Opel je na kongresu avtomobilske in motorne tehnologije v Aachnu predstavil novi motor 1.0 SIDI Turbo

17.10.2013

  • Novi motor z litrom delovne prostornine in turbinskim polnilnikom največje moči 85 kW/115 KM postavlja nova merila rafiniranosti za trivaljnike
  • Prvi v novi družini majhnih bencinskih motorjev z neposrednim vbrizgom goriva bo najprej vgrajen v Opel ADAM
  • Več navora in boljša gospodarnost porabe goriva kot 1,6-litrski atmosferski motor
  • Najsodobnejša zasnova združuje izpušno vejo z glavo motorja

Aachen/Rüsselsheim. Na nedavnem kongresu avtomobilske in motorne tehnologije Aachen Colloquium v Nemčiji je Opel razkril podrobnosti novega trivaljnega bencinskega motorja. Čist, tih in tekoče delujoč bo povsem novi Oplov motor 1.0 SIDI Turbo prihodnje leto, ko ga bodo vgradili v Opel ADAM, odločno zaostril merila rafiniranosti za trivaljnike. Motor ni le gospodarnejši in klimatsko prijaznejši, v primerjavi s številnimi štirivaljnimi motorji je z njim, ob manjšem hrupu in manjših tresljajih, mogoče voziti bolj tekoče.

 

Pomanjšan motor doseže ob največji moči 85 kW/115 KM največji navor 166 Nm med 1800 in 4700 vrtljaji na minuto. Zato zagotavlja boljše pospeške pri majhnih vrtljajih motorja, kot večji motorji primerljive moči, a ob tem porabi občutno manj goriva in izpusti v ozračje občutno manj CO2. V primerjavi z Oplovim atmosferskim 1,6-litrskim motorjem doseže novi motor 1.0 SIDI Turbo (Spark Ignition Direct Injection) enako moč, ob za 30 odstotkov večjem navoru in za 20 odstotkov manjši porabi goriva.

 

Med najsodobnejše tehnologije uporabljene za motor sodijo visokotlačni neposredni vbrizg goriva, turbinski polnilnik posebej kompaktne zgradbe, nenehno spreminjajoči se časi odpiranja ventilov in glava motorja z integrirano izpušno vejo. Povsem nova merila postavljajo številni posegi na področju dušenja hrupa z akustičnim inženiringom. Mednje sodijo akustično razvit blok motorja, v spodnji del motorja vgrajen vztrajnik, strukturna izolacija sistema vbrizga goriva in ročične gredi, pogonska veriga z obrnjenimi zobmi ter pokrov motorja, posebej razvit za dušenje hrupa.

 

Motor 1.0 SIDI Turbo je prvi v novi modularni družini tri in štirivaljnih bencinskih motorjev v velikostnem razredu pod 1,6 litrov delovne prostornine, ki bodo zadostili vse večje povpraševanje kupcev po zmanjšanih, a kljub temu zmogljivih motorjih. Prihodnje leto bo motor skupaj s povsem novim, šeststopenjskim ročnim menjalnikom, premierno vgrajen v Opel ADAM. V vseh avtomobilih bo motor 1.0 SIDI Turbo deloval s sistemom Start/Stop s pomočjo katerega bo v kombiniranem ciklu izpustil v ozračje občutno manj CO2 od 100 g/km.

 

»Ob razvoju tega malega motorja nismo le kar najbolj zmanjšali porabo goriva in izpust CO2, marveč smo dokazali, da so lahko trivaljniki enako rafinirani ali celo bolj kot štirivaljniki,« pravi Dr. Matthias Alt, direktor Opla zadolžen za majhne bencinske motorje.

 

»Tam kjer hrup nastaja smo opravili številna uravnovešenja ter neposredno dušitev hrupa in tresljajev tipičnih za konvencionalne trivaljne motorje. Prepričani smo, da bodo uporabniki ugodno presenečeni z doseženim. Motor je namreč izjemno živ in rafiniran, obenem pa z ničemer ne kompromitira voznega užitka. Preprosto je to veliki motor glede zmogljivosti in rafiniranosti, a majhen glede porabe goriva.«

 

Nemški inženiring za najbolj rafinirano delovanje v razredu

 

Pred globalnim moštvom razvojnih inženirjev Opla in GM je bil na začetku razvoja novega motorja postavljen povsem prazen list papirja. Tako so z združitvijo znanja in izkušenj s ciljem odprave robustnosti delovanja in ostalih neželenih značilnosti delovanja razvili povsem novi trivaljni motor. Dokaz uspešnosti razvojnega dela je vsekakor zvok motorja 1.0 SIDI Turbo, povsem primerljiv s štirivaljnimi motorji. S tem so postavljena povsem nova merila za trivaljne motorje.

 

V razvojnem procesu je bilo preventivno prestrezanje, izogibanje ter dušitev tresljajev ter zmanjševanje grobosti delovanja doseženo z obsežnim modeliranjem, zasnovo in izdelavo posameznih komponent ter celostnim preizkušanjem. Med osrednje razvojne cilje je sodil tudi razvoj sistema nadzora in upravljanja motorja ter pravšnje integracije celotnega pogonskega sklopa v vozilo.

 

Popolnoma aluminijski motor je akustično zasnovan z namenom odločnega zmanjšanja hrupa zračnega pretoka in strukturnega hrupa delujočega motorja, ob sočasnem zmanjševanju mase. Dvig ravni notranje rafiniranosti je tako odločen, da so močno zmanjšanje potrebe po dodatnih izolacijskih elementih v avtomobilu in pomožnem nosilnem okviru motorja kompleksne zgradbe. Odločno zmanjšanje nezaželenega hrupa je ob vsem inženirjem zagotovilo veliko svobodo pri finih nastavitvah zvoka delovanja motorja v povezavi z zračnim pretokom v sesalni in izpušni veji. S tem so poleg ostalega bili doseženi tudi cilji specifičnih aplikacij na vozilu.

 

Rezultat te intenzivne osredotočenosti na veliko rafiniranost je dejstvo, da deluje motor 1.0 SIDI Turbo ne le bolj tekoče, kot podobni trivaljnik, marveč tudi tiše, kot številni štirivaljniki. Tako je na primer ob razvoju pri preizkušanju v laboratoriju ob polni obremenitvi, torej ob popolnoma odprti dušilni loputi, oddajal manjši hrup v vseh vrtljajih delovanja, kot ostali bencinski motorji z delovno prostornino vse tja do 1,6 litra delovne prostornine.

 

Ostale specifične rešitve, ki odločno večajo izjemno rafiniranost motorja:

 

  • Majhna gred za uravnoteženje prostih sil je vgrajena prečno v oljnem koritu. Poganja jo veriga z obrnjenimi zobmi za zagotavljanje najnižje ravni hrupa. Ta v nasprotno smer vrteča se gred se vrti z enako hitrostjo kot ročična gred. Ima posebej optimizirano maso. Z vsem tem odločno zmanjšuje tipične tresljaje trivaljnika.
  • Visokotlačni sistem vbrizga goriva in injektorji so izolirani od glave motorja. Tovrstno vpetje preprečuje neposreden stik kovinskih delov in prenos energija pulziranja goriva na zgradbo motorja. Črpalka za gorivo in vodi so ob tem akustično optimizirani.
  • Pogonska veriga odmične gredi je z obrnjenimi zobmi optimizirana za doseganje nizke ravni hrupa. Zgradba verige, vključno z napenjalnikom, oblogo in vodili je zasnovana tako, da celostno zmanjšuje hrup delovanja in preprečuje nastajanje nenavadnih zvokov.
  • Namestitev kovane jeklene plošče na dnu aluminijastega oljnega korita prav tako zmanjšuje hrup.
  • Med ostale posege in elemente za odločno zmanjševanje hrupa sodijo še akustično optimizirane plošče nad in pred motorjem, zasnova sesalne veje, ohišja za vpetje odmične gredi, izolacija ročične gredi z jeklenimi vstavki v ležajih in uporaba kompresorja turbo polnilnika z majhnim hrupom sikanja.

 

Lahka zgradba izključno iz aluminija

 

Osrednja zgradba motorja je osredotočena na odločno zmanjševanje mase. Zato so blok motorja, glava motorja in spodnja plošča izdelani iz visokotlačno brizganega aluminija. Skupna masa bloka motorja in spodnje plošče znaša le 15,5 kg. Masa celotnega motorja je za 10 odstotkov manjša v primerjavi s sedanjim Oplovim 1,6-litrskim atmosferskim motorjem primerljivih zmogljivosti.

 

Zasnova motorja z dolgim hodom batov zagotavlja izjemen navor. Hod batov je namreč s 77,4 mm večji od premera valja. Ta znaša 74,0 mm. Doseganje večje moči je zagotovljeno s kompresijskim razmerjem 10,5:1, turbinskim polnilnikom in visokotlačnim neposrednim vbrizgom goriva.

 

Glava motorja z integriranim izpušnimi vodi iz litega aluminija je vodno hlajena. Zasnova integriranega dela zagotavlja številne prednosti. Mednje sodi hitro ogrevanje in trajno brezhibno delovanje. Poleg odsotnosti tesnila daje rešitev še številne druge prednosti v motornem prostoru.

 

Trdnost zgradbe je zagotovljena z oblitimi jeklenimi elementi v bloku motorja, zalitimi z aluminijem z zgornje strani, kar zagotavlja največjo raven tesnjenja glave motorja. Tudi spodnja plošča ima oblite jeklene vstavke za zagotavljanje velike trdnosti. Dodatno trdnost zgradbe zagotavlja še tlačno liti oljni karter iz aluminija.

 

Šest protiuteži kovane ročične gredi prenašajo veliko specifično moč motorja 1.0 SIDI Turbo na menjalnik in naprej proti kolesom z najmanjšimi možnimi vibracijami. Zunanji deli glavnih ležajev so polimerno prevlečeni, kar veča trajnost brezhibnega delovanja, še posebej ob delovanju sistema Start/Stop.

 

Jeklene ojnice so kovane iz kovine v prahu. Postopek zagotavlja večjo trdnost v primerjavi s standardnim kovanjem ob sočasni manjši masi. Poseben vod za olje z optimiziranim konusom zmanjšuje obrabo puš. Sistem brizganja olja s spodnje strani hladi aluminijaste bate in zagotavlja dodatno mazanje, kar prav tako zmanjšuje hrup delovanja motorja ob hladnem zagonu.

 

Dve odmične gredi v glavi motorja poganjata štiri ventile na valj s hidravličnimi dročniki majhnega trenja. Odmični gredi sta votli, s čemer jim je dodatno zmanjšana masa. Poganja ju veriga s samodejnim hidravličnim napenjanjem. Elementi iz aluminija za spreminjanje faz odpiranja in zapiranja sesalnih in izpušnih ventilov zagotavljajo najugodnejšo porabo goriva, najboljše zmogljivosti in najmanjše izpuste ob vseh pogojih delovanja in različnih obremenjevanjih motorja.

 

Neposredni vbrizg goriva zagotavlja več moči in ugodnejšo porabo goriva

 

Motor 1.0 SIDI Turbo se ob isti moči 85 kW/115 KM postavlja s 30 odstotkov večjim navorom, kot ga doseže aktualni Oplov 1,6-litrski atmosferski motor. V velikem razponu delovanja, med 1800 in 4700 vrtljaji na minuto namreč doseže največji navor 166 Nm. Največjo moč doseže pri 5200 vrtljajev na minuto. Zato je to zares majhen motor po merah, a toliko večji glede zmogljivosti.

 

Motor 1.0 SIDI Turbo je ekstremno gospodaren saj v primerjavi z aktualnim 1,6-litrskim motorjem porabi za 20 odstotkov manj goriva. Opel ADAM izpustil z njim v ozračje občutno manj kot 100 g CO2/km. V kombiniranem ciklu bo njegova poraba znašala okrog štiri litrov goriva na 100 km.

 

Ključen za oboje, gospodarnost in zmogljivosti je visokotlačni sistem neposrednega vbrizga goriva, ki pomaga iz sleherne kapljice goriva iztisniti, kar največ energije. Injektorji goriva motorja SIDI imajo šest izstopnih rež. Gorivo v sistemu vbrizga dosega tlak 200 barov. Injektorji so idealno nameščeni nad osrednjim delom zgorevalnega prostora. Gorivo brizgnejo fino in homogeno razpršeno, brez izgub in zadrževanja na posameznih elementih sistema, oziroma zgorevalnega prostora. Pretok goriva omogoča večkratne, količinsko natančno odmerjene vbrizge goriva na posamičen delovni takt.

 

Med glavo motorja, vodom za gorivo in injektorji ni kovinskih povezav. Tovrstna natančna in dovršena izolacija odpravlja poglavitne strukturne izvore hrupa sistema vbrizga goriva. Vod za gorivo je z injektorji povezan z gumijasto kovinskim delom. Injektorji so od zgorevalnega prostora ločeni s teflonskimi tesnili polnjenimi z ogljikom. Zvočne značilnosti delujočega sistema vbrizga goriva so dodatno izboljšane s prilagojenimi algoritmi delovanja visokotlačne črpalke za gorivo in s peno obloženega ohišja črpalke.

 

Daljši intervali vžiga trivaljnika omogočajo uporabo večjih odmikal odmične gredi kot pri štirivaljniku, kar podaljša čas odprtja ventilov. Zato je izmenjava, pretok in splakovanje plinov učinkovitejše, kar botruje popolnejšemu izgorevanju. Dodatne izboljšave glede porabe goriva in večanje učinkovitosti delovanja motorja zagotavlja tudi dvostopenjsko delovanje oljne črpalke spremenljive delovne prostornine. Tovrstna črpalka zmore, odvisno od pogojev delovanja, zagotavljati nizek, oziroma visok tlak delovanja in celo vključitev, oziroma izključitev brizganja olja s spodnje, notranje strani batov s čemer se bati hladijo. Tudi vodna črpalka deluje po potrebi. tako je ob hladnem motorju izključena. S tem je omogočeno hitrejše ogrevanje in hitrejše doseganje idealne delovne temperature motorja, kar prav tako koristi zmanjševanju porabe goriva.

 

Posebna zasnova pogona vodne črpalke, alternatorja in kompresorja klimatske naprave z jermenom s petimi klini (FEAD – Front End Accessory Drive) vzpostavlja svojevrsten sistem mehanske izolacije, ki odpravlja posledice osciliranja ročične gredi. Med ostale prednosti sistema FEAD sodi tudi zmanjšanje napetosti, kar prav tako botruje zmanjševanju trenja, torej večanju učinkovitosti.

 

Ultra kompakten, izjemno hiter sistem nadtlačnega zračnega polnjenja

 

Če visokotlačni sistem neposrednega vbrizga goriva napolni zgorevalni prostor motorja z idealno razpršenim gorivom, ga ultra kompaktni, izjemno hiter sistem nadtlačnega zračnega polnjenja idealno napolni s stisnjenim zrakom. Z izrabo prednosti zasnove integriranih izpušnih vodov z glavo motorja je turbinski polnilnik motorja 1.0 SIDI Turbo nameščen bliže osrednjemu delu motorja, kot katerikoli drugi turbinski polnilnik. Poleg ostalega zagotavlja to tudi izjemno odzivnost.

 

Inženiring filigranske natančnosti je skupen namestitvi sistema vodnega hlajenja v izpušne vode združene z glavo motorja in izjemno kompaktni zgradbi turbinskega polnilnika majhne inercije.

 

Pravšnja velikost turbinskega polnilnika je ključna za doseganje ravnovesja med zahtevo po kar največjem navoru, veliki odzivnosti, zmanjšanju porabe goriva in doseganju velike moči. Enostopenjski turbinski polnilnik z enim kanalom za dovod zraka doseže največji tlak 1,5 bara. Pravšnja konfiguracija in delovanje sistema sta zagotovljeni z ventilom uravnavanja tlaka. Premer rotorja turbine znaša le 35 mm, premer rotorja puhala, z izredno majhnim zračnim sikanjem pa 40 mm. Tovrstna zasnova zagotavlja izjemno odzivnost, saj doseže motor 90 odstotkov največje vrednosti navora po 1,5 sekunde delovanja s 1500 vrtljaji na minuto. S tem je tlak v valju povečan za šestkrat, ob vrtilni hitrosti gredi turbinskega polnilnika 250.000 vrtljajev na minuto.

 

Sistem vodnega hlajenja izpušnih vodov zniža temperaturo s čemer je izboljšan nadzor sestave izpušnih plinov. Obenem pomaga vodno hlajenje tudi zniževanje temperature delov ob turbini turbinskega polnilnika. To omogoča uporabo nikljeve zlitine za rotor turbine in jekla srednje vsebnosti avstenita za ohišje. Tesnilo glave motorja je integrirano v zgradbo s čemer je poleg ostalega omogočena kompaktnost zgradbe in majhna masa turbinskega polnilnika.

 

Turbinski polnilnik dovaja stisnjen zrak v motor preko posebnega voda, ki doda svoje učinkovitejšemu in časovno omejenemu zgorevanju goriva, z veliko ravnijo stabilnosti. Pri motorjih s turbinskimi polnilniki je ob velikih tlakih zraka potrebno zamakniti delovanja vžigalne svečke, s čemer je preprečeno klenkanje, oziroma predvžig. Posebna zasnova voda stisnjenega zraka v največji možni meri zmanjša potrebo po tovrstnem prilagajanju delovanja motorja.

 

Zadovoljevanje današnjih ter bodočih potreb in meril

 

Motor 1.0 SIDI Turbo predstavlja naslednji korak v trajnostni prenovi Oplovih pogonskih agregatov v kateri bo med letoma 2012 in 2016 v ponudbo znamke vključenih 13 novih motorjev in vrsta novih menjalnikov.

 

Prenova se je pričela z 1,6-litrskimi štirivaljniki s turbinskimi polnilniki iz novih družin srednje velikih bencinskih in dizelskih motorjev. Motor 1.0 SIDI Turbo je mogoče razumeti kot prvi v novi družini modularnih motorjev majhne delovne prostornine s tremi in štirimi valji z delovnimi prostorninami manjšimi od 1,6 litra. Vse različice tega novega motorja so izdelane v najsodobnejši Oplovi tovarni v Monoštru na Madžarskem, kjer izdelujejo bencinske in dizelske motorje na skupni proizvodni liniji.

 

Ob tem, ko bo motor 1.0 SIDI Turbo prihodnje leto najprej namenjen ADAMU, ga bo mogoče uporabiti s samodejnimