ATM_grudzien_2005.pdf

Nr. ind 352136 ISSN 0239-6440

ZROZUM SWÓJ SAMOCHÓD

Nr 12 ( 574 ) grudzieƒ 2005

Cena 7,90 z∏ (w tym 7%VAT)

PALIWA jedziemy na rezerwie

PRZYSZ¸OÂå MOTORYZACJI

nap´d hybrydowy

i gaz ziemny

NOWOCZESNE DIESLE

silnik od Êrodka Clean Power D-4D z Polski

w 1951 r. początkowo jako kwartalnik Naczelnej Organizacji Technicznej i organ Stowarzyszenia Inżynierów

Mechaników Polskich (SIMP). Panował stalinizm w najostrzejszym wydaniu, a więc to, iż pojawiło się pismo

o tematyce z założenia obcej klasie robotniczej, można uznać za rodzaj cudu. Nie dziwmy się, że najważniejszy

artykuł numeru 1. Techniki Motoryzacyjnej traktował o „Zadaniach Motoryzacji w planie 6-letnim”. Zresztą

całe|ówczesne pismo miało charakter polityczno-fachowy i nie było skierowane np. do miłośników motoryzacji,

a raczej do inżynierów i techników, pracowników przemysłu motoryzacyjnego. Technika Motoryzacyjna miała

tworzyć podwaliny pod prawie nieistniejącą ówcześnie polską branżową literaturę fachową. Już z resztą w pierwszym

wydaniu znalazły się obszerne fragmenty wielojęzycznego słownika terminów motoryzacyjnych – chwała za to redakcji!

W następnych dziesięcioleciach pismo się zmieniało, ale zawsze pozostawało najpoważniejszym polskim periody-

kiem traktującym o motoryzacji. Już dwa lata po debiucie było

miesięcznikiem i tak pozostało do dziś. Najlepszy swój okres miało

w latach 70. i na początku 80. Wiązało się to z odwilżą polityczną,

rozwojem motoryzacji, także indywidualnej, rozbudową fabryk

i wdrażaniem kolejnych licencji. Tysiące młodych ludzi, przyszłych

inżynierów, sięgało po Auto Technikę Motoryzacyjną, by poznać

to, czym się już pasjonowali, a przy czym mieli wkrótce pracować.

Potem przyszły lata komercjalizacji i zalewu czasopism koloro-

wych, z którymi poważnemu pismu trudno było konkurować.

Auto Technika Motoryzacyjna trwała na posterunku, ale na po-

czątku 2001 roku ówczesny właściciel tytułu zmienił plany rozwoju

rmy i wydawanie pisma zawieszono.

Był to sygnał dla innych polskich wydawców, iż w Polsce nikt nie

chce czytać o motoryzacji na poważnie. Afery, tuning optyczny,

cenniki aut – być może tak, ale na tym koniec. Tymczasem właśnie

w ostatnich latach technika samochodowa przyspieszyła i stała się

naprawdę fascynująca. Zmiany zachodzą z miesiąca na miesiąc.

I dlatego uznaliśmy, że to dobry moment, by powrócić.

Prawda, współczesna technika jest trudna i nie sposób w piśmie

adresowanym nie tylko do samych fachowców analizować

np. podstaw technologii produkcji. Zresztą dzisiejsze rozwiązania

wymagają tak daleko posuniętej specjalizacji, że nawet najlepszy

konstruktor silników niewiele wie o nadwoziu, a inżynier projektu-

jący zawieszenie przeniesienie napędu zna tylko pobieżnie.

Jak w tej sytuacji znajdzie się wznowiona Auto Technika

Motoryzacyjna? Nie zamierzamy pisać tylko do i dla inżynierów

samochodowych, chcemy raczej popularyzować kwestie technicz-

ne, tak aby zadowolić szersze grono czytelników. Zresztą nasze

zainteresowania wykroczą poza sprawy czysto techniczne. Chcemy

przedstawiać Państwu, ludziom ciekawym świata i interesującym

się motoryzacją, w sposób wnikliwy i poważny wszystkie aspekty

branży, która bez wątpienia rządzi światem, ale zbliża się do bardzo

poważnego zakrętu. Czy przetrwa? Jak tego dokona? To właśnie

jest głównym tematem pierwszego nowego numeru ATM.

Nasze pismo ciągle się tworzy. Proszę zwrócić uwagę – nie mamy

jeszcze działu listów, gdyż po czterech latach nieobecności

nie udajemy, że prowadzimy żywą korespondencję. Ale liczymy,

że znajdziecie Państwo czas, by zgłosić swoje uwagi – wszystkie

szczegółowo rozpatrzymy.

Wróćmy do numeru sprzed 54 lat. Nie wszystko, o czym wtedy

pisano, jest dzisiaj anachronizmem. Choćby hasło, które ma dziś

inną wymowę, ale czy aż tak bardzo? Na stronie 21 przeczytaliśmy

„Silny przemysł motoryzacyjny, to podstawa obronności i postępu

technicznego kraju”. Czy w Polsce przemysł motoryzacyjny jest

silny? Będziemy to analizować w kolejnych numerach pisma.

Jerzy Dyszy

A UTO TECHNIKA MOTORYZACYJNA – jeszcze jako Technika Motoryzacyjna – ukazała się po raz pierwszy

W grudniowym numerze

Diesle stają się

coraz lepsze

Test

Sprawdzamy Toyotę

z polskim dieslem

4 Nowości

Samochód Roku, Renault Clio III, Opel Antara

59 Samochodyużytkowe

Oferta rynkowa – furgony do 3,5 t

8 Publicystyka

Towar luksusowy, czyli co nas czeka,

gdy zabraknie ropy

60 Eksploatacja

Klimatyzacja zimą

62 Eksploatacja

Paliwo z kuchenki, czyli auta na gaz ziemny

10 Technika

Samochody hybrydowe

64 Tuning i sport

World Series by Renault

– prezentujemy samochód Roberta Kubicy

18 Prezentacja

Mercedes-Benz Klasa S

68 Bezpieczeństwo

Kierowca doskonały – praktyka i teoria

22 Technika

APIA – elektronika i bezpieczeństwo

70 Technikawojskowa

Jenot – lekki samochód opancerzony

25 Technika

System MagneRide zdobywa nowych klientów

73 Co za miesiąc

26 Technika

Silnik 2.2 D-4D Toyoty spod Wrocławia

74 Prenumerata

30 Test

Toyota Avensis 2.2 D-4D 150/177 KM

75 Historiamotoryzacji

Grosse Mercedes W 07 i W 150

32 Technika

Nowoczesne jednostki wysokoprężne

76 Historiamotoryzacji

Zapłon elektryczny

36 Prezentacja

Nissan Micra CC, czyli jak zrobić kabriolet

79 Historiamotoryzacji

Robert Bosch

40 Bezpieczeństwo

Zderzenia kabrioletów

80 Dziwnypatent

Turbinka Kowalskiego

42 Porównanie

Rodzinna rywalizacja – VW Passat i Jetta

Polecamy

48 Stylizacja

Kamil Łabanowicz i jego nowa Warszawa

Technika / Nap´d hybrydowy

12.2005

Technika / Elektronika i bezpieczeƒstwo

12.2005

52 Finanse

Analiza sprzedaży samochodów

Na ratunek

Kamerę LCS montuje się

wewnątrz w górnej części

przedniej szyby

motoryzacji

Jednostka tłokowa to z założenia urządzenie o niewielkiej sprawności. Jej

zdolność do przetwarzania energii cieplnej paliwa w użyteczną energię

powodującą ruch pojazdu waha się w granicach 30-40%. Wyższe wartości

dotyczą silników wysokoprężnych i bardzo nowoczesnych benzynowych.

Jednak owego parametru nie da się nieustannie podnosić – przeczą temu

prawa termodynamiki i zasada działania jednostki tłokowej ze spalaniem

wewnętrznym, wraz z istnieniem nieuchronnych strat mechanicznych,

wywiązywania ciepła i chłodzenia.

W samochodzie dodatkowym problemem jest przetwarzanie energii

paliwa w energię ruchu pojazdu, które przemieszcza się niejednostajne

i ciągle zmienia prędkość. Każde hamowanie to strata, gdyż do rozpę-

dzenia auta potrzeba nowej porcji energii – widać tu przewagę trans-

portu kolejowego, a nawet lotniczego, w którym pojazdy poruszają się

na długich odcinkach ze stałą prędkością. Co więcej, silnik tłokowy ma

bardzo skomplikowaną „mapę” sprawności określoną przez tzw. jed-

nostkowe zużycie paliwa liczone w gramach paliwa na jednostkę mocy i

czasu (np. g/kWh). W tradycyjnym pojeździe wykorzystywany jest sze-

roki zakres prędkości obrotowych silnika i równie szeroki zakres jego

obciążeń, tymczasem cieplna jednostka napędowa pracuje najbardziej

efektywnie w niezwykle wąskim zakresie tych wartości. Najczęściej ob-

szar maksymalnej sprawności znajduje się w okolicach obrotów wału

zbliżonych do obrotów momentu maksymalnego, zaś obciążenie

powinno być wtedy bliskie maksymalnemu. O ile – teoretycznie

– z zakresem obrotów można sobie poradzić, dobierając skrzy-

nię biegów o znacznej liczbie przełożeń (najlepiej bezstopniową),

to osiągnięcie stałego obciążenia w zastosowaniach trakcyjnych

jest praktycznie niemożliwe.

Problemy, jakie należy rozwiązać, aby zmaksymalizować rzeczywi-

stą sprawność jednostki napędowej w samochodzie poruszającym

się w realnym ruchu drogowym, są następujące:

dobór przełożeń układu napędowego, by motor pracował jak najczęś-

ciej w korzystnym zakresie prędkości obrotowych wału

dobór parametrów jednostki, by możliwe było wykorzystanie jej jak

najczęściej w zakresie wysokich obciążeń.

Jeżeli nawet wszystkie powyższe kwestie zostaną potraktowane poważnie,

czyli silnik będzie konstrukcyjnie nowoczesny, wykonany według najnow-

szych technologii obróbkowych i materiałowych, z zasilaniem wykorzy-

stującym nowoczesne procedury elektroniczne, ze skrzynią biegów o wie-

lu przełożeniach albo bezstopniową (ale o niewielkich stratach) i wresz-

cie nastąpi oszczędny dobór parametrów jednostki napędowej do masy

i oporów samochodu, to i tak wynik będzie połowiczny – auto porusza się

w nieustalonych warunkach, np. rusza z miejsca i, co najgorsze, hamuje.

A to oznacza nieodwracalne straty energii. Czy jednak na pewno?

ELEKTRYCZNY ZNACZY LEPSZY

Rozwiązaniem większości tych problemów jest całkowita rezygnacja

z tłokowego silnika cieplnego i przestawienie się na elektryczne źród-

ło napędu. Jednostki elektryczne niezależnie od ich konstrukcji mają

kilka olbrzymich zalet, stawiających je na znacznie lepszej pozycji niż

spalinowe:

nie pobierają żadnej energii, gdy nie wymagamy od nich oddawania

momentu obrotowego (inaczej mówiąc, bieg luzem nie jest konieczny)

moment napędowy generowany przez silniki elektryczne pojawia się

w swym maksimum już od zerowych obrotów wału i w niektórych przy-

padkach pozostaje taki w całym zakresie obrotów użytecznych, a zatem

zbędne są w układzie napędowym skrzynia biegów i sprzęgło (np. cierne

lub hydrokinetyczne)

sterowanie momentem oddawanym przez taki silnik dokonuje się

na drodze elektrycznej, zatem nie generuje ono strat analogicznych do

wynikających np. z dławienia układu dolotowego jednostki benzynowej

sprawność motorów elektrycznych jest bardzo wysoka, zazwyczaj zbli-

żona do jedności (nie dotyczy to oczywiście całego procesu przemiany

energii cieplnej w elektryczną i jej magazynowania)

są ciche, względnie proste w budowie, nie generują drgań, zaś ich chło-

dzenie nie wymaga nadzwyczaj skomplikowanych rozwiązań

niektóre odmiany mogą pracować jako prądnice, a zatem przy odpo-

wiedniej konstrukcji układu napędowego i hamulcowego część energii

kinetycznej pojazdu jest przez nie odzyskana podczas hamowania.

SKĄD WZIĄĆ ENERGIĘ

Wydawałoby się więc, że samochody powinny być po prostu elektryczne.

To prawda, jednak jest problem, którego technika dotąd nie rozwiąza-

ła i rozwiązania tego nie można spodziewać się w bliskiej przyszłości.

Magazynowanie energii elektrycznej na pokładzie pojazdu w takiej ilo-

ści, by zapewnić mu akceptowalną autonomię, graniczy z niemożliwoś-

cią. Benzyna lub olej napędowy zawierają jej do stu razy więcej w przeli-

czeniu na kilogram, niż najlepsze akumulatory litowo-jonowe. I właśnie

dlatego marnowanie energii w silnikach cieplnych się opłaca. Natomiast

rozwiązaniem niosącym wiele zalet jest wytwarzanie energii elektrycznej

na pokładzie pojazdu. W ten sposób działają np. lokomotywy spalinowe.

Są one właściwie pojazdami elektrycznymi, w których duży stałoobroto-

wy diesel napędza generator, ten zaś zasila zestaw jednostek elektrycz-

nych umieszczonych przy kołach. Plusy tego rozwiązania są dwa: silnik

cieplny pracuje w raz ustalonym, najbardziej ekonomicznym reżimie,

układ napędowy nie wymaga zaś stosowania sprzęgieł, skrzyń biegów itp.

I to jest właśnie napęd zwany hybrydowym.

Zaadaptowanie napędu hybrydowego, który wytwarza energię elektrycz-

ną na pokładzie samochodu i wykorzystuje ją do jego napędu, jest jed-

nak kłopotliwe. O ile w lokomotywie spalinowej, czy w łodzi podwodnej

Układ elektroniczny

rozpoznaje linie namalowane

na drodze. Jeżeli samochód

ma aktywny układ

kierowniczy, to na podstawie

tych sygnałów może sam

prowadzić pojazd

np. na autostradzie.

Teoretycznie kierowca

może się zdrzemnąć...

jaką realizuje kierowca, a w razie potrzeby

prawidłowo uruchamiając zabezpieczenia

pasywne.

KTO TYM KIERUJE

Radarowy aktywny tempomat znany jest od

kilku lat pod nazwą Distronic (w Mercedesach)

lub ACC. Oprócz tradycyjnego dopasowywa-

nia prędkości do ruchu strumienia poprzedza-

jących aut niedawno dodano jeszcze funkcję

bezkolizyjnego zatrzymywania samochodu

w korku i ponownego ruszania, pod warun-

kiem że pojazd ma skrzynię automatyczną.

Continental opracował doń przystawkę z ka-

merą oraz programem analizującym przebieg

pasów ruchu, o ile są prawidłowo namalowa-

ne. Nazywa się on LCS (Lane Keeping System),

czyli „trzymacz” pasa ruchu.

Samochód z aktywnym układem kierowni-

czym i LCS wyposażono w funkcję ostrze-

gania o zmianie pasa (drżeniem obręczy

kierownicy). Druga funkcja to częściowo au-

tomatyczne naprowadzanie auta na właściwy

tor jazdy – bardzo pomocne podczas długich

i nużących podróży autostradowych, np. w cię-

żarówkach. Wreszcie trzeci program pozwala,

by pojazd raz ustawiony na pasie ruchu, potra-

ł sam się kierować. Na razie to ciekawostka

nieprzeznaczona do sprzedaży.

ESP CORAZ DOSKONALSZE

Czy ESP rzeczywiście pomaga prowadzące-

mu auto, czy też prowadzi tylko do rozleni-

wienia i ogólnego spadku umiejętności kie-

rowania pojazdem w trudnych sytuacjach?

Statystyki podobno dowodzą, że układy sta-

bilizacji toru jazdy uratowały już wiele osób.

Z pewnością nawet najlepszy prowadzą-

cy nie może za pomocą jednego pedału,

a bez udziału ABS/ESP, regulować w cza-

sie jazdy sił hamowania poszczególnych kół.

A więc prawidłowo oprogramowane ESP ofe-

ruje możliwości, których nie mają zwykły ha-

mulec i układ kierowniczy.

Continental twierdzi, że można osiągnąć wię-

cej, wykorzystując np. mechanizm skręcający

przednie koła. Wiadomo, że podczas awaryj-

nego hamowania czy poślizgu prawidłowe

54 Finanse

Leasing konsumencki

Największy problem motoryzacji to pogłębiający się niedobór

tradycyjnych paliw kopalnych, a w szczególności płynnych

pochodnych ropy naftowej.

Czy szansą na przetrwanie

są samochody hybrydowe?

tekst: Jerzy Dyszy

Totalna

integracja

DZIAŁANIE SYSTEMU APIA

Adaptacyjny tempomat znany

jako ACC 1 z czujnikiem radaro-

wym wspierany przez superczułe

kamery 15 w lusterkach, stwier-

dziwszy w czasie rzeczywistym,

że może dojść do zderzenia, np.

z poprzedzającym samochodem,

komunikuje się z aktywnym pe-

dałem gazu 5 wyposażonym

w funkcję „odpychania” nogi

prowadzącego. W tym samym

momencie pojawiają się ostrze-

gawcze sygnały dźwiękowe. Na-

stępnie samoczynnie podejmują

pracę hamulce 10 – to rola układu

ABS/ESP 2 wykorzystującego

zestaw czujniki obrotu auta i jego

przeciążeń 3 . Tryb hamowania

automatycznego z opóźnieniem

do 0,3 g ma przyspieszać działanie

kierowcy, który może skutecznie

rozpocząć prawdziwe hamowa-

nie awaryjne. Pojazd wyposażono

dodatkowo w przedni 13 i bocz-

ne 12 czujniki kolizji wykorzysty-

wane do oceny sytuacji zagroże-

nia z boku oraz podczerwony laser

czujnika prędkości zbliżenia 11 .

Jeżeli do uniknięcia kolizji potrzeb-

ne są precyzyjne ruchy kierownicą,

włączy się inteligentne elektrycz-

ne wspomaganie układu kierow-

niczego IPAS 16 ułatwiające np.

manewr omijania przeszkody.

Gdy to nie wystarcza, element

elektroniczny łączący oddzielne

sieci komputerowe 4 przekazu-

je polecenia do części pasywnej

systemu. Układ sterujący podusz-

kami powietrznymi 14 przygo-

towuje się do precyzyjnego ich

odpalenia z odpowiednią siłą.

Jednocześnie sterowniki 6 , 7

i 9 przystępują do zamykania

szyb i dachu słonecznego oraz

prostowania oparć foteli, a dwu-

kierunkowe napinacze pasów bez-

pieczeństwa 8 mocniej obejmują

jadących. Właśnie ten element

systemu znany jest z niektórych

modeli Mercedesa jako Pre-Safe.

APIA stosuje różne procedury

obrony w różnych sytuacjach dro-

gowych. Inżynierowie Continen-

tala twierdzą, że mimo pozornej

powolności serwomechanizmów,

przesuwających fotele czy szybę

w dachu, czas ich pracy będzie wy-

starczający, by właściwie przygo-

tować pasażerów do zderzenia.

konstrukcja silnika minimalizująca straty cieplne i mechaniczne

oraz optymalizująca proces spalania w jak najszerszym zakresie obciążeń

i prędkości obrotowych

We współczesnych samochodach automatyzacja rozwija się w zastraszającym

tempie. Jak tak dalej pójdzie, funkcja kierowcy ograniczy się tylko do...

podziwiania widoków za oknem.

tekst: Jerzy Dyszy

56 Samochodyużytkowe

Gazela kontra Lublin – najtańsze

furgony w Polsce

N owa Klasa S jest przykładem auta, któ-

rego kierowca ma naprawdę mało do

powiedzenia. Wszechogarniająca samo-

chód elektronika decyduje już prawie o wszyst-

kim… ABS, ESP, inteligentne re ektory, nie

mówiąc o całkowicie zelektronizowanym ste-

rowaniu silnika i skrzyni biegów – te rozwią-

zania dostępne są także w pojazdach niższych

klas. Jeszcze do niedawna zarówno systemy

elektryczne, jak i elektroniczne były od siebie

oddzielone. Sterowanie jednostką napędową

to jedno, hamulcami – drugie, szybami i re-

gulacją foteli – trzecie, natomiast klimatyzacją

i systemem audio – czwarte. Krzemowej in-

wazji najdłużej opierały się układ kierowniczy

i zawieszenie. Okazuje się jednak, że w samo-

chodzie można zelektronizować jeszcze więcej

– podwozie, klamki (ich otwieranie), nawet

przyciemnianie szyb. Firmy dostarczające od-

powiednie komponenty myślą teraz o połącze-

niu siecią komputerową funkcji pojazdu, tak

by zarządzał nimi wspólny sterownik działają-

cy według wcześniej opracowanego programu.

Oczywiście pod pretekstem zwiększenia bezpie-

czeństwa i wygody podróżujących. Nikt nie wspo-

mina o marketingowej roli owych nowinek.

CO POTRAFIĄ DOSTAWCY

Przykładem zintegrowanego podejścia jest pro-

jekt APIA przygotowany przez dużego dostaw-

cę komponentów samochodowych Continental

Teves/Temic. Z rmą tą w znacznym stopniu

współpracuje m.in. Mercedes-Benz. Wiele

nowoczesnych systemów oferowanych pod

mar-kami producentów aut w rzeczywistości

powstaje w laboratoriach niezależnych biur

badawczych. Gotowy produkt tra a do kon-

kretnych modeli na zamówienie ich wytwórców.

APIA (Active Passive Integration Approach),

czyli Integracja (systemów) Aktywnych i Pasyw-

nych – ma w taki sposób połączyć wyposażenia

pojazdu, by wszystkie jego elementy współ-

działały, starając się uniknąć możliwego wy-

padku (część aktywna) i zminimalizować jego

skutki (w części pasywnej).

APIA Continentala nie jest systemem zamknię-

tym, tzn. oferowanym jako całość. Firmie za-

leżało raczej na przedstawieniu swoich możli-

wości technicznych. Niektóre elementy można

znaleźć w ofercie właśnie Mercedesa-Benza,

czy chociażby BMW: adaptacyjny radarowy

tempomat, układy ABS i ESP z wieloma dodat-

kowymi funkcjami, elektryczne wspomaganie

ukła-du kierowniczego z możliwością korygo-

wania błędów prowadzącego, aktywny układ kie-

rowniczy o zmiennym przełożeniu, samonapi-

nające się pasy bezpieczeństwa itp. Rozwiązania

te pochodzą często z różnych rm i nie są całko-

wicie zintegrowane, choć próby takie zdarzały

się i wcześniej, np. w systemie Pre-Safe sto-

sowanym obecnie w najdroższych Mercedesach.

APIA to krok dalej – tworzy układ, który ostrze-

ga przed wypadkiem, wspomagając „obronę”

BMW X3 E cient Dynamic

Pod tą nieco pompatyczną nazwą kryje się

naprawdę innowacyjny pojazd hybrydowy,

który nie ma akumulatorów ani sprzęgła

hydrokinetycznego pomiędzy silnikiem cieplnym

a klasyczną skrzynią automatyczną.

1. silnik elektryczny

2. automatyczna skrzynia biegów

3. zestawy kondensatorów

4. sterownik systemu

ruchy kierownicą są kluczowe dla utrzymania

stabilnego toru jazdy. Niestety, prowadzący

często tego nie potra ą. Wykorzystano więc

aktywny układ kierowniczy – pierwszy raz

opracowany przez ZF oraz Boscha i zastoso-

wany przez BMW. Decyzję o niezależnych od

działań kierowcy wychyleniach przednich kół

może podjąć system czujników, komputer

i oprogramowanie ESP. Tak powstał system

zwany ESP II rmy Continental Teves/Temic.

Wśród jego zalet wymienia się szerszy zakres

stabilizacji toru jazdy, redukcję dystansu ha-

mowania na nawierzchniach o nierównomier-

nej przyczepności, poprawę tzw. kierowalności

W niedalekiej przyszłości znaczącą rolę mogą odegrać paliwa ga-

zowe (o możliwościach wykorzystania gazu ziemnego piszemy

na str. 62), ale i one są produktem nieodnawialnym, czyli ta-

kim, którego zasoby ciągle się zmniejszają. Ceny pochodnych ropy na o-

wej rosną i nie ma od tego odwrotu. Aby więc przedłużyć funkcjonowa-

nie masowej motoryzacji, należy starać się, by to paliwo, które pozostało

do wykorzystania, spożytkować jak najlepiej.

Tymczasem wiemy, że tradycyjny silnik samochodowy, a wraz z nim

cały pojazd, to urządzenie nieefektywne. Ma mnóstwo zalet: jest trwały,

względnie tani, można go produkować masowo, zapewnia dobre osią-

gi oraz całkiem niezłą autonomię (przebieg pomiędzy tankowaniami),

ale wszystko to wynika z tego, iż tradycyjne paliwo – benzyna, olej napę-

dowy – zawiera w jednostce masy olbrzymią ilość energii (w granicach

40 MJ/kg), która zostaje w aucie w większości zmarnowana.

Wykres ciśnienia efektywnego nad tłokiem typowego silnika cieplnego

wskazuje też jak położone są pola jednostkowego zużycia paliwa

Radar układu Distronic/ACC

34 auto technika motoryzacyjna

www.autotechnika.pl

grudzieƒ 2005

24 auto technika motoryzacyjna

www.autotechnika.com.pl

grudzieƒ 2005

2 auto technika motoryzacyjna

www.autotechnika.com.pl

spis treÊci

Technika

spis treÊci

12.2005

Kamil Łabanowicz,

designer

samochodowy

Technika

Nowe diesle 2.2

Toyoty mogą służyć

za wzór dla innch

producentów.

Dobrze, że powstają

pod Wrocławiem

Eksploatacja

6 62

Czy gaz ziemny rozwiąże

problemy z paliwem?

Technika / Silniki wysokopr´˝ne

12.2005

wtrysku

w każdym cyklu pracy. Najczęściej stosuje się

następujące fazy wtrysku:

Wtrysk wstępny może wyprzedzać GMP (górny

zwrotny punkt tłoka) do 90° obrotu wału kor-

bowego (OWK). Natomiast początek wtrysku

głównego z wyprzedzeniem większym niż

40° OWK przed GMP prowadzić może do

osadzania się paliwa na ściankach cylindrów

silnika, a tym samym do niedopuszczalnego

rozrzedzenia oleju smarowego. Podczas wtry-

sku wstępnego wprowadzana jest do cylin-

drów jednostki mała dawka oleju napędowego

(od 1 do 4 mm3), która pozwala na uzyskanie

następujących zjawisk:

efektywne ciśnienie sprężania zostaje nieco

podwyższone wskutek wstępnych reakcji

zachodzących w mieszance paliwowo-

-powietrznej jeszcze przed głównym wtry-

skiem oraz poprzez wystąpienie pierwszej

fazy spalania

skróceniu ulega zwłoka zapłonu dla wtrysku

zasadniczego

w dalszej fazie procesu spalania ulega

zmniejszeniu zarówno stopień narastania

ciśnienia, jak i maksymalne ciśnienie spala-

nia (następuje tzw. miękkie spalanie).

Zjawiska te zmniejszają hałas spalania, zużycie

paliwa i w wielu wypadkach również emisję tok-

sycznych składników spalin oraz sadzy. Wykres

ciśnienia w cylindrze bez wtrysku wstępnego

wykazuje płaski przebieg w obszarze przed GMP,

odpowiadający sprężaniu zassanego ładunku,

ale bardzo stromy od początku spalania. Ponad-

to maksimum ciśnienia wykazuje względnie

ostry wierzchołek. Rezultat to znaczny poziom

hałasu i tzw. twarda praca motoru, niedopusz-

czalna w jednostkach przeznaczonych do kom-

fortowych samochodów osobowych. Natomiast

przy zastosowaniu wtrysku wstępnego ciśnienie

w cylindrze uzyskuje nieco większą wartość

między GMP a początkiem spalania, ale dalsze

narastanie ciśnienia przebiega mniej stromo.

Wtrysk zasadniczy dostarcza paliwa, z które-

go powstaje główna część energii oddawanej

przez silnik. Stąd jest on w znacznym stop-

niu odpowiedzialny za przebieg i maksymal-

ną wartość momentu obrotowego jednostki.

W układzie wtryskowym common rail war-

tość ciśnienia wtrysku pozostaje w przybliżeniu

niezmienna podczas całego procesu wtrysku

i jest niezależna od prędkości obrotowej wału

korbowego. Konstruktorzy muszą natomiast

walczyć ze zjawiskami falowymi występującymi

w przewodach, gdy wtrysk ma tak dużą energię.

Dotrysk może być zastosowany w celu dozo-

wania czynnika redukcyjnego (domieszki

paliwa) w niektórych rozwiązaniach warian-

tu katalizatora NOx. Niekiedy dotrysk może

służyć do podniesienia temperatury w układzie

wydechowym, np. celem wypalenia ltra czą-

stek stałych (sadzy). Następuje on po wtrysku

zasadniczym podczas suwu rozprężania i suwu

wylotu do 200° OWK (obrotu wału) po GMP.

WTRYSKIWACZE PIEZOELEKTRYCZNE

Okazuje się, iż trzy fazy wtrysku paliwa są

dobrym, acz nie idealnym rozwiązaniem.

W najnowszych układach wtryskowych zasto-

sowano wtryskiwacze piezoelektryczne, któ-

rych szybkość przełączania umożliwia modu-

lowanie przebiegu wtrysku aż w sześciu fazach.

Jest to rozwiązanie korzystne, choć z prakty-

cznego punktu widzenia dosyć rzadko wyko-

rzystywane podczas normalnej pracy silnika.

Opiera się ono na tzw. piezosiłownikach (siłow-

nikach piezoelektrycznych wykorzystujących

efekt zmiany objętości kryształu po przyłożeniu

doń napięcia) oraz na technologii wytwarzania

elementów ceramicznych. Jak zatem widzimy,

systemy common rail zdają się mieć przed sobą

świetlaną przyszłość, a ich dalszy rozwój to je-

den z głównych nurtów działalności inżynierów

zajmujących się konwencjonalnymi napędami.

Gdzie leży górna granica ciśnień wtrysku? I czy

jest potrzeba, by je jeszcze bardziej podnosić?

EKOLOGIA RZĄDZI

Przepisy dotyczące czystości spalin – znane

w Europie pod nazwą Euro lub EU – stają

się coraz ostrzejsze. Co kilka lat konstruk-

torzy jednostek napędowych pokonują ko-

lejne bariery technologiczne – obecnie pro-

ducenci samochodów przechodzą z normy

Euro III na IV. O tym, jak ostre są te wy-

magania, możemy przekonać się, porównu-

jąc wartości graniczne emisji składników

spalin w okresie ostatnich 15 lat. Ale prace

nad kolejną normą trwają... Komisja Euro-

pejska opracowuje obecnie nową normę

EU5, która zacznie obowiązywać za pięć lat,

czyli w 2010 roku. Ze względu na bardzo

niski poziom emisji tlenków azotu stanowi

ona dla konstruktorów silników prawdzi-

we wyzwanie. Dopuszczalna wartość emi-

sji cząstek stałych ma zostać obniżona

do 1/5 obecnie obowiązującego limitu nor-

my EU4, co oznacza emisję na poziomie naj-

wyżej 5, a nie jak dotąd 25 miligramów

na kilometr. Tak niskie wartości wymagają za-

stosowania najnowocześniejszych rozwiązań

technologicznych.

Przedstawiciele Boscha planują już wkrót-

ce wprowadzenie na rynek systemów com-

mon rail z piezowtryskiwaczami o ciśnieniu

do 2000 barów. Firma ta pracuje także nad

czwartą generacją systemów common rail

ze wzmocnieniem hydraulicznym wtry-

skiwaczy. HADI (Hydraulically Ampli ed

Diesel Injector) wykorzystuje dodatkowy

tłok, który zwiększa ciśnienie we wtryski-

waczu nawet do 2500 barów. Nowa techni-

ka stwarza możliwość pracy systemu przy

niższym ciśnieniu w szynie (zasobniku),

natomiast generuje bardzo wysokie ciśnienie

w samych wtryskiwaczach.

Trwają też prace nad optymalizacją syste-

mów pompowtryskiwaczy UIS. Najnowsza

ich generacja – UIS3 – wykorzystuje dwa

elementy nastawcze zamiast jednego, umo-

żliwiając tym samym dowolne kształto-

wanie przebiegu wtrysku oraz realizację

pięciu wtrysków na jeden cykl pracy

jednostki, podobnie jak to ma miejsce

w systemach common rail trzeciej i czwartej

generacji.

Jednostki wysokoprężne przeszły długą drogę rozwoju, ale dzięki temu

zdobywają coraz więcej zwolenników.

tekst: Piotr Szulborski

P ierwotnie silnik wysokoprężny zaopatrzo-

ny był we wtrysk bezpośredni. Wkrótce

jednak problemy z gwałtownym narasta-

niem ciśnienia podczas procesu spalania skłoniły

konstruktorów do przyjrzenia się idei komory

wstępnej. Od kilkunastu lat obserwujemy powrót

do zasady wtrysku bezpośredniego, nawet w jed-

nostkach stosowanych w samochodach osobo-

wych, a więc tam, gdzie kultura pracy motoru

liczy się najbardziej. Skąd ta zmiana?

Nowoczesne pojazdy muszą spełniać coraz

to ostrzejsze normy zawartości toksycznych

składników w gazach wylotowych. Wśród wie-

lu parametrów, które trzeba poprawić, znalazły

się w pierwszym rzędzie:

jakość spalania (a co za tym idzie obniżenie

zużycia paliwa do około 190–220 g/kWh)

emisja toksycznych składników spalin

emisja hałasu.

Wtrysk do komory pośredniej okazał się mniej

efektywny od wtrysku bezpośredniego, gdyż

generuje on znaczne straty już podczas spalania

ładunku. Stwierdzono natomiast, że odpowied-

ni efekt przyniesie dobre przygotowanie mie-

szanki wtryśniętej do komory spalania, prze-

prowadzenie wtrysku w precyzyjnie dobranym

momencie i dostarczenie dokładnie odmie-

rzonej dawki paliwa dla każdego cyklu pracy.

By to osiągnąć, należy wtryskiwać paliwo pod

dużym ciśnieniem – nawet do 180-200 Mpa,

czyli blisko 2000 barów.

Uzyskanie wymaganych dziś parametrów

wtrysku nie jest w żaden sposób możliwe przy

zastosowaniu mechanicznej regulacji układów

wtryskowych. Nowoczesne jednostki wysoko-

prężne zaopatrywane są więc w układy elek-

tronicznego sterowania EDC (Electronic

Diesel Control). Z przyczyn oczywistych ste-

rowanie tego typu nie mogło zaistnieć nawet

w nie tak odległej przeszłości. Realizuje ono

dziś zapotrzebowanie na bardzo duże prędko-

ści przesyłu informacji, szybką analizę prze-

różnych parametrów ruchu pojazdu oraz rów-

nie szybkie sterowanie odpowiednimi elemen-

tami wykonawczymi szeroko pojętego układu

wtryskowego nowoczesnego silnika.

COMMON RAIL

Największe nadzieje wiąże się z rozwojem za-

sobnikowych układów zasilania (common rail),

podobnych do wielopunktowych benzynowych

układów wtryskowych. Podstawowa różnica

polega na tym, że benzynowe pośrednie ukła-

dy wtryskowe działają przy ciśnieniu paliwa

rzędu kilku barów, nowoczesny wtrysk bezpo-

średni benzyny osiąga do 100 barów, natomiast

układy common rail w dieslach pracują przy

ciśnieniach 1300–1800 barów. Istnieją też układy

oparte na indywidualnych zespołach wtrysko-

wych – pompowtryskiwacze oznaczane jako UIS

(Unit Injector System) lub UPS – i choć oferują

wyższe ciśnienia wtrysku (powyżej 2000 barów)

ze względu na skomplikowaną budowę i większą

hałaśliwość, pozostają dziś w tle.

W jaki sposób przebiega proces wytwarzania ciś-

nienia w zasobniku oraz wtrysk paliwa w ukła-

dach wtryskowych common rail? Procesy te są

rozdzielone. Paliwo utrzymywane jest poprzez

pompę pod stałym wysokim ciśnieniem w za-

sobniku, niezależnie od prędkości obrotowej

wału korbowego i wielkości wtryskiwanych da-

wek. Wspomniany sterownik wtrysku odbiera

za pomocą czujników i obwodu transmisji da-

nych parametry: położenie pedału przyspiesze-

nia, temperatury powietrza i cieczy chłodzącej,

ciśnienie doładowania, prędkość obrotową wału

korbowego, położenie wału rozrządu itp. Dopie-

ro wtedy decyduje o przebiegu wtrysku, wywie-

rając regulujący wpływ na silnik. Końcowym ele-

mentem systemu są elektrycznie sterowane wtry-

skiwacze paliwa zamontowane w głowicy silnika.

FA Z Y W TRYSKU

Nowoczesny układ wtryskowy paliwa w jed-

nostce wysokoprężnej nie może się ograni-

czać do podania pojedynczej dawki paliwa

Porównanie przebiegu ciśnień w cylindrze

z wykorzystaniem wtrysku wstępnego i bez niego

Rozkład przykładowej sekwencji wtrysku common

rail (4 fazy) w funkcji kąta obrotu wału korbowego

3. generacja UIS (Unit Injector System)

We współczesnych dieslach nie można obejść się bez

czterech zaworów na cylinder i bezpośredniego

wtrysku wysokociśnieniowego

32 auto technika motoryzacyjna

www.autotechnika.com.pl

grudzieƒ 2005

Stylizacja

CiÊnienie i precyzja

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: