Apa itu singkatan?

Dalam beberapa tahun terakhir, Cekungan Eropa telah menjadi yang terkecil dari segala sesuatu yang berhubungan dengan rata-rata orang. Ini berlaku khususnya untuk upah riil, telepon seluler, laptop, biaya perusahaan atau ukuran mesin dan emisi. Sayangnya, pemotongan staf belum mempengaruhi administrasi publik atau negara yang bobrok seperti itu. Namun, arti kata "pengurangan" dalam industri otomotif bukanlah hal baru seperti yang terlihat pada pandangan pertama. Pada akhir abad terakhir, mesin diesel juga meningkatkan pengurangannya pada tahap pertama, yang, berkat supercharging dan injeksi langsung modern, mempertahankan atau mengurangi volumenya, tetapi dengan peningkatan signifikan dalam parameter dinamis mesin.

Era modern mesin bensin "fajar" dimulai dengan munculnya unit 1,4 TSi. Sekilas, ini sendiri tidak terlihat seperti perampingan, yang juga dikonfirmasi dengan dimasukkannya dalam penawaran Golf, Leon atau Octavia. Perubahan perspektif tidak terjadi sampai Škoda mulai merakit mesin 1,4kW 90 TSi menjadi model Superb terbesarnya. Namun, terobosan sesungguhnya adalah pemasangan mesin 1,2 kW 77 TSi pada mobil berukuran relatif besar seperti Octavia, Leon bahkan VW Caddy. Baru pada saat itulah pertunjukan pub yang nyata dan, seperti biasa, yang paling bijak dimulai. Ekspresi seperti: "tidak berlarut-larut, tidak akan bertahan lama, tidak ada pengganti volume, oktagon memiliki mesin kain, pernahkah Anda mendengarnya?" Kami lebih dari biasa tidak hanya di harga perangkat keempat, tetapi juga dalam diskusi online. Perampingan membutuhkan upaya logis dari produsen kendaraan untuk mengatasi tekanan konstan untuk mengurangi konsumsi dan emisi yang sangat dibenci. Tentu saja, tidak ada yang gratis, bahkan perampingan tidak hanya mendatangkan keuntungan. Oleh karena itu, pada baris-baris berikut, kita akan membahas lebih detail apa yang disebut downsizing, cara kerjanya, dan apa kelebihan atau kekurangannya.

Apa itu singkatan dan alasannya

Perampingan berarti mengurangi perpindahan mesin pembakaran internal sambil mempertahankan output daya yang sama atau bahkan lebih tinggi. Sejalan dengan pengurangan volume, supercharging dilakukan dengan menggunakan turbocharger atau kompresor mekanis, atau kombinasi keduanya (VW 1,4 TSi - 125 kW). Serta injeksi bahan bakar langsung, timing katup variabel, pengangkatan katup, dll. Dengan teknologi tambahan ini, lebih banyak udara (oksigen) untuk pembakaran masuk ke dalam silinder, dan jumlah bahan bakar yang disuplai dapat ditingkatkan secara proporsional. Tentu saja, campuran udara dan bahan bakar yang terkompresi seperti itu mengandung lebih banyak energi. Injeksi langsung, dipadukan dengan pengaturan waktu variabel dan pengangkatan katup, pada gilirannya mengoptimalkan injeksi dan pusaran bahan bakar, yang selanjutnya meningkatkan efisiensi proses pembakaran. Secara umum, volume silinder yang lebih kecil cukup untuk melepaskan energi yang sama dengan mesin yang lebih besar dan sebanding tanpa perampingan.

