Aktualno: Sodobni bencinski motorji - Aktualno - Avto Magazin

Aktualno: Sodobni bencinski motorji

Skoraj ni evropskega izdelovalca, ki ne bi že predstavil ali obljubljal motornih novosti, ki bodo nadomestile dosedanje motorje.

28. 4. 2014

Marsikdaj lahko slišimo ali preberemo, da so motorji na notranje zgorevanje pri koncu svoje poti in da se bodo zaradi novih, zelo zahtevnih predpisov o vsebnosti izpuhov morali umakniti novim rešitvam. Inženirji pri avtomobilskih izdelovalcih dokazujejo nasprotno, motorji na notranje zgorevanje so še kako aktualni. Ker so vse bolj sodobni.

Medtem ko so v zadnjih 15 letih precejšen preporod doživljali dizelski motorji, ki so postali izredno varčni pa tudi precej čistejši, zdaj vse bolj lahko govorimo o odločnem preboju na področju posodabljanja bencinskih motorjev, ki poganjajo najnovejše avtomobile. Težko bi rekli, da so za to najbolj zaslužni avtomobilski izdelovalci, ki se – seveda zaradi boljšega zaslužka – precej neradi lotevajo radikalnih posodobitev. A zahteve zakonodajalcev (na obeh straneh Atlantika, zdaj pa vse bolj tudi v Aziji) so takšne, da je bilo z dosedanjimi motorji pri avtomobilih vse teže izpolnjevali najrazličnejše standarde. Zdaj smo tik pred tem, da bodo morali v Evropi vsi novi avtomobili ustrezati standardom EU6 (od začetka septembra letos).

Prav ta zahteva je povzročila zelo intenziven konstrukcijski razvoj motornih novosti pri večini vseh avtomobilskih izdelovalcev, prav zaradi novih zahtev pa so postali znova zanimivi bencinski motorji. O teh bo tukaj tekla beseda.

Nekateri so bili prej kot drugi, morda tudi zato, ker so zahteve znane že skoraj desetletje in je bilo pri načrtovanju zamenjav sicer že ostarelih motorjev treba pohiteti. Pri drugih je razvoj na področju novih izdelkov tudi pri motorjih stalen. Težko je reči, da je bil na primer Ford pred desetletjem ali več nepremišljen in je imel zastarele motorje. A njihov preskok v drugačen podjetniški model je značilen za tiste, ki po temeljitem preobratu laže poslujejo. Ko so postavili svoj novi model OneFord, je bilo tudi delo pri novih motorjih ena najpomembnejših postavk. Tako se zdaj že kar nekaj let v Fordovih avtomobilih srečujemo z učinkovitimi, zmogljivimi, tudi varčnimi, vsekakor pa prepričljivimi motorji.

Manj opazen je bil razvoj novosti pri skupini Volkswagen, kjer so se posodobitev lotevali postopoma, a prvi motor z oznako TSI in sodobno motorno konstrukcijo tudi že seže desetletje nazaj. A so ob pred dobrim letom predstavljenih dveh prvih novostih, zasnovanih na platformi MQB (Audi A3 in VW Golf), predstavili tudi novi rod motorjev TSI z 1,2-, 1,4-, 1,8- in tudi dvolitrsko prostornino. Pri teh je bilo šele na drugi pogled mogoče opaziti, da gre vendarle za zelo temeljito prenovo. Zdaj pri skupini Volkswagen zelo na hitro predstavljajo številne različice teh motorjev.

Skoraj ni evropskega izdelovalca, ki ne bi že predstavil ali obljubljal motornih novosti, ki bodo nadomestile dosedanje motorje, s katerimi po začetku uveljavitve standardov EU6 ne bodo več ustrezali zahtevam. Manj smo o novostih do zdaj slišali od neevropskih izdelovalcev, a se tudi tu spreminja. Nissan je novi 1,2-litrski štirivaljnik (tržna oznaka DiG-T) že ponudil v novem Qashqaiu, sledilo bo seveda še kaj več. Honda in Toyota sta na lanskem novembrskem tokijskem salonu tudi že naznanili prve motorje, ki bodo sodoben odgovor na zahteve po čistejših in varčnejših motorjih. Nič uradno potrjenega o novih motorjih za zdaj še ni slišati od skupine Hyundai-Kia, a zagotovo se morajo tudi tu inženirji s polno paro truditi, da pravočasno pripravijo primerne rešitve. Do takrat se bodo pri obeh znamkah tako in tako – kot že do zdaj – evropski kupci v veliki večini odločali za nakup avtomobilov z dizelskimi motorji.

Vsekakor pa je bila napoved šefa Porscheja, da se tudi pri tej znamki ne bodo mogli ogniti prehodu na manjše motorje, kar majhno presenečenje. Matthias Müller je že napovedal, da bodo ob revolucionarni konstrukciji štirivaljnega motorja (V4) za svoj hibridni dirkalnik 919 začeli pripravljati štirivaljni bokser (z do 400 'konji'), ki bo v naslednjem rodu Boxsterja in Caymana nadomestil dosedanji 3,4-litrski šestvaljnik (v sedanjih različicah obeh modelov ima ta moč 324 oziroma 335 'konjev').

Novosti v zasnovi

Celoten razvoj novih bencinskih motorjev temelji na zamisli, da je treba z zmanjšanimi merami in težo nadomestiti dosedanje večje motorje. Pomemben delež pri spreminjanju zasnove ima tudi možnost opremljanja motorjev z neposrednim vbrizgom. Tega so najprej v serijsko uporabo pri osebnih avtomobilih razvili pri turbodizlih. Za ustrezen prvoten razvoj zamisli so poskrbeli pri dobavitelju Boschu, ki je sodeloval z dvema izdelovalcema, Fiatom in Daimler-Benzom. Tako so leta 1997 skoraj sočasno predstavili prva dva modela z novimi turbodizelskimi motorji in skupnim vodom (angleško: common rail). Za neposredni vbrizg pri bencinskih motorjih tako skrbi podoben sistem skupnega dovoda goriva iz tlačilke, ki pa pri bencinskih motorjih ne zagotavlja tako visokega tlaka kot pri turbodizlih (do 2.000 barov). Pri bencinskih je za učinkovito polnjenje valjev dovolj, da šobe za vbrizg v valje dobivajo gorivo pod tlakom okoli 200 barov.

Seveda pa za sodobne konstrukcije in dobre rezultate delovanja skrbijo dodatne inovacije na motorjih. Pomembno vlogo igrajo sistemi, ki so hitro prilagodljivi različnim stanjem pri delovanju motorja. Podobno, kot je že pred desetletji za primerno natančno uravnavanje dotoka goriva postal povsem neuporaben uplinjač, se je pri sodobnih motorjih to zgodilo z motorno loputo. Zdaj je za primerno prilagajanje najpomembnejše uravnavanje odpiranja ventilov (na najrazličnejše načine). Tako kot za polnjenje valjev z gorivom je izredno pomembno tudi zagotavljanje primerne količine zraka, tu vlogo odigrajo različni (prilagodljivi) deli puhal (lopatice, odpiranje dovodov in odvodov, prilagajanje hitrosti itd). Kaj vse je mogoče prilagoditi, je pravzaprav že neverjetno, napredek gre tu zelo hitro naprej, tik pred serijskim začetkom vgradnje so tako električni kompresorji za premostitev turboluknje pri nizkih vrtljajih.

Zaradi velikih vlaganj v konstrukcijo novih motorjev pa je na dlani, da bo to povzročilo tudi podražitev avtomobilov. Vsaj v začetku bodo poskušali avtomobilski izdelovalci stroške ali vsaj njihov del prevaliti na kupce.

Zmanjševanje (teže, velikosti, sestavnih delov)

V sodobni gradnji avtomobilskih motorjev je najpogostejša tujka, na katero naletimo, prav gotovo downsizing. Gre za pristop z zmanjševanjem vsega, kar je na avtomobilih, ker je tako rekoč prvo vodilo vsakega avtomobilskega konstruktorja zmanjševanje teže, posledično pa se zaradi tega seveda zmanjšuje tudi velikost sestavih delov. Pri motorjih to razen manjše teže pomeni tudi več možnosti za spreminjanje pristopa konstruktorjev drugih delov (na primer podvozja) ter oblikovalcev.

Najbolj znan pojav zmanjševanja pri motorjih je seveda zmanjševanje števila valjev. Manj valjev pomeni manjšo težo, a tudi manj odpora pri trenju ali drugačnem delovanju, inženirji pa vztrajno trdijo, da to pomeni tudi zmanjševanje specifične porabe goriva motorjev.

Z uporabo drugačnih konstrukcijskih dodatkov – na primer puhal – pa ob hkratni zmanjšani porabi poskrbijo tudi, da motorji ostanejo vsaj enako zmogljivi, trend pa je, da se tudi njihova moč kljub drugim zahtevam (manjši porabi) celo povečuje.

