Wat is afkorting?

In de afgelopen jaren is het Europese bekken het minste geworden waarmee de gemiddelde persoon in aanraking komt. Dit geldt met name voor reële lonen, mobiele telefoons, laptops, bedrijfskosten of motorinhoud en emissies. Helaas heeft de inkrimping nog geen invloed gehad op zo'n vervallen openbaar of staatsbestuur. De betekenis van het woord "reductie" in de auto-industrie is echter niet zo nieuw als op het eerste gezicht lijkt. Aan het einde van de vorige eeuw pasten dieselmotoren ook hun trim aan in de eerste fase, die dankzij drukvulling en moderne directe injectie het volume behield of verkleinde, maar met een aanzienlijke toename van de dynamische parameters van de motor.

Het moderne tijdperk van "dawnsizing" benzinemotoren begon met de komst van de 1,4 TSi-eenheid. Op het eerste gezicht lijkt dit op zichzelf niet op een inkrimping, wat ook werd bevestigd door de opname in het Golf-, Leon- of Octavia-aanbod. De verandering van perspectief vond pas plaats toen Škoda begon met het assembleren van de 1,4 kW sterke 90 TSi-motor in zijn grootste Superb-model. De echte doorbraak was echter de inbouw van de 1,2 kW sterke 77 TSi-motor in relatief grote auto's als de Octavia, Leon en zelfs de VW Caddy. Pas toen begonnen de echte en, zoals altijd, de meest wijze kroegoptredens. Uitdrukkingen als: "sleept niet aan, gaat niet lang mee, er is geen vervanging voor volume, de achthoek heeft een stoffen motor, heb je dat gehoord?" Waren meer dan gebruikelijk, niet alleen in de vierde prijs van apparaten, maar ook in online discussies. Downsizing vereist een logische inspanning van autofabrikanten om het hoofd te bieden aan de constante druk om het verbruik en de gehate emissies te verminderen. Natuurlijk is niets gratis, en zelfs inkrimping brengt niet alleen voordelen met zich mee. Daarom zullen we in de volgende regels in meer detail bespreken wat downsizing wordt genoemd, hoe het werkt en wat de voor- of nadelen zijn.

Wat is afkorting en redenen

Downsizing betekent het verkleinen van de cilinderinhoud van een verbrandingsmotor met behoud van hetzelfde of zelfs een hoger vermogen. Parallel aan de volumevermindering wordt de supercharger uitgevoerd met behulp van een turbocompressor of een mechanische compressor, of een combinatie van beide methoden (VW 1,4 TSi - 125 kW). Evenals directe brandstofinjectie, variabele kleptiming, kleplichthoogte, enz. Met deze aanvullende technologieën komt er meer lucht (zuurstof) voor verbranding in de cilinders en kan de hoeveelheid toegevoerde brandstof proportioneel worden verhoogd. Zo'n gecomprimeerd mengsel van lucht en brandstof bevat natuurlijk meer energie. Directe injectie, gecombineerd met variabele timing en kleplichthoogte, optimaliseert op zijn beurt de brandstofinjectie en werveling, wat de efficiëntie van het verbrandingsproces verder verhoogt. Over het algemeen is een kleiner cilindervolume voldoende om dezelfde energie vrij te maken als grotere en vergelijkbare motoren zonder inkrimping.

Zoals aan het begin van het artikel al vermeld, komt het verschijnen van afkortingen vooral door de aanscherping van de Europese wetgeving. Het gaat vooral om het terugdringen van de uitstoot, terwijl het meest zichtbare de drive is om de CO-uitstoot over de hele linie te verminderen.₂. Over de hele wereld worden de emissielimieten echter geleidelijk aangescherpt. In overeenstemming met een verordening van de Europese Commissie hebben Europese autofabrikanten zich ertoe verbonden om tegen 2015 een emissiegrens van 130 g CO te halen.₂ per 1 km wordt deze waarde berekend als de gemiddelde waarde van het wagenpark dat in één jaar op de markt is gebracht. Benzinemotoren spelen een directe rol bij downsizing, ondanks dat ze waarschijnlijker zijn om het verbruik te verminderen (d.w.z. ook CO₂) dan diesels. Dit maakt het echter niet alleen moeilijk voor een hogere prijs, maar ook voor de relatief problematische en dure eliminatie van schadelijke emissies in uitlaatgassen, zoals stikstofoxiden - NO_x, koolmonoxide - CO, koolwaterstoffen - HC of roet, voor de verwijdering waarvan een duur en nog steeds relatief problematisch DPF-filter (FAP) wordt gebruikt. Zo worden kleine diesels langzamerhand complexer en worden kleine auto's bespeeld met kleinere violen. Hybride en elektrische voertuigen concurreren ook met downsizing. Hoewel deze technologie veelbelovend is, is ze veel complexer dan relatief eenvoudige inkrimping, en toch te duur voor de gemiddelde burger.

Een beetje theorie

Het succes van downsizing hangt af van de motordynamiek, het brandstofverbruik en het algehele rijcomfort. Vermogen en koppel komen op de eerste plaats. Productiviteit is werk dat in de loop van de tijd wordt gedaan. De arbeid die tijdens één cyclus van een verbrandingsmotor met vonkontsteking wordt geleverd, wordt bepaald door de zogenaamde Otto-cyclus.

De verticale as is de druk boven de zuiger en de horizontale as is het volume van de cilinder. Het werk wordt gegeven door het gebied dat wordt begrensd door de curven. Dit diagram is geïdealiseerd omdat we geen rekening houden met de warmte-uitwisseling met de omgeving, de traagheid van de lucht die de cilinder binnenkomt en de verliezen veroorzaakt door inlaat (lichte onderdruk in vergelijking met atmosferische druk) of uitlaat (lichte overdruk). En nu een beschrijving van het verhaal zelf, weergegeven in het (V)-diagram. Tussen de punten 1-2 wordt de ballon gevuld met een mengsel - het volume neemt toe. Tussen de punten 2-3 vindt compressie plaats, de zuiger werkt en comprimeert het brandstof-luchtmengsel. Tussen de punten 3-4 vindt verbranding plaats, het volume is constant (de zuiger bevindt zich in het bovenste dode punt) en het brandstofmengsel verbrandt. De chemische energie van de brandstof wordt omgezet in warmte. Tussen punten 4-5 werkt het verbrande mengsel van brandstof en lucht - het zet uit en oefent druk uit op de zuiger. In paragrafen 5-6-1 vindt de omgekeerde stroom plaats, dat wil zeggen de uitlaat.

Hoe meer we het brandstof-luchtmengsel naar binnen zuigen, hoe meer chemische energie vrijkomt en hoe groter het gebied onder de curve wordt. Dit effect kan op verschillende manieren worden bereikt. De eerste optie is om respectievelijk het volume van de cilinder adequaat te vergroten. de hele motor, die we onder dezelfde omstandigheden meer vermogen bereiken - de curve zal naar rechts toenemen. Andere manieren om de stijging van de curve naar boven te verschuiven, zijn bijvoorbeeld het verhogen van de compressieverhouding of het verhogen van het vermogen om te werken in de loop van de tijd en het tegelijkertijd uitvoeren van meerdere kleinere cycli, dat wil zeggen het verhogen van het motortoerental. Beide beschreven methoden hebben veel nadelen (zelfontbranding, grotere sterkte van de cilinderkop en zijn afdichtingen, verhoogde wrijving bij hogere snelheden - we zullen later beschrijven, hogere emissies, kracht op de zuiger is nog steeds ongeveer hetzelfde), terwijl de auto een relatief grote vermogenswinst op papier, maar het koppel verandert niet veel. Hoewel het Japanse Mazda er onlangs in is geslaagd om een ​​benzinemotor met een ongewoon hoge compressieverhouding (14,0:1) genaamd Skyactive-G in massa te produceren, die beschikt over zeer goede dynamische parameters met een gunstig brandstofverbruik, gebruiken de meeste fabrikanten toch nog steeds één mogelijkheid: om het volume van het gebied onder de curve te vergroten. En dit is om de lucht samen te persen voordat deze de cilinder binnengaat met behoud van het volume - overloop.

Dan ziet het p(V)-diagram van de Otto-cyclus er ongeveer zo uit:

Doordat de 7-1 lading bij een andere (hogere) druk plaatsvindt dan de 5-6 uitlaat ontstaat er weer een gesloten curve waardoor er extra arbeid wordt verricht in de stationaire slag van de zuiger. Dit kan worden gebruikt als het apparaat dat de lucht comprimeert, wordt aangedreven door wat extra energie, in ons geval de kinetische energie van de uitlaatgassen. Zo'n apparaat is een turbocompressor. Er wordt ook een mechanische compressor gebruikt, maar men moet rekening houden met een bepaald percentage (15-20%) dat aan de werking ervan wordt besteed (meestal wordt deze aangedreven door een krukas), dus een deel van de bovenste curve verschuift naar de onderste zonder enige effect.

We komen nog even terug zolang we vol zitten. Het aanjagen van een benzinemotor wordt al heel lang gebruikt, maar de belangrijkste taak was het verhogen van de productiviteit, terwijl het verbruik niet bepaald werd opgelost. Dus de gasturbines sleepten hen voor het leven voort, maar ze aten ook het gras langs de kant van de weg en drukten op het gas. Hiervoor waren verschillende redenen. Verlaag eerst de compressieverhouding van deze motoren om klop-klop verbranding te elimineren. Ook was er een probleem met de turbokoeling. Bij hoge belastingen moest het mengsel worden verrijkt met brandstof om de uitlaatgassen af ​​te koelen en zo de turbocompressor te beschermen tegen hoge rookgastemperaturen. Tot overmaat van ramp gaat de energie die door de turbo aan de laadlucht wordt geleverd gedeeltelijk verloren bij deellast doordat de luchtstroom wordt vertraagd bij het gaspedaal. Gelukkig maakt moderne technologie het al mogelijk om het verbruik te verminderen, zelfs wanneer de motor wordt aangedreven door een turbocompressor, wat een van de belangrijkste voorwaarden is voor downsizing.

Ontwerpers van moderne benzinemotoren proberen die dieselmotoren te inspireren die werken met een hogere compressieverhouding en bij deellast wordt de luchtstroom door het inlaatspruitstuk niet beperkt door het gaspedaal. Het gevaar van kloppen door een hoge compressieverhouding, die een motor zeer snel kapot kan maken, wordt geëlimineerd door moderne elektronica, die het ontstekingstijdstip veel nauwkeuriger regelt dan tot voor kort het geval was. Een groot voordeel is ook het gebruik van directe brandstofinjectie, waarbij benzine direct in de cilinder verdampt. Zo wordt het brandstofmengsel effectief gekoeld en wordt ook de zelfontbrandingslimiet verhoogd. Er moet ook melding worden gemaakt van het momenteel wijdverbreide systeem van variabele kleptiming, waarmee u de werkelijke compressieverhouding tot op zekere hoogte kunt beïnvloeden. De zogenaamde Miller-cyclus (ongelijk lange contractie- en expansieslag). Naast variabele kleptiming helpt variabele kleplift ook om het verbruik te verminderen, wat de gasbediening kan vervangen en zo zuigverliezen kan verminderen - door de luchtstroom door de gasklep te vertragen (bijv. Valvetronic van BMW).

Bijvullen, kleptiming, kleplichthoogte of compressieverhouding wijzigen is geen wondermiddel, dus ontwerpers moeten rekening houden met andere factoren die met name de eindstroom beïnvloeden. Deze omvatten met name de vermindering van wrijving, evenals de voorbereiding en verbranding van het brandgevaarlijke mengsel zelf.

Ontwerpers werken al tientallen jaren aan het verminderen van de wrijving van bewegende motoronderdelen. Het moet worden toegegeven dat ze grote stappen hebben gemaakt op het gebied van materialen en coatings, die momenteel de beste wrijvingseigenschappen hebben. Hetzelfde kan gezegd worden over oliën en smeermiddelen. Ook het motorontwerp zelf bleef niet onopgemerkt, waarbij de afmetingen van bewegende delen, lagers zijn geoptimaliseerd, de vorm van de zuigerveren en natuurlijk het aantal cilinders niet is veranderd. Waarschijnlijk de bekendste motoren met "lager" aantal cilinders van dit moment zijn Ford's driecilinder EcoBoost-motoren van Ford of TwinAir tweecilinders van Fiat. Minder cilinders betekent minder zuigers, drijfstangen, lagers of kleppen, en dus logischerwijs totale wrijving. Er zijn zeker enkele beperkingen op dit gebied. De eerste is de wrijving die is opgeslagen op de ontbrekende cilinder, maar tot op zekere hoogte wordt gecompenseerd door extra wrijving in de lagers van de balansas. Een andere beperking houdt verband met het aantal cilinders of de bedrijfscultuur, die een aanzienlijke invloed hebben op de keuze van de voertuigcategorie die de motor zal aandrijven. Momenteel ondenkbaar, zo werd BMW, bekend om zijn moderne motoren, uitgerust met een zoemende tweecilindermotor. Maar wie weet wat er over een paar jaar gebeurt. Aangezien wrijving toeneemt met het kwadraat van de snelheid, verminderen fabrikanten niet alleen de wrijving zelf, maar proberen ze ook motoren te ontwerpen die voldoende dynamiek bieden bij de laagst mogelijke snelheden. Omdat het atmosferisch tanken van een kleine motor deze taak niet aankan, komt een turbocompressor of een turbocompressor in combinatie met een mechanische compressor opnieuw te hulp. In het geval van alleen aanjagen met een turbocompressor is dit echter geen gemakkelijke taak. Opgemerkt moet worden dat de turbocompressor een aanzienlijke rotatietraagheid van de turbine heeft, waardoor de zogenaamde turbodiera ontstaat. De turbocompressorturbine wordt aangedreven door uitlaatgassen, die eerst door de motor moeten worden geproduceerd, zodat er een zekere vertraging is vanaf het moment dat het gaspedaal wordt ingedrukt tot het verwachte begin van de stuwkracht van de motor. Natuurlijk proberen verschillende moderne turbocompressorsystemen deze kwaal min of meer met succes te compenseren, en nieuwe ontwerpverbeteringen in turbochargers komen te hulp. Dus turbochargers zijn kleiner en lichter, ze reageren steeds sneller op hogere snelheden. Sportgerichte coureurs, opgegroeid met snelle motoren, geven de schuld aan zo'n "langzame" turbomotor voor een slechte respons. geen vermogensgradatie naarmate de snelheid toeneemt. De motor trekt dus emotioneel bij lage, midden en hoge toeren, helaas zonder piekvermogen.

De samenstelling van het brandbare mengsel zelf stond niet opzij. Zoals u weet, verbrandt een benzinemotor het zogenaamde homogene stoichiometrische mengsel van lucht en brandstof. Dit betekent dat er voor 14,7 kg brandstof - benzine 1 kg lucht is. Deze verhouding wordt ook wel lambda = 1 genoemd. Dit mengsel van benzine en lucht kan ook in andere verhoudingen worden verbrand. Als je de hoeveelheid lucht van 14,5 tot 22:1 gebruikt, dan is er een grote luchtovermaat - we hebben het over het zogenaamde magere mengsel. Als de verhouding omgekeerd is, is de hoeveelheid lucht kleiner dan stoichiometrisch en de hoeveelheid benzine groter (de verhouding tussen lucht en benzine ligt in het bereik van 14 tot 7:1), dit mengsel wordt zogenaamd genoemd. rijk mengsel. Andere verhoudingen buiten dit bereik zijn moeilijk te ontsteken omdat ze te verdund zijn of te weinig lucht bevatten. Beide limieten hebben in ieder geval een tegengesteld effect op prestaties, verbruik en emissies. Qua emissies treedt bij een rijk mengsel een significante vorming van CO en HC op._x, productie NR_x relatief klein door lagere temperaturen bij het verbranden van een rijk mengsel. Integendeel, bij magere verbranding is de productie van NO vooral hoger._xdoor de hogere verbrandingstemperatuur. We mogen de verbrandingssnelheid niet vergeten, die voor elke samenstelling van het mengsel anders is. De verbrandingssnelheid is een zeer belangrijke factor, maar het is moeilijk om deze te beheersen. De verbrandingssnelheid van het mengsel wordt ook beïnvloed door temperatuur, mate van werveling (in stand gehouden door motortoerental), vochtigheid en brandstofsamenstelling. Elk van deze factoren is op een andere manier betrokken, waarbij werveling en verzadiging van het mengsel de grootste invloed hebben. Een rijk mengsel brandt sneller dan een mager mengsel, maar als het mengsel te rijk is, wordt de verbrandingssnelheid sterk verminderd. Wanneer het mengsel wordt ontstoken, is de verbranding aanvankelijk langzaam, met toenemende druk en temperatuur neemt de verbrandingssnelheid toe, wat ook wordt vergemakkelijkt door meer werveling van het mengsel. Magere verbranding draagt ​​bij tot een toename van het verbrandingsrendement tot 20%, terwijl het volgens de huidige mogelijkheden maximaal is bij een verhouding van ongeveer 16,7 tot 17,3:1. Aangezien de homogenisatie van het mengsel verslechtert tijdens aanhoudende magerheid, wat resulteert in een aanzienlijke vermindering van de verbrandingssnelheid, vermindering van efficiëntie en productiviteit, fabrikanten hebben het zogenaamde gelaagde mengsel bedacht. Met andere woorden, het brandbare mengsel is gelaagd in de verbrandingsruimte, zodat de verhouding rond de kaars stoichiometrisch is, dat wil zeggen gemakkelijk ontsteekt, en in de rest van de omgeving daarentegen de samenstelling van het mengsel veel hoger. Deze technologie wordt in de praktijk al toegepast (TSi, JTS, BMW), helaas tot nu toe alleen tot bepaalde snelheden resp. in lichte belastingsmodus. Ontwikkeling is echter een snelle stap voorwaarts.

Voordelen van inkrimping

• Zo'n motor is niet alleen kleiner in volume, maar ook in omvang, waardoor hij met minder grondstoffen en minder energieverbruik geproduceerd kan worden.
• Aangezien motoren worden gemaakt met vergelijkbare grondstoffen, zo niet dezelfde, zal de motor lichter zijn vanwege de kleinere afmetingen. De hele structuur van de auto kan minder duurzaam zijn en daardoor lichter en goedkoper. met de bestaande lichtere motor minder aslast. In dit geval worden ook de rijprestaties verbeterd, omdat deze niet zozeer worden beïnvloed door een zware motor.
• Zo'n motor is kleiner en krachtiger, en daarom zal het niet moeilijk zijn om een ​​kleine en krachtige auto te bouwen, die soms niet werkte vanwege de beperkte motorinhoud.
• Een kleinere motor heeft ook minder traagheidsmassa, dus gebruikt hij niet zoveel kracht om te bewegen tijdens vermogensveranderingen als een grotere motor.

