Ce este abrevierea?

În ultimii ani, bazinul european a devenit cel mai puțin din tot cu care o persoană obișnuită intră în contact. Acest lucru se aplică în special salariilor reale, telefoanelor mobile, laptopurilor, costurilor companiei sau dimensiunii motorului și emisiilor. Din păcate, reducerea personalului nu a afectat încă o administrație publică sau de stat atât de degradată. Cu toate acestea, semnificația cuvântului „reducere” în industria auto nu este atât de nouă pe cât ar putea părea la prima vedere. La sfârșitul secolului trecut, motoarele diesel și-au redus, de asemenea, reducerile în prima etapă, care, datorită supraîncărcării și injecției directe moderne, și-au păstrat sau au redus volumul, dar cu o creștere semnificativă a parametrilor dinamici ai motorului.

Epoca modernă a motoarelor pe benzină „în zori” a început odată cu apariția unității 1,4 TSi. La prima vedere, acest lucru în sine nu pare o reducere, lucru confirmat și de includerea sa în oferta Golf, Leon sau Octavia. Schimbarea de perspectivă nu s-a produs până când Škoda a început să asambleze motorul 1,4 TSi de 90 kW în cel mai mare model Superb al său. Cu toate acestea, adevărata descoperire a fost instalarea motorului 1,2 TSi de 77 kW în mașini relativ mari, precum Octavia, Leon și chiar VW Caddy. Abia atunci au început adevăratele și, ca întotdeauna, cele mai înțelepte spectacole de cârciumă. Expresii precum: „nu ține, nu va dura mult, nu există un înlocuitor pentru volum, octogonul are un motor de țesătură, ai auzit asta?” Au fost mai mult decât comune nu doar în al patrulea preț al dispozitivelor, ci și în discuțiile online. Reducerea necesită un efort logic din partea producătorilor de vehicule pentru a face față presiunii constante de reducere a consumului și a emisiilor mult urâte. Desigur, nimic nu este gratuit și chiar și reducerea personalului nu aduce doar beneficii. Prin urmare, în rândurile următoare, vom discuta mai detaliat despre ce se numește downsizing, cum funcționează și care sunt avantajele sau dezavantajele acestuia.

Ce este abrevierea și motivele

Reducerea înseamnă reducerea deplasării unui motor cu ardere internă, menținând în același timp puterea de ieșire identică sau chiar mai mare. În paralel cu reducerea volumului, supraalimentarea se realizează folosind un turbocompresor sau un compresor mecanic sau o combinație a ambelor metode (VW 1,4 TSi - 125 kW). Pe lângă injecția directă de combustibil, sincronizarea variabilă a supapelor, ridicarea supapelor etc. Cu aceste tehnologii suplimentare, mai mult aer (oxigen) pentru ardere intră în cilindri, iar cantitatea de combustibil furnizată poate fi mărită proporțional. Desigur, un astfel de amestec comprimat de aer și combustibil conține mai multă energie. Injecția directă, combinată cu sincronizarea variabilă și ridicarea supapei, optimizează, la rândul său, injecția de combustibil și turbionarea, ceea ce mărește și mai mult eficiența procesului de ardere. În general, un volum mai mic al cilindrului este suficient pentru a elibera aceeași energie ca și motoarele mai mari și comparabile, fără reducerea dimensiunilor.

După cum sa indicat deja la începutul articolului, apariția reducerilor se datorează în principal înăspririi legislației europene. În principal, este vorba de reducerea emisiilor, în timp ce cea mai vizibilă este acțiunea de reducere a emisiilor de CO la nivel general.₂... Cu toate acestea, în întreaga lume, limitele emisiilor sunt treptat înăsprite. În conformitate cu un regulament al Comisiei Europene, producătorii auto europeni s-au angajat să atingă o limită de emisii de CO 2015 g până în 130.₂ la 1 km, această valoare se calculează ca valoare medie pentru parcarea introdusă pe piață pe parcursul unui an. Motoarele pe benzină joacă un rol direct în reducerea dimensiunilor, chiar dacă, din punct de vedere al eficienței, sunt mai susceptibile de a reduce consumul (adică și CO₂) decât cele diesel. Cu toate acestea, acest lucru face dificilă nu numai pentru un preț mai mare, ci și pentru eliminarea relativ problematică și costisitoare a emisiilor dăunătoare din gazele de eșapament, cum ar fi oxizii de azot - NO_x, monoxid de carbon - CO, hidrocarburi - HC sau negru de fum, pentru a căror îndepărtare se folosește un filtru DPF (FAP) scump și încă relativ problematic. Astfel, motorinele mici devin treptat mai complexe, iar mașinile mici se cântă cu viori mai mici. Vehiculele hibride și electrice concurează și ele cu reducerea dimensiunilor. Deși această tehnologie este promițătoare, este mult mai complexă decât reducerea relativ simplă și totuși prea scumpă pentru cetățeanul obișnuit.

