Κινητήρες Diesel
ΕΚΘΕΣΗ ΦΡΑΝΚΦΟΥΡΤΗΣ 1997
Οι κινητήρες diesel στο προσκήνιο
Οι κινητήρες έχουν την τιμητική τους φέτος, καθώς οι εταιρίες αποφάσισαν να
απαντήσουν έμπρακτα στην πρόκληση (και την απαίτηση των πολιτικών) για
κινητήρες πιο φιλικούς προς το περιβάλλον.
Από τους? παραδοσιακούς πετρελαιοκινητήρες έως τους ηλεκτροκινητήρες με τις
ενεργειακές κυψέλες οι αυτοκινητοβιομηχανίες δημιούργησαν την αίσθηση ότι
πλέον δεν αναφέρονται σε θεωρητικές προτάσεις και ιδέες αλλά σε
εφαρμοσμένες λύσεις, που βρίσκονται πλέον στην παραγωγή ή ένα βήμα πριν από
αυτήν.
Της Αλ. Πέτρου
Ο ΠΡΩΤΑΓΩΝΙΣΤΗΣ στη φετινή Φρανκφούρτη για να πάρουμε το τελευταίο και
πλέον εμφανές παράδειγμα? είναι αναμφισβήτητα ο κινητήρας ντίζελ, ο οποίος
με την τεχνολογία «common rail», αλλάζει ουσιαστικά μορφή και χαρακτήρα
αποτελώντας πλέον έναν ιδιαίτερα σημαντικό αντίπαλο για το βενζινοκινητήρα.
Το βασικό χαρακτηριστικό του νέου συστήματος είναι η κατάργηση, πλέον, της
κλασικής αντλίας του πετρελαίου, η οποία διένειμε το καύσιμο αλλά και
ρύθμιζε το χρονισμό και τη διάρκεια έγχυσης του καυσίμου από τα μπεκ. Τώρα
πλέον υπάρχει μία αντλία υψηλής πίεσης, η οποία μοιράζει συνεχώς καύσιμο
στα μπεκ, τα οποία είναι ηλεκτρικά και ελέγχονται από την κεντρική
ηλεκτρονική μονάδα.
Ο «εγκέφαλος» του κινητήρα καθορίζει το χρονισμό τους, τη χρονική στιγμή
δηλαδή που θα ψεκάσουν, καθώς και το διάστημα που θα λειτουργούν ανάλογα με
το φορτίο και τις στροφές του κινητήρα. Ουσιαστικά η τεχνολογία «common
rail» αντιγράφει την τεχνολογία των βενζινοκινητήρων ψεκασμού πολλαπλών
σημείων, επιτυγχάνοντας έτσι καλύτερο έλεγχο της διαδικασίας καύσης. Το
τελικό αποτέλεσμα δεν είναι απλά ένας πιο οικονομικός κινητήρας, αλλά ένας
κινητήρας με ελάχιστες εκπομπές ρύπων και πολύ χαμηλά επίπεδα θορύβου.
Η Τογιότα ήταν από τις πρώτες εταιρίες που πειραματίστηκαν στον τομέα αυτόν
και στην έκθεση της Φρανκφούρτης παρουσίασε τρεις εκδόσεις κινητήρων ντίζελ
αυτού του τύπου: έναν 1,5 λίτρων διβάλβιδο με 1 ΕΕΚ, και δύο μεγαλύτερους 2
και 2,4 λίτρων τετραβάλβιδους, με 2 ΕΕΚ. Ο πιο μικρός από όλους προορίζεται
για μικρά μοντέλα πόλης των οποίων η κατανάλωση θα έχει στόχο τα 3 λίτρα/
100 χλμ., αυτός των 2 λίτρων θα χρησιμοποιηθεί στα μικρομεσαία και μεσαία
μοντέλα, ενώ ο μεγάλος στα ημιφορτηγά.
Η απάντηση των ευρωπαίων κατασκευαστών έρχεται κυρίως από τη Μερτσέντες, τη
Φίατ, και τη BMW.
Το «μωρό» της Μερτσέντες-Μπενζ, το Α-Class, θα είναι το πρώτο μοντέλο της
εταιρίας που θα χρησιμοποιεί κινητήρα αυτού του τύπου.
