Kas yra santrumpa?

Pastaraisiais metais Europos baseinas tapo mažiausiai iš visų, su kuo susiduria paprastas žmogus. Tai ypač pasakytina apie realų darbo užmokestį, mobiliuosius telefonus, nešiojamuosius kompiuterius, įmonės išlaidas arba variklio dydį ir išmetamųjų teršalų kiekį. Deja, darbuotojų mažinimas dar neturėjo įtakos tokiai sunykusiai viešajai ar valstybės administracijai. Tačiau žodžio „sumažinimas“ reikšmė automobilių pramonėje nėra tokia nauja, kaip gali pasirodyti iš pirmo žvilgsnio. Praėjusio šimtmečio pabaigoje dyzeliniai varikliai taip pat sumažino pirmąjį etapą, kuris dėl per didelio įkrovimo ir šiuolaikinio tiesioginio įpurškimo išlaikė arba sumažino jų tūrį, tačiau žymiai padidėjo variklio dinaminiai parametrai.

Šiuolaikinė „auštančių“ benzininių variklių era prasidėjo atsiradus 1,4 TSi blokui. Iš pirmo žvilgsnio tai savaime neatrodo kaip sumažinimas, ką patvirtino ir įtraukimas į „Golf“, „Leon“ ar „Octavia“ pasiūlą. Požiūris pasikeitė tik tada, kai „Škoda“ pradėjo montuoti 1,4 kW 90 TSi variklį į didžiausią „Superb“ modelį. Tačiau tikrasis proveržis buvo 1,2 kW 77 TSi variklio montavimas į gana didelius automobilius, tokius kaip „Octavia“, „Leon“ ir net „VW Caddy“. Tik tada prasidėjo tikrieji ir, kaip visada, išmintingiausi užeigos pasirodymai. Tokios išraiškos kaip: „neužsitęsia, ilgai neišsilaikys, tūrio nepakeičiama, aštuonkampis turi medžiaginį variklį, ar girdėjote? Buvo daugiau nei paplitę ne tik ketvirtoje įrenginių kainoje, bet ir internetinėse diskusijose. Sumažinti transporto priemonių gamintojus reikia logiškų pastangų, kad susidorotų su nuolatiniu spaudimu mažinti sąnaudas ir labai nekenčiamą išmetamųjų teršalų kiekį. Žinoma, nieko nėra nemokamo, net ir etatų mažinimas atneša ne tik naudos. Todėl tolesnėse eilutėse plačiau aptarsime, kas vadinama etatų mažinimu, kaip tai veikia ir kokie privalumai ar trūkumai.

Kas yra santrumpa ir priežastys

Sumažinimas reiškia vidaus degimo variklio darbinio tūrio sumažinimą išlaikant tokią pat ar net didesnę galią. Lygiagrečiai mažinant tūrį, kompresorius atliekamas naudojant turbokompresorių arba mechaninį kompresorių arba abiejų būdų derinį (VW 1,4 TSi - 125 kW). Taip pat tiesioginis degalų įpurškimas, kintamas vožtuvų paskirstymas, vožtuvų pakėlimas ir kt.. Šiomis papildomomis technologijomis į cilindrus patenka daugiau oro (deguonies) degimui, proporcingai galima padidinti tiekiamo kuro kiekį. Žinoma, tokiame suspaustame oro ir kuro mišinyje energijos yra daugiau. Tiesioginis įpurškimas kartu su kintamu laiku ir vožtuvo pakėlimu savo ruožtu optimizuoja degalų įpurškimą ir sūkurį, o tai dar labiau padidina degimo proceso efektyvumą. Apskritai, pakanka mažesnio cilindro tūrio, kad būtų išleista tokia pati energija, kaip ir didesniems ir panašiems varikliams, nesumažinant jo dydžio.