Dvo- ali trivaljniki so bili še pred desetletjem znak, da gre za motorje s slabotnimi zmogljivostmi, čudnim čebeljim brnenjem namesto resnega motornega zvoka ali vprašljivo dolgotrajno vzdržljivostjo.

Vsekakor pa naj bi bilo zmanjševanje velikosti in prostornine motorjev ter zmanjšanje števila valjev tisto, kar bo motorjem na notranje zgorevanje zagotovilo, da se bodo lahko še dolgo obdržali kot učinkovita in stroškovno najugodnejša pogonska rešitev za osebne avtomobile.

Povest o povprečni porabi

Avtomobilski izdelovalci ob utemeljenih zgodbah o novih avtomobilih vedno znova poudarjajo, kako učinkovito se zmanjšuje tudi povprečna poraba goriva. Za zagotovitev čim nižjih rezultatov merjenj so možni najrazličnejših triki. Predpisani so točno določeni postopki laboratorijskih meritev, ti pa nimajo nobene zveze z realnimi razmerami v običajnem prometu.

Treba pa je dodati, da pri sodobnih motorjih tudi podporni sistemi lahko zagotavljajo veliko bolj učinkovito izrabo goriva, a je treba za doseganje manjše porabe goriva močno spremeniti način vožnje. Tako je sicer res, da novi motorji omogočajo veliko večje prihranke pri porabe goriva, a se morajo temu prilagoditi tudi uporabniki z načinom vožnje.

V praksi se vedno bolj kaže, da moramo tudi pri sodobnih turbobencinskih motorjih paziti (tako kot pri turbodizelskih), da motorji čim več časa delujejo le pod delno obremenitvijo, da jih vozimo v nižjih vrtljajih in da čim manj polno pospešujemo.

Zakonske zahteve so vse zahtevnejše

Letos februarja je evropski parlament v Strassbourgu s kompromisno odločitvijo končal ugibanja o novih zahtevah glede izpustov pri avtomobilih v naslednjem desetletju. S to odločitvijo bo od leta 2015 nehala veljati zahteva po povprečni vrednosti vsebnosti CO2 130 gramov na kilometer, ki zdaj velja kot povprečje za posamezne izdelovalce. Po novem bo od leta 2020 kar 95 odstotkov povprečja avtomobilov enega izdelovalca moralo imeti izpuh manjši od 95 gramov CO2 na kilometer, leto dni kasneje pa bo to veljalo za vse avtomobile. EU naj bi s to odločitvijo v obdobju med 1990 in 2020 kar za petino znižala vsebnost toplogrednih plinov.

Razvoja sodobnih motorjev so se pri različnih izdelovalcih lotili različno. A skupno jim je nekaj: vsem se mudi, ker jih pritiskajo roki, s katerimi na različnih trgih zahtevajo zniževanje vsebnosti CO2 v izpuhu in posledično tudi manjše povprečne porabe. Eden prvih, ki se je odločil za posodobitev svojih motorjev, je bil Ford. Njihova tržna oznaka za nove tri- ali štirivaljne bencinske motorje je EcoBoost. Pravo revolucijo je Ford povzročil s prvim zares zmogljivim trivaljnikom s turbopuhalom, ki ga ponujajo v dveh različicah zmogljivosti, s 74 ali 92 kilovati (100 ali 120 'konji'). Paleta avtomobilov, v katere že vgrajujejo te motorje, pa je tudi zgovorna.

PSA (skupina, ki združuje znamki Citroën in Peugeot) je svoje nove trivaljnike, ki bodo prvi vpeljali posodobitev njihove ponudbe motorjev, prvič predstavil na pravkar preteklem ženevskem salonu. Citroën je enega od njih, 1,2-litrski e-THP 130, že obljubil za tri modele. Seveda bo v kratkem sledil tudi Peugeot, ki naj bi prvič e-THP 130 ponujal v modelu 308. Na sliki motorni blok novega trivaljnega e-THP.

Eden najpomembnejših sestavnih delov sodobnih novih motorjev je turbopuhalo. Na sliki je prerez takšnega puhala pri Fordovem enolitrskem trivaljniku. Shematsko so prostori v puhalu obarvani rdeče (kamor iz izpušne cevi prihajajo izpušni plini) in modro (kjer puhalo srka svež zrak in ga stisne ter pošilja v sesalno cev in naprej v valje).

