Καθαρός, ομαλός, αθόρυβος, οικονομικός, πιο φιλικός προς το περιβάλλον και παράλληλα βελούδινος στη λειτουργία, με χαμηλότερα επίπεδα θορύβων και κραδασμών από πολλών τετρακύλινδρων μονάδων.Αυτά είναι τα κύρια χαρακτηριστικά του νέου τρικύλινδρου βενζινοκινητήρα 1.0 SIDI Turbo της Opel, ο οποίος αρχικά θα τοποθετηθεί στο Adam από το 2014.
Αυτή η μικρή κινητήρια μονάδα διαψεύδει το λιλιπούτειο μέγεθός της αποδίδοντας 85 kW/115 hp, με ισχυρή ροπή 166 Nm από τις 1.800 μέχρι τις 4.700 rpm. Επομένως προσφέρει καλύτερη επιτάχυνση στις χαμηλές στροφές από μεγαλύτερους κινητήρες με παρόμοια ιπποδύναμη, σε συνδυασμό με πολύ χαμηλότερη κατανάλωση καυσίμου και εκπομπές CO2. Για παράδειγμα, συγκριτικά με τον σημερινό ατμοσφαιρικό 1.6L της Opel, ο νέος 1.0 SIDI Turbo (Spark Ignition Direct Injection) αποδίδει την ίδια μέγιστη ισχύ αλλά 30% περισσότερη ροπή με 20% καλύτερη οικονομία καυσίμου.
Οι προηγμένες τεχνολογίες περιλαμβάνουν άμεσο ψεκασμό υψηλής πίεσης, ένα πολύ συμπαγές σύστημα υπερσυμπίεσης, συνεχώς μεταβαλλόμενο χρονισμό βαλβίδων και ελαφριά αλουμινένια δομή με πολλαπλή εξαγωγής ενσωματωμένη στην κυλινδροκεφαλή. Ανάμεσα στα πολυάριθμα μέτρα ‘διαχείρισης ήχου’ που συμβάλλουν στην πρότυπη, πολιτισμένη λειτουργία του κινητήρα είναι: ακουστικά βελτιστοποιημένο μπλοκ κυλίνδρων, αντικραδασμικός άξονας με έδραση στο κάρτερ, δομική απομόνωση του συστήματος ψεκασμού καυσίμου και του στροφάλου, καδένες με ανάστροφη οδόντωση, αλλά και ηχομονωτικά καλύμματα κινητήρα.
Ο 1.0 SIDI Turbo είναι ο πρώτος, μιας νέας, αρθρωτής οικογένειας τρικύλινδρων και τετρακύλινδρων βενζινοκινητήρων στην κατηγορία κάτω των 1600 κυβ. εκ. οι οποίοι σχεδιάστηκαν με σκοπό την ικανοποίηση της ζήτησης για υψηλές επιδόσεις σε συνδυασμό με μειωμένο κυβισμό (φιλοσοφία downsizing). Κάνει το ντεμπούτο του στο νέο Opel ADAM του χρόνου, με ένα νέο, εξατάχυτο μηχανικό κιβώτιο. Όλες οι εφαρμογές οχημάτων του 1.0 SIDI Turbo είναι σχεδιασμένες για να λειτουργούν με Start/Stop και προβλέπεται να έχουν εκπομπές CO2 πολύ χαμηλότερες από 100 g/km στο μικτό κύκλο.
Ο Dr. Matthias Alt, Αρχιμηχανικός της Opel, τμήμα Μικρών Βενζινοκινητήρων δήλωσε:
Κατά την εξέλιξη αυτού του μικρού κινητήρα, στόχος μας δεν ήταν μόνον η ελαχιστοποίηση της κατανάλωσης και των εκπομπών CO2, αλλά και να αποδείξουμε ότι τρεις κύλινδροι μπορούν να λειτουργούν το ίδιο πολιτισμένα με τέσσερις ή περισσότερους κυλίνδρους.
Αντιμετωπίσαμε ‘στην πηγή’ τα διάφορα θέματα ζυγοστάθμισης, θορύβων και κραδασμών που σχετίζονται με τους συμβατικούς, τρικύλινδρους κινητήρες και είμαστε σίγουροι ότι οι πελάτες θα εκπλαγούν από τα αποτελέσματα. Πρόκειται για έναν ζωηρό και πολιτισμένο τρικύλινδρο, ο οποίος δεν κάνει συμβιβασμούς στην οδηγική απόλαυση. Για να το θέσουμε απλά, είναι ‘γενναιόδωρος’ σε επιδόσεις και πολιτισμένη λειτουργία και ‘φειδωλός’ σε κατανάλωση.
Γερμανική μηχανολογία για κορυφαία πολιτισμένη λειτουργία
Ξεκινώντας από μια λευκή κόλλα χαρτιού, οι παγκόσμιες ομάδες μηχανολογίας της Opel και της GM αξιοποίησαν τη συνδυασμένη τεχνογνωσία τους για να εξαλείψουν την τραχιά λειτουργία, που συνήθως αμαυρώνει τα πλεονεκτήματα οικονομίας των τρικύλινδρων κινητήρων. Σαν αποτέλεσμα, ο 1.0 SIDI Turbo έχει ήχο τετρακύλνδρου που τον προάγει σε πρότυπο πολιτισμένης λειτουργίας στην κατηγορία των τρικύλινδρων μονάδων.
Κατά τη διαδικασία εξέλιξης, η πρόληψη και μείωση των κραδασμών και της τραχύτητας επιτεύχθηκε μέσω εκτενούς μοντελοποίησης και εργαστηριακής αξιολόγησης τόσο των εξαρτημάτων όσο και ολόκληρου του κινητήρα. Οι εργασίες εξέλιξης περιελάμβαναν τις λειτουργίες διαχείρισης του κινητήρα αλλά και την ενσωμάτωσή του στο όχημα.
Η αλουμινένια αρχιτεκτονική του κινητήρα σχεδιάστηκε ακουστικά με σκοπό τη μείωση των αεροδυναμικών και δομικών θορύβων και την εξοικονόμηση βάρους. Όντας εγγενώς πολιτισμένος, περιορίστηκε σημαντικά η ανάγκη λήψης ηχομονωτικών μέτρων στην καμπίνα ή χρήσης περίπλοκων βάσεων κινητήρα και υποπλαισίου για απόσβεση των θορύβων.
Η συνεπής μείωση των ανεπιθύμητων θορύβων του κινητήρα προσφέρει επίσης στους μηχανικούς μεγαλύτερη ελευθερία στη ρύθμιση του ήχου των συστημάτων εισαγωγής και εξαγωγής ώστε να καλύπτονται οι απαιτήσεις χρήσης κάθε μοντέλου.
Χάρη στις εντατικές προσπάθειες των μηχανικών με στόχο την πολιτισμένη λειτουργία, ο 1.0 SIDI Turbo λειτουργεί πιο ομαλά από παρόμοιους τρικύλινδρους κινητήρες αλλά και πιο αθόρυβα από πολλές τετρακύλινδρες μονάδες. Για παράδειγμα, στη φάση εξέλιξης στο εργαστήριο δοκιμών με τέρμα γκάζι, οι εκπομπές ήχου σε όλη την κλίμακα στροφών ήταν χαμηλότερες από αυτές των βενζινοκινητήρων turbo μέχρι 1600 κυβ.εκ.
Άλλα χαρακτηριστικά που συμβάλλουν στην εξαιρετικά πολιτισμένη λειτουργία του κινητήρα είναι:
- Ένας μικρός αντικραδασμικός άξονας διαμήκως τοποθετημένος στο κάρτερ λαδιού. Μέσω μιας καδένας με ανάστροφη οδόντωση (για μειωμένο θόρυβο), αυτός ο αντικραδασμικός άξονας περιστρέφεται με αντίθετη φορά αλλά με ίδια ταχύτητα ως προς το στρόφαλο, ενώ τα αντίβαρά του είναι βελτιστοποιημένα ώστε να εξουδετερώνουν τους έμφυτους κραδασμούς των τριών κυλίνδρων.
- Μπεκιέρα υψηλής πίεσης και μπεκ απομονωμένα από την κυλινδροκεφαλή. Έτσι διασφαλίζεται ότι δεν υπάρχει επαφή μεταξύ των μετάλλων και αποτρέπεται η μετάδοση παλμικών φορτίων μέσω της δομής του κινητήρα. Η αντλία καυσίμου και οι σωληνώσεις καυσίμου έχουν επίσης βελτιστοποιηθεί ακουστικά.
- Καδένα εκκεντροφόρων βελτιστοποιημένη για χαμηλά επίπεδα θορύβου μέσω σχεδίασης ανάστροφης οδόντωσης. Ολόκληρη η αρχιτεκτονική της καδένας, συμπεριλαμβανομένων του τεντωτήρα, της διαδρομής και των οδηγών της είναι σχεδιασμένη με γνώμονα τις μειωμένες εκπομπές θορύβων και την εξάλειψη των όποιων αντιληπτών ασυνήθιστων ήχων.
- Η ενσωμάτωση μιας πρεσαριστής ατσάλινης πλάκας στο κάτω τμήμα του αλουμινένιου κάρτερ μειώνει επίσης τις εκπομπές θορύβων.
- Περαιτέρω μέτρα μείωσης θορύβων είναι: ακουστικά βελτιστοποιημένα καλύμματα για το πάνω και το εμπρός μέρος του κινητήρα, σχεδίαση καλυμμάτων των εκκεντροφόρων και της πολλαπλής εισαγωγής, σιδερένια κουζινέτα στα βασικά ρουλεμάν του στροφάλου, αλλά και τοποθέτηση ενός υπερσυμπιεστή με χαμηλό ‘σφύριγμα’.
Ελαφριά αλουμινένια δομή
Η βασική αρχιτεκτονική του κινητήρα εστιάζει στην εξοικονόμηση βάρους και αποτελείται από αλουμινένια, χυτά υπό υψηλή πίεση μπλοκ, κυλινδροκεφαλή και πλάκα έδρασης στροφάλου. Το συνδυασμένο βάρος μπλοκ/πλάκας έδρασης είναι μόλις 15,5 kg, ενώ συνολικά ο κινητήρας είναι κατά 10% ελαφρύτερος από το σημερινό ατμοσφαιρικό Opel 1.600 κυβ. εκ. εφάμιλλης ισχύος.
Η υποτετράγωνη γεωμετρία του κινητήρα υποστηρίζει τα ανώτερα χαρακτηριστικά ροπής, (διαδρομή του εμβόλου 77,4 mm, μεγαλύτερη της διαμέτρου των 74.0 mm). Για υψηλή ισχύ, η αναλογία συμπίεσης 10.5:1 συνδυάζεται με υπερσυμπίεση και άμεσο ψεκασμό υψηλής πίεσης.
Η κυλινδροκεφαλή έχει υγρόψυκτη πολλαπλή εξαγωγής ενσωματωμένη στην χυτή κεφαλή. Αυτή η σχεδίαση προσφέρει αρκετά πλεονεκτήματα: συμβάλλει στην ταχεία προθέρμανση του κινητήρα και αυξάνει την αντοχή καταργώντας την ανάγκη για στεγανοποίηση μέσω φλαντζών γύρω από τους αυλούς εξαγωγής, ενώ βοηθά και στη βέλτιστη αξιοποίηση χώρου κάτω από το καπό.
Για δομική ακαμψία, το μπλοκ έχει χιτώνια από χυτοσίδηρο, με χυτές αλουμινένιες κορυφές για βέλτιστη στεγανοποίηση με την φλάντζα κεφαλής. Η πλάκα έδρασης του στροφάλου περιλαμβάνει επίσης χυτά σιδερένια ένθετα κομβίων ως τοπικές δομικές ενισχύσεις. Πρόσθετη δομική ακαμψία προσφέρει το ομοίως χυτό αλουμινένιο κάρτερ.
Ένας στρόφαλος από σφυρήλατο ατσάλι με έξι αντίβαρα μεταφέρει την υψηλή ειδική ισχύ του 1.0 SIDI Turbo στο κιβώτιο μετάδοσης με ελάχιστους κραδασμούς. Τα πάνω εμπρός κύρια ρουλεμάν φέρουν επικάλυψη πολυμερούς για αυξημένη αντοχή κυρίως σε συνθήκες συνεχόμενων Start/Stop.