Nadelen van bezuinigen

• Een dergelijke motor wordt blootgesteld aan aanzienlijk grotere thermische en mechanische belasting.
• Hoewel de motor lichter is qua volume en gewicht, door de aanwezigheid van verschillende extra onderdelen zoals een turbocompressor, intercooler of hogedrukbenzine-injectie, neemt het totale gewicht van de motor toe, nemen de kosten van de motor toe, vereist het hele pakket meer onderhoud. en het risico op uitval is groter, vooral voor een turbocompressor die wordt blootgesteld aan hoge thermische en mechanische belastingen.
• Sommige hulpsystemen verbruiken energie in de motor (bijv. zuigerpomp met directe injectie voor TSI-motoren).
• Zowel de ontwikkeling als de productie van een dergelijke motor is veel moeilijker en gecompliceerder dan bij een motor met atmosferische vulling.
• Het eindverbruik is nog relatief sterk afhankelijk van de rijstijl.
• interne wrijving. Houd er rekening mee dat wrijving in een motor snelheidsafhankelijk is. Dit is relatief verwaarloosbaar voor een waterpomp of dynamo waarbij de wrijving lineair toeneemt met de snelheid. De wrijving van de nokken- of zuigerveer neemt echter toe in verhouding tot de vierkantswortel, waardoor een kleine motor met hoge snelheid een hogere interne wrijving kan vertonen dan een grotere cilinderinhoud die bij lagere snelheden werkt. Zoals reeds vermeld, hangt veel echter af van het ontwerp en de prestaties van de motor.

Dus is er een toekomst voor inkrimping? Ondanks enkele tekortkomingen denk ik van wel. Motoren met natuurlijke aanzuiging verdwijnen echter niet van de ene op de andere dag, simpelweg vanwege productiebesparingen, technologische vooruitgang (Mazda Skyactive-G), nostalgie of gewoonte. Aan niet-partizanen die de kracht van een kleine motor niet vertrouwen, raad ik aan om zo'n auto met vier redelijk goed gevoede mensen te laden, dan een heuvel op te zoeken, in te halen en te testen. Betrouwbaarheid blijft een veel complexer vraagstuk. Voor kaartkopers is er een oplossing, ook als het langer duurt dan een proefrit. Wacht een paar jaar tot de motor verschijnt en beslis dan. In het algemeen kunnen de risico's echter als volgt worden samengevat. Vergeleken met een krachtigere motor met natuurlijke aanzuiging van hetzelfde vermogen, wordt een kleinere turbomotor veel meer belast door cilinderdruk en temperatuur. Daarom hebben dergelijke motoren aanzienlijk meer belaste lagers, krukas, cilinderkop, schakelinrichtingen, enz. Het risico op uitval voor het einde van de geplande levensduur is echter relatief laag, aangezien fabrikanten motoren ontwerpen voor een dergelijke belasting. Er zullen echter fouten zijn, ik merk bijvoorbeeld problemen op met het overslaan van de distributieketting in TSi-motoren. In het algemeen kan echter gesteld worden dat de levensduur van deze motoren waarschijnlijk niet zo lang zal zijn als bij atmosferische motoren. Dit geldt vooral voor auto's met een hoge kilometerstand. Er moet ook meer aandacht worden besteed aan consumptie. In vergelijking met oudere benzinemotoren met turbocompressor kunnen moderne turbocompressoren aanzienlijk zuiniger werken, terwijl de beste het verbruik van een relatief krachtige turbodiesel halen wanneer ze zuinig draaien. De keerzijde is de steeds grotere afhankelijkheid van de rijstijl van de bestuurder, dus als je zuinig wilt rijden, moet je voorzichtig zijn met het gaspedaal. In vergelijking met dieselmotoren compenseren benzinemotoren met turbocompressor dit nadeel echter door betere verfijning, lagere geluidsniveaus, een breder bereik aan bruikbare snelheden of de afwezigheid van de veel verguisde DPF.