Fiat je ubral malo drugačno pot od večine in se je že pred nekaj leti odločil za dvovaljni bencinski motor, ki mu pri učinkovitejšem polnjenju sesalnih cevi lahko pomaga tudi puhalo. Na sliki je shematski prikaz zgradbe Fiatovega motorja z oznako Twinair. Pri delovanju tega motorja je najpomembnejši Fiatov sistem delovanja celotnega motorja, ki so mu nadeli tržno ime Multiair. Na sliki so vidni najpomembnejši sestavni deli – od zgoraj navzdol: sistem tlačilke goriva in menedžmenta vbrizgavanja (modrozeleno); nato deli glave motorja z odmično gredjo in njenim pogonom (temnejše modro), odmikači (rjavo), mehansko hidravličnim sistemom upravljanja (zeleno) in ventili (rumeno in svetlo modro); dva bata sta vpeta v motorno gred (bledo vijoličasto), ki ji ob strani za izravnavanje vibracij pomaga še izravnalna gred (rdeče vijoličasto); spodaj karter.

Fiatov Twinair ima zgolj 900 'kubikov' in se pohvali z majhnimi merami in težo.

Skupina Volkswagen je za nekatere modele znamk Audi in VW pripravila še nadgradnjo običajnega zapletenega sistema menedžmenta za dovod goriva, odpiranje ventilov in prilagajanje delovanja puhal. Zgledovali so se po nekaterih konstrukcijah pri osem- ali še več valjnih motorjih, kjer se je tudi že uveljavila z angleškim izrazom opisana zamisel Cylinder-on-Demand. Pri 1,4-litrskem motorju z oznako TSI in dodatkom ACT (Active Cylinder Management) je glava motorja opremljena z elektromehanskim dodatkom, ki ob delovanju pod delno obremenitvijo prekine dobavo goriva v dva valja. Tako tedaj motor deluje kot dvovaljnik, kar seveda zmanjšuje porabo goriva.

Zgradba sodobnega motorja na primeru novih Volkswagnovih motorjev z oznako TSI in 1,2- ali 1,4-litrsko prostornino. Tako kot pri modularni konstrukciji platforme, kar so pri skupini Volkswagen imenovali MQB (Modularer Quer-Baukasten), so tudi novi motorji sestavljeni iz posameznih delov, ki jih lahko prilagajajo odvisno od potreb oziroma namena motorja. Modul za izpušni trakt razen omenjenega sestavljajo še puhalo ali puhala ter katalizator; pokrov glave motorja z modulom za menedžment odmične gredi, odmikačev in ventilov; blok motorja iz lahke aluminijeve litine; pogon zobatega jermena (za odmično gred in dodatne naprave motorja); modul za sesalni del z vključenim hladilnikom sesanega zraka (intercoolerjem); oljni karter z vključenim filtrom in strukturno podporo za dodatne sestavne dele.

Tudi zaradi enega valja manj je Fordov enolitrski EcoBoost skupaj kar za 30 kilogramov lažji od dosedanjega Fordovega 1,6-litrskega štirivaljnika z zelo podobnim izkupičkom moči. Z manjšo vrtino valja (premerom) 71,9 milimetra in daljšim gibom (82 mm) v nižjih vrtljajih doseže večji navor.

S simulacijo na sliki, ki so jo pripravili pri FPT (Fiat Powertrain Technology), lahko nazorno vidimo, česa vsega so zmožni sistemi za uravnavanje delovanja sodobnih motorjev. Sličice na desni prikazujejo količino polnjenja valjev z gorivom pri različni kombinaciji dolžine in intenzivnosti odpiranja sesalnih in izpušnih ventilov. Zgoraj desno količina polnjenja ob povsem odprtih ventilih (Full Lift), nato pri pozno odprtem sesalnem ventilu (LIVO), zgodnjem zapiranju ventila (EIVC), delovanju pod delno obremenitvijo (Partial Load) in pri delovanju pri večkratnem odpiranju ventila (Multi Lift).

besedilo Tomaž Porekar foto tovarne

Na spletnih straneh Adria Media Ljubljana uporabljamo piškotke z namenom zagotavljanja spletne storitve, oglasnih sistemov in funkcionalnosti, ki jih brez njih ne bi mogli nuditi.

Z nadaljnjo uporabo spletnih mest soglašate z uporabo piškotkov.
Če piškotkov ne želite, jih lahko onemogočite v nastavitvah

zapri