Kas ir saīsinājums?

Pēdējos gados Eiropas baseins ir kļuvis par mazāko no visa, ar ko saskaras vidusmēra cilvēks. Tas jo īpaši attiecas uz reālajām algām, mobilajiem tālruņiem, klēpjdatoriem, uzņēmuma izmaksām vai dzinēja lielumu un emisijām. Diemžēl darbinieku samazināšana vēl nav skārusi tik nolaistu valsts vai valsts pārvaldi. Tomēr vārda "samazināšana" nozīme automobiļu rūpniecībā nav tik jauna, kā varētu šķist no pirmā acu uzmetiena. Pagājušā gadsimta beigās dīzeļdzinēji arī samazināja savu ātrumu pirmajā posmā, kas, pateicoties kompresoram un mūsdienīgai tiešajai iesmidzināšanai, saglabāja vai samazināja apjomu, bet ievērojami palielinoties dzinēja dinamiskajiem parametriem.

Mūsdienu ēra, kad benzīna dzinēji tiek palielināti, sākās ar 1,4 TSi agregāta parādīšanos. No pirmā acu uzmetiena tas pats par sevi neizskatās pēc štatu samazināšanas, ko apliecināja arī tā iekļaušana Golf, Leon vai Octavia piedāvājumā. Perspektīvas maiņa nenotika, līdz Škoda sāka montēt 1,4 kW 90 TSi dzinēju savā lielākajā Superb modelī. Tomēr īsts izrāviens bija 1,2 kW 77 TSi dzinēja uzstādīšana salīdzinoši lielās automašīnās, piemēram, Octavia, Leon un pat VW Caddy. Tikai tad sākās īstie un, kā vienmēr, visgudrākie kroga priekšnesumi. Tādi izteicieni kā: "nevelkas, neturēsies ilgi, skaļumu nevar aizstāt, astoņstūrim ir auduma dzinējs, vai esat to dzirdējuši?" Bija vairāk nekā izplatītas ne tikai ceturtajā ierīču cenā, bet arī tiešsaistes diskusijās. Samazinot transportlīdzekļu ražotājus, ir jāpieliek loģiskas pūles, lai tiktu galā ar pastāvīgo spiedienu samazināt patēriņu un ļoti nīstos izmešus. Protams, nekas nav par velti, un pat darbinieku skaita samazināšana nenes tikai labumu. Tāpēc turpmākajās rindās sīkāk apspriedīsim, ko sauc par štatu samazināšanu, kā tā darbojas un kādas ir tās priekšrocības vai trūkumi.

Kas ir saīsinājums un iemesli

Samazināšana nozīmē iekšdedzes dzinēja darba tilpuma samazināšanu, vienlaikus saglabājot tādu pašu vai pat lielāku jaudu. Paralēli tilpuma samazināšanai kompresoru veic, izmantojot turbokompresoru vai mehānisko kompresoru, vai abu metožu kombināciju (VW 1,4 TSi - 125 kW). Kā arī tiešā degvielas iesmidzināšana, maināms vārstu iestatījums, vārstu pacelšana u.c.. Ar šīm papildu tehnoloģijām balonos nonāk vairāk gaisa (skābekļa) sadegšanai, un var proporcionāli palielināt piegādātās degvielas daudzumu. Protams, šāds saspiests gaisa un degvielas maisījums satur vairāk enerģijas. Tiešā iesmidzināšana, apvienojumā ar mainīgu laiku un vārstu pacēlumu, savukārt optimizē degvielas iesmidzināšanu un virpuļošanu, kas vēl vairāk palielina sadegšanas procesa efektivitāti. Kopumā ar mazāku cilindra tilpumu pietiek, lai atbrīvotu tādu pašu enerģiju kā lielākiem un salīdzināmiem dzinējiem, nesamazinot izmērus.

Kā jau tika norādīts raksta sākumā, samazinājumu rašanās galvenokārt ir saistīta ar Eiropas likumdošanas stingrību. Pārsvarā runa ir par emisiju samazināšanu, bet visredzamākais ir vēlme samazināt CO emisijas kopumā.₂... Tomēr visā pasaulē emisiju ierobežojumi tiek pakāpeniski nostiprināti. Saskaņā ar Eiropas Komisijas regulu Eiropas autoražotāji ir apņēmušies sasniegt 2015 g CO emisiju ierobežojumu līdz 130. gadam.₂ uz 1 km, šī vērtība tiek aprēķināta kā vidējā vērtība par vienu gadu tirgū laisto autostāvvietu. Benzīna dzinējiem ir tieša loma samazināšanā, lai gan efektivitātes ziņā tie, visticamāk, samazinās patēriņu (t.i., arī CO₂) nekā dīzeļdegvielas. Taču tas apgrūtina ne tikai augstāku cenu, bet arī salīdzinoši problemātisku un dārgu kaitīgo izmešu likvidēšanu izplūdes gāzēs, piemēram, slāpekļa oksīdu - NO_x, oglekļa monoksīds - CO, ogļūdeņraži - HC vai ogle, kuru noņemšanai tiek izmantots dārgs un joprojām salīdzinoši problemātisks DPF filtrs (FAP). Līdz ar to mazie dīzeļi pamazām kļūst sarežģītāki, un mazās mašīnas spēlē ar mazākām vijolēm. Hibrīdie un elektriskie transportlīdzekļi arī konkurē ar skaita samazināšanu. Lai gan šī tehnoloģija ir daudzsološa, tā ir daudz sarežģītāka nekā salīdzinoši vienkārša štatu samazināšana un tomēr pārāk dārga vidusmēra iedzīvotājam.

Mazliet teorija

Izmēru samazināšanas panākumi ir atkarīgi no dzinēja dinamikas, degvielas patēriņa un kopējā braukšanas komforta. Jauda un griezes moments ir pirmajā vietā. Produktivitāte ir laika gaitā veikts darbs. Dzirksteļaizdedzes iekšdedzes dzinēja viena cikla laikā parādīto darbu nosaka tā sauktais Otto cikls.

Vertikālā ass ir spiediens virs virzuļa, bet horizontālā ass ir cilindra tilpums. Darbu dod laukums, ko ierobežo līknes. Šī diagramma ir idealizēta, jo mēs neņemam vērā siltuma apmaiņu ar vidi, balonā ieplūstošā gaisa inerci un zudumus, ko rada ieplūde (neliels negatīvs spiediens salīdzinājumā ar atmosfēras spiedienu) vai izplūdes (neliels pārspiediens). Un tagad paša stāsta apraksts, kas parādīts (V) diagrammā. Starp punktiem 1-2 balons ir piepildīts ar maisījumu - tilpums palielinās. Starp punktiem 2-3 notiek saspiešana, virzulis darbojas un saspiež degvielas-gaisa maisījumu. Starp punktiem 3-4 notiek sadegšana, tilpums ir nemainīgs (virzulis atrodas augšējā nāves punktā), un degvielas maisījums sadedzina. Degvielas ķīmiskā enerģija tiek pārvērsta siltumā. Starp 4.-5. punktiem sadegušais degvielas un gaisa maisījums darbojas – izplešas un rada spiedienu uz virzuli. Punktos 5-6-1 notiek apgrieztā plūsma, tas ir, izplūdes gāze.

Jo vairāk mēs iesūcam degvielas un gaisa maisījumu, jo vairāk tiek atbrīvota ķīmiskā enerģija, un laukums zem līknes palielinās. Šo efektu var panākt vairākos veidos. Pirmā iespēja ir attiecīgi palielināt cilindra tilpumu. viss dzinējs, kuram pie tādiem pašiem nosacījumiem panākam lielāku jaudu - līkne palielināsies pa labi. Citi veidi, kā novirzīt līknes kāpumu uz augšu, ir, piemēram, palielināt kompresijas pakāpi vai palielināt jaudu, lai laika gaitā strādātu, un vienlaikus veikt vairākus mazākus ciklus, tas ir, palielināt dzinēja apgriezienus. Abām aprakstītajām metodēm ir daudz mīnusu (pašaizdegšanās, lielāka cilindra galvas un tās blīvējumu stiprība, palielināta berze pie lielākiem ātrumiem - aprakstīsim vēlāk, lielākas emisijas, spēks uz virzuli joprojām ir aptuveni vienāds), savukārt automašīnai ir salīdzinoši liels jaudas pieaugums uz papīra, bet griezes moments īpaši nemainās. Lai gan nesen japāņu Mazda izdevās sērijveidā ražot benzīna dzinēju ar neparasti augstu kompresijas pakāpi (14,0: 1) ar nosaukumu Skyactive-G, kas lepojas ar ļoti labiem dinamiskiem parametriem ar izdevīgu degvielas patēriņu, tomēr lielākā daļa ražotāju joprojām izmanto vienu iespēju: lai palielinātu zem līknes esošās zonas apjomu. Un tas ir gaisa saspiešana pirms ieiešanas cilindrā, vienlaikus saglabājot tilpumu - pārplūdi.

Tad Otto cikla p (V) diagramma izskatās šādi:

Tā kā 7-1 lādiņš notiek citā (augstākā) spiedienā nekā 5-6 izeja, tiek izveidota atšķirīga slēgta līkne, kas nozīmē, ka tiek veikts papildu darbs virzuļa gājienā, kas nedarbojas. To var izmantot, ja ierīci, kas saspiež gaisu, darbina pārmērīga enerģija, kas mūsu gadījumā ir izplūdes gāzu kinētiskā enerģija. Šāda ierīce ir turbokompresors. Tiek izmantots arī mehānisks kompresors, taču ir jāņem vērā noteikts procents (15-20%), kas iztērēts tā darbībai (visbiežāk to darbina kloķvārpsta), tāpēc daļa augšējās līknes pāriet uz apakšējo viens bez jebkāda efekta.

Mēs ieradīsimies kādu laiku, kamēr būsim satriekti. Benzīna dzinēja turbokompresors darbojas jau ilgu laiku, taču galvenais mērķis bija palielināt veiktspēju, kamēr patēriņš nebija īpaši izlemts. Tātad gāzes turbīnas viņus vilka līdzi uz mūžu, bet viņi ēda arī zāli pie ceļa, spiežot uz gāzes. Tam bija vairāki iemesli. Pirmkārt, samaziniet šo dzinēju kompresijas pakāpi, lai novērstu sadegšanu. Bija arī turbo dzesēšanas problēma. Pie lielām slodzēm maisījumu vajadzēja bagātināt ar degvielu, lai atdzesētu izplūdes gāzes un tādējādi aizsargātu turbokompresoru no augstas dūmgāzu temperatūras. Sliktāk, enerģija, ko turbokompresors piegādā uzlādes gaisam, daļēji tiek zaudēta pie daļējas slodzes, jo bremzē gaisa plūsmu pie droseļvārsta. Par laimi, pašreizējā tehnoloģija jau tagad ļauj samazināt degvielas ekonomiju pat tad, ja dzinējam ir turbokompresors, kas ir viens no galvenajiem samazināšanas iemesliem.

Mūsdienu benzīna dzinēju dizaineri cenšas iedvesmot tos dīzeļdzinējus, kas darbojas ar lielāku kompresijas pakāpi un daļēju slodzi, gaisa plūsmu caur ieplūdes kolektoru neierobežo droseļvārsts. Klauvēšanas bīstamību, ko rada augsta kompresijas pakāpe, kas var ļoti ātri sabojāt dzinēju, novērš modernā elektronika, kas daudz precīzāk kontrolē aizdedzes laiku, nekā tas bija līdz šim. Liela priekšrocība ir arī tiešās degvielas iesmidzināšanas izmantošana, kurā benzīns iztvaiko tieši cilindrā. Tādējādi degvielas maisījums tiek efektīvi atdzesēts, un tiek palielināta arī pašaizdegšanās robeža. Jāpiemin arī šobrīd plaši izplatītā mainīgā vārstu laika regulēšanas sistēma, kas ļauj zināmā mērā ietekmēt faktisko kompresijas pakāpi. Tā sauktais Millera cikls (nevienmērīgi ilgs kontrakcijas un izplešanās gājiens). Papildus mainīgam vārstu iestatījumam, mainīgs vārstu pacēlums palīdz arī samazināt patēriņu, kas var aizstāt droseles vadību un tādējādi samazināt sūkšanas zudumus – palēninot gaisa plūsmu caur droseļvārstu (piemēram, Valvetronic no BMW).

Pārlādēšana, vārsta laika maiņa, vārsta pacelšanās vai kompresijas pakāpe nav panaceja, tāpēc dizaineriem jāņem vērā citi faktori, kas jo īpaši ietekmē gala plūsmu. Tie jo īpaši ietver berzes samazināšanu, kā arī paša aizdedzinošā maisījuma sagatavošanu un sadedzināšanu.

Dizaineri ir strādājuši gadu desmitiem, lai samazinātu kustīgo dzinēja daļu berzi. Jāatzīst, ka viņi ir guvuši lielus panākumus materiālu un pārklājumu jomā, kam šobrīd ir vislabākās berzes īpašības. To pašu var teikt par eļļām un smērvielām. Bez ievērības nepalika arī pati dzinēja konstrukcija, kur ir optimizēti kustīgo detaļu izmēri, gultņi, nav mainījusies virzuļu gredzenu forma un, protams, cilindru skaits. Iespējams, šobrīd zināmākie dzinēji ar "mazāku" cilindru skaitu ir Ford trīscilindru EcoBoost dzinēji no Ford vai TwinAir divu cilindru dzinēji no Fiat. Mazāk cilindru nozīmē mazāk virzuļu, savienojošo stieņu, gultņu vai vārstu un līdz ar to arī kopējo berzi. Šajā jomā noteikti ir daži ierobežojumi. Pirmā ir berze, kas tiek saglabāta trūkstošajā cilindrā, bet zināmā mērā tiek kompensēta ar papildu berzi līdzsvara vārpstas gultņos. Vēl viens ierobežojums ir saistīts ar cilindru skaitu vai darbības kultūru, kas būtiski ietekmē transportlīdzekļa kategorijas izvēli, ar kuru brauks dzinējs. Patlaban neiedomājami, piemēram, BMW, kas pazīstams ar saviem modernajiem dzinējiem, bija aprīkots ar dūcošu divu cilindru dzinēju. Bet kas zina, kas notiks pēc dažiem gadiem. Tā kā berze palielinās līdz ar ātruma kvadrātu, ražotāji ne tikai samazina pašu berzi, bet arī cenšas konstruēt dzinējus tā, lai nodrošinātu pietiekamu dinamiku pie iespējami mazākiem apgriezieniem. Tā kā maza dzinēja atmosfēras degvielas uzpilde ar šo uzdevumu netiek galā, palīgā atkal nāk turbokompresors vai turbokompresors, kas apvienots ar mehānisko kompresoru. Tomēr kompresora gadījumā tikai ar turbokompresoru tas nav viegls uzdevums. Jāpiebilst, ka turbokompresoram ir ievērojama turbīnas rotācijas inerce, kas rada tā saukto turbodieru. Turbokompresora turbīnu darbina izplūdes gāzes, kuras vispirms jārada dzinējam, lai no akseleratora pedāļa nospiešanas brīža līdz paredzamajam dzinēja vilces iedarbināšanai būtu zināma aizkave. Protams, dažādas modernās turbokompresoru sistēmas vairāk vai mazāk veiksmīgi cenšas kompensēt šo kaiti, un palīgā nāk jauni dizaina uzlabojumi turbokompresoros. Tātad turbokompresori ir mazāki un vieglāki, tie reaģē ātrāk un ātrāk pie lielāka ātruma. Uz sportu orientēti autovadītāji, kuri ir audzināti par ātrgaitas dzinējiem, vaino šādu “lēnu” turbodzinēju par sliktu reakciju. nav jaudas gradācijas, palielinoties ātrumam. Tātad dzinējs emocionāli velk pie zemiem, vidējiem un augstiem apgriezieniem, diemžēl bez maksimālās jaudas.

Pats degmaisījuma sastāvs nepalika malā. Kā zināms, benzīna dzinējs sadedzina tā saukto viendabīgo gaisa un degvielas stehiometrisko maisījumu. Tas nozīmē, ka uz 14,7 kg degvielas - benzīna ir 1 kg gaisa. Šo attiecību dēvē arī par lambda = 1. Minēto benzīna un gaisa maisījumu var sadedzināt arī citās attiecībās. Ja izmantojat gaisa daudzumu no 14,5 līdz 22: 1, tad ir liels gaisa pārpalikums - mēs runājam par tā saukto lieso maisījumu. Ja attiecība ir apgriezta, gaisa daudzums ir mazāks par stehiometrisko un benzīna daudzums ir lielāks (gaisa un benzīna attiecība ir robežās no 14 līdz 7:1), šo maisījumu sauc par t.s. bagāts maisījums. Citas attiecības ārpus šī diapazona ir grūti aizdedzināt, jo tās ir pārāk atšķaidītas vai satur pārāk maz gaisa. Jebkurā gadījumā abiem ierobežojumiem ir pretēja ietekme uz veiktspēju, patēriņu un emisijām. Runājot par emisijām, bagātīga maisījuma gadījumā notiek ievērojama CO un HC veidošanās._x, ražošana Nr_x salīdzinoši zems zemākas temperatūras dēļ, dedzinot bagātīgu maisījumu. No otras puses, NO ražošana ir īpaši augstāka ar liesu apdegumu._xaugstākas sadegšanas temperatūras dēļ. Mēs nedrīkstam aizmirst par degšanas ātrumu, kas katram maisījuma sastāvam ir atšķirīgs. Degšanas ātrums ir ļoti svarīgs faktors, taču to ir grūti kontrolēt. Maisījuma sadegšanas ātrumu ietekmē arī temperatūra, virpuļu pakāpe (ko uztur dzinēja apgriezieni), mitrums un degvielas sastāvs. Katrs no šiem faktoriem ir iesaistīts dažādos veidos, un vislielākā ietekme ir virpuļošanai un maisījuma piesātinājumam. Bagāts maisījums deg ātrāk nekā liess, bet, ja maisījums ir pārāk bagāts, degšanas ātrums ir ievērojami samazināts. Maisījumu aizdedzinot, degšana sākumā ir lēna, pieaugot spiedienam un temperatūrai, palielinās degšanas ātrums, ko veicina arī pastiprināta maisījuma virpuļošana. Liesa sadegšana veicina sadegšanas efektivitātes palielināšanos līdz pat 20%, savukārt saskaņā ar pašreizējām iespējām tā ir maksimālā proporcijā aptuveni 16,7 līdz 17,3: 1. Tā kā maisījuma homogenizācija, turpinot liesu degšanu, pasliktinās, tādējādi ievērojami samazinot degšanas efektivitāti. degšanas ātrumu, samazinot efektivitāti un produktivitāti, ražotāji ir nākuši klajā ar tā saukto slāņu maisījumu. Citiem vārdiem sakot, degmaisījums tiek noslāņots sadegšanas telpā tā, ka attiecība ap sveci ir stehiometriska, tas ir, tas viegli aizdegas, un pārējā vidē, gluži pretēji, maisījuma sastāvs ir daudz augstāks. Šī tehnoloģija jau tiek izmantota praksē (TSi, JTS, BMW), diemžēl pagaidām tikai līdz noteiktiem ātrumiem vai. vieglas slodzes režīmā. Tomēr attīstība ir straujš solis uz priekšu.

Samazinājuma priekšrocības

• Šāds dzinējs ir ne tikai mazāks tilpumā, bet arī apjomā, tāpēc to var ražot ar mazākām izejvielām un mazāku enerģijas patēriņu.
• Tā kā dzinēji izmanto līdzīgas, ja ne vienas un tās pašas izejvielas, dzinējs būs vieglāks tā mazākā izmēra dēļ. Visa transportlīdzekļa struktūra var būt mazāk izturīga, tāpēc vieglāka un lētāka. ar esošo vieglāku dzinēju, mazāka ass slodze. Šajā gadījumā tiek uzlabota arī braukšanas veiktspēja, jo smags dzinējs tos neietekmē tik spēcīgi.
• Šāds dzinējs ir mazāks un jaudīgāks, un tāpēc nebūs grūti uzbūvēt mazu un jaudīgu automašīnu, kas dažkārt nedarbojās ierobežotā motora izmēra dēļ.
• Mazāka izmēra motoram ir arī mazāka inerces masa, tāpēc tas neizmanto tik daudz enerģijas, lai pārvietotos jaudas izmaiņu laikā kā lielāks motors.

Samazināšanas trūkumi

• Šāds motors ir pakļauts ievērojami augstākam termiskajam un mehāniskajam spriegumam.
• Lai gan dzinēja tilpums un svars ir vieglāks, dažādu papildu detaļu, piemēram, turbokompresora, starpdzesētāja vai augstspiediena benzīna iesmidzināšanas dēļ, motora kopējais svars palielinās, dzinēja izmaksas palielinās, un viss komplekts prasa palielināta apkope. un atteices risks ir lielāks, īpaši turbokompresoram, kas pakļauts lielam termiskajam un mehāniskajam spriegumam.
• Dažas palīgsistēmas patērē enerģiju motorā (piemēram, tiešās iesmidzināšanas virzuļsūknis SITS motoriem).
• Šāda dzinēja konstrukcija un ražošana ir daudz grūtāka un sarežģītāka nekā ar atmosfēru piepildīta dzinēja gadījumā.
• Gala patēriņš joprojām ir salīdzinoši lielā mērā atkarīgs no braukšanas stila.
• Iekšējā berze. Paturiet prātā, ka motora berze ir atkarīga no ātruma. Tas ir salīdzinoši niecīgs ūdens sūknim vai ģeneratoram, kur berze lineāri palielinās ar ātrumu. Tomēr izciļņu vai virzuļu gredzenu berze palielinās proporcionāli kvadrātsaknei, kas var izraisīt ātrgaitas mazā motora lielāku iekšējo berzi nekā lielākam tilpumam, kas darbojas ar mazāku ātrumu. Tomēr, kā jau minēts, daudz kas ir atkarīgs no motora konstrukcijas un veiktspējas.

Tātad, vai personāla samazināšanai ir nākotne? Neskatoties uz dažiem trūkumiem, es domāju. Dzinēji ar dabisko gaisa ieplūdi nepazūd uzreiz, taču tikai ražošanas ietaupījumu, tehnoloģiju sasniegumu (Mazda Skyactive-G), nostalģijas vai ieraduma dēļ. Bezpartejiskiem, kas neuzticas maza dzinēja jaudai, iesaku ielādēt šādu mašīnu ar četriem labi paēdušiem cilvēkiem, tad paskatīties kalnā, apdzīt un testēt. Uzticamība joprojām ir daudz sarežģītāka problēma. Biļešu pircējiem ir risinājums, pat ja tas aizņem ilgāku laiku nekā testa brauciens. Pagaidiet dažus gadus, līdz parādās dzinējs, un tad izlemiet. Tomēr kopumā riskus var apkopot šādi. Salīdzinot ar jaudīgāku tādas pašas jaudas bezpūšamo motoru, mazāks dzinējs ar turbokompresoru ir daudz vairāk noslogots ar cilindra spiedienu un temperatūru. Tāpēc šādiem dzinējiem ir ievērojami vairāk noslogotu gultņu, kloķvārpstas, cilindra galvas, sadales iekārtas utt. Tomēr neveiksmes risks pirms plānotā kalpošanas laika beigām ir salīdzinoši zems, jo ražotāji projektē motorus šai slodzei. Tomēr būs kļūdas, es atzīmēju, piemēram, problēmas ar laika ķēdes izlaišanu TSi motoros. Tomēr kopumā var teikt, ka šo dzinēju kalpošanas laiks, visticamāk, nebūs tik ilgs kā dzinējiem ar gaisa pieplūdi. Tas galvenokārt attiecas uz automašīnām ar lielu nobraukumu. Pastiprināta uzmanība jāpievērš arī patēriņam. Salīdzinot ar vecākiem benzīna dzinējiem ar turbokompresoru, mūsdienu turbokompresori var darboties ievērojami ekonomiskāk, savukārt labākie no tiem atbilst samērā jaudīga turbodīzeļa patēriņam ekonomiskā darbībā. Negatīvā puse ir arvien pieaugošā atkarība no vadītāja braukšanas stila, tādēļ, ja vēlaties braukt ekonomiski, jums jābūt uzmanīgam ar gāzes pedāli. Tomēr, salīdzinot ar dīzeļdzinējiem, benzīna dzinēji ar turbokompresoru šo trūkumu kompensē ar labāku precizitāti, zemāku trokšņa līmeni, plašāku izmantojamo apgriezienu diapazonu vai daudz kritizētās DPF trūkumu.