Με χωρητικότητα 1.689 κ.εκ. είναι ο μικρότερος κινητήρας της κατηγορίας
του, διαθέτει 16βάλβιδη κυλινδροκεφαλή, ενώ για την αναπνοή του φροντίζει
ένας υπερσυμπιεστής.
Στην έκδοση 170 TURBODIESEL, με εναλλάκτη, η απόδοση φτάνει τους 90 ίππους,
ενώ η κατανάλωση τα 4,9 λίτρα/100 χλμ., ενώ μελλοντικά η εταιρία έχει
προγραμματίσει την παρουσίαση και ενός κινητήρα 1,9 λίτρων. Η BMW από την
άλλη παρουσίασε τα σχέδιά της για έναν ντίζελ V8, (βασισμένο στον υπάρχοντα
βενζινοκινητήρα), ο οποίος όμως θα παρουσιαστεί προς το τέλος του αιώνα.
Τέλος η Φίατ θα παρουσιάσει σύντομα σε μοντέλα παραγωγής ένα παρόμοιο
σύστημα με την ονομασία Unijet.
Στη σκιά των νέων επαναστατικών κινητήρων ντίζελ παρουσιάστηκαν και
ορισμένες νέες εξελίξεις στους βενζινοκινητήρες άμεσου ψεκασμού. Μετά την
Τογιότα και τον D4 (που ήδη παρουσιάσαμε σε προηγούμενο τεύχος) και η
Μιτσουμπίσι μπήκε στο χορό εμφανίζοντας πρώτη φορά στην ευρωπαϊκή αγορά,
ένα μοντέλο με κινητήρα άμεσου ψεκασμού, το Καρίσμα GDI.
Το κύριο χαρακτηριστικό του νέου κινητήρα είναι ότι έχει δύο διαφορετικές
λειτουργίες: σε χαμηλά φορτία, και με ταχύτητες μέχρι 120χλμ./ώρα
λειτουργεί με φτωχό μείγμα, μέχρι και 40:1 ενώ σε υψηλά φορτία ο χρονισμός
του ψεκασμού και η διάρκειά του μεταβάλλονται έτσι ώστε να υπάρχει
μεγαλύτερη απόδοση ισχύος. Ιδιαίτερη προσοχή έχει δοθεί στην «αναπνοή» του
κινητήρα με ειδικά σχεδιασμένους αυλούς εισαγωγής, οι οποίοι είναι ευθείς,
με αποτέλεσμα να εισάγεται ο αέρας με μεγάλη ταχύτητα μέσα στον κύλινδρο.
Σε συνδυασμό με την ειδική διαμόρφωση της επιφάνειας του εμβόλου, το
καύσιμο συγκεντρώνεται γύρω από το μπουζί διευκολύνοντας την ανάφλεξη του
μίγματος και την επίτευξη της στρωματικής καύσης.
Αλλο ένα χαρακτηριστικό του συστήματος είναι ότι ο ψεκασμός του καυσίμου
γίνεται σε δύο φάσεις: η πρώτη είναι κατά την εισαγωγή του αέρα (κίνηση του
εμβόλου προς το Κ.Ν.Σ.) με την οποία επιτυγχάνεται η ψύξη του κυλίνδρου και
η δεύτερη κατά τη συμπίεση όπου ψεκάζεται και ο κύριος όγκος. Το τελικό
αποτέλεσμα φαίνεται να δικαιώνει τους μηχανικούς της εταιρίας, αφού η
αποδιδόμενη ροπή είναι κατά 10% μεγαλύτερη από ένα συμβατικό κινητήρα, ενώ
η κατανάλωση καυσίμου μειώνεται μέχρι και 20%.
Αυτό βέβαια που ενδιαφέρει είναι και η μείωση των καυσαερίων, χάρη στο νέο
τριοδικό καταλύτη, ο οποίος συμβάλει στη μείωση των εκπεμπόμενων οξειδίων
του αζώτου μέχρι και 95%.
Παράλληλα με τους κινητήρες βενζίνης και πετρελαίου οι εταιρίες παρουσίασαν
και τις τελευταίες εξελίξεις στους κινητήρες εναλλακτικών καυσίμων,
θέλοντας να αποδείξουν ότι οι «καθαροί» κινητήρες δεν είναι απαραίτητα και
βαρετοί.
