削減とは何ですか？

ページ内容

略語とその理由
いくつかの説
ダウンサイジングのメリット
小型化のデメリット

近年、ヨーロッパ盆地では一般人が触れるあらゆるものが減少しています。これは特に、実質賃金、携帯電話、ラップトップ、会社のコスト、エンジンのサイズとそれらの排出量に当てはまります。残念ながら、職員削減はそのような荒廃した公共行政や州行政にはまだ影響を及ぼしていない。しかし、自動車業界における「ダウンサイジング」という言葉の意味は、一見したほど新しいものではありません。前世紀末には、ディーゼルエンジンも第 XNUMX 段階での減速を強化しました。過給と最新の直接噴射のおかげで、容積は維持または減少しましたが、エンジンの動的パラメータは大幅に増加しました。

1,4 TSi ユニットの登場により、ガソリンエンジンの「夜明け」の時代が始まりました。一見、これ自体はダウンサイジングのようには見えませんが、ゴルフ、レオン、またはオクタビアの製品に含まれていることでも確認されています。視点の変更は、シュコダが 1,4kW 90 TSi エンジンを最大のスーパーブモデルに組み立て始めるまで起こりませんでした。しかし、真のブレークスルーは、1,2 kW 77 TSi エンジンを Octavia、Leon、さらには VW Caddy などの比較的大きな車に搭載したことです。それから初めて、本物の、そしていつものように、最も賢明なパブのパフォーマンスが始まりました。「長続きしない、長続きしない、ボリュームに代わるものがない、八角形にはファブリックエンジンがある、聞いたことがありますか？」などの表現。デバイスの XNUMX 番目の価格だけでなく、オンラインディスカッションでも一般的でした。ダウンサイジングには、車両メーカーが消費量と非常に嫌われている排出量を削減するという絶え間ないプレッシャーに対処するための論理的な努力が必要です。もちろん、何も無料ではありませんし、ダウンサイジングでさえ利益をもたらすだけではありません。したがって、次の行では、ダウンサイジングと呼ばれるもの、それがどのように機能するか、およびその利点と欠点について詳しく説明します。

略語とその理由

ダウンサイジングとは、内燃エンジンの排気量を減らしながら、同じかそれ以上の出力を維持することを意味します。容積の減少と並行して、過給はターボチャージャーまたは機械式コンプレッサー、または両方の方法の組み合わせを使用して実行されます（VW 1,4 TSi - 125 kW）。直接燃料噴射、可変バルブタイミング、バルブリフトなどに加えて、これらの追加技術により、燃焼のためのより多くの空気（酸素）がシリンダーに入り、供給される燃料の量を比例して増やすことができます。もちろん、このような圧縮された空気と燃料の混合物には、より多くのエネルギーが含まれています。可変タイミングとバルブリフトを組み合わせた直接噴射は、燃料噴射とスワールを最適化し、燃焼プロセスの効率をさらに高めます。一般に、サイズを小さくすることなく、より大型で同等のエンジンと同じエネルギーを放出するには、シリンダーの容積を小さくするだけで十分です。

記事の冒頭ですでに示したように、削減の出現は主に欧州の法規制の強化によるものです。それは主に排出量の削減に関するものですが、最も顕著なのはCO 排出量を全体的に削減したいという願望です。₂。しかし、排出制限は世界中で徐々に強化されています。欧州委員会の規制に従って、欧州の自動車メーカーは 2015 年までに CO130 排出量制限 XNUMX g を達成することを約束しています。₂ 1 km あたり、この値は XNUMX 年間に市場に投入された車両の平均値として計算されます。ガソリンエンジンは、効率の観点からは消費量（つまり CO 排出量も削減）を削減できる可能性が高いにもかかわらず、ダウンサイジングに直接的な役割を果たしています。₂) ディーゼルのものより。ただし、これにより、価格が高くなるだけでなく、窒素酸化物などの排気ガス中の有害な排出物を比較的問題があり高価に排除することが困難になります-NO_x、一酸化炭素 - CO、炭化水素 - HC またはカーボンブラックを除去するために、高価でまだ比較的問題のある DPF フィルター (FAP) が使用されます。このように、小さなディーゼルは徐々に複雑になり、小さな車は小さなバイオリンで演奏されます。ハイブリッド車や電気自動車もダウンサイジングと競合しています。この技術は有望ですが、比較的単純なダウンサイジングよりもはるかに複雑であり、平均的な市民にとっては高すぎます.