Οι ατσάλινες μπιέλες σφυρηλατούνται από μεταλλικό κονίαμα – Powder Metal (PM), που παρέχει ισοδύναμη ή βελτιωμένη αντοχή συγκριτικά με τη στάνταρ σφυρηλάτηση, διασφαλίζοντας παράλληλα μειωμένες αποκλίσεις μαζών. Μια αυλάκωση συγκράτησης του λιπαντικού, σε συνδυασμό με βελτιστοποιημένη γωνία κοπής στο πάνω άκρο μειώνουν τη φθορά του ρουλεμάν. Μπεκ λαδιού ψύχουν τα αλουμινένια έμβολα κάτω από τις ποδιές και παρέχουν πρόσθετη λίπανση στα χιτώνια, κάτι που επίσης μειώνει το θόρυβο του κινητήρα στις κρύες εκκινήσεις.
Δύο επικεφαλής εκκεντροφόροι οδηγούν τέσσερις βαλβίδες ανά κύλινδρο, με υδραυλικά ωστήρια και ολισθητήρες, είναι κοίλοι για χαμηλό βάρος ενώ περιστρέφονται μέσω καδένας με εφ όρου ζωής αυτόματο τεντωτήρα. Αλουμινένιοι μηχανισμοί μεταβάλλουν το χρονισμό των βαλβίδων εισαγωγής και εξαγωγής, προσφέροντας βέλτιστη κατανάλωση, επιδόσεις και χαμηλούς ρύπους υπό όλα τα φορτία του κινητήρα.
Άμεσος ψεκασμός για αυξημένη ισχύ και μεγαλύτερη οικονομία καυσίμου
Ο 1.0 SIDI Turbo υπόσχεται υψηλές επιδόσεις, παράγοντας 30% περισσότερη ροπή από τον σημερινό, ατμοσφαιρικό κινητήρα 1600 κυβ. εκ. της Opel και την ίδια μέγιστη ισχύ 85 kW/115 hp. Η μέγιστη ροπή των 166 Nm διατίθεται σταθερά σε μία ευρεία κλίμακα στροφών από 1.800 rpm μέχρι 4.700 rpm, ενώ η μέγιστη ισχύς αποδίδεται στις 5.200 rpm. Είναι ένας κινητήρας μικρός σε μέγεθος αλλά μεγάλος σε επιδόσεις.
Ο 1.0 SIDI Turbo είναι επίσης πολύ οικονομικός προσφέροντας 20% βελτιωμένη κατανάλωση συγκριτικά με τον 1.600 κυβ. εκ. Στο Opel ADAM, οι εκπομπές CO2 θα είναι πολύ χαμηλότερες των 100 g/km, ενώ η κατανάλωση μικτού κύκλου θα πλησιάζει τα 4,0 l/100 km.
Το μυστικό αυτής υψηλής ισχύος / χαμηλής κατανάλωσης είναι ένα σύστημα άμεσου ψεκασμού υψηλής πίεσης που βοηθά στην αξιοποίηση της βέλτιστης ενέργειας καυσίμου. Τα μπεκ SIDI έξι οπών, λειτουργούν με μέγιστη πίεση 200 bar, είναι ιδανικά τοποθετημένα πάνω από το κέντρο του θαλάμου καύσης και προσφέρουν ένα λεπτό, ομοιογενές σπρέι χωρίς περιττές εναποθέσεις στις βαλβίδες εισαγωγής ή τους αυλούς. Η τροφοδοσία καυσίμου στα μπεκ επιτρέπει σύντομους, πολλαπλούς ψεκασμούς.
Δεν υπάρχει καμία επαφή μετάλλου με μέταλλο μεταξύ της κυλινδροκεφαλής και της μπεκιέρας ή των μπεκ. Αυτή η προσεκτική απομόνωση εκμηδενίζει μια σημαντική πηγή δομικών θορύβων από το σύστημα ψεκασμού. Η μπεκιέρα απομονώνεται μέσω ελαστικών/ατσάλινων σαϊλεντμπλόκ και τα μπεκ από το θάλαμο καύσης μέσω τσιμουχών από Teflon με ανθρακονήματα. Η ακουστική βελτιώνεται ακόμα περισσότερο με αλγορίθμους λογισμικού που καταστέλλουν τους θορύβους οι οποίοι παράγονται από τη βελόνα της αντλίας καυσίμου υψηλής πίεσης και ένα αφρώδες εξωτερικό κέλυφος.
Τα μεγαλύτερα διαστήματα ανάφλεξης ενός τρικύλινδρου επιτρέπουν τη χρήση ευρύτερων προφίλ εκκέντρων από όσο είναι εφικτό με ένα τετρακύλινδρο κινητήρα, πράγμα που επιμηκύνει τη διάρκεια ανοίγματος των βαλβίδων, με σάρωση του θαλάμου καύσης (αντικατάσταση των καυσαερίων με φρέσκο μείγμα) για πιο ολοκληρωμένη καύση.
Για περαιτέρω βελτίωση της οικονομίας και απόδοσης του κινητήρα, το λάδι κυκλοφορεί μέσω αντλίας μεταβλητής παροχής δύο σταδίων. Αυτή παρέχει υψηλή ή χαμηλή πίεση ανάλογα με τις απαιτήσεις των συνθηκών λειτουργίας και περιλαμβάνει έλεγχο απ/εμπλοκής των μπεκ λαδιού προς τις ποδιές των εμβόλων. Μία ελεγχόμενη αντλία νερού, η οποία αποσυνδέεται όταν ο κινητήρας είναι κρύος για ταχύτερη προθέρμανση, συμβάλλει στη χαμηλή κατανάλωση καυσίμου.
Ο ιμάντας περιφερειακών εξαρτημάτων Front End Accessory Drive (FEAD) – που περιστρέφει την αντλία νερού, τον εναλλάκτη και το συμπιεστή κλιματισμού – φέρει μηχανικό αποσβεστήρα κραδασμών που παράγονται από το στρόφαλο. Πέρα από τα πλεονεκτήματα της πολιτισμένης λειτουργίας, αυτό επιτρέπει επίσης μείωση στην τάση του τεντωτήρα για ελάττωση των τριβών και αύξηση της απόδοσης.
Εξαιρετικά συμπαγές, ταχύτατης απόκρισης σύστημα υπερσυμπίεσης
Και ενώ ο υψηλής πίεσης άμεσος ψεκασμός γεμίζει τους θαλάμους καύσης του κινητήρα με βέλτιστο σπρέι καυσίμου, ένα πολύ συμπαγές σύστημα υπερσυμπίεσης τροφοδοτεί τους κυλίνδρους με αέρα. Αξιοποιώντας τα πλεονεκτήματα σχεδίασης της ενσωματωμένης πολλαπλής εξαγωγής στην κυλινδροκεφαλή, ο υπερσυμπιεστής του 1.0 SIDI τοποθετείται πιο κοντά στην κεφαλή από οποιαδήποτε άλλο κινητήρα – προσφέροντας στον οδηγό ταχεία απόκριση στο γκάζι.
Η ενσωμάτωση της υγρόψυκτης πολλαπλής εξαγωγής στην κυλινδροκεφαλή και η σχεδίαση του μικροσκοπικού, χαμηλής αδράνειας υπερσυμπιεστή, που είναι επίσης υγρόψυκτος, αποτελούν μηχανολογικό επίτευγμα.
Το μέγεθος του υπερσυμπιεστή είναι σημαντικός παράγοντας για την επίτευξη ισορροπίας μεταξύ υψηλής ροπής στις χαμηλές στροφές, ταχείας απόκρισης του γκαζιού, μειωμένης κατανάλωσης καυσίμου και μέγιστης ισχύος. Ένας υπερσυμπιεστής single scroll ενός σταδίου που παράγει μέγιστη πίεση υπερπλήρωσης 1,5 bar με έναν εναλλάκτη θερμότητας (intercooler) και βαλβίδα ελέγχου υπερπλήρωσης (wastegate) που ελέγχεται μέσω πίεσης θεωρήθηκε η πλέον ενδεδειγμένη διάταξη. Η διάμετρος της φτερωτής της τουρμπίνας είναι μόνο 35 mm, ενώ του συμπιεστή μόλις 40 mm. Αυτός ο συνδυασμός προσφέρει άριστη μεταβατική απόκριση στις εντολές του γκαζιού, παράγοντας το 90% της μέγιστης ροπής μέσα σε 1,5” από τις 1.500 rpm. Αυτό συνεπάγεται εξαπλάσια αύξηση στην πίεση των κυλίνδρων, με την τουρμπίνα να περιστρέφεται στις 250.000 rpm.
Η υδρόψυξη της πολλαπλής εξαγωγής μειώνει τις θερμοκρασίες τόσο των καυσαερίων για βελτιωμένο έλεγχο εκπομπών, όσο και της τουρμπίνας, το οποίο επιτρέπει τη χρήση ειδικού ατσαλιού (Inconel) στη φτερωτή της τουρμπίνας και μεσαίας σκληρότητας ατσάλι (austenitic) στο κέλυφός της. Η φλάντζα της κυλινδροκεφαλής είναι ενσωματωμένη σε μία από τις θερμικές ασπίδες, ενώ οι σφιγκτήρες τύπου V και η βελτιστοποιημένη σχεδίαση συμβάλλουν στην ελαφριά δομή του υπερσυμπιεστή.
Το τούρμπο τροφοδοτεί τον κινητήρα μέσω αυλών εισαγωγής υψηλού στροβιλισμού που διευκολύνει την προπορεία της σταθερής ανάφλεξης και τη σύντομα διάρκεια της καύσης. Η λειτουργία των υπερτροφοδοτούμενων κινητήρων με υψηλά φορτία συνήθως απαιτεί μειωμένη προπορεία ανάφλεξης για να μην προκληθεί η αυτανάφλεξη (‘πειράκια’) κατά την εισαγωγή. Οι αυλοί εισαγωγής υψηλού στροβιλισμού ελαχιστοποιούν την ανάγκη γι αυτό το μέτρο.
Για σημερινές και μελλοντικές απαιτήσεις
Το λανσάρισμα του 1.0 SIDI Turbo είναι το πιο πρόσφατο βήμα στη σημαντική ανανέωση της γκάμας κινητήριων συνόλων της Opel, με 13 νέους κινητήρες 2012 και 2016 και αρκετά νέα κιβώτια.
Το πρόγραμμα ξεκίνησε ήδη με το λανσάρισμα των πρώτων turbo κινητήρων 1.600 κυβ. εκ. από νέες οικογένειες βενζινοκινητήρων και πετρελαιοκινητήρων μεσαίου κυβισμού. Τώρα, ο 1.0 SIDI Turbo είναι πρώτος εκπρόσωπος μιας νέας αρθρωτής γκάμας βενζινοκινητήρων μικρού κυβισμού, που περιλαμβάνει τρικύλινδρους και τετρακύλινδρους κάτω των 1.600 κυβ. εκ. Όλες οι εκδόσεις των νέων οικογενειών κινητήρων κατασκευάζονται στο προηγμένο εργοστάσιο της Opel στο Szentgotthard (Ουγγαρία), όπου κινητήριες μονάδες βενζίνης και diesel παράγονται στην ίδια γραμμή συναρμολόγησης.
Ο 1.0 SIDI Turbo κάνει ντεμπούτο στο ADAM του χρόνου, αλλά μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί παγκοσμίως σε μία σειρά εφαρμογών της GM που θα περιλαμβάνει μεγαλύτερα αυτοκίνητα, σε συνδυασμό με μηχανικά ή αυτόματα κιβώτια.
Όπως όλες οι κινητήριες μονάδες Opel νέας γενιάς, ο 1.0 SIDI Turbo απαντά με επιτυχία στην αυξανόμενη ζήτηση των πελατών για κινητήρες μειωμένου κυβισμού (φιλοσοφία downsizing) που προσφέρουν μειωμένα επίπεδα κατανάλωσης και εκπομπών CO2, με την ισχύ και πολιτισμένη λειτουργία κινητήριων συνόλων μεγαλύτερου κυβισμού.