Το Σίβικ GX είναι το πρώτο αυτοκίνητο παραγωγής της Χόντα, το οποίο
χρησιμοποιεί φυσικό αέριο για την κίνησή του και ξεκινάει να δοκιμάζεται
από τον Οκτώβριο στη Γερμανία, με την προοπτική να αρχίσουν οι πωλήσεις του
μέσα στο 1998 στην Αμερική και την Ευρώπη.
Ο κινητήρας του είναι ο γνωστός VTEC των 1.600 κ.εκ. ο οποίος έχει υποστεί
ορισμένες μετατροπές για να μπορεί να χρησιμοποιήσει το διαφορετικό
καύσιμο. Το εντυπωσιακότερο χαρακτηριστικό του δεν είναι τα χαμηλά επίπεδα
των εκπεμπόμενων ρύπων του (κατά 90% χαμηλότερα από τις προδιαγραφές των
ULEV) αλλά η αποδιδόμενη ισχύς του, που φτάνει τους 110 ίππους και είναι
ανάλογη με αυτή που αποδίδει ο βενζινοκινητήρας.
Το μυστικό βρίσκεται στο εξελιγμένο πακέτο τεχνολογικών λύσεων που
υιοθέτησαν οι μηχανικοί της εταιρίας. Κατ? αρχάς αυξήθηκε η συμπίεση, η
οποία φτάνει το 12,5:1, μιας και ο αριθμός οκτανίων του φυσικού αερίου
είναι 130, κάτι που μείωσε και το θόρυβο.
Επίσης άλλαξε ο προγραμματισμός του συστήματος μεταβλητού χρονισμού έτσι,
ώστε να ταιριάζει στον τύπο του καυσίμου.
Ιδιαίτερη προσοχή δόθηκε στην κρύα εκκίνηση του κινητήρα (όπου οι
εκπεμπόμενοι ρύποι είναι περισσότεροι) με τη μία από τις δύο βαλβίδες
εισαγωγής να παραμένει κλειστή δημιουργώντας μεγαλύτερο στροβιλισμό του
μίγματος.
Τέλος το τρίτο βασικό τεχνολογικό στοιχείο ήταν η χρήση δύο ειδικά
κατασκευασμένων καταλυτών, οι οποίοι τοποθετήθηκαν σε σειρά στην εξάτμιση.
Το κύριο πρόβλημα που αντιμετώπισαν οι τεχνικοί της εταιρίας ήταν οι
χαμηλές λιπαντικές ιδιότητες του φυσικού αερίου σε σχέση με τη βενζίνη,
κάτι που σημαίνει αυξημένες φθορές των βαλβίδων.
Τη λύση έδωσε η εμπειρία του αγωνιστικού τμήματος της εταιρίας από τους
αγώνες Indy που το καύσιμο είναι μεθανόλη, με ανάλογες ιδιότητες.
Παράλληλα, για να αντιμετωπιστεί το πρόβλημα της χαμηλής θερμικής
αγωγιμότητας του φυσικού αερίου, τα έμβολα είναι κατασκευασμένα από υλικό
με μεγαλύτερη αντοχή στις υψηλές θερμοκρασίες, ενώ τα μπουζί διαθέτουν
ακροδέκτες από πλατίνα.
Ιδιαίτερη προσοχή δόθηκε στην κατασκευή του ρεζερβουάρ το οποίο είναι
κατασκευασμένο από σύνθετα υλικά. Λόγω της χαμηλής θερμικής απόδοσης του
καυσίμου απαιτήθηκε μεγάλη χωρητικότητα η οποία έφτασε τα 130 λίτρα, ώστε η
αυτονομία του αυτοκινήτου να φτάνει τα 400 χιλιόμετρα.
Ακολουθώντας παράλληλη πορεία η Φίατ παρουσίασε στη Φρανκφούρτη το Μαρέα
Bipower, ένα μοντέλο εξοπλισμένο με έναν κινητήρα ρυθμισμένο έτσι, ώστε να
μπορεί να καίει φυσικό αέριο ή βενζίνη.
