Вход

Харесайте страницата ни във Facebook

Станете част от голямата фамилия на auto motor und sport

Бъдете информирани за любимите ви марки, интересни предложения, игри, томболи, както и много новини от необятния свят на автомобилите.

Абонамент

Благодаря, че избрахте да се абонирате за auto motor und sport. Изберете вида абонамент и въведете нужните данни, а ние ще се погрижим списанията да достигнат до Вас максимално бързо.

Избери годишен абонамент и вземи 20% отстъпка.

Абонамент

Благодаря, че избрахте да се абонирате за auto motor und sport. Изберете вида абонамент и въведете нужните данни, а ние ще се погрижим списанията да достигнат до Вас максимално бързо.

Избери годишен абонамент и вземи 20% отстъпка.

Абонамент

Благодаря, че избрахте да се абонирате за auto motor und sport. Изберете вида абонамент и въведете нужните данни, а ние ще се погрижим списанията да достигнат до Вас максимално бързо.

Избери годишен абонамент и вземи 20% отстъпка.

Абонамент

Благодаря, че избрахте да се абонирате за auto motor und sport. Изберете вида абонамент и въведете нужните данни, а ние ще се погрижим списанията да достигнат до Вас максимално бързо.

Избери годишен абонамент и вземи 20% отстъпка.

0 продукта | 0 лв.

Абонамент

Благодаря, че избрахте да се абонирате за auto motor und sport. Изберете вида абонамент и въведете нужните данни, а ние ще се погрижим списанията да достигнат до Вас максимално бързо.

Избери годишен абонамент и вземи 20% отстъпка.

auto motor und sport Bulgaria logo

Ford 1.0 EcoBoost срещу Opel 1.0 SIDI Turbo

20.05.2014 16:53 1
1
2699676932
Туит
Ford 1.0 EcoBoost срещу Opel 1.0 SIDI Turbo

Денят на мравките

Две малки по своя обем, но големи като технологични решения машини се противопоставят една на друга в епична битка. Вече зрелият и утвърден 1.0 EcoBoost на Ford се среща с претендента на Opel 1.0 SIDI Turbo

Един литър, три цилиндъра, директно впръскване, турбопълнене. Само преди десетина години използването на подобна формула в двигателостроенето би изглеждала налудничаво. Днес категорично може да заявим, че тя е едно граничещо с технологична революция решение. Каквото и да се случва оттук нататък, безспорният пионер в тази област си остава Ford със своя 1.0 Ecoboost. Именно тази компания пое риска на предизвикателствата и създаде един технологичен шедьовър. Зрелостта, надеждността, динамиката и ефективността на произведението на инженерите от центровете на компанията в Дъндън и Кьолн впечатлиха дори и най-скептично настроените специалисти. В сянката му някак се загуби иначе прекрасната машина на Nissan HR12DDR, работеща по цикъла на Милър, със същия брой цилиндри, работен обем от 1,2 литра и принудително пълнене от механичен компресор. Или пък 0,9-литровият агрегат на на Renault, който въпреки добрите си качества не можа по никакъв начин да засенчи славата 1.0 EcoBoost.

Танталови мъки

Колкото и да оглеждаме инженерните творби, идващи от Далечния изток, едва ли ще открием нещо подобно. Toyota е силно фиксирана върху хибридните си технологии и някак трудно възприема философията на даунсайзинга. Маzda се фокусира върху възможността да изстиска докрай потенциала на машините с атмосферно пълнене, развивайки своята теза за „rightsizing“ (подходящия работен обем). Корейците засега са потънали в дълбоко мълчание по темата. Единствено Honda обяви, че скоро ще започне производството на високотехнологичен агрегат с три цилиндъра и работен обем от 1,0 литра. Що се касае до американците… е, в тяхна чест можем да кажем, че те не отричат тази техника, то пък са оставили основната част от работата в ръцете на европейските си подразделения.
И ето че достигаме до същината на този материал. Ford EcoBoost пристига от сърцето на Европа, но срещу него вече се насочва силен конкурент, идващ от недалеч. Заплахата произхожда от Opel, нарича се 1.0 SIDI Turbo и има същия работен обем и брой цилиндри. И двете машини се родиха в танталови мъки, равносилни може би на работата на конструкторите във Формула 1, където също се извършва кардинално пренасочване към турбомашини. Според шефа на Opel Карл-Томас Нойман това е най-скъпият двигател, който фирмата е проектирала някога. „В даден момент имах чувството, че конструираме състезателна машина“, пояснява той с нотка на облекчение, че реализацията на проекта вече е факт. Въпросът е дали този двигател ще може да бъде конкурентен на еднолитровата машина на Ford. „Абсолютно“, твърди д-р Матиас Алт, директор на отдела за бензинови двигатели. „При разработването на този мотор се стремяхме не само да намалим разхода на гориво и емисиите на CO2, но и да покажем, че по отношение на баланса и нивото на шум работата на три цилиндъра може да се доближи плътно до тази на четири и дори да я превъзхожда. Да, двигателят на Ford е добър, но нашият е още по-добър – поне от гледна точка на шума.“
Тези думи са доста амбициозна заявка, която ще може да бъде напълно потвърдена на практика едва когато машината се появи в автомобил на Opel. Скоро тя ще получи своя прощъпалник в Adam. Това, което ние можем да сторим на този етап, е да направим едно чисто теоретично предположение, базирайки се на архитектурата на двата агрегата и технологичните решения, реализирани в тях.