Kaip jau buvo nurodyta straipsnio pradžioje, sumažinimai atsirado daugiausia dėl sugriežtintų Europos teisės aktų. Dažniausiai tai susiję su išmetamųjų teršalų mažinimu, o labiausiai matomas siekis sumažinti išmetamą CO₂... Tačiau visame pasaulyje išmetamųjų teršalų ribos palaipsniui griežtinamos. Remiantis Europos Komisijos reglamentu, Europos automobilių gamintojai įsipareigojo iki 2015 m. Pasiekti 130 g CO₂ už kilometrą, ši vertė apskaičiuojama kaip vidutinė per vienerius metus į rinką pateiktų automobilių parko vertė. Benzininiai varikliai atlieka tiesioginį vaidmenį mažinant dydį, nors efektyvumo požiūriu jie labiau mažina vartojimą (t. Y.₂) nei dyzeliniai. Tačiau tai apsunkina ne tik didesnę kainą, bet ir gana problemišką ir brangų kenksmingų išmetamųjų dujų, tokių kaip azoto oksidų, pašalinimą – NO._x, anglies monoksidas - CO, angliavandeniliai - HC arba suodžiai, kurių pašalinimui naudojamas brangus ir dar gana problemiškas DPF filtras (FAP). Taigi maži dyzeliniai varikliai pamažu tampa sudėtingesni, o maži automobiliai grojami mažesniais smuikais. Hibridinės ir elektrinės transporto priemonės taip pat konkuruoja su mažinimu. Nors ši technologija yra daug žadanti, ji yra daug sudėtingesnė nei gana paprastas sumažinimas ir vis dėlto per brangi paprastam piliečiui.

Teorijos tiek

Mažinimo sėkmė priklauso nuo variklio dinamikos, degalų sąnaudų ir bendro vairavimo komforto. Pirmoje vietoje yra galia ir sukimo momentas. Produktyvumas yra darbas, atliktas laikui bėgant. Vieno kibirkštinio uždegimo vidaus degimo variklio ciklo metu pristatomą darbą lemia vadinamasis Otto ciklas.

Vertikali ašis yra slėgis virš stūmoklio, o horizontalioji - cilindro tūris. Darbą duoda kreivių apribotas plotas. Ši diagrama idealizuojama, nes neatsižvelgiame į šilumos mainus su aplinka, į cilindrą patenkančio oro inerciją ir nuostolius, atsirandančius dėl įsiurbimo (nedidelio neigiamo slėgio, palyginti su atmosferos slėgiu) arba išmetimo (nežymus viršslėgis). O dabar pačios istorijos aprašymas, parodytas (V) diagramoje. Tarp 1-2 taškų balionas užpildomas mišiniu – tūris didėja. Tarp 2-3 taškų atsiranda suspaudimas, stūmoklis veikia ir suspaudžia kuro ir oro mišinį. Tarp 3-4 taškų vyksta degimas, tūris yra pastovus (stūmoklis yra viršutiniame negyvajame taške), o kuro mišinys dega. Cheminė kuro energija paverčiama šiluma. Tarp 4-5 taškų sudegęs kuro ir oro mišinys veikia – plečiasi ir daro spaudimą stūmokliui. 5-6-1 dalyse vyksta atvirkštinis srautas, tai yra, išmetamosios dujos.

Kuo daugiau įsiurbiame kuro ir oro mišinio, tuo daugiau išsiskiria cheminės energijos, didėja plotas po kreive. Šį efektą galima pasiekti keliais būdais. Pirmasis variantas yra atitinkamai atitinkamai padidinti cilindro tūrį. viso variklio, kurio tomis pačiomis sąlygomis pasiekiame daugiau galios – kreivė padidės į dešinę. Kiti būdai, kaip perkelti kreivės kilimą aukštyn, yra, pavyzdžiui, padidinti suspaudimo laipsnį arba padidinti darbo galią laikui bėgant ir vienu metu atlikti kelis mažesnius ciklus, ty padidinti variklio sūkius. Abu aprašyti būdai turi daug minusų (savaiminis užsidegimas, didesnis cilindro galvutės ir jos sandariklių stiprumas, padidinta trintis važiuojant didesniu greičiu – apibūdinsime vėliau, didesnė emisija, jėga stūmokliui vis dar maždaug tokia pati), tuo tarpu automobilis turi santykinai didelis galios padidėjimas popieriuje, bet sukimo momentas beveik nesikeičia. Nors pastaruoju metu japonų „Mazda“ pavyko masiškai gaminti neįprastai aukšto suspaudimo laipsnio (14,0:1) benzininį variklį „Skyactive-G“, kuris gali pasigirti labai gerais dinaminiais parametrais ir palankiomis degalų sąnaudomis, vis dėlto dauguma gamintojų vis dar naudojasi viena galimybe – padidinti ploto po kreive tūrį. O tai yra suspausti orą prieš patenkant į cilindrą išlaikant tūrį – perpildymą.

