebo nedostatkom toľko kritizovaného DPF.