Същинският даунсайзинг

Трябва изрично да отбележим, че терминът „даунсайзинг“ е с много по-наситено съдържание, когато става дума за бензинови мотори. При дизелите този преход бе осъществен далеч по-плавно, защото ниската температура на отработилите газове и невъзможността за достигане на високи оборотни режими предопредели връзката им с турбокомпресорите. Така че още през осемдесетте години дизеловите мотори започнаха все по-често да се сдобиват с този вид принудително пълнене, а с появата в края на деветдесетте на системата за директно впръскване common rail, която бе кардинално ново решение, развитието им продължи като еволюция с постоянно увеличаване на налягането на пълнене (с помощта на VTG компресори и каскадни турбосистеми) и на впръскване. Така работният им обем постепенно намаля, реализирайки на практика „даунсайзинг“ в дизеловия сегмент. Естествените ограничения за разполагане на клапаните и инжекторите ще забавят темпа на намаляване на работния обем и конструкторите ще се фокусират най-вече върху горивните процеси.
Същинската трансформация се осъществява при бензиновите мотори, които все още се намират на вододела между двата свята – този на атмосферното и на принудителното пълнене. Логиката не е сложна – когато трябва да бъдат заменени масови агрегати като 1,6-литровите мотори, естествено е конструкторите да се насочат към турбомашини с работен обем от 1,0-1,2 литра. Всъщност колкото по-малко, толкова по-добре, защото по този начин наред с другото се намалява триенето в бензиновия мотор. Турбопълненето снижава в известна степен и загубите, породени от съществуването на дроселова клапа, тъй като налягането на въздуха във всмукателните колектори след това упражнява и натиск върху буталото – при атмосферното пълнене, докато се движи надолу в такта на всмукване, силно намаляващото налягане на практика се стреми да го „върне“ обратно. При наличие на турбопълнене и директно впръскване, всмукателният и изпускателният клапан могат да бъдат оставени по-дълго отворени с припокриване на фазите и това да осигури по-добро очистване но газовете. Междинните охладители, които все по-често са от типа вода-въздух, имат грижа за ефективното намаляване на температурата и понижаване на склонността на горивото към детонации. Благодарение на тези факти и на самото директното впръскване, извършващо вътрешно охлаждане на цилиндъра, конструкторите съумяват да осигурят подходящи условия за горивния процес без необходимост от горива с високо октаново число и при геометрична степен на сгъстяване (реалната е по-голяма поради турбофактора) от порядъка на 10-10,5:1.

Защо три цилиндъра?

И все пак – защо три цилиндъра, а не по-благоприятната архитектура с четири? Като начало – заради чисто физическите ограничения: при работен обем от 1000 см3 и архитектура с четири цилиндъра размерите на цилиндрите стават толкова малки, че конструкторите трудно могат да поставят в главата всички необходими устройства и системи, като инжектор, свещ, четири клапана и прочее. Освен това при еднакъв работен обем в трицилиндровия двигател се генерира по-малко триене, отколкото в четирицилиндровия, при това не само в цилиндрово-буталната група. По-малкият брой цилиндри води до нужда от по-малък брой клапани, тоест също до по-малко триене. Въпреки всичките си проблеми трицилиндровият мотор има и много предимства, затова конструкторите говорят за него със солидна доза респект. Фазите на запалване например при този вид агрегати са на 270 градуса, а между фазите на изпускане на газовете няма припокриване – факт, който позволява увеличаването им, подобряване на газообмена, повишаване на ефективността на турбината и същевременно намаляване на нейната себестойност. При тези агрегати двуструйни турбокомпресори просто не са нужни, а при работен обем от 1,0 литра пътят на фронта на горене е достатъчно къс, за да се намали склонността към детонации.
Трицилиндровите машини на Ford и Opel се ползват в пълна степен от тези предимства. Но не само от тях, защото тези два агрегата, които могат да служат като учебник по модерни двигатели, съдържат множество специфични технологични решения. Конкуренцията наистина работи невероятно.

Големият двубой

Според данните на производителите двигателят на Ford има ход на буталото от 82 мм и диаметър на цилиндрите от 71,9 мм. При 1.0 SIDI Turbo на Opel тези параметри са съответно 77,4 и 74,0 мм. Конструкцията с по-малък диаметър на цилиндрите позволява по-оптимално стягане на главата към блока за повече издръжливост с оглед на голямото налягане в цилиндрите. С малко помощ от калкулатор можем да открием също, че разликата в площта на триене между двата е около 500 мм2 (повече при Ford), но това на практика са само 2 процента от общата – тоест пренебрежимо малко. По-дългият ход на машината на Ford осигурява някои предимства по отношение на въртящия момент. Разбира се, това в голяма степен зависи и от други фактори, като бързината на действие на турбината и системата за впръскване. Турбокомпресорът на 1.0 EcoBoost, създаден от Continental, реагира бързо и спонтанно и не оставя впечатление за нищо, което да напомня турбодупка. Благодарение на директното впръскване и системата за променливо газоразпределение, във фазата на едновременно отваряне на всмукателния и изпускателния клапан в цилиндъра нахлува мощен поток свеж въздух, който издухва отработилите газове и го охлажда, с което се намалява вероятността за детонации и се оптимизира работата на турбината чрез по-ниската температура на газовете. Всичко това обаче важи в пълна степен и за двигателя на Opel, който също има широки фази и използва нискоинерционен турбокомпресор – само че на Mitsubishi Heavy Industries. 1.0 ЕcoBoost тук печели известна преднина пред 1.0 SIDI Turbo – неговият максимален въртящ момент от 170 Нм се постига още при 1400 об./мин и се задържа до 4500 об./мин при по-мощната версия със 125 к.с. (1400-4000 об./мин при версията със 100 к.с.), докато за агрегата на Opel данните са съответно 116 к.с. и максимален въртящ момент в диапазона от 1800 до 4700 об./мин. Ford обаче постига максималната си мощност при 6000 об./мин, а на Opel за тази цел са му необходими едва 5200 об./мин. Ако отново поизчисляваме малко, ще установим че при максималната мощност на двата мотора скоростта на буталото е съответно 16,4 м/сек при Ford и 13,4 м/сек при Opel, не толкова заради разликата в хода, колкото поради по-ниските обороти на 1.0 SIDI Turbo. Този факт идва в подкрепа на тезата, че на по-късен етап Opel ще предложи и по-мощна версия на своя мотор. В реалният живот обаче тези крайни стойности нямат толкова голямо значение – далеч по-важно е какво се случва в по-често използваните работни диапазони 1500-4000 об./мин. При около 3000 об./мин скоростта на буталото се намалява до съответно 8,2 и 7,74 м/сек – разлика, която не е толкова съществена.
Архитектурата на двата мотора може и да е близка, но има съществена разлика по отношение на конструкцията и материалите – инженерите на Ford са предпочели използват чугунен блок, защото според тях той има предимства по отношение на бързината на загряване, а поради малкия му размер допълнителното тегло е незначително. В желанието си да ускорявт въпросния процес на достигане на работна температура от Ford добавят и охладителна система с отделни кръгове за цилиндровия блок и главата (split cooling system) както и интегрирани в главата изпускателни колектори за които ще стане дума по-късно. Opel са на друго мнение, поради което правят всичко необходимо, за да намалят теглото на мотора и генерирания от него шум. Блокът им е изцяло изработен от алуминиеви сплави, като в процеса на леене в него са вградени тънки чугунени цилиндрови втулки.
Различен е и подходът за намаляване на характерните вибрации на трицилиндровия двигател по напречната му хоризонтална ос (той се клати по подобие на детска люлка) – инженерите на Ford използват за целта прецизно дебалансиран маховик чиито колебания противодействат на клатенето  на мотора, докато конструкторите на 1.0 SIDI поставят в долната част на блок-картера задвижван от верига с вътрешни зъби (в името на по-тихата работа) къс балансиращ вал. Задвижването на разпределителните валове също е решено по различен начин – докато при Ford то става с помощта на потопен в маслена вана ремък (така се намалява шума и се увеличава издръжливостта му), в Рюселсхайм са решили въпроса също с помощта на верига с вътрешни зъби. И в двата случая маслената помпа е с адаптиращ се капацитет, а при натоварване на двигателя инжектори в долната част на цилиндрите впръскват струя масло към дъното на буталото. Във фазата на загряване водната помпа също се изключва.

Високо налягане

Съществени разлики обаче можем да открием и в системата за впръскване на горивото. Горивната камера на двигателя на Ford е с по-малък диаметър и следователно създава предпоставки за по-малко загуби. И в този случай можем да кажем, че ефектът е по-скоро пренебрежим, тъй като става дума за всичко на всичко 2,1 мм разлика. Инженерите на Opel обаче са успели да разположат инжектора централно в горивната камера, до самата свещ. Освен че в бъдеще тази конструкция би могла да създаде възможност за работа с бедни смеси, системата с пиезоинжежектори с налягане от до 200 бара осигурява по-добро впръскване в обема и смесване на горивото с въздуха в сравнение разположения под лек ъгъл инжектор на системата Bosch MED 7 с налягане до 150 бара в 1.0 EcoBoost. В процеса на загряване впръскването и запалването на горивото при Opel променят алгоритъма така, че изпускателните тръби и катализаторът да се нагреят по-бързо. Това също скъсява фазата на загряване на мотора.
По различен начин изглеждат и челата на буталата с широк цилиндричен отвор при Ford и малък сферичен обем при двигателя на Opel. Подобни решения имат значение при първоначалната фаза на формиране на фронта на пламъка и площта на допира му до буталото.
Още едно общо конструктивно решение е използването на интегрирани в главата изпускателни колектори и свързани водни канали с всмукателните колектори. Това решение значително намалява процеса на достигане на нормална работна температура, след което охлаждането на изпускателните колектори намалява температурата на газовете и спомага за подобряване на надеждността на турбината и възможността за използване на материали с по-ниска себестойност. Също подобно е и решението с въпросното турбинно пълнене – и двата турбокомпресора са разположени непосредствено да главата, имат ниски инерционни маси и могат да работят ефективно, достигайки около 250 000 об./мин. Максималното налягане на пълнене при Ford е 1,3 бара а на Opel – 1,5 бара; геометричната степен на сгъстяване е 10:1 срещу 10,5, като и двата мотора разполагат с индивидуален контрол на детонациите.
Opel тепърва ще трябва да доказва качествата на своя двигател, докато няколко завода на Ford, включително този в Крайова, работят на пълни обороти, за да задоволят търсенето на 1.0 EcoBoost. Безспорните му качества намериха признание както чрез множество награди, включително няколко в престижната класация „Двигател на годината“, така и в тестовете – благодарение на него в единичния тест на ams Ford успя да грабне пълния брой от пет звезди, както и награда Паул Пийч за технологична новост. Машината вече разполага и с версии с атмосферно пълнене, предназначени за задвижване на базовите варианти на Fiesta. По всичко изглежда обаче, че мозъчният тръст от Рюселсхайм също е направил нещо брилянтно, което по никакъв начин не отстъпва на конкуренцията и по определени параметри дори я превъзхожда. С колко награди ще се сдобие този мотор и дали новата Astra, която ще бъде задвижвана от него, ще пожъне същите успехи като Focus с неговия 1.0 EcoBoost, предстои да разберем в близко бъдеще.

Текст: Георги Колев

На фокус

Още някои факти за 1.0 SIDI Turbo


В сравнение с актуалния 1.6-литров двигател с атмосферно пълнене на Opel, новият 1.0 SIDI Turbo при същата максимална мощност има с 30 процента по-висок въртящ момент и с 20 процента по-нисък разход.

Горивната рейка за високо налягане и инжекторите са изолирани от цилиндровата глава. Така се избягва директен контакт на метал с метал. Горивната помпа и тръбопроводите за гориво също са оптимизирани в акустично отношение.
Интегрирането на опората на коляновия вал под формата на щампована стоманена плоча в дъното на алуминиевия картер също намалява излъчването на шумове.
Корпусът на помпата за високо налягане е залят с пяна.
Носещите прегради на опората на коляновия вал са с вложки от сферографитен чугун. Допълнителна здравина се осигурява благодарение на лятата алуминиева картерна вана.
Кованият стоманен колянов вал с шест противотежести пренася високата специфична мощност на 1.0 SIDI Turbo към силовото предаване с минимални вибрации. Горните части на предните основни лагери са с полимерно покритие за по-добра издръжливост – най-вече заради честото спиране и стартиране със старт-стоп системата.
Стоманените мотовилки са ковани чрез прахова металургия (PM), с което се осигурява еквивалентна и в много случаи дори по-добра здравина от тази при стандартния процес на коване, но пък детайлите са с по-ниска маса. Масленият канал в комбинация с оптимизирания ъгъл на скосяване на горния отвор на мотовилката спомагат за намаляване на износването.

Коментари

Nikola Ovcharski
Добра статия

comments powered by Disqus