Tada Otto ciklo p (V) diagrama atrodo taip:

Kadangi 7-1 įkrovimas vyksta esant kitam (didesniam) slėgiui nei 5-6 išėjimas, sukuriama kitokia uždara kreivė, o tai reiškia, kad papildomas darbas atliekamas neveikiančio stūmoklio eiga. Tai galima naudoti, jei orą suspaudžiantis prietaisas yra maitinamas energijos pertekliumi, kuris mūsų atveju yra išmetamųjų dujų kinetinė energija. Toks įrenginys yra turbokompresorius. Taip pat naudojamas mechaninis kompresorius, tačiau būtina atsižvelgti į tam tikrą procentą (15-20%), išleistų jo veikimui (dažniausiai jį varo alkūninis velenas), todėl dalis viršutinės kreivės pasislenka į apatinę vienas be jokio efekto.

Mes ateisime kurį laiką, kol būsime priblokšti. Benzininio variklio siurbimas egzistuoja jau seniai, tačiau pagrindinis tikslas buvo padidinti našumą, o vartojimas nebuvo ypač nuspręstas. Taigi dujų turbinos juos tempė visą gyvenimą, tačiau jie taip pat valgė žolę prie kelio, spausdami dujas. Tam buvo kelios priežastys. Pirmiausia sumažinkite šių variklių suspaudimo laipsnį, kad išvengtumėte degimo. Taip pat buvo turbo aušinimo problema. Esant didelėms apkrovoms, mišinys turėjo būti praturtintas degalais, kad atvėsintų išmetamąsias dujas ir taip apsaugotų turbokompresorių nuo aukštos išmetamųjų dujų temperatūros. Dar blogiau, kad turbokompresoriaus tiekiama energija įkrovimo orui iš dalies prarandama esant dalinei apkrovai dėl oro srauto stabdymo droselio vožtuve. Laimei, dabartinės technologijos jau padeda sumažinti degalų sąnaudas net tada, kai variklis yra pripūtęs turbokompresoriaus, o tai yra viena iš pagrindinių priežasčių, dėl kurių sumažėjo.

Šiuolaikinių benzininių variklių dizaineriai stengiasi įkvėpti tuos dyzelinius variklius, kurie dirba esant didesniam suspaudimo laipsniui ir esant dalinei apkrovai, oro srauto per įsiurbimo kolektorių neriboja droselis. Didelio suspaudimo laipsnio sukeltą trankymo pavojų, kuris gali labai greitai sugadinti variklį, pašalina moderni elektronika, kuri uždegimo laiką valdo daug tiksliau nei buvo iki šiol. Didelis privalumas yra ir tiesioginio kuro įpurškimo naudojimas, kai benzinas išgaruoja tiesiai cilindre. Taigi kuro mišinys efektyviai aušinamas, taip pat padidinama savaiminio užsidegimo riba. Taip pat reikėtų paminėti šiuo metu plačiai paplitusią kintamo vožtuvo laiko sistemą, kuri leidžia tam tikru mastu paveikti tikrąjį suspaudimo laipsnį. Vadinamasis Millerio ciklas (netolygiai ilgas susitraukimo ir išsiplėtimo smūgis). Be kintamo vožtuvo laiko, kintamasis vožtuvo pakėlimas taip pat padeda sumažinti sąnaudas, o tai gali pakeisti droselio valdymą ir taip sumažinti siurbimo nuostolius – sulėtindamas oro srautą per droselį (pvz., „Valvetronic“ iš BMW).