Το αυτοκίνητο διαθέτει δύο συστήματα τροφοδοσίας με ξεχωριστά ρεζερβουάρ,
σωληνώσεις και μπεκ για βενζίνη και φυσικό αέριο. Η βασική του λειτουργία
είναι με το φυσικό αέριο και μόνον όταν η πίεσή του στο ρεζερβουάρ πέσει
κάτω από ένα όριο, τότε η κεντρική ηλεκτρονική μονάδα αυτόματα γυρίζει την
παροχή στη βενζίνη.
Το πλεονέκτημα του συστήματος είναι ότι η αλλαγή από το ένα καύσιμο στο
άλλο δεν επιφέρει σημαντική αλλαγή στη συμπεριφορά του κινητήρα, καθώς η
πτώση της απόδοσής του (από τη βενζίνη στο φυσικό αέριο) είναι μόλις 10%.
Από την άλλη η τοποθέτηση του μεγάλου ρεζερβουάρ φυσικού αερίου υπό πίεση
μείωσε σημαντικά το διαθέσιμο χώρο αποσκευών. Βέβαια το μεγαλύτερο
πλεονέκτημά του είναι τα χαμηλά επίπεδα ρύπων, ιδιαίτερα του διοξειδίου του
άνθρακα, όπου η μείωση φτάνει το 25%.
Κλείνοντας το κεφάλαιο των κινητήρων αξίζει να αναφερθούμε και σε μία
μάλλον παράξενη ιδέα που είχαν οι μηχανικοί της Σάαμπ, εμφανίζοντας έναν
κινητήρα με αυμμετρικό τούρμπο. Στους συνηθισμένους υπερτροφοδοτούμενους
κινητήρες ο υπερσυμπιεστής παίρνει κίνηση από τα καυσαέρια όλων των
κυλίνδρων. Στην περίπτωση του V6 του νέου 9-5, ο υπερσυμπιεστής Γκάρετ GT17
είναι ενσωματωμένος στην πολλαπλή εξαγωγής της μίας πλευράς του V, και
παίρνει κίνηση από τα καυσαέρια μόνο των τριών κυλίνδρων, ενώ βέβαια
μοιράζει τον αέρα και στους έξι. Η μέγιστη πίεση υπερπλήρωσης φτάνει τα
0,25 bar, κάτι που σε συνδυασμό με ένα νέο σύστημα ελέγχου, έχει ως
αποτέλεσμα να μη χρειάζεται βαλβίδα εκτόνωσης. Το βασικό πλεονέκτημα του
συστήματος είναι η αύξηση της μέγιστης ροπής κατά 15%, κάτι που βελτιώνει
αισθητά τις επιταχύνσεις εν κινήσει.
Πέραν των κινητήρων...
...τα υπόλοιπα τεχνολογικά καλούδια της έκθεσης περιορίζονταν σε εξελίξεις
υπαρχόντων συστημάτων και τεχνολογιών.
Έτσι λοιπόν ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσίασε το νέο αυτόματο κιβώτιο της
Ρενό με τον κωδικό DPO. Προϊόν της συνεργασίας της με την PSA το σύνολο,
των μόλις 70 κιλών, έχει ως χαρακτηριστικό τις μειωμένες απώλειες και την
προσαρμοστικότητα στις συνθήκες οδήγησης και τις απαιτήσεις του οδηγού. Το
πρώτο χαρακτηριστικό του επιτυγχάνεται με τη μείωση των εσωτερικών τριβών
και τη μεγιστοποίηση του βαθμού απόδοσης στη μετάδοση της κίνησης,
ιδιαίτερα στο μετατροπέα ροπής. Έτσι, όταν τοποθετήθηκε στο δίλιτρο
κινητήρα του Μεγκάν η κατανάλωση στο συνδυασμένο κύκλο έφτασε τα 8,6
λίτρα/100 χλμ., ελάχιστα αυξημένη σε σχέση με την έκδοση με χειροκίνητο
κιβώτιο που έφτασε τα 8,4 λίτρα/ 100 χλμ.