Seperti yang telah ditunjukkan di awal artikel, munculnya pengurangan terutama karena pengetatan undang-undang Eropa. Sebagian besar tentang pengurangan emisi, sementara yang paling terlihat adalah dorongan untuk mengurangi emisi CO secara menyeluruh.₂... Namun, di seluruh dunia, batas emisi secara bertahap diperketat. Sesuai dengan peraturan oleh Komisi Eropa, pembuat mobil Eropa telah berkomitmen untuk mencapai batas emisi CO2015 130 g pada tahun XNUMX.₂ per km, nilai ini dihitung sebagai nilai rata-rata untuk armada mobil yang ditempatkan di pasar selama satu tahun. Mesin bensin memainkan peran langsung dalam perampingan meskipun, dalam hal efisiensi, mereka lebih cenderung mengurangi konsumsi (yaitu juga CO₂) daripada diesel. Namun, hal ini mempersulit tidak hanya untuk harga yang lebih tinggi, tetapi juga untuk penghapusan emisi berbahaya dalam gas buang yang relatif bermasalah dan mahal, seperti nitrogen oksida - NO_x, karbon monoksida - CO, hidrokarbon - HC atau karbon hitam, untuk menghilangkannya digunakan filter DPF (FAP) yang mahal dan masih relatif bermasalah. Jadi, mesin diesel kecil secara bertahap menjadi lebih kompleks, dan mobil kecil dimainkan dengan biola yang lebih kecil. Kendaraan hibrida dan listrik juga bersaing dengan perampingan. Meskipun teknologi ini menjanjikan, ini jauh lebih kompleks daripada perampingan yang relatif sederhana, namun terlalu mahal untuk rata-rata warga negara.

Sedikit teori

Keberhasilan perampingan bergantung pada dinamika mesin, konsumsi bahan bakar, dan kenyamanan berkendara secara keseluruhan. Tenaga dan torsi diutamakan. Produktivitas adalah pekerjaan yang dilakukan dari waktu ke waktu. Pekerjaan yang disajikan selama satu siklus mesin pembakaran dalam percikan api ditentukan oleh apa yang disebut Siklus Otto.

Sumbu vertikal adalah tekanan di atas piston, dan sumbu horizontal adalah volume silinder. Kerja diberikan oleh luas yang dibatasi oleh kurva. Diagram ini diidealkan karena kita tidak memperhitungkan pertukaran panas dengan lingkungan, inersia udara yang memasuki silinder, dan kehilangan yang disebabkan oleh pemasukan (sedikit tekanan negatif dibandingkan dengan tekanan atmosfir) atau pembuangan (tekanan berlebih sedikit). Dan sekarang gambaran dari cerita itu sendiri, ditunjukkan pada diagram (V). Antara titik 1-2, balon diisi dengan campuran - volumenya bertambah. Antara titik 2-3 terjadi kompresi, piston bekerja dan memampatkan campuran bahan bakar-udara. Antara titik 3-4, terjadi pembakaran, volume konstan (piston berada di titik mati atas), dan campuran bahan bakar terbakar. Energi kimia dari bahan bakar diubah menjadi panas. Antara titik 4-5, campuran bahan bakar dan udara yang terbakar bekerja - mengembang dan menekan piston. Pada paragraf 5-6-1 terjadi arus balik yaitu knalpot.

Semakin banyak kita menyedot campuran bahan bakar-udara, semakin banyak energi kimia yang dilepaskan, dan area di bawah kurva bertambah. Efek ini dapat dicapai dengan beberapa cara. Opsi pertama adalah masing-masing meningkatkan volume silinder secara memadai. seluruh mesin, yang dalam kondisi yang sama kami mencapai lebih banyak tenaga - kurva akan meningkat ke kanan. Cara lain untuk menggeser tanjakan kurva ke atas adalah, misalnya, meningkatkan rasio kompresi atau meningkatkan tenaga untuk bekerja dari waktu ke waktu dan melakukan beberapa siklus yang lebih kecil pada waktu yang bersamaan, yaitu dengan meningkatkan kecepatan mesin. Kedua metode yang dijelaskan memiliki banyak kelemahan (penyalaan sendiri, kekuatan kepala silinder dan seal yang lebih tinggi, peningkatan gesekan pada kecepatan yang lebih tinggi - kami akan jelaskan nanti, emisi lebih tinggi, gaya pada piston masih hampir sama), sedangkan mobil memiliki perolehan tenaga yang relatif besar di atas kertas, namun torsi tidak banyak berubah. Baru-baru ini, meskipun Mazda Jepang berhasil memproduksi secara massal mesin bensin dengan rasio kompresi yang luar biasa tinggi (14,0: 1) yang disebut Skyactive-G, yang menawarkan parameter dinamis yang sangat baik dengan konsumsi bahan bakar yang menguntungkan, sebagian besar pabrikan masih menggunakan satu kemungkinan. untuk meningkatkan volume area di bawah kurva. Dan ini untuk memampatkan udara sebelum masuk ke dalam silinder dengan tetap menjaga volume - luapan.