Perkrovimas, vožtuvo laiko keitimas, vožtuvo pakėlimas ar suspaudimo laipsnis nėra panacėja, todėl projektuotojai turi atsižvelgti į kitus veiksnius, kurie visų pirma turi įtakos galutiniam srautui. Tai visų pirma apima trinties mažinimą, taip pat paties padegamojo mišinio paruošimą ir deginimą.

Dizaineriai dešimtmečius stengėsi sumažinti judančių variklio dalių trintį. Reikia pripažinti, kad jie labai pažengė į priekį medžiagų ir dangų srityje, kurios šiuo metu pasižymi geriausiomis trinties savybėmis. Tą patį galima pasakyti apie alyvas ir tepalus. Be dėmesio neliko ir pati variklio konstrukcija, kur optimizuoti judančių dalių, guolių matmenys, nepakito stūmoklio žiedų forma ir, žinoma, cilindrų skaičius. Bene žinomiausi varikliai su „mažesniu“ cilindrų skaičiumi šiuo metu yra „Ford“ trijų cilindrų „EcoBoost“ varikliai iš „Ford“ arba „TwinAir“ dviejų cilindrų „Fiat“. Mažiau cilindrų reiškia mažiau stūmoklių, švaistimo strypų, guolių ar vožtuvų, taigi logiškai ir visišką trintį. Žinoma, šioje srityje yra tam tikrų apribojimų. Pirmoji yra trintis, kuri išsaugoma trūkstamame cilindre, tačiau kurią tam tikru mastu kompensuoja papildoma trintis balansinio veleno guoliuose. Kitas apribojimas yra susijęs su cilindrų skaičiumi arba veikimo kultūra, o tai labai įtakoja transporto priemonės, kurią varys variklis, kategorijos pasirinkimą. Šiuo metu neįsivaizduojamas, pavyzdžiui, BMW, žinomas dėl savo modernių variklių, buvo aprūpintas dūzgiu dviejų cilindrų varikliu. Bet kas žino, kas bus po kelerių metų. Kadangi trintis didėja kartu su greičio kvadratu, gamintojai ne tik mažina pačią trintį, bet ir stengiasi sukonstruoti variklius taip, kad būtų užtikrinta pakankama dinamika esant mažiausiam įmanomam greičiui. Kadangi atmosferinis mažo variklio degalų papildymas negali susidoroti su šia užduotimi, turbokompresorius arba turbokompresorius kartu su mechaniniu kompresoriumi vėl ateina į pagalbą. Tačiau įkrovimo tik su turbokompresoriumi atveju tai nėra lengva užduotis. Pažymėtina, kad turbokompresorius turi didelę turbinos sukimosi inerciją, kuri sukuria vadinamąją turbodierą. Turbokompresoriaus turbiną varo išmetamosios dujos, kurias pirmiausia turi pagaminti variklis, kad būtų tam tikras delsimas nuo akceleratoriaus pedalo nuspaudimo iki numatomo variklio traukos paleidimo. Žinoma, įvairios šiuolaikinės turbokompresorių sistemos bando daugiau ar mažiau sėkmingai kompensuoti šį negalavimą, o nauji turbokompresorių dizaino patobulinimai gelbsti. Taigi turbokompresoriai yra mažesni ir lengvesni, važiuojant didesniu greičiu jie reaguoja vis greičiau. Į sportą orientuoti vairuotojai, auginantys greitaeigius variklius, kaltina tokį „lėto greičio“ variklį su turbokompresoriumi dėl prastos reakcijos. didėjant greičiui nėra galios gradacijos. Taigi variklis emociškai traukia esant žemiems, vidutiniams ir aukštiems sūkiams, deja, be didžiausios galios.

Pačios degiojo mišinio sudėtis neliko nuošalyje. Kaip žinote, benzininis variklis degina vadinamąjį homogeninį stechiometrinį oro ir degalų mišinį. Tai reiškia, kad 14,7 kg degalų - benzino yra 1 kg oro. Šis santykis taip pat vadinamas lambda = 1. Minėtas benzino ir oro mišinys gali būti deginamas ir kitais santykiais. Jei naudojate oro kiekį nuo 14,5 iki 22: 1, tada yra didelis oro perteklius - mes kalbame apie vadinamąjį liesą mišinį. Jei santykis yra atvirkštinis, oro kiekis yra mažesnis nei stechiometrinis, o benzino kiekis didesnis (oro ir benzino santykis yra nuo 14 iki 7:1), šis mišinys vadinamas vadinamuoju. turtingas mišinys. Kitus santykius už šio diapazono sunku užsidegti, nes jie yra per praskiesti arba juose per mažai oro. Bet kuriuo atveju abi ribos turi priešingą poveikį veikimui, sąnaudoms ir emisijoms. Kalbant apie emisijas, turtingo mišinio atveju susidaro reikšmingas CO ir HC susidarymas._x, gamyba Nr_x palyginti žemos dėl žemesnės temperatūros deginant turtingą mišinį. Kita vertus, NO gamyba yra ypač didelė, kai deginamas liesas nudegimas._xdėl aukštesnės degimo temperatūros. Mes neturime pamiršti apie degimo greitį, kuris skiriasi kiekvienai mišinio sudėtiai. Degimo greitis yra labai svarbus veiksnys, tačiau jį sunku kontroliuoti. Mišinio degimo greitį taip pat įtakoja temperatūra, sūkurio laipsnis (palaikomas variklio sūkių skaičiaus), drėgmė ir degalų sudėtis. Kiekvienas iš šių veiksnių yra susijęs skirtingais būdais, o didžiausią įtaką turi sūkurys ir mišinio prisotinimas. Sodrus mišinys dega greičiau nei liesas, tačiau jei mišinys yra per sodrus, degimo greitis labai sumažėja. Uždegus mišinį, degimas iš pradžių būna lėtas, didėjant slėgiui ir temperatūrai, didėja degimo greitis, o tai taip pat palengvina padidėjęs mišinio sukimasis. Lieso degimo deginimas prisideda prie degimo efektyvumo padidėjimo iki 20 %, tuo tarpu, pagal dabartines galimybes, jis yra maksimalus santykiu maždaug 16,7 ir 17,3: 1. Kadangi mišinio homogenizacija blogėja nuolatinio lieso degimo metu, todėl žymiai sumažėja degimo efektyvumas. degimo greitis, mažinantis efektyvumą ir našumą, gamintojai sugalvojo vadinamąjį sluoksniavimo mišinį. Kitaip tariant, degusis mišinys yra stratifikuojamas degimo patalpoje, todėl santykis aplink žvakę yra stechiometrinis, tai yra, jis lengvai užsidega, o kitoje aplinkoje, priešingai, mišinio sudėtis yra daug didesnis. Ši technologija jau taikoma praktikoje (TSi, JTS, BMW), deja, kol kas tik iki tam tikrų greičių arba. lengvos apkrovos režimu. Tačiau plėtra yra greitas žingsnis į priekį.

Sumažinimo nauda

• Toks variklis yra ne tik mažesnio tūrio, bet ir dydžio, todėl jį galima gaminti naudojant mažiau žaliavų ir mažiau energijos.
• Kadangi varikliai naudoja panašias, jei ne tas pačias žaliavas, variklis bus lengvesnis dėl mažesnio dydžio. Visa transporto priemonės konstrukcija gali būti mažiau tvirta, todėl lengvesnė ir pigesnė. su esamu lengvesniu varikliu, mažesnė ašies apkrova. Šiuo atveju taip pat pagerėja vairavimo charakteristikos, nes sunkus variklis neturi tokios didelės įtakos.
• Toks variklis yra mažesnis ir galingesnis, todėl nebus sunku sukurti mažą ir galingą automobilį, kuris kartais neveikė dėl riboto variklio dydžio.
• Mažesnis variklis taip pat turi mažesnę inercinę masę, todėl jis sunaudoja ne tiek daug energijos judėti galios keitimo metu, kiek didesnis variklis.

Sumažinimo trūkumai

• Toks variklis patiria žymiai didesnį šiluminį ir mechaninį įtempį.
• Nors variklio tūris ir svoris yra lengvesni, tačiau dėl įvairių papildomų dalių, tokių kaip turbokompresorius, tarpinis aušintuvas ar aukšto slėgio benzino įpurškimas, bendras variklio svoris padidėja, variklio kaina padidėja, todėl reikalingas visas komplektas. padidinta priežiūra. ir gedimo rizika yra didesnė, ypač turbokompresoriui, kuris patiria didelę šiluminę ir mechaninę įtampą.
• Kai kurios pagalbinės sistemos sunaudoja variklio energiją (pvz., Tiesioginio įpurškimo stūmoklinis siurblys TSS varikliams).
• Tokio variklio projektavimas ir gamyba yra daug sudėtingesnis ir sudėtingesnis nei atmosferos pripildyto variklio atveju.
• Galutinis vartojimas vis dar gana priklauso nuo vairavimo stiliaus.
• Vidinė trintis. Atminkite, kad variklio trintis priklauso nuo greičio. Tai santykinai nereikšminga vandens siurbliui ar generatoriui, kai trintis didėja linijiškai su greičiu. Tačiau kumštelių arba stūmoklio žiedų trintis padidėja proporcingai kvadratinei šakniai, todėl greitasis mažas variklis gali sukelti didesnę vidinę trintį nei didesnis tūris, veikiantis mažesniu greičiu. Tačiau, kaip jau minėta, daug kas priklauso nuo variklio konstrukcijos ir eksploatacinių savybių.

Taigi ar yra darbuotojų mažinimo ateitis? Nepaisant kai kurių trūkumų, aš taip manau. Tačiau varikliai su išmetimu iš karto neišnyksta vien dėl sutaupytos gamybos, technologijų pažangos („Mazda Skyactive-G“), nostalgijos ar įpročio. Nepartiniams, kurie nepasitiki mažo variklio galia, rekomenduoju tokį automobilį prikrauti keturiais gerai pavalgiusiais žmonėmis, tada pažiūrėti į kalną, aplenkti ir išbandyti. Patikimumas išlieka daug sudėtingesnė problema. Bilietų pirkėjams yra sprendimas, net jei tai užtruks ilgiau nei bandomasis važiavimas. Palaukite keletą metų, kol pasirodys variklis, ir tada nuspręskite. Tačiau apskritai riziką galima apibendrinti taip. Palyginti su galingesniu tos pačios galios varikliu, mažesnis variklis su turbokompresoriumi yra daug labiau apkrautas, atsižvelgiant į cilindrų slėgį ir temperatūrą. Todėl tokie varikliai turi žymiai daugiau apkrautų guolių, alkūninio veleno, cilindro galvutės, skirstomųjų įrenginių ir kt. Tačiau nesėkmės rizika nepasibaigus numatytam tarnavimo laikui yra palyginti maža, nes gamintojai projektuoja variklius šiai apkrovai. Tačiau pastebėsiu klaidų, pavyzdžiui, pastebiu, kad TSi varikliuose praleidžiama laiko grandinė. Tačiau apskritai galima teigti, kad šių variklių tarnavimo laikas greičiausiai nebus toks ilgas, kaip ir su pripučiamais varikliais. Tai daugiausia taikoma automobiliams, kurių rida yra didelė. Taip pat reikėtų skirti daugiau dėmesio vartojimui. Lyginant su senesniais benzininiais varikliais su turbokompresoriais, šiuolaikiniai turbokompresoriai gali veikti žymiai ekonomiškiau, o geriausi iš jų atitinka santykinai galingo turbokompresoriaus suvartojimą ekonomiškai veikiant. Minusas-nuolat didėjanti priklausomybė nuo vairuotojo vairavimo stiliaus, todėl jei norite važiuoti ekonomiškai, turite būti atsargūs su dujų pedalu. Tačiau, palyginti su dyzeliniais varikliais, benzininiai varikliai su turbokompresoriumi kompensuoja šį trūkumą, nes jie yra patobulinti, mažesnis triukšmo lygis, platesnis naudojamų greičių diapazonas arba trūksta daug kritikos sulaukusių DPF.