Polityka prywatności - poznaj szczegóły » [ X ]
PODZIEL SIĘ



OCEŃ
4.5

Więcej, bo mniej

2008-08-13
Technika a zmniejszenie emisji CO2 Technika a zmniejszenie emisji CO2

IDEA DOWNSIZINGU

Efektywność wykorzystania energii zawartej w paliwie określa tzw. jednostkowe zużycie paliwa. Mówi ono ile gramów paliwa trzeba spalić, żeby silnik pracował z mocą 1 kilowata przez godzinę. Jednostkowe zużycie to swego rodzaju wspólny mianownik, pozwalający porównywać ze sobą silniki o różnych konstrukcjach. Pokazuje, który silnik potrzebuje mniej paliwa na wytworzenie jednostki mocy, czyli który jest bardziej sprawny i ekonomiczny. Najlepsze współczesne jednostki benzynowe zeszły poniżej 300 g/kWh. Żółte linie na wykresie pokazują przy jakich warunkach pracy (obroty i otwarcie przepustnicy) silnik charakteryzuje się stałym jednostkowym zużyciem paliwa. Najniższe zużycie (najmniejsza żółta pętla) jest oznaczone jako 100 procent i osiągane przy ok. 2600 obr/min oraz z przepustnicą otwartą na 80 procent. Aby samochód poruszał się np. ze stałą prędkością, silnik musi pracować z określoną mocą. Tę samą moc może rozwinąć przy różnych kombinacjach obrotów i otwarcia przepustnicy, co pokazuje tzw. linia stałej mocy oznaczona na czerwono. Przykładowo, tę samą moc silnik osiągnie w punkcie A (3600 obr/min, przepustnica uchylona na 35%) oraz w punkcie B (2200 obr/min, przepustnica otwarta na 60%). Podczas jazdy efekt będzie ten sam. Jednak widać, że w punkcie B zużywamy tylko o 5% więcej paliwa niż wynosi najniższe jednostkowe zużycie (105%), podczas gdy w punkcie A zużycie jednostkowe jest o 25% wyższe od minimalnego (125%). Downsizing to taki sposób budowy silników, który umożliwia uzyskanie tej samej wartości mocy przy obniżonej prędkości obrotowej. Dzięki temu można w najbardziej powszechnych warunkach pracy (jak jazda ze stałą prędkością) obniżyć jednostkowe zużycie paliwa. W naszym przykładzie korzyść wynosi ponad 20 procent.

W największym uproszczeniu i skrócie - downsizing to zmniejszenie pojemności skokowej silnika. Tę samą ilość mieszanki można bowiem spalić w dużej lub małej komorze spalania, czyli w silniku o większej lub mniejszej pojemności. Mniejsza komora da nam większe ciśnienie, a to z kolei pozwoli z tej samej ilości mieszanki wycisnąć więcej energii. Tę efektywność wykorzystania paliwa określa tzw. zużycie jednostkowe (patrz ramka). Innym sposobem niż zmniejszenie pojemności jest wyłączanie części cylindrów z pracy (np. trzech z sześciu albo czterech z ośmiu), dotyczy to jednak większych jednostek napędowych.

Cienkość polega na tym, że o ile klient jest gotów zaakceptować w swoim aucie mniejszy silnik, o tyle słabsze osiągi, choćby je nawet rzadko wykorzystywał - nie. Dlatego jednostki spod wyznania downsizingu są obłożone sprężarkami, pozwalającymi uzyskać dynamikę jazdy na poziomie silników o rozmiar lub dwa większych.

Nic nie ma jednak za darmo. Silnik, od którego wymagamy, by pracował przy niższych obrotach mając jednocześnie więcej pary, będzie miał problemy z oddychaniem. Im mniejsza bowiem prędkość obrotowa, tym trudniej silnikowi samemu zasysać większą masę powietrza, niezbędną do uzyskania wyższego momentu obrotowego. Najskuteczniejszym rozwiązaniem jest sprężarka mechaniczna (w tej sytuacji turbodoładowanie się nie sprawdza, bo przy niskich obrotach nie ma wystarczającej ilości spalin), ale jeszcze częściej konstruktorzy stosują układy doładowania bezsprężarkowego (specjalna konstrukcja układu dolotowego, np. z komorą rezonansową, doprowadza powietrze do drgań, czym chwilowo podnosi ciśnienie w układzie).

Do uzyskania odpowiedniej mocy przy niższych obrotach konieczne jest też wspomniane zwiększenie ciśnień w komorach spalania. Z ciśnieniami wiążą się z kolei obciążenia mechaniczne silnika. Wysilenie jednostek skonstruowanych według filozofii downsizingu jest znacznie większe niż tradycyjnych konstrukcji - np. w wypadku najmocniejszej wersji jednostki 1.4 TSI (Volkswagen) wynosi aż 90 kW (122 KM) z jednego litra pojemności. To wymaga specjalnych konstrukcji przystosowanych do większych sił i zdolnych zapewnić odpowiednią trwałość silnika. Przy czym duża liczba "koni z litra" to w tym wypadku bardziej produkt uboczny niż cel downsizingu.

Kolejny problem silnika pracującego z wysokim momentem obrotowym przy prędkościach obrotowych niższych niż w zwykłych jednostkach to groźba "zerwania" cienkiej warstwy oleju na łożyskach wału korbowego, a mało co tak skraca życie silnika jak suche, brutalne tarcie metalu o metal. Sytuację ratują łożyska o specjalnej konstrukcji oraz wysokiej jakości olej. Trzeba też uwzględnić wyższe temperatury związane z wyższymi ciśnieniami w komorach spalania. Są na przykład silniki, które podczas spokojnej jazdy pracują przy temperaturze 110 stopni, czyli takiej, przy której zwykłe jednostki oznajmiają wysoki stopień zagrożenia kataklizmem. Pozwala to na 4-procentową oszczędność paliwa. Takie silniki "po downsizingu" wymagają zaawansowanych układów chłodzenia, z programowo regulowanymi termostatami, potrafiącymi błyskawicznie sterować procesem chłodzenia.

W idei downsizingu zgrabnie mieści się też bezpośredni wtrysk paliwa; więcej - jest jakby dla niej stworzony, pozwala bowiem na zasilanie silnika różnymi mieszankami. Jednostki, które podczas pracy przy niedużych obciążeniach zadowalają się ubogą mieszanką, zyskują niejako podwójnie. Przepustnica jest otwarta prawie maksymalnie, co zwiększa sprawność silnika, a o wartości momentu obrotowego decyduje tylko masa wtryśniętego paliwa - jak w silniku Diesla.

Koncepcja downsizingu dotyczy nie tylko niedużych silników i nie tylko benzynowych. Wystarczy wspomnieć dwulitrowe "ropniaki" BMW i Fiata, z doładowaniem dwuzakresowym (tzw. mniejsze i większe turbo), które przy zużyciu paliwa typowym dla czterech cylindrów i dwóch litrów oferują osiągi na poziomie silników o połowę większych. BMW za chwilę to samo zastosuje w turbodieslach o klasę wyższych, wprowadzając sześciocylindrowce o osiągach "ósemek". Na razie, najlepsze efekty uzyskuje się w jednostkach benzynowych. W kierunku downsizingu zwróciło się nawet Porsche, dodając konstrukcjom nowej generacji więcej pary przy niezmienionej pojemności skokowej. Nie ma więc powodu, by ogłaszać koniec mocnych i dużych silników. Downsizing nie kłóci się z ich istnieniem. Sprawi tylko, że będą mniej palić, a to chyba nie jest źle?

Tekst: Roman Popkiewicz, Stefan Myszkowski

Komentarze

 
 

Wypełnij to pole:

  • avatar
    zgłoś
    Interesujace...zapewne autorowi umknęły silniki TB renault, np 1.2 tce, czy teraz debiutujace 1.4 tce, jak rowniez swietny 2.0T o oznaczeniu F4R T z turbina twin scroll. Takoz samo nic nie mao fiatowskich t jetach... ja wiem...niemieckie pisemko to trzeba o swoich pisac...
    ~Menstruacja, 2008-08-19 21:05:24
  • avatar
    zgłoś
    mózg mi się zagotował :-)
    ~stały czytelnik, 2008-08-14 12:13:52
  • avatar
    zgłoś
    Pogoń za osiągami silników Diesla sprawiła, że w konstrukcji jednostek benzynowych wykorzystano w praktyce i rozwinięto downsizing. Idea jest prosta - zużywamy mniej paliwa, ale nie rezygnujemy z dynamiki.
    auto motor i sport, 2008-08-13 11:14:14
ZOBACZ RÓWNIEŻ Zamknij