いくつかの説

ダウンサイジングの成功は、エンジンのダイナミクス、燃料消費量、および全体的な運転の快適さにかかっています。パワーとトルクが最優先。生産性とは、時間をかけて行われる作業です。火花点火内燃機関の XNUMX サイクル中に提示される仕事は、いわゆるオットーサイクルによって決定されます。

略語とは何ですか？

縦軸はピストン上の圧力、横軸はシリンダーの容積です。仕事は、曲線によって囲まれた領域によって与えられます。この図は、環境との熱交換、シリンダーに入る空気の慣性、および吸気 (大気圧と比較してわずかな負圧) または排気 (わずかな過圧) によって引き起こされる損失を考慮していないため、理想化されています。次に、ストーリー自体の説明を (V) 図に示します。ポイント 1 ～ 2 の間で、バルーンは混合物で満たされ、体積が増加します。ポイント 2 ～ 3 の間で圧縮が発生し、ピストンが作動して燃料と空気の混合気を圧縮します。ポイント 3 ～ 4 の間で燃焼が発生し、体積が一定 (ピストンが上死点にある) で、燃料混合物が燃焼します。燃料の化学エネルギーは熱に変換されます。ポイント 4 ～ 5 の間では、燃料と空気の燃焼混合物が機能し、膨張してピストンに圧力がかかります。 5-6-1項で逆流、つまり排気が発生します。

燃料と空気の混合気を吸い込むほど、より多くの化学エネルギーが放出され、曲線の下の面積が増加します。この効果は、いくつかの方法で実現できます。最初のオプションは、それぞれシリンダーの容積を適切に増やすことです。エンジン全体、同じ条件下でより多くのパワーを達成します - 曲線は右に増加します. 曲線の上昇を上にシフトする他の方法としては、たとえば、圧縮比を上げるか、時間の経過とともに機能する出力を増やし、同時にいくつかの小さなサイクルを実行する、つまりエンジン速度を上げます。説明されている両方の方法には多くの欠点があります (自己着火、シリンダーヘッドとそのシールの強度が高い、高速での摩擦が増加する - 後で説明しますが、排出量が多い、ピストンにかかる力はほぼ同じです)。紙の上では比較的大きなパワーゲインがありますが、トルクはあまり変わりません。最近、日本のマツダは、Skyactive-Gと呼ばれる非常に高い圧縮比（14,0：1）のガソリンエンジンを大量生産することに成功しましたが、これは良好な燃料消費量で非常に優れた動的パラメータを誇っていますが、ほとんどのメーカーはまだXNUMXつの可能性を使用していますカーブの下の領域のボリュームを増やします。そして、これはシリンダーに入る前に空気を圧縮し、容積を維持しながらオーバーフローさせるというものです。

オットーサイクルの p(V) 図は次のようになります。

略語とは何ですか？

7-1 チャージは 5-6 リリースとは異なる (より高い) 圧力で発生するため、異なる閉曲線が作成されます。これは、ピストンの非動力ストロークで追加の仕事が行われることを意味します。これは、空気を圧縮する装置が余剰エネルギー (この場合は排気ガスの運動エネルギー) によって駆動される場合に使用できます。そのような装置はターボチャージャーです。機械式コンプレッサーも使用されますが、その動作に費やされる一定の割合 (15 ～ 20%) を考慮する必要があります (ほとんどの場合、コンプレッサーはクランクシャフトによって駆動されます)。そのため、上の曲線の一部が下の曲線にシフトします。何の効果もありません。

満席になるまで少しの間そこにいます。ガソリンエンジンの過給は古くから存在していましたが、主な目的は性能向上であり、消費量については特に考慮されていませんでした。つまり、ガスタービンは命がけで車を引きずっていましたが、同時に道路脇の草を食べてガスを圧迫していたのです。これにはいくつかの理由がありました。まず、これらのエンジンの圧縮比を下げてノックノック燃焼を排除します。ターボ冷却にも問題がありました。高負荷では、排気ガスを冷却し、高温の燃焼排ガスからターボチャージャーを保護するために、混合物に燃料を濃縮する必要がありました。さらに悪いことに、ターボチャージャーによって給気へ供給されるエネルギーは、スロットルボディでの気流の遅れにより部分負荷時に部分的に失われます。幸いなことに、最新のテクノロジーにより、エンジンがターボチャージャーを備えている場合でも消費量を削減することがすでに可能になっており、これはダウンサイジングの主な条件の XNUMX つです。

現代のガソリンエンジンの設計者は、より高い圧縮比と部分負荷で動作するディーゼルエンジンにインスピレーションを与えようとしています。インテークマニホールドを通る空気の流れは、スロットルによって制限されません。エンジンを非常に迅速に破壊する可能性がある高圧縮比によって引き起こされるノックノックの危険性は、最近までの場合よりもはるかに正確に点火タイミングを制御する最新の電子機器によって排除されています。大きな利点は、ガソリンがシリンダー内で直接蒸発する直接燃料噴射の使用でもあります。したがって、燃料混合物は効果的に冷却され、自着火限界も増加する。現在普及している可変バルブタイミングシステムについても言及する必要があります。これにより、実際の圧縮比にある程度影響を与えることができます。いわゆるミラーサイクル（不均一に長い収縮と拡張ストローク）。可変バルブタイミングに加えて、可変バルブリフトも消費量の削減に役立ちます。これは、スロットル制御に取って代わり、スロットルを通る空気の流れを遅くすることで、吸入損失を減らすことができます (BMW のバルブトロニックなど)。

再充填、バルブタイミング、バルブリフト、圧縮比の変更は万能薬ではないため、設計者は特に最終流量に影響を与える他の要因を考慮する必要があります。これらには、特に摩擦の低減や、焼夷性混合物自体の準備と燃焼が含まれます。

設計者は、可動エンジン部品の摩擦を減らすために何十年も取り組んできました。彼らは、現在最高の摩擦特性を持つ材料とコーティングの分野で大きな進歩を遂げたことを認めなければなりません. 油や潤滑剤についても同じことが言えます。エンジンの設計自体は、可動部品の寸法、ベアリングが最適化され、ピストンリングの形状、そしてもちろんシリンダーの数が変更されていないため、注意を払わずに残されていませんでした。おそらく、現在「より少ない」気筒数を持つ最もよく知られているエンジンは、フォードのフォードの XNUMX 気筒 EcoBoost エンジンまたはフィアットの TwinAir XNUMX 気筒です。シリンダーが少ないということは、ピストン、コネクティングロッド、ベアリング、またはバルブが少なくなることを意味し、したがって論理的に総摩擦が少なくなります。確かに、この領域にはいくつかの制限があります。 XNUMX つ目は、失われたシリンダーに蓄積された摩擦ですが、バランスシャフトベアリングの追加の摩擦によってある程度相殺されます。もう XNUMX つの制限は、エンジンが駆動する車両のカテゴリの選択に大きな影響を与えるシリンダー数または操作文化に関連しています。たとえば、現代のエンジンで知られるBMWには、ハミングするXNUMX気筒エンジンが搭載されていました。しかし、数年後に何が起こるかは誰にもわかりません。摩擦は速度の XNUMX 乗で増加するため、製造業者は摩擦自体を減らすだけでなく、可能な限り低い速度で十分なダイナミクスを提供するようにエンジンを設計しようとします。小型エンジンの大気燃料補給はこのタスクに対応できないため、ターボチャージャーまたは機械式コンプレッサーと組み合わせたターボチャージャーが再び助けになります。しかし、ターボチャージャーだけで過給する場合、これは簡単なことではありません。ターボチャージャーにはかなりのタービン回転慣性があり、いわゆるターボディエラが発生することに注意してください。ターボチャージャータービンは排気ガスによって駆動されますが、排気ガスは最初にエンジンによって生成される必要があるため、アクセルペダルを踏んだ瞬間からエンジン推力の予想される開始までに一定の遅延があります。もちろん、最新のさまざまなターボチャージャーシステムは、多かれ少なかれうまくこの病気を補おうとしていますが、ターボチャージャーの新しい設計の改良が助けになります。そのため、ターボチャージャーはより小型で軽量になり、高速での応答がますます速くなります。高速エンジンで育ったスポーツ志向のドライバーは、そのような「低速」ターボチャージャー付きエンジンのレスポンスの悪さを非難します。速度が上がるにつれてパワーのグラデーションはありません。そのため、エンジンは低回転、中回転、高回転で感情的に引っ張られますが、残念ながらピークパワーはありません。

可燃性混合物自体の組成は脇に立ちませんでした。ご存知のように、ガソリンエンジンは、空気と燃料のいわゆる均一な化学量論混合気を燃焼させます。これは、14,7 kg の燃料 - ガソリンに対して 1 kg の空気があることを意味します。この比率は、ラムダ＝１とも呼ばれる。ガソリンと空気の前記混合物は、他の比率でも燃焼することができる。 1から14,5：22の空気量を使用すると、空気が大幅に過剰になります-いわゆる希薄混合気について話しています。比率が逆転すると、空気の量が化学量論よりも少なくなり、ガソリンの量が多くなります（空気とガソリンの比率は1〜14：7の範囲です）。この混合物はいわゆるいわゆる混合物です。豊富な混合物。この範囲外の他の比率は、希薄すぎるか、空気が少なすぎるため、着火が困難です。いずれにせよ、両方の制限は、パフォーマンス、消費、および排出量に反対の影響を及ぼします。排出量に関しては、リッチな混合気の場合、CO と HC が大量に生成されます。_x、製造NO_x 濃厚な混合気を燃焼させるときの温度が低いため、比較的小さくなります。対照的に、NO 生成は、希薄混合気を燃焼させるときに特に多くなります。_x燃焼温度が高くなるからです。混合物の組成ごとに異なる燃焼速度を忘れてはなりません。燃焼速度は非常に重要な要素ですが、それを制御することは困難です。混合気の燃焼速度は、温度、渦の程度 (エンジン速度によって維持される)、湿度、および燃料の組成によっても影響を受けます。これらの要因はそれぞれ異なる方法で関与しており、混合物の渦巻きと飽和が最大の影響を及ぼします。濃厚な混合気は希薄な混合気よりも速く燃焼しますが、混合気が濃すぎると燃焼速度が大幅に低下します。混合気が点火されると、最初は燃焼が遅くなり、圧力と温度が上昇すると燃焼速度が速くなり、これは混合気の旋回の増加によっても促進されます。リーンバーン燃焼は最大 20% の燃焼効率の向上に寄与しますが、現在の能力によれば、約 16,7 ～ 17,3:1 の比率で最大です。燃焼速度、効率、および生産性の低下を防ぐため、製造業者はいわゆるレイヤリング混合物を考え出しました。言い換えれば、可燃性混合物は燃焼空間で成層化されているため、ろうそくの周りの比率は化学量論的です。つまり、簡単に点火され、残りの環境では逆に、混合物の組成ははるかに高い。この技術はすでに実際に使用されています (TSi、JTS、BMW)。残念ながら、これまでのところ特定の速度までしか使用されていません。軽負荷モードで。しかし、開発は急速な前進です。

ダウンサイジングのメリット

このようなエンジンは体積が小さいだけでなく、サイズも小さいため、より少ない原材料とより少ないエネルギー消費で製造できます。
エンジンの製造には、同じではないにしても同様の原材料が使用されるため、エンジンのサイズが小さくなり、軽量になります。車の構造全体の耐久性が低下する可能性があり、その結果、軽量かつ安価になります。既存の軽量エンジンでは軸重が少なくなります。この場合、重いエンジンの影響を受けにくくなり、走行特性も向上する。
このようなエンジンは小型で強力であるため、エンジン容量が限られているために機能しないこともあった小型で強力な車を製造することは難しくありません。
小型のモーターは慣性質量も小さいため、出力変化時の移動に大型モーターほど多くのエネルギーを使用しません。

小型化のデメリット

このようなエンジンは、非常に大きな熱的および機械的ストレスにさらされます。
エンジンは容積と重量が軽くなりますが、ターボチャージャー、インタークーラー、高圧ガソリン噴射などのさまざまな追加部品の存在により、エンジン全体の重量が増加し、エンジンのコストが増加し、パッケージ全体が増加します。より多くのメンテナンスが必要になります。特に深刻な熱的および機械的ストレスにさらされるターボチャージャーの場合、故障のリスクが高くなります。
一部の補助システムはエンジン内でエネルギーを消費します (TSI エンジンの直接噴射ピストンポンプなど)。
このようなエンジンの開発と製造は、大気充填エンジンの場合よりもはるかに困難で複雑です。
その結果生じる消費量は依然として運転スタイルに比較的依存しています。
内部摩擦。エンジンの摩擦は速度によって変化することに注意してください。速度に応じて摩擦が直線的に増加するウォーターポンプやオルタネーターでは、これは比較的無視できます。ただし、カムまたはピストンリングの摩擦は平方根に比例して増加するため、高速の小型エンジンでは、低速で動作する大きな排気量のエンジンよりも高い内部摩擦が発生する可能性があります。ただし、すでに述べたように、多くはエンジンの設計と性能特性に依存します。

では、ダウンサイジングに未来はあるのでしょうか？いくつかの欠点はあるものの、私はそう思います。ただし、自然吸気エンジンは、単に生産経済、技術の進歩 (マツダスカイアクティブ G)、懐かしさ、習慣などの理由で、一夜にして消えるわけではありません。小型エンジンのパワーを信頼しない無党派の人々には、そのような車に適度に栄養を補給したXNUMX人を乗せて、丘を探し、追い越し、テストすることをお勧めします。信頼性は依然としてはるかに難しい問題です。たとえ試乗よりも時間がかかっても、チケット購入者には解決策があります。エンジンが届くまで数年待ってから決めてください。ただし、一般的に、リスクは次のように要約できます。同じ出力の大型の自然吸気エンジンと比較して、小型のターボエンジンはシリンダー圧力や温度によるストレスをはるかに大きく受けます。したがって、このようなエンジンには、ベアリング、クランクシャフト、シリンダーヘッド、分配装置などの負荷が大幅に大きくなります。ただし、メーカーはこの負荷に合わせてモーターを設計しているため、計画された耐用年数が終了する前に故障が発生するリスクは比較的小さいです。ただし、エラーが発生する可能性があります。たとえば、TSi エンジンのタイミングチェーンスキップの問題などに注意してください。しかしながら、一般的に、これらのエンジンの耐用年数は、おそらく自然吸気エンジンの場合ほど長くはないと言えます。これは主に走行距離の多い車に当てはまります。消費にも一層の注意を払う必要があります。古いターボチャージャー付きガソリンエンジンと比較して、最新のターボチャージャーは大幅に経済的に動作できますが、最良のものは経済的に動作する場合、比較的強力なターボディーゼルの消費量に匹敵します。欠点は、ドライバーの運転スタイルへの依存がますます高まっていることです。そのため、経済的に運転したい場合は、アクセルペダルの踏み方に注意する必要があります。ただし、ディーゼルエンジンと比較して、ターボチャージャー付きガソリンエンジンは、より優れた改良、より低い騒音レベル、より広い範囲の使用可能な速度、またはよく批判されている DPF の不在によってこの欠点を補っています。