Un pic de teorie

Succesul reducerii depinde de dinamica motorului, consumul de combustibil și confortul general al condusului. Puterea și cuplul sunt pe primul loc. Productivitatea este muncă realizată în timp. Lucrarea prezentată în timpul unui ciclu al unui motor cu ardere internă cu aprindere prin scânteie este determinată de așa-numitul ciclu Otto.

Axa verticală este presiunea deasupra pistonului, iar axa orizontală este volumul cilindrului. Lucrul este dat de aria delimitată de curbe. Această diagramă este idealizată deoarece nu ținem cont de schimbul de căldură cu mediul înconjurător, de inerția aerului care intră în cilindru și de pierderile cauzate de admisie (ușoară presiune negativă față de presiunea atmosferică) sau evacuare (ușoară suprapresiune). Și acum o descriere a poveștii în sine, prezentată în diagrama (V). Între punctele 1-2, balonul este umplut cu un amestec - volumul crește. Între punctele 2-3, are loc compresia, pistonul funcționează și comprimă amestecul combustibil-aer. Între punctele 3-4, are loc arderea, volumul este constant (pistonul este în punctul mort superior), iar amestecul de combustibil arde. Energia chimică a combustibilului este transformată în căldură. Între punctele 4-5, amestecul ars de combustibil și aer funcționează - se extinde și exercită presiune asupra pistonului. În paragrafele 5-6-1, are loc fluxul invers, adică evacuarea.

Cu cât aspirăm mai mult amestecul combustibil-aer, cu atât se eliberează mai multă energie chimică, iar aria de sub curbă crește. Acest efect poate fi obținut în mai multe moduri. Prima opțiune este de a crește în mod adecvat volumul cilindrului, respectiv. întregul motor, care în aceleași condiții obținem mai multă putere - curba va crește spre dreapta. Alte modalități de a deplasa creșterea curbei în sus sunt, de exemplu, creșterea raportului de compresie sau creșterea puterii de lucru în timp și efectuarea mai multor cicluri mai mici în același timp, adică creșterea turației motorului. Ambele metode descrise au multe dezavantaje (autoaprindere, rezistență mai mare a chiulasei și a etanșărilor sale, frecare crescută la viteze mai mari - vom descrie mai târziu, emisii mai mari, forța asupra pistonului este încă aproximativ aceeași), în timp ce mașina are un câștig de putere relativ mare pe hârtie, dar cuplul nu se schimbă prea mult. Recent, deși Mazda japoneza a reușit să producă în masă un motor pe benzină cu un raport de compresie neobișnuit de mare (14,0: 1) numit Skyactive-G, care se mândrește cu parametri dinamici foarte buni cu un consum favorabil de combustibil, cu toate acestea, majoritatea producătorilor încă folosesc o posibilitate este: pentru a crește volumul zonei de sub curbă. Și aceasta este pentru a comprima aerul înainte de a intra în cilindru menținând în același timp volumul - preaplin.

Apoi, diagrama p (V) a ciclului Otto arată astfel:

Deoarece sarcina 7-1 are loc la o presiune diferită (mai mare) decât ieșirea 5-6, se creează o curbă închisă diferită, ceea ce înseamnă că se efectuează lucrări suplimentare în cursa ineficientă a pistonului. Aceasta poate fi utilizată dacă dispozitivul care comprimă aerul este alimentat de un exces de energie, care în cazul nostru este energia cinetică a gazelor de eșapament. Un astfel de dispozitiv este un turbocompresor. Se folosește și un compresor mecanic, dar este necesar să se ia în considerare un anumit procent (15-20%) cheltuit pentru funcționarea sa (cel mai adesea este acționat de arborele cotit), prin urmare, o parte a curbei superioare se deplasează către cea inferioară una fără niciun efect.

Vom veni o vreme, în timp ce suntem copleșiți. Turboalimentarea unui motor pe benzină există de multă vreme, dar obiectivul principal a fost creșterea performanței, în timp ce consumul nu a fost decis în mod special. Așadar, turbinele cu gaz le-au târât pentru viața lor, dar au mâncat și iarbă pe drum, apăsând pe gaz. Au existat mai multe motive pentru aceasta. În primul rând, reduceți raportul de compresie al acestor motoare pentru a elimina arderea ciocănitoare. A existat, de asemenea, o problemă de răcire turbo. La sarcini mari, amestecul trebuia îmbogățit cu combustibil pentru a răci gazele de eșapament și, astfel, proteja turbocompresorul de temperaturile ridicate ale gazelor arse. Pentru a înrăutăți lucrurile, energia furnizată de turbocompresor aerului de încărcare se pierde parțial la sarcină parțială din cauza frânării fluxului de aer la supapa de accelerație. Din fericire, tehnologia actuală ajută deja la reducerea consumului de combustibil chiar și atunci când motorul este turbo, acesta fiind unul dintre principalele motive pentru reducerea dimensiunii.

Designerii motoarelor moderne pe benzină încearcă să inspire acele motoare diesel care funcționează la un raport de compresie mai mare și la sarcină parțială, fluxul de aer prin galeria de admisie nu este limitat de accelerație. Pericolul de ciocănire-ciocănire cauzat de un raport de compresie ridicat, care poate distruge foarte repede un motor, este eliminat de electronica modernă, care controlează momentul aprinderii mult mai precis decât era cazul până de curând. Un mare avantaj este și utilizarea injecției directe de combustibil, în care benzina se evaporă direct în cilindru. Astfel, amestecul de combustibil este răcit eficient, iar limita de autoaprindere este, de asemenea, crescută. Trebuie menționat și sistemul larg răspândit în prezent de sincronizare variabilă a supapelor, care vă permite să influențați într-o anumită măsură raportul real de compresie. Așa-numitul ciclu Miller (cursă de contracție și expansiune neuniformă). Pe lângă sincronizarea variabilă a supapelor, ridicarea variabilă a supapelor ajută și la reducerea consumului, ceea ce poate înlocui controlul clapetei și astfel reduce pierderile de aspirație - prin încetinirea fluxului de aer prin clapetea de accelerație (de ex. Valvetronic de la BMW).

Supraîncărcarea, schimbarea sincronizării supapei, ridicarea supapei sau raportul de compresie nu sunt un panaceu, astfel încât proiectanții trebuie să ia în considerare alți factori care, în special, afectează debitul final. Acestea includ, în special, reducerea frecării, precum și prepararea și arderea amestecului incendiar în sine.

Designerii lucrează de zeci de ani pentru a reduce frecarea pieselor mobile ale motorului. Trebuie să recunoaștem că au făcut pași mari în domeniul materialelor și al acoperirilor, care au în prezent cele mai bune proprietăți de frecare. Același lucru se poate spune despre uleiuri și lubrifianți. Designul motorului în sine nu a fost lăsat fără atenție, unde dimensiunile pieselor mobile, rulmenții sunt optimizate, forma inelelor pistonului și, desigur, numărul de cilindri nu s-au schimbat. Probabil că cele mai cunoscute motoare cu număr „mai mic” de cilindri în prezent sunt motoarele Ford EcoBoost cu trei cilindri de la Ford sau TwinAir cu doi cilindri de la Fiat. Mai puțini cilindri înseamnă mai puține pistoane, biele, rulmenți sau supape și, prin urmare, în mod logic, frecare totală. Cu siguranță există anumite limitări în acest domeniu. Prima este frecarea care este stocată pe cilindrul lipsă, dar compensată într-o oarecare măsură de frecare suplimentară în rulmenții arborelui de echilibrare. O altă limitare este legată de numărul de cilindri sau cultura de funcționare, care afectează semnificativ alegerea categoriei de vehicul pe care motorul îl va conduce. În prezent, de neconceput, de exemplu, BMW, cunoscut pentru motoarele sale moderne, era echipat cu un motor bicilindric care zumzea. Dar cine știe ce se va întâmpla peste câțiva ani. Deoarece frecarea crește odată cu pătratul vitezei, producătorii nu numai că reduc frecarea în sine, dar încearcă și să proiecteze motoare pentru a oferi o dinamică suficientă la cele mai mici viteze posibile. Deoarece realimentarea atmosferică a unui motor mic nu poate face față acestei sarcini, un turbocompresor sau un turbocompresor combinat cu un compresor mecanic vine din nou în ajutor. Cu toate acestea, în cazul supraalimentării doar cu un turbocompresor, aceasta nu este o sarcină ușoară. Trebuie remarcat faptul că turbocompresorul are o inerție semnificativă de rotație a turbinei, ceea ce creează așa-numita turbodiera. Turbina turbocompresorului este antrenată de gazele de eșapament, care trebuie mai întâi produse de motor, astfel încât să existe o anumită întârziere din momentul în care pedala de accelerație este apăsată până la pornirea așteptată a forței motorului. Desigur, diverse sisteme moderne de turbocompresoare încearcă să compenseze mai mult sau mai puțin cu succes această afecțiune, iar noi îmbunătățiri de design ale turbocompresoarelor vin în ajutor. Deci, turbocompresoarele sunt mai mici și mai ușoare, răspund din ce în ce mai repede la viteze mai mari. Șoferii orientați spre sport, crescuți cu motoare de mare viteză, dau vina pe un astfel de motor turbo „cu viteză mică” pentru răspunsul slab. fără gradare a puterii pe măsură ce viteza crește. Deci motorul trage emoțional la turații mici, medii și mari, din păcate fără putere maximă.

