Какво е съкращение?

През последните години Европейският басейн се превърна в най -малкото от всичко, с което обикновеният човек влиза в контакт. Това се отнася по -специално за реалните заплати, мобилните телефони, лаптопите, фирмените разходи или размера на двигателя и емисиите. За съжаление съкращенията на персонала все още не са засегнали такава окаяна публична или държавна администрация. Значението на думата „намаление“ в автомобилната индустрия обаче не е толкова ново, колкото може да изглежда на пръв поглед. В края на миналия век дизеловите двигатели също подобриха намаленията си на първия етап, които благодарение на презареждането и модерното директно впръскване запазиха или намалиха обема си, но със значително увеличаване на динамичните параметри на двигателя.

Модерната ера на "зората" на бензиновите двигатели започва с появата на агрегата 1,4 TSi. На пръв поглед това само по себе си не изглежда като намаление, което се потвърждава и от включването му в предлагането на Golf, Leon или Octavia. Промяната на гледната точка не се случи, докато Škoda не започна да сглобява 1,4kW 90 TSi двигател в своя най-голям модел Superb. Въпреки това, истинският пробив е инсталирането на 1,2 kW 77 TSi двигател в сравнително големи автомобили като Octavia, Leon и дори VW Caddy. Едва тогава започнаха истинските и както винаги най-мъдрите кръчмарски изпълнения. Изрази като: „не се проточва, няма да издържи дълго, няма заместител на обема, октагонът има платнен двигател, чувал ли си това?“ Бяха повече от чести не само в четвъртата цена на устройствата, но и в онлайн дискусиите. Намаляването изисква логично усилие от производителите на превозни средства, за да се справят с постоянния натиск за намаляване на потреблението и така мразените емисии. Разбира се, нищо не е безплатно и дори намаляването не носи само ползи. Затова в следващите редове ще разгледаме по-подробно какво се нарича downsizing, как работи и какви са неговите предимства или недостатъци.

Какво е съкращение и причини

Намаляването означава намаляване на работния обем на двигател с вътрешно горене, като същевременно се поддържа същата или дори по-висока мощност. Паралелно с намаляването на обема се извършва компресор чрез турбокомпресор или механичен компресор, или комбинация от двата метода (VW 1,4 TSi - 125 kW). Както и директно впръскване на гориво, променливо газоразпределение, повдигане на клапаните и т.н. С тези допълнителни технологии повече въздух (кислород) за горене навлиза в цилиндрите и количеството подавано гориво може да бъде пропорционално увеличено. Разбира се, такава компресирана смес от въздух и гориво съдържа повече енергия. Директното впръскване, комбинирано с променливо време и повдигане на клапана, от своя страна оптимизира впръскването на гориво и завихрянето, което допълнително повишава ефективността на горивния процес. Като цяло, по-малък обем на цилиндъра е достатъчен, за да освободи същата енергия като по-големите и сравними двигатели без намаляване на обема.

Както вече беше посочено в началото на статията, появата на намаления се дължи главно на затягането на европейското законодателство. Най -вече става въпрос за намаляване на емисиите, докато най -видимото е стремежът за намаляване на емисиите на CO навсякъде.₂... Въпреки това, по света границите на емисиите постепенно се затягат. В съответствие с регламент на Европейската комисия, европейските автомобилни производители се ангажираха да постигнат предел от 2015 g емисии на CO до 130 г.₂ на км, тази стойност се изчислява като средната стойност за автопарка от автомобили, пуснати на пазара в продължение на една година. Бензиновите двигатели играят пряка роля за намаляване на размера, въпреки че по отношение на ефективността е по -вероятно да намалят потреблението (т.е. също CO₂) отколкото дизеловите. Това обаче затруднява не само по-високата цена, но и относително проблематичното и скъпо елиминиране на вредни емисии в отработените газове, като азотни оксиди - НЕ_x, въглероден оксид - CO, въглеводороди - HC или сажди, за отстраняването на които се използва скъп и все още относително проблематичен DPF филтър (FAP). Така малките дизели постепенно се усложняват, а малките коли се играят с по-малки цигулки. Хибридните и електрическите превозни средства също се конкурират с намаляването на размерите. Въпреки че тази технология е обещаваща, тя е много по-сложна от сравнително просто намаляване и въпреки това твърде скъпа за обикновения гражданин.

Малко теория

Успехът на намаляването зависи от динамиката на двигателя, разхода на гориво и цялостния комфорт при шофиране. Мощността и въртящият момент са на първо място. Производителността е работа, извършена във времето. Работата, представена по време на един цикъл на двигател с вътрешно горене с искрово запалване, се определя от така наречения цикъл на Ото.

Вертикалната ос е налягането над буталото, а хоризонталната ос е обемът на цилиндъра. Работата е дадена от областта, ограничена от кривите. Тази диаграма е идеализирана, защото не вземаме предвид топлообмена с околната среда, инерцията на въздуха, влизащ в цилиндъра, и загубите, причинени от всмукване (леко отрицателно налягане в сравнение с атмосферното налягане) или изпускане (леко свръхналягане). А сега описание на самата история, показана на (V) диаграмата. Между точки 1-2 балонът се пълни със смес - обемът се увеличава. Между точки 2-3 се получава компресия, буталото работи и компресира гориво-въздушната смес. Между точки 3-4 се получава горене, обемът е постоянен (буталото е в горна мъртва точка) и горивната смес гори. Химическата енергия на горивото се превръща в топлина. Между точки 4-5 изгорялата смес от гориво и въздух върши работа - разширява се и оказва натиск върху буталото. В параграфи 5-6-1 възниква обратният поток, тоест изпускателната тръба.

Колкото повече засмукваме гориво-въздушната смес, толкова повече химическа енергия се освобождава и площта под кривата се увеличава. Този ефект може да се постигне по няколко начина. Първият вариант е да увеличите адекватно обема на цилиндъра, респ. целия двигател, който при същите условия постигаме по-голяма мощност - кривата ще нараства надясно. Други начини за изместване на покачването на кривата нагоре са, например, увеличаване на съотношението на компресия или увеличаване на мощността за работа с течение на времето и извършване на няколко по-малки цикъла едновременно, тоест увеличаване на скоростта на двигателя. И двата описани метода имат много недостатъци (самозапалване, по-висока здравина на главата на цилиндъра и нейните уплътнения, повишено триене при по-високи скорости - ще опишем по-късно, по-високи емисии, силата върху буталото е все още същата), докато колата има сравнително голямо увеличение на мощността на хартия, но въртящият момент не се променя много. Наскоро, въпреки че японската Mazda успя да произведе масово бензинов двигател с необичайно високо съотношение на компресия (14,0: 1), наречен Skyactive-G, който може да се похвали с много добри динамични параметри с благоприятен разход на гориво, въпреки това повечето производители все още използват една възможност е за увеличаване на обема на площта под кривата. И това е за компресиране на въздуха преди да влезе в цилиндъра при запазване на обема - преливане.

Тогава p (V) диаграмата на цикъла на Ото изглежда така:

Тъй като зареждането 7-1 се случва при различно (по-високо) налягане от изхода 5-6, се създава различна затворена крива, което означава, че се извършва допълнителна работа при неработещ ход на буталото. Това може да се използва, ако устройството, което компресира въздуха, се захранва от някаква излишна енергия, която в нашия случай е кинетичната енергия на отработените газове. Такова устройство е турбокомпресор. Използва се и механичен компресор, но е необходимо да се вземе предвид определен процент (15-20%), изразходван за неговата работа (най-често се задвижва от коляновия вал), поради което част от горната крива се измества към долната един без никакъв ефект.

Ще дойдем за малко, докато сме претоварени. Вдишването на бензинов двигател съществува от дълго време, но основната цел беше да се повишат производителността, докато консумацията не беше особено решена. Така че газовите турбини ги влачеха за живота им, но те също ядяха трева край пътя, натискайки газта. Имаше няколко причини за това. Първо, намалете степента на компресия на тези двигатели, за да елиминирате горенето. Имаше и проблем с турбо охлаждане. При големи натоварвания сместа трябваше да се обогати с гориво, за да се охладят отработените газове и по този начин да се предпази турбокомпресорът от високи температури на димните газове. За да влошат нещата, енергията, подавана от турбокомпресора към зареждащия въздух, се губи частично при частично натоварване поради спирането на въздушния поток в дроселната клапа. За щастие сегашните технологии вече помагат за намаляване на разхода на гориво дори когато двигателят е с турбокомпресор, което е една от основните причини за намаляване на размера.

Дизайнерите на съвременните бензинови двигатели се опитват да вдъхновят тези дизелови двигатели, които работят при по-високо съотношение на компресия и при частично натоварване, въздушният поток през всмукателния колектор не се ограничава от дросела. Опасността от тропане, причинено от високото съотношение на компресия, което може много бързо да унищожи двигателя, се елиминира от съвременната електроника, която контролира момента на запалване много по-прецизно, отколкото беше доскоро. Голямо предимство е и използването на директно впръскване на гориво, при което бензинът се изпарява директно в цилиндъра. По този начин горивната смес се охлажда ефективно, а също така се повишава границата на самозапалване. Трябва да се спомене и понастоящем широко разпространената система за променливо газоразпределение, която ви позволява да повлияете до известна степен на действителното съотношение на компресия. Така нареченият цикъл на Милър (неравномерно дълъг ход на свиване и разширяване). В допълнение към променливото газоразпределение, променливото повдигане на клапана също помага за намаляване на консумацията, което може да замени управлението на дросела и по този начин да намали загубите на засмукване - чрез забавяне на въздушния поток през дросела (напр. Valvetronic от BMW).

Презареждането, промяната на времето на клапана, повдигането на клапана или степента на компресия не са панацея, така че дизайнерите трябва да вземат предвид други фактори, които по -специално влияят на крайния поток. Те включват по -специално намаляването на триенето, както и приготвянето и изгарянето на самата запалителна смес.

Конструкторите работят от десетилетия, за да намалят триенето на движещите се части на двигателя. Трябва да се признае, че са направили голям напредък в областта на материалите и покритията, които в момента имат най-добрите триещи свойства. Същото може да се каже и за маслата и смазочните материали. Самият дизайн на двигателя не е оставен без внимание, където са оптимизирани размерите на движещите се части, лагерите, формата на буталните пръстени и, разбира се, броят на цилиндрите не са се променили. Вероятно най-известните двигатели с "по-малък" брой цилиндри в момента са трицилиндровите EcoBoost двигатели на Ford от Ford или двуцилиндровите TwinAir от Fiat. По-малко цилиндри означава по-малко бутала, биели, лагери или клапани и следователно логично пълно триене. Със сигурност има някои ограничения в тази област. Първото е триенето, което се съхранява върху липсващия цилиндър, но се компенсира до известна степен от допълнително триене в лагерите на балансиращия вал. Друго ограничение е свързано с броя на цилиндрите или културата на работа, които значително влияят върху избора на категория превозно средство, което двигателят ще задвижва. Немислимо в момента, например, BMW, известно с модерните си двигатели, беше оборудвано с бръмчащ двуцилиндров двигател. Но кой знае какво ще се случи след няколко години. Тъй като триенето се увеличава с квадрата на скоростта, производителите не само намаляват самото триене, но също така се опитват да проектират двигатели, които да осигурят достатъчна динамика при възможно най-ниските скорости. Тъй като атмосферното зареждане с гориво на малък двигател не може да се справи с тази задача, турбокомпресорът или турбокомпресорът, комбиниран с механичен компресор, отново идва на помощ. Но в случай на компресор само с турбокомпресор, това не е лесна задача. Трябва да се отбележи, че турбокомпресорът има значителна инерция на въртене на турбината, което създава така наречената турбодиера. Турбината на турбокомпресора се задвижва от изгорелите газове, които първо трябва да бъдат произведени от двигателя, така че има известно забавяне от момента на натискане на педала на газта до очакваното начало на тягата на двигателя. Разбира се, различни модерни системи за турбокомпресор се опитват повече или по-малко успешно да компенсират това заболяване и на помощ идват нови подобрения в дизайна на турбокомпресорите. Така че турбокомпресорите са по-малки и по-леки, те реагират по-бързо и по-бързо при по-високи скорости. Спортно ориентираните шофьори, възпитани на високоскоростни двигатели, обвиняват такъв „бавнооборотен“ двигател с турбокомпресор за лоша реакция. няма градация на мощността с увеличаване на скоростта. Така че двигателят дърпа емоционално на ниски, средни и високи обороти, за съжаление без пикова мощност.

Съставът на самата горима смес не остана настрана. Както знаете, бензиновият двигател изгаря така наречената хомогенна стехиометрична смес от въздух и гориво. Това означава, че за 14,7 кг гориво - бензин се пада 1 кг въздух. Това съотношение се нарича още ламбда = 1. Споменатата смес от бензин и въздух може да се изгори и в други съотношения. Ако използвате количеството въздух от 14,5 до 22: 1, тогава има голям излишък на въздух - говорим за така наречената бедна смес. Ако съотношението е обратно, количеството на въздуха е по-малко от стехиометричното, а количеството на бензина е по-голямо (съотношението на въздуха към бензина е в границите от 14 до 7:1), тази смес се нарича т.нар. богата смес. Други съотношения извън този диапазон са трудни за запалване, защото са твърде разредени или съдържат твърде малко въздух. Във всеки случай и двете ограничения имат противоположни ефекти върху производителността, консумацията и емисиите. По отношение на емисиите, в случай на богата смес се получава значително образуване на CO и HC._x, производство НО_x относително ниска поради по -ниските температури при изгаряне на богата смес. От друга страна, производството на NO е особено по -високо при изгаряне с намалено изгаряне._xпоради по-високата температура на горене. Не трябва да забравяме и скоростта на горене, която е различна за всеки състав на сместа. Скоростта на горене е много важен фактор, но е трудно да се контролира. Скоростта на горене на сместа също се влияе от температурата, степента на завихряне (поддържа се от оборотите на двигателя), влажността и състава на горивото. Всеки от тези фактори е включен по различни начини, като завихрянето и насищането на сместа имат най-голямо влияние. Богатата смес гори по-бързо от бедната, но ако сместа е твърде богата, скоростта на горене значително намалява. Когато сместа се запали, горенето е бавно в началото, с увеличаване на налягането и температурата скоростта на горене се увеличава, което също се улеснява от повишеното завихряне на сместа. Изгарянето при бедно изгаряне допринася за увеличаване на ефективността на горене до 20%, докато, според настоящите възможности, то е максимално при съотношение от около 16,7 до 17,3: 1. Тъй като хомогенизирането на сместа се влошава по време на продължително обедняване, което води до значително намаляване на скорост на горене, намаляване на ефективността и производителността, производителите са измислили така наречената смес за наслояване. С други думи, горимата смес е разслоена в горивното пространство, така че съотношението около свещта е стехиометрично, тоест лесно се запалва, а в останалата среда, напротив, съставът на сместа е много по-високо. Тази технология вече се използва на практика (TSi, JTS, BMW), за съжаление, засега само до определени скорости или. в режим на леко натоварване. Развитието обаче е бърза крачка напред.

Ползи от намалението

• Такъв двигател е не само по -малък по обем, но и по размер, така че може да бъде произведен с по -малко суровини и по -малък разход на енергия.
• Тъй като двигателите използват подобни, ако не същите суровини, двигателят ще бъде по -лек поради по -малкия си размер. Цялата структура на превозното средство може да бъде по -малко здрава и следователно по -лека и по -евтина. със съществуващия по -лек двигател, по -малко натоварване на оста. В този случай и шофирането се подобрява, тъй като те не се влияят толкова силно от тежък двигател.
• Такъв двигател е по -малък и по -мощен и затова няма да е трудно да се построи малка и мощна кола, която понякога не работи поради ограничения размер на двигателя.
• По -малкият двигател също има по -малка инерционна маса, така че той не консумира толкова енергия, за да се движи по време на смяна на мощността, колкото по -големия двигател.

Недостатъци на намалението

• Такъв двигател е подложен на значително по -високо термично и механично натоварване.
• Въпреки че двигателят е по -лек по обем и тегло, поради наличието на различни допълнителни части като турбокомпресор, интеркулер или впръскване на бензин под високо налягане, общото тегло на двигателя се увеличава, цената на двигателя се увеличава и целият комплект изисква повишена поддръжка. и рискът от повреда е по -висок, особено за турбокомпресор, който е изложен на високи термични и механични натоварвания.
• Някои спомагателни системи консумират енергия в двигателя (например бутална помпа с директно впръскване за двигатели TSI).
• Проектирането и производството на такъв двигател е много по -трудно и сложно, отколкото в случай на двигател с атмосферно напълване.
• Крайният разход все още е относително силно зависим от стила на шофиране.
• Вътрешно триене. Имайте предвид, че триенето на двигателя зависи от скоростта. Това е относително пренебрежимо за водна помпа или алтернатор, където триенето се увеличава линейно със скоростта. Триенето на гърбиците или буталните пръстени обаче се увеличава пропорционално на квадратния корен, което може да доведе до по-голямо вътрешно триене на високоскоростен малък мотор от по-голям обем, работещ при по-ниски скорости. Както вече беше споменато, много зависи от дизайна и производителността на двигателя.

Значи има ли бъдеще съкращенията на персонала? Въпреки някои недостатъци, аз мисля така. Двигателите с атмосферно изсмукване обаче не изчезват веднага, просто поради икономия на производство, напредък в технологиите (Mazda Skyactive-G), носталгия или навик. За безпартийните, които не се доверяват на силата на малък двигател, препоръчвам да натоварят такава кола с четирима добре нахранени хора, след това да погледнат към хълма, да изпреварят и да тестват. Надеждността остава много по -сложен въпрос. Има решение за купувачите на билети, дори и да отнеме повече време от тестовото шофиране. Изчакайте няколко години, докато двигателят се появи и след това решете. Като цяло обаче рисковете могат да бъдат обобщени по следния начин. В сравнение с по -мощен атмосферен двигател със същата мощност, по -малкият двигател с турбокомпресор е много по -силно натоварен с налягане в цилиндъра, както и с температура. Следователно такива двигатели имат значително по -натоварени лагери, колянов вал, глава на цилиндъра, разпределителна уредба и т.н. Рискът от повреда преди изтичането на планирания експлоатационен живот е сравнително нисък, тъй като производителите проектират двигатели за това натоварване. Въпреки това ще има грешки, отбелязвам например проблеми с прескачането на веригата за синхронизация в двигателите TSi. Като цяло обаче може да се каже, че продължителността на живота на тези двигатели вероятно няма да бъде толкова дълга, колкото в случая с двигатели с атмосферно изсмукване. Това се отнася главно за автомобили с голям пробег. Повишено внимание трябва да се обърне и на консумацията. В сравнение с по -старите бензинови двигатели с турбокомпресор, съвременните турбокомпресори могат да работят значително по -икономично, докато най -добрите от тях съответстват на консумацията на сравнително мощен турбо дизел при икономична работа. Недостатъкът е непрекъснато нарастващата зависимост от стила на шофиране на водача, така че ако искате да шофирате икономично, трябва да внимавате с педала на газта. Въпреки това, в сравнение с дизеловите двигатели, бензиновите двигатели с турбокомпенсират този недостатък с по-добро усъвършенстване, по-ниски нива на шум, по-широк диапазон на използваеми скорости или липса на силно критикувания DPF.