Παράλληλα ο σχεδιασμός του συστήματος αλλαγής των ταχυτήτων ανατρέπει την
υπάρχουσα αντίληψη του κοινού για τα αυτόματα κιβώτια. Η κεντρική μονάδα
που διαχειρίζεται τη λειτουργία του περιλαμβάνει εννέα διαφορετικά
«αυτοπροσαρμοζόμενα» προγράμματα, τα οποία προσπαθούν να «ταιριάξουν» ανά
πάσα στιγμή με την οδηγική συμπεριφορά του οδηγού (ήρεμη, γρήγορη, κ.ά.) με
τις οδηγικές συνθήκες (π.χ. ολισθηρό οδόστρωμα) και τις συνθήκες
λειτουργίας του κινητήρα (π.χ. ανάλογα με τη θερμοκρασία του).
Στην ουσία έχουμε να κάνουμε τελικά με ένα κιβώτιο, το οποίο μπορεί να
επιλέξει τη σχέση που θα επέλεγε και ο οδηγός τη συγκεκριμένη στιγμή και
κάτω από δεδομένους περιορισμούς.
Ταυτόχρονα προσφέρει μια σειρά επιλογών αντίθετων με τα συμβατικά αυτόματα
κιβώτια, όπως το αυτόματο κατέβασμα ταχύτητας με το πάτημα των φρένων ή τη
διατήρηση της σχέσης που έχει επιλεγεί ακόμα και όταν ο οδηγός αφήνει το
πεντάλ του γκαζιού.
Καινούριο είναι και το CVT κιβώτιο της Νισάν, σχεδιασμένο για τους
δίλιτρους κινητήρες της.
Ακολουθώντας τις βασικές σχεδιαστικές αρχές του απλού τύπου που
χρησιμοποιείται στα μοντέλα μικρότερου κυβισμού έχει ως βασική διαφορά την
ενσωμάτωση ενός μετατροπέα ροπής, για να μπορεί να διαχειριστεί και τη
μεγαλύτερη ροπή των 196 N.m.
Φυσικά, από την έκθεση της Φρανκφούρτης δε θα μπορούσαν να λείψουν και οι
τελευταίες εξελίξεις σε θέματα παθητικής ασφάλειας.
Πολλοί κατασκευαστές ?άραγε τυχαία;? ασχολήθηκαν με το πρόβλημα του
«wisplash» και την αντιμετώπισή του.
Με τον όρο αυτόν περιγράφεται το πρόβλημα που δημιουργείται κατά τις
συγκρούσεις των αυτοκινήτων από πίσω, που το κεφάλι του επιβάτη κινείται
απότομα προς τα πίσω, με αποτέλεσμα τους τραυματισμούς του αυχένα.
Με το πρόγραμμα WHIPS η Βόλβο, για παράδειγμα, προχώρησε σε ανάλυση του
προβλήματος σε Η/Υ έτσι, ώστε σύντομα να παρουσιάσει ένα νέο σύστημα
καθίσματος και προσκέφαλου, το οποίο κατά τη διάρκεια της σύγκρουσης να
συγκρατεί το σώμα μειώνοντας στο ελάχιστο την κίνησή του.
Ακολουθώντας παράλληλη πορεία η Σάαμπ παρουσίασε ένα νέο προσκέφαλο, το
οποίο κατά την πρόσκρουση κινείται αυτόματα προς τα επάνω και εμπρός
συγκρατώντας το κεφάλι του οδηγού. Το σύστημα είναι καθαρά μηχανικό και
ενεργοποιείται όταν το σώμα του οδηγού πιέσει με μεγάλη δύναμη την πλάτη
του καθίσματος.
Εν κατακλείδι μπορούμε να πούμε ότι η φετινή έκθεση της Φρανκφούρτης
χαρακτηρίστηκε από την πληθώρα των εφαρμοσμένων οικολογικών λύσεων.
Ιδιαίτερα η επανάσταση στην τεχνολογία των ντίζελ δημιουργεί μια νέα
κατάσταση στα αυτοκίνητα τα οποία είναι εφοδιασμένα με τέτοιους κινητήρες.
Σύντομα οι οδηγοί θα έχουν την ευκαιρία να κρίνουν από κοντά την επιτυχία ή
όχι των προτάσεων των εργαστηρίων των εταιριών_Α.Π.