Compoziția amestecului combustibil în sine nu a stat deoparte. După cum știți, un motor pe benzină arde așa-numitul amestec stoechiometric omogen de aer și combustibil. Aceasta înseamnă că pentru 14,7 kg de combustibil - benzină există 1 kg de aer. Acest raport este denumit și lambda = 1. Amestecul menționat de benzină și aer poate fi ars și în alte rapoarte. Dacă utilizați cantitatea de aer de la 14,5 la 22: 1, atunci există un exces mare de aer - vorbim despre așa-numitul amestec slab. Dacă raportul este inversat, cantitatea de aer este mai mică decât stoechiometrică și cantitatea de benzină este mai mare (raportul aer/benzină este în intervalul 14 până la 7:1), acest amestec se numește așa-numitul. amestec bogat. Alte proporții din afara acestui interval sunt greu de aprins deoarece sunt prea diluate sau conțin prea puțin aer. În orice caz, ambele limite au efecte opuse asupra performanței, consumului și emisiilor. În ceea ce privește emisiile, în cazul unui amestec bogat, are loc o formare semnificativă de CO și HC._x, producția NR_x relativ scăzut datorită temperaturilor mai scăzute la arderea unui amestec bogat. Pe de altă parte, producția de NO este mai mare cu combustia slabă._xdatorită temperaturii mai ridicate de ardere. Nu trebuie să uităm de viteza de ardere, care este diferită pentru fiecare compoziție a amestecului. Rata de ardere este un factor foarte important, dar este dificil de controlat. Viteza de ardere a amestecului este, de asemenea, afectată de temperatură, gradul de turbionare (menținut de turația motorului), umiditate și compoziția combustibilului. Fiecare dintre acești factori este implicat în moduri diferite, vârtejul și saturația amestecului având cea mai mare influență. Un amestec bogat arde mai repede decât unul slab, dar dacă amestecul este prea bogat, viteza de ardere este mult redusă. Atunci când amestecul este aprins, arderea este lentă la început, odată cu creșterea presiunii și a temperaturii, viteza de ardere crește, ceea ce este facilitat și de turbarea crescută a amestecului. Arderea slabă contribuie la o creștere a eficienței arderii cu până la 20%, în timp ce, conform capacităților actuale, este maximă la un raport de aproximativ 16,7 până la 17,3: 1. Deoarece omogenizarea amestecului se deteriorează în timpul continuării săracului, rezultând o reducere semnificativă a viteza de ardere, reducerea eficienței și a productivității, producătorii au venit cu așa-numitul amestec de stratificare. Cu alte cuvinte, amestecul combustibil este stratificat în spațiul de ardere, astfel încât raportul din jurul lumânării este stoichiometric, adică se aprinde ușor, iar în restul mediului, dimpotrivă, compoziția amestecului este mult mai înalt. Această tehnologie este deja folosită în practică (TSi, JTS, BMW), din păcate, până acum doar până la anumite viteze sau. în modul de încărcare uşoară. Cu toate acestea, dezvoltarea este un pas rapid înainte.

Avantajele reducerii

• Un astfel de motor nu este doar mai mic ca volum, ci și ca dimensiune, deci poate fi produs cu mai puține materii prime și cu un consum mai mic de energie.
• Deoarece motoarele utilizează materii prime similare, dacă nu chiar aceleași, motorul va fi mai ușor datorită dimensiunii sale mai mici. Întreaga structură a vehiculului poate fi mai puțin robustă și, prin urmare, mai ușoară și mai ieftină. cu motorul mai ușor existent, mai puțină sarcină pe osie. În acest caz, performanța la volan este, de asemenea, îmbunătățită, deoarece acestea nu sunt atât de puternic influențate de un motor greu.
• Un astfel de motor este mai mic și mai puternic și, prin urmare, nu va fi dificil să construiești o mașină mică și puternică, care uneori nu a funcționat din cauza dimensiunii limitate a motorului.
• Un motor mai mic are, de asemenea, o masă de inerție mai mică, deci nu consumă atât de multă putere pentru a se deplasa în timpul schimbărilor de putere, precum un motor mare.

Dezavantaje ale reducerii

• Un astfel de motor este supus la solicitări termice și mecanice semnificativ mai mari.
• Deși motorul este mai ușor ca volum și greutate, datorită prezenței diverselor piese suplimentare, cum ar fi un turbocompresor, intercooler sau injecție de benzină de înaltă presiune, greutatea totală a motorului crește, costul motorului crește și întregul kit necesită întreținere sporită. iar riscul de avarie este mai mare, în special pentru un turbocompresor care este supus unei solicitări termice și mecanice ridicate.
• Unele sisteme auxiliare consumă energie în motor (de exemplu, pompă cu piston cu injecție directă pentru motoarele TSI).
• Proiectarea și fabricarea unui astfel de motor sunt mult mai dificile și mai complexe decât în ​​cazul unui motor umplut cu atmosferă.
• Consumul final depinde încă relativ mult de stilul de conducere.
• Frecare internă. Rețineți că frecarea motorului depinde de turație. Acest lucru este relativ neglijabil pentru o pompă de apă sau un alternator în care frecarea crește liniar cu viteza. Cu toate acestea, frecarea camelor sau a inelelor pistonului crește proporțional cu rădăcina pătrată, ceea ce poate determina un motor mic de mare viteză să prezinte o frecare internă mai mare decât un volum mai mare care rulează la viteze mai mici. Cu toate acestea, după cum sa menționat deja, multe depind de designul și performanța motorului.

Deci, există un viitor pentru reducerea personalului? În ciuda unor neajunsuri, cred că da. Motoarele cu aspirație naturală nu dispar imediat, totuși, pur și simplu din cauza economiilor de producție, a progreselor tehnologice (Mazda Skyactive-G), a nostalgiei sau a obișnuinței. Pentru nepartizanii care nu au încredere în puterea unui motor mic, vă recomand să încărcați o astfel de mașină cu patru oameni bine hrăniți, apoi să priviți dealul, să depășiți și să testați. Fiabilitatea rămâne o problemă mult mai complexă. Există o soluție pentru cumpărătorii de bilete, chiar dacă durează mai mult decât un test drive. Așteptați câțiva ani până când apare motorul și apoi decideți. Cu toate acestea, în general, riscurile pot fi rezumate după cum urmează. În comparație cu un motor mai puternic cu aspirare naturală de aceeași putere, motorul mai mic turbo este mult mai încărcat atât cu presiunea cilindrului, cât și cu temperatura. Prin urmare, astfel de motoare au semnificativ mai mulți rulmenți încărcați, un arbore cotit, o chiulasă, un aparat de comutare etc. Cu toate acestea, riscul de avarie înainte de expirarea duratei de viață planificate este relativ scăzut, deoarece producătorii proiectează motoare pentru această sarcină. Cu toate acestea, vor exista erori, observ, de exemplu, probleme cu saltul lanțului de distribuție în motoarele TSi. În general, totuși, se poate spune că durata de viață a acestor motoare nu va fi probabil atât de lungă ca și în cazul motoarelor cu aspirație naturală. Acest lucru se aplică în principal mașinilor cu kilometri mari. O atenție sporită ar trebui acordată, de asemenea, consumului. Comparativ cu motoarele pe benzină cu turbocompresor mai vechi, turbocompresoarele moderne pot funcționa semnificativ mai economic, în timp ce cele mai bune dintre ele corespund consumului unui turbo diesel relativ puternic în funcționare economică. Dezavantajul este dependența din ce în ce mai mare de stilul de conducere al șoferului, așa că, dacă doriți să conduceți economic, trebuie să aveți grijă cu pedala de gaz. Cu toate acestea, comparativ cu motoarele diesel, motoarele pe benzină cu turbocompresie compensează acest dezavantaj cu un rafinament mai bun, niveluri mai mici de zgomot, o gamă mai largă de viteză utilizabilă sau lipsa mult-criticatului DPF.