Maka diagram p(V) dari siklus Otto terlihat seperti ini:

Karena pengisian 7-1 terjadi pada tekanan yang berbeda (lebih tinggi) daripada outlet 5-6, kurva tertutup yang berbeda dibuat, yang berarti bahwa pekerjaan tambahan dilakukan pada langkah piston yang tidak beroperasi. Ini dapat digunakan jika perangkat yang memampatkan udara ditenagai oleh beberapa energi berlebih, yang dalam kasus kami adalah energi kinetik dari gas buang. Perangkat semacam itu adalah turbocharger. Kompresor mekanis juga digunakan, tetapi perlu untuk memperhitungkan persentase tertentu (15-20%) yang dihabiskan untuk operasinya (paling sering digerakkan oleh poros engkol), oleh karena itu, bagian dari kurva atas bergeser ke bawah satu tanpa efek apapun.

Kami akan datang sebentar, sementara kami kewalahan. Aspirasi mesin bensin telah ada sejak lama, tetapi tujuan utamanya adalah untuk meningkatkan kinerja, sementara konsumsinya tidak ditentukan secara khusus. Jadi turbin gas menyeret mereka sepanjang hidup mereka, tetapi mereka juga makan rumput di pinggir jalan, menekan gas. Ada beberapa alasan untuk ini. Pertama, kurangi rasio kompresi mesin ini untuk menghilangkan knock-knock combustion. Ada juga masalah pendinginan turbo. Pada beban tinggi, campuran harus diperkaya dengan bahan bakar untuk mendinginkan gas buang dan dengan demikian melindungi turbocharger dari suhu gas buang yang tinggi. Lebih buruk lagi, energi yang disuplai oleh turbocharger ke udara pengisian sebagian hilang pada beban parsial karena pengereman aliran udara di katup throttle. Untungnya, teknologi saat ini sudah membantu mengurangi konsumsi bahan bakar bahkan ketika mesinnya menggunakan turbocharger, yang merupakan salah satu alasan utama untuk perampingan.

Perancang mesin bensin modern mencoba menginspirasi mesin diesel yang beroperasi pada rasio kompresi yang lebih tinggi dan pada beban sebagian, aliran udara melalui intake manifold tidak dibatasi oleh throttle. Bahaya knocking-knocking yang disebabkan oleh rasio kompresi yang tinggi, yang dapat merusak mesin dengan sangat cepat, dihilangkan dengan elektronik modern, yang mengontrol waktu pengapian jauh lebih tepat daripada yang terjadi hingga saat ini. Keuntungan besar juga penggunaan injeksi bahan bakar langsung, di mana bensin menguap langsung di dalam silinder. Dengan demikian, campuran bahan bakar didinginkan secara efektif, dan batas penyalaan sendiri juga meningkat. Perlu juga disebutkan tentang sistem timing katup variabel yang saat ini tersebar luas, yang memungkinkan Anda untuk memengaruhi rasio kompresi aktual hingga batas tertentu. Yang disebut siklus Miller (kontraksi panjang yang tidak merata dan langkah ekspansi). Selain variable valve timing, variable valve lift juga membantu mengurangi konsumsi, yang dapat menggantikan kontrol throttle dan dengan demikian mengurangi kehilangan isapan - dengan memperlambat aliran udara melalui throttle (misalnya Valvetronic dari BMW).

Pengisian yang berlebihan, perubahan waktu katup, pengangkatan katup atau rasio kompresi bukanlah obat mujarab, jadi perancang harus mempertimbangkan faktor lain yang, khususnya, mempengaruhi aliran akhir. Ini termasuk, khususnya, pengurangan gesekan, serta persiapan dan pembakaran campuran pembakar itu sendiri.

Desainer telah bekerja selama beberapa dekade untuk mengurangi gesekan bagian mesin yang bergerak. Harus diakui bahwa mereka telah membuat langkah besar di bidang material dan pelapis, yang saat ini memiliki sifat gesekan terbaik. Hal yang sama dapat dikatakan tentang oli dan pelumas. Desain mesinnya sendiri pun tak luput dari perhatian, di mana dimensi bagian yang bergerak, bantalan dioptimalkan, bentuk ring piston dan tentunya jumlah silinder tidak berubah. Mungkin mesin paling terkenal dengan jumlah silinder "lebih rendah" saat ini adalah mesin EcoBoost tiga silinder Ford dari Ford atau mesin dua silinder TwinAir dari Fiat. Silinder yang lebih sedikit berarti lebih sedikit piston, batang penghubung, bantalan, atau katup, dan karena itu gesekan total secara logis. Pasti ada beberapa batasan di area ini. Yang pertama adalah gesekan yang disimpan pada silinder yang hilang, tetapi diimbangi sampai batas tertentu oleh gesekan tambahan pada bantalan poros keseimbangan. Keterbatasan lainnya terkait dengan jumlah silinder atau budaya pengoperasian, yang secara signifikan mempengaruhi pemilihan kategori kendaraan yang akan digerakkan oleh mesin tersebut. Saat ini tak terpikirkan, misalnya BMW yang terkenal dengan mesin modernnya dibekali mesin dua silinder yang berdengung. Tapi siapa yang tahu apa yang akan terjadi dalam beberapa tahun. Karena gesekan meningkat dengan kuadrat kecepatan, pabrikan tidak hanya mengurangi gesekan itu sendiri, tetapi juga mencoba merancang mesin untuk memberikan dinamika yang cukup pada kecepatan serendah mungkin. Karena pengisian bahan bakar di atmosfer dari mesin kecil tidak dapat mengatasi tugas ini, turbocharger atau turbocharger yang dikombinasikan dengan kompresor mekanis kembali membantu. Namun, dalam kasus supercharging hanya dengan turbocharger, ini bukanlah tugas yang mudah. Perlu dicatat bahwa turbocharger memiliki inersia rotasi turbin yang signifikan, yang menciptakan apa yang disebut turbodiera. Turbin turbocharger digerakkan oleh gas buang, yang pertama-tama harus diproduksi oleh mesin, sehingga ada jeda tertentu dari saat pedal akselerator ditekan hingga awal dorongan mesin yang diharapkan. Tentu saja, berbagai sistem turbocharging modern mencoba mengkompensasi penyakit ini kurang lebih berhasil, dan peningkatan desain baru pada turbocharger datang untuk menyelamatkan. Jadi turbocharger lebih kecil dan lebih ringan, mereka merespons lebih cepat dan lebih cepat pada kecepatan yang lebih tinggi. Pengemudi yang berorientasi olahraga, dibesarkan dengan mesin berkecepatan tinggi, menyalahkan mesin turbocharged "berkecepatan lambat" seperti itu karena respons yang buruk. tidak ada gradasi daya saat kecepatan meningkat. Jadi mesin menarik secara emosional pada putaran rendah, menengah, dan tinggi, sayangnya tanpa tenaga puncak.

Komposisi campuran yang mudah terbakar itu sendiri tidak dikesampingkan. Seperti yang Anda ketahui, mesin bensin membakar campuran udara dan bahan bakar yang disebut stoikiometri homogen. Artinya untuk 14,7 kg bahan bakar - bensin terdapat 1 kg udara. Rasio ini juga disebut sebagai lambda = 1. Campuran bensin dan udara tersebut juga dapat dibakar dengan rasio lain. Jika Anda menggunakan jumlah udara dari 14,5 hingga 22: 1, maka ada banyak udara berlebih - kita berbicara tentang apa yang disebut campuran tanpa lemak. Jika perbandingannya dibalik, jumlah udara lebih kecil dari stoikiometri dan jumlah bensin lebih besar (perbandingan udara dengan bensin berkisar antara 14 sampai 7:1), campuran ini disebut apa yang disebut. campuran yang kaya. Rasio lain di luar kisaran ini sulit menyala karena terlalu encer atau mengandung terlalu sedikit udara. Bagaimanapun, kedua batasan memiliki efek berlawanan pada kinerja, konsumsi, dan emisi. Dalam hal emisi, dalam kasus campuran yang kaya, terjadi pembentukan CO dan HC yang signifikan._x, produksi NO_x relatif rendah karena suhu yang lebih rendah saat membakar campuran yang kaya. Di sisi lain, produksi NO terutama lebih tinggi dengan pembakaran lean burn._xkarena suhu pembakaran yang lebih tinggi. Kita tidak boleh melupakan laju pembakaran yang berbeda untuk setiap komposisi campuran. Laju pembakaran merupakan faktor yang sangat penting, tetapi sulit untuk mengendalikannya. Laju pembakaran campuran juga dipengaruhi oleh temperatur, derajat putaran (dipertahankan oleh putaran mesin), kelembapan dan komposisi bahan bakar. Masing-masing faktor ini terlibat dalam cara yang berbeda, dengan pusaran dan saturasi campuran memiliki pengaruh terbesar. Campuran yang kaya lebih cepat terbakar daripada yang tidak berlemak, tetapi jika campurannya terlalu kaya, tingkat pembakarannya sangat berkurang. Saat campuran dinyalakan, pembakaran lambat pada awalnya, dengan meningkatnya tekanan dan suhu, laju pembakaran meningkat, yang juga difasilitasi oleh peningkatan putaran campuran. Pembakaran lean burn berkontribusi pada peningkatan efisiensi pembakaran hingga 20%, sementara, menurut kemampuan saat ini, maksimum pada rasio sekitar 16,7 hingga 17,3: 1. Karena homogenisasi campuran memburuk selama lean lanjutan, menghasilkan penurunan yang signifikan tingkat pembakaran, mengurangi efisiensi, dan produktivitas, pabrikan telah menghasilkan apa yang disebut campuran pelapisan. Dengan kata lain, campuran yang mudah terbakar distratifikasi di ruang pembakaran, sehingga rasio di sekitar lilin bersifat stoikiometri, yaitu mudah dinyalakan, dan di lingkungan lainnya, sebaliknya, komposisi campurannya adalah jauh lebih tinggi. Teknologi ini sudah digunakan dalam praktik (TSi, JTS, BMW), sayangnya sejauh ini hanya sampai kecepatan tertentu atau. dalam mode beban ringan. Namun, pengembangan adalah langkah maju yang cepat.

Manfaat pengurangan

• Mesin seperti itu tidak hanya lebih kecil dalam volume tetapi juga dalam ukuran, sehingga dapat diproduksi dengan bahan baku yang lebih sedikit dan konsumsi energi yang lebih sedikit.
• Karena mesin menggunakan bahan baku yang serupa, jika tidak sama, mesin akan lebih ringan karena ukurannya yang lebih kecil. Seluruh struktur kendaraan bisa jadi kurang kuat dan karenanya lebih ringan dan lebih murah. dengan mesin yang lebih ringan yang ada, beban gandar lebih sedikit. Dalam hal ini, performa berkendara juga ditingkatkan, karena tidak terlalu dipengaruhi oleh mesin yang berat.
• Mesin seperti itu lebih kecil dan lebih bertenaga, dan oleh karena itu tidak akan sulit untuk membuat mobil kecil dan bertenaga, yang terkadang tidak berfungsi karena ukuran mesin yang terbatas.
• Motor yang lebih kecil juga memiliki massa inersia yang lebih kecil, sehingga tidak mengkonsumsi banyak daya untuk bergerak selama perubahan daya seperti motor yang lebih besar.

Kekurangan reduksi

• Motor semacam itu mengalami tekanan termal dan mekanis yang jauh lebih tinggi.
• Meskipun mesin lebih ringan dalam volume dan berat, karena adanya berbagai bagian tambahan seperti turbocharger, intercooler atau injeksi bensin tekanan tinggi, berat total mesin meningkat, biaya mesin meningkat, dan seluruh kit membutuhkan peningkatan pemeliharaan. dan risiko kegagalan lebih tinggi, terutama untuk turbocharger yang mengalami tekanan termal dan mekanis yang tinggi.
• Beberapa sistem bantu mengkonsumsi energi dalam mesin (misalnya pompa piston injeksi langsung untuk mesin TSI).
• Desain dan pembuatan mesin seperti itu jauh lebih sulit dan kompleks daripada dalam kasus mesin yang diisi atmosfer.
• Konsumsi akhir masih relatif sangat tergantung pada gaya mengemudi.
• Friksi internal. Perlu diingat bahwa gesekan mesin bergantung pada kecepatan. Ini relatif dapat diabaikan untuk pompa air atau alternator di mana gesekan meningkat secara linier dengan kecepatan. Namun, gesekan cam atau cincin piston meningkat sebanding dengan akar kuadrat, yang dapat menyebabkan motor kecil berkecepatan tinggi menunjukkan gesekan internal yang lebih tinggi daripada volume yang lebih besar yang berjalan pada kecepatan yang lebih rendah. Namun, seperti yang telah disebutkan, banyak tergantung pada desain dan kinerja mesin.

Jadi apakah ada masa depan untuk pemotongan staf? Terlepas dari beberapa kekurangan, saya pikir begitu. Namun, mesin naturally aspirated tidak langsung hilang, hanya karena penghematan produksi, kemajuan teknologi (Mazda Skyactive-G), nostalgia, atau kebiasaan. Untuk non-partisan yang tidak mempercayai kekuatan mesin kecil, saya sarankan memuat mobil seperti itu dengan empat orang yang cukup makan, kemudian melihat ke atas bukit, menyalip dan menguji. Keandalan tetap menjadi masalah yang jauh lebih kompleks. Ada solusi untuk pembeli tiket, meski butuh waktu lebih lama dari test drive. Tunggu beberapa tahun hingga mesin muncul dan kemudian putuskan. Secara keseluruhan, bagaimanapun, risiko dapat diringkas sebagai berikut. Dibandingkan dengan mesin naturally aspirated yang lebih bertenaga dengan tenaga yang sama, mesin turbocharged yang lebih kecil memiliki beban yang lebih berat dengan tekanan silinder serta suhu. Oleh karena itu, mesin tersebut memiliki bantalan yang lebih banyak dimuat, poros engkol, kepala silinder, switchgear, dll. Namun, risiko kegagalan sebelum masa pakai yang direncanakan berakhir relatif rendah, karena pabrikan merancang motor untuk beban ini. Namun, akan ada kesalahan, saya perhatikan, misalnya, masalah dengan lompatan rantai waktu di mesin TSi. Namun, secara keseluruhan, dapat dikatakan bahwa umur mesin ini mungkin tidak akan selama dalam kasus mesin yang disedot secara alami. Ini terutama berlaku untuk mobil dengan jarak tempuh tinggi. Peningkatan perhatian juga harus diberikan pada konsumsi. Dibandingkan dengan mesin bensin turbocharged yang lebih tua, turbocharger modern dapat beroperasi secara signifikan lebih ekonomis, sedangkan yang terbaik dari mereka sesuai dengan konsumsi diesel turbo yang relatif kuat dalam operasi ekonomis. Kelemahannya adalah ketergantungan yang semakin besar pada gaya mengemudi pengemudi, jadi jika Anda ingin mengemudi secara irit, Anda harus berhati-hati dengan pedal gas. Namun, dibandingkan dengan mesin diesel, mesin bensin turbocharged menutupi kekurangan ini dengan penyempurnaan yang lebih baik, tingkat kebisingan yang lebih rendah, rentang kecepatan yang dapat digunakan lebih luas, atau kurangnya DPF yang banyak dikritik.