Co je zkratka?

V posledních letech se evropská pánev stala tím nejmenším ze všeho, s čím průměrný člověk přichází do styku. To platí zejména pro skutečné mzdy, mobilní telefony, notebooky, náklady společnosti nebo velikost motoru a emise. Snížení počtu zaměstnanců se zatím tak zchátralé veřejné či státní správy zatím nedotklo. Význam slova „redukce“ v automobilovém průmyslu však není tak nový, jak by se na první pohled mohlo zdát. Koncem minulého století se v první fázi projevily také škrty v dieselových motorech, které si díky přeplňování a modernímu přímému vstřikování zachovaly nebo zmenšily objem, ale s výrazným zvýšením dynamických parametrů motoru.

Moderní éra „svítání“ benzínových motorů začala s příchodem jednotky 1,4 TSi. To samo o sobě na první pohled na downsizing nevypadá, což potvrdilo i jeho zařazení do nabídky Golfu, Leonu nebo Octavie. Ke změně pohledu došlo až ve chvíli, kdy Škoda začala do svého největšího modelu Superb montovat motor 1,4 TSi o výkonu 90 kW. Skutečným průlomem však byla zástavba motoru 1,2 TSi o výkonu 77 kW do poměrně velkých vozů jako Octavia, Leon a dokonce i VW Caddy. Teprve pak začala ta pravá a jako vždy nejmoudřejší hospodská představení. Výrazy jako: „nevleče, dlouho nevydrží, objem se nedá ničím nahradit, osmiúhelník má látkový motor, slyšeli jste to?“ Byly více než běžné nejen ve čtvrté ceně zařízení, ale i v internetových diskuzích. Downsizing vyžaduje od výrobců vozidel logické úsilí, aby se vyrovnali s neustálým tlakem na snižování spotřeby a tolik nenáviděných emisí. Nic samozřejmě není zadarmo a ani zmenšování nepřináší jen výhody. Na následujících řádcích si proto podrobněji rozebereme, co se nazývá downsizing, jak funguje a jaké jsou jeho výhody či nevýhody.

Co je zkratka a důvody

Downsizing znamená snížení zdvihového objemu spalovacího motoru při zachování stejného nebo dokonce vyššího výkonu. Paralelně se snižováním objemu probíhá přeplňování pomocí turbodmychadla nebo mechanického kompresoru, případně kombinací obou způsobů (VW 1,4 TSi - 125 kW). Stejně tak přímé vstřikování paliva, variabilní časování ventilů, zdvih ventilů atd. Těmito přídavnými technologiemi se do válců dostává více vzduchu (kyslíku) pro spalování a lze úměrně zvýšit množství dodávaného paliva. Takto stlačená směs vzduchu a paliva obsahuje samozřejmě více energie. Přímé vstřikování v kombinaci s proměnným časováním a zdvihem ventilů zase optimalizuje vstřikování paliva a víření, což dále zvyšuje účinnost spalovacího procesu. Obecně platí, že k uvolnění stejné energie jako u větších a srovnatelných motorů bez downsizingu stačí menší objem válce.

Jak již bylo naznačeno na začátku článku, vznik snížení je způsoben zejména zpřísněním evropské legislativy. Většinou jde o snižování emisí, přičemž nejviditelnější je snaha snížit emise CO plošně.₂... Po celém světě se však postupně zpřísňují emisní limity. V souladu s nařízením Evropské komise se evropské automobilky zavázaly dosáhnout limitu emisí 2015 g CO do roku 130.₂ na km se tato hodnota vypočítá jako průměrná hodnota pro vozový park uváděný na trh po dobu jednoho roku. Benzínové motory hrají přímou roli ve snižování velikosti, i když z hlediska účinnosti pravděpodobně snižují spotřebu (tj. Také CO₂) než dieselové. To však znesnadňuje nejen vyšší cenu, ale také poměrně problematickou a drahou eliminaci škodlivých emisí ve výfukových plynech, jako jsou oxidy dusíku - NO_x, oxid uhelnatý - CO, uhlovodíky - HC nebo saze, k jejichž odstranění se používá drahý a stále poměrně problematický DPF filtr (FAP). Malé diesely se tak postupně stávají složitějšími a na malá auta se hraje menšími houslemi. S downsizingem soutěží také hybridní a elektrická vozidla. Přestože je tato technologie slibná, je mnohem složitější než relativně jednoduché zmenšování, a přesto je pro běžného občana příliš drahá.

Některé teorie

Úspěch downsizingu závisí na dynamice motoru, spotřebě paliva a celkovém jízdním komfortu. Výkon a točivý moment jsou na prvním místě. Produktivita je práce vykonaná v průběhu času. Práce prezentovaná během jednoho cyklu zážehového spalovacího motoru je určena tzv. Ottovým cyklem.

Svislá osa je tlak nad pístem a vodorovná osa je objem válce. Práce je dána plochou ohraničenou křivkami. Tento diagram je idealizovaný, protože nebereme v úvahu výměnu tepla s okolím, setrvačnost vzduchu vstupujícího do válce a ztráty způsobené sáním (mírný podtlak oproti atmosférickému tlaku) nebo výfukem (nepatrný přetlak). A nyní popis samotného příběhu, znázorněný na (V) diagramu. Mezi body 1-2 se balónek naplní směsí - objem se zvětší. Mezi body 2-3 dochází ke kompresi, píst pracuje a stlačuje směs paliva a vzduchu. Mezi body 3-4 dochází ke spalování, objem je konstantní (píst je v horní úvrati) a palivová směs hoří. Chemická energie paliva se přeměňuje na teplo. Mezi body 4-5 pracuje spálená směs paliva a vzduchu – expanduje a vyvíjí tlak na píst. V odstavcích 5-6-1 dochází ke zpětnému toku, tedy výfuku.

Čím více nasáváme směs paliva a vzduchu, tím více chemické energie se uvolňuje a plocha pod křivkou se zvětšuje. Tohoto efektu lze dosáhnout několika způsoby. První možností je adekvátně zvětšit objem válce, resp. celého motoru, čímž za stejných podmínek dosáhneme většího výkonu – křivka se zvýší doprava. Dalšími způsoby, jak posunout stoupání křivky nahoru, je například zvýšení kompresního poměru nebo zvýšení výkonu v průběhu času a provedení několika menších cyklů současně, tedy zvýšení otáček motoru. Oba popsané způsoby mají mnoho nevýhod (samozápal, vyšší pevnost hlavy válců a jejích těsnění, zvýšené tření při vyšších otáčkách – popíšeme později, vyšší emise, síla na píst je stále přibližně stejná), přičemž auto má papírově poměrně velký nárůst výkonu, ale točivý moment se příliš nemění. V poslední době se sice japonské Mazdě podařilo sériově vyrobit benzinový motor s nezvykle vysokým kompresním poměrem (14,0:1) s názvem Skyactive-G, který se pyšní velmi dobrými dynamickými parametry při příznivé spotřebě paliva, přesto většina výrobců stále využívá jednu možnost, a to pro zvětšení objemu oblasti pod křivkou. A tím je stlačit vzduch před vstupem do válce při zachování objemu – přetečení.

Pak p (V) diagram Ottova cyklu vypadá takto:

Protože se náboj 7-1 vyskytuje při jiném (vyšším) tlaku než na výstupu 5-6, vytvoří se jiná uzavřená křivka, což znamená, že při nefunkčním zdvihu pístu se provádí další práce. Toho lze využít, pokud je zařízení, které stlačuje vzduch, poháněno nějakou přebytečnou energií, což je v našem případě kinetická energie výfukových plynů. Takovým zařízením je turbodmychadlo. Používá se také mechanický kompresor, ale je třeba vzít v úvahu určité procento (15-20%) vynaložené na jeho provoz (nejčastěji je poháněno klikovým hřídelem), proto se část horní křivky přesouvá na spodní jeden bez efektu.

Chvíli přijdeme, zatímco jsme zdrceni. Nasávání benzínového motoru je tu už nějakou dobu, ale hlavním cílem bylo zvýšit výkon, přičemž o spotřebě se nijak zvlášť nerozhodovalo. Plynové turbíny je tedy táhly jako o život, ale také jedly trávu u silnice a tlačily na plyn. Důvodů bylo několik. Nejprve snižte kompresní poměr těchto motorů, abyste vyloučili spalování klepáním a klepáním. Vyskytl se také problém s chlazením turba. Při vysokém zatížení musela být směs obohacena palivem, aby se ochladily výfukové plyny a chránilo se tak turbodmychadlo před vysokými teplotami spalin. Aby toho nebylo málo, energie dodávaná turbodmychadlem do plnicího vzduchu se částečně ztrácí při částečném zatížení v důsledku brzdění proudu vzduchu na škrticím ventilu. Současná technologie již naštěstí pomáhá snižovat spotřebu paliva, i když je motor přeplňovaný turbodmychadlem, což je jeden z hlavních důvodů downsizingu.

Konstruktéři moderních benzinových motorů se snaží inspirovat ty naftové motory, které pracují na vyšší kompresní poměr a při částečném zatížení, proudění vzduchu sacím potrubím není omezeno škrticí klapkou. Nebezpečí klepání-klepání způsobené vysokým kompresním poměrem, který může velmi rychle zničit motor, eliminuje moderní elektronika, která řídí časování zážehu mnohem přesněji, než tomu bylo donedávna. Velkou výhodou je také použití přímého vstřikování paliva, při kterém se benzín odpařuje přímo ve válci. Palivová směs je tak efektivně ochlazována a také je zvýšena mez samovznícení. Zmínit je třeba i v současnosti rozšířený systém variabilního časování ventilů, který umožňuje do určité míry ovlivnit skutečný kompresní poměr. Takzvaný Millerův cyklus (nerovnoměrně dlouhý kontrakční a expanzní zdvih). Kromě variabilního časování ventilů pomáhá ke snížení spotřeby také variabilní zdvih ventilů, který může nahradit ovládání škrticí klapky a snížit tak ztráty v sání – zpomalením proudění vzduchu škrticí klapkou (např. Valvetronic od BMW).

Přebíjení, změna časování ventilů, zdvih ventilů nebo kompresní poměr nejsou všelékem, proto musí designéři zvážit další faktory, které ovlivňují zejména konečný průtok. Patří sem zejména snížení tření, jakož i samotná příprava a spalování zápalné směsi.

Konstruktéři pracovali desítky let na snížení tření pohyblivých částí motoru. Nutno přiznat, že udělali velký pokrok v oblasti materiálů a povlaků, které mají v současnosti nejlepší třecí vlastnosti. Totéž lze říci o olejích a mazivech. Bez pozornosti nezůstala ani samotná konstrukce motoru, kde jsou optimalizovány rozměry pohyblivých částí, ložiska, tvar pístních kroužků a samozřejmě ani počet válců. Asi nejznámějšími motory s „nižším“ počtem válců jsou v současnosti Fordovy tříválcové motory EcoBoost od Fordu nebo dvouválce TwinAir od Fiatu. Méně válců znamená méně pístů, ojnic, ložisek nebo ventilů, a tedy logicky celkové tření. V této oblasti jistě existují určitá omezení. Prvním je tření, které je uloženo na chybějícím válci, ale do jisté míry kompenzováno dodatečným třením v ložiskách vyvažovacího hřídele. Další omezení souvisí s počtem válců či kulturou provozu, které výrazně ovlivňují volbu kategorie vozidla, které bude motor pohánět. V současnosti nemyslitelné například BMW, známé svými moderními motory, bylo vybaveno bručícím dvouválcem. Ale kdo ví, co bude za pár let. Vzhledem k tomu, že tření roste s druhou mocninou rychlosti, výrobci nejen snižují tření samotné, ale také se snaží navrhovat motory tak, aby poskytovaly dostatečnou dynamiku v co nejnižších otáčkách. Protože atmosférické tankování malého motoru tento úkol nezvládne, přichází na pomoc opět turbodmychadlo nebo turbodmychadlo kombinované s mechanickým kompresorem. V případě přeplňování pouze turbodmychadlem to však není snadný úkol. Nutno podotknout, že turbodmychadlo má značnou rotační setrvačnost turbíny, čímž vzniká tzv. turbodiera. Turbína turbodmychadla je poháněna výfukovými plyny, které musí nejprve vyprodukovat motor, aby od sešlápnutí plynového pedálu do předpokládaného začátku tahu motoru došlo k určité prodlevě. Tento neduh se samozřejmě snaží více či méně úspěšně kompenzovat různé moderní systémy přeplňování a na pomoc přicházejí nová konstrukční vylepšení turbodmychadel. Turbodmychadla jsou tedy menší a lehčí, ve vyšších otáčkách reagují stále rychleji. Sportovně orientovaní řidiči, vychovaní na vysokootáčkových motorech, obviňují takto „pomaloběžný“ přeplňovaný motor ze špatné odezvy. žádná gradace výkonu při zvyšování rychlosti. Motor tedy pocitově táhne v nízkých, středních i vysokých otáčkách, bohužel bez špičkového výkonu.

Stranou nezůstalo ani samotné složení hořlavé směsi. Jak víte, benzínový motor spaluje tzv. homogenní stechiometrickou směs vzduchu a paliva. To znamená, že na 14,7 kg paliva – benzínu připadá 1 kg vzduchu. Tento poměr se také označuje jako lambda = 1. Uvedenou směs benzínu a vzduchu lze spalovat i v jiných poměrech. Pokud použijete množství vzduchu od 14,5 do 22:1, pak je vzduchu velký přebytek – mluvíme o tzv. chudé směsi. Pokud je poměr obrácený, množství vzduchu je menší než stechiometrické a množství benzínu větší (poměr vzduchu k benzínu je v rozmezí 14 až 7:1), nazývá se tato směs tzv. bohatá směs. Jiné poměry mimo tento rozsah je obtížné zapálit, protože jsou příliš zředěné nebo obsahují příliš málo vzduchu. Každopádně oba limity mají opačný vliv na výkon, spotřebu a emise. Z hlediska emisí dochází v případě bohaté směsi k výrazné tvorbě CO a HC._x, výroba č_x relativně nízké kvůli nižším teplotám při spalování bohaté směsi. Na druhou stranu NO produkce je zvláště vyšší u spalování chudým spalováním._xkvůli vyšší teplotě spalování. Nesmíme zapomenout ani na rychlost hoření, která je u každého složení směsi jiná. Rychlost hoření je velmi důležitým faktorem, ale je obtížné ji kontrolovat. Na rychlost spalování směsi má vliv také teplota, stupeň víření (udržovaný otáčkami motoru), vlhkost a složení paliva. Každý z těchto faktorů se podílí jiným způsobem, přičemž největší vliv má víření a nasycení směsi. Bohatá směs hoří rychleji než chudá, ale pokud je směs příliš bohatá, rychlost hoření se výrazně sníží. Při zapálení směsi je spalování zprvu pomalé, s rostoucím tlakem a teplotou se zvyšuje rychlost hoření, čemuž napomáhá i zvýšené víření směsi. Spalování chudé směsi přispívá ke zvýšení účinnosti spalování až o 20 %, přičemž podle současných možností je maximální při poměru asi 16,7 až 17,3: 1. Protože se homogenizace směsi zhoršuje během pokračující chudé směsi, což má za následek výrazné snížení rychlost hoření, snížení účinnosti a produktivity, výrobci přišli s tzv. vrstvenou směsí. Jinými slovy, hořlavá směs se ve spalovacím prostoru rozvrství, takže poměr kolem svíčky je stechiometrický, to znamená, že se snadno zapálí a ve zbytku prostředí je naopak složení směsi O mnoho vyšší. Tato technologie se již v praxi používá (TSi, JTS, BMW), bohužel zatím jen do určitých otáček resp. v režimu lehké zátěže. Vývoj je však rychlým krokem vpřed.

Výhody redukce

• Takový motor má nejen menší objem, ale také velikost, takže jej lze vyrábět s menším počtem surovin a menší spotřebou energie.
• Protože motory používají podobné, ne -li stejné suroviny, bude motor díky své menší velikosti lehčí. Celá konstrukce vozidla může být méně robustní, a proto lehčí a levnější. se stávajícím lehčím motorem, menší zatížení nápravy. V tomto případě se také zlepší jízdní vlastnosti, protože nejsou tak silně ovlivněny těžkým motorem.
• Takový motor je menší a výkonnější, a proto nebude těžké postavit malé a silné auto, které někdy nefungovalo kvůli omezené velikosti motoru.
• Menší motor má také menší setrvačnou hmotnost, takže nespotřebovává tolik energie k pohybu při změnách výkonu jako větší motor.

Nevýhody redukce

• Takový motor je vystaven výrazně vyššímu tepelnému a mechanickému namáhání.
• Přestože je motor objemově i hmotnostně lehčí, díky přítomnosti různých dalších dílů, jako je turbodmychadlo, mezichladič nebo vysokotlaké vstřikování benzínu, se celková hmotnost motoru zvyšuje, náklady na motor se zvyšují a celá sada vyžaduje zvýšená údržba. a riziko poruchy je vyšší, zejména u turbodmychadla, které je vystaveno vysokému tepelnému a mechanickému namáhání.
• Některé pomocné systémy spotřebovávají energii v motoru (např. Pístové čerpadlo s přímým vstřikováním pro motory TSI).
• Konstrukce a výroba takového motoru je mnohem obtížnější a složitější než v případě atmosférického motoru.
• Konečná spotřeba je stále poměrně silně závislá na stylu jízdy.
• Vnitřní tření. Mějte na paměti, že tření motoru závisí na rychlosti. To je u vodního čerpadla nebo alternátoru, kde se tření lineárně zvyšuje s rychlostí, relativně zanedbatelné. Tření vaček nebo pístních kroužků se však zvyšuje úměrně odmocnině, což může způsobit, že vysokorychlostní malý motor bude vykazovat vyšší vnitřní tření než větší objem běžící při nižších rychlostech. Jak už ale bylo řečeno, hodně závisí na konstrukci a výkonu motoru.

Existuje tedy budoucnost pro snižování počtu zaměstnanců? I přes některé nedostatky si myslím, že ano. Přirozeně nasávané motory nezmizí hned, ale jednoduše kvůli úsporám výroby, technologickým pokrokům (Mazda Skyactive-G), nostalgii nebo zvyku. Nestraníkům, kteří nedůvěřují síle malého motoru, doporučuji naložit takové auto se čtyřmi dobře živenými lidmi, pak se podívat do kopce, předjíždět a testovat. Spolehlivost zůstává mnohem komplexnějším problémem. Pro kupující jízdenek existuje řešení, i když to trvá déle než testovací jízda. Počkejte několik let, než se motor objeví, a pak se rozhodněte. Celkově lze však rizika shrnout následovně. Ve srovnání se silnějším atmosférickým motorem stejného výkonu je menší přeplňovaný motor mnohem více zatížen tlakem ve válci i teplotou. Proto mají takové motory výrazně více zatížená ložiska, klikový hřídel, hlavu válců, rozváděč atd. Riziko selhání před uplynutím plánované životnosti je však relativně nízké, protože výrobci pro toto zatížení konstruují motory. Dojde však k chybám, podotýkám například problémy s přeskakováním rozvodového řetězu v motorech TSi. Celkově lze ale říci, že životnost těchto motorů pravděpodobně nebude tak dlouhá jako v případě atmosférických motorů. To platí hlavně pro vozy s vysokým počtem najetých kilometrů. Zvýšenou pozornost je také třeba věnovat spotřebě. Ve srovnání se staršími přeplňovanými benzínovými motory mohou moderní turbodmychadla pracovat výrazně ekonomičtěji, přičemž nejlepší z nich odpovídají spotřebě relativně výkonného turbo dieselu v ekonomickém provozu. Temnější stránkou je stále rostoucí závislost na stylu jízdy řidiče, takže pokud chcete jet ekonomicky, musíte být opatrní s plynovým pedálem. Ve srovnání s naftovými motory však turbodmychadlem přeplňované benzínové motory tuto nevýhodu nahrazují lepší kultivovaností, nižší hladinou hluku, širším použitelným rozsahem otáček nebo nedostatkem tolik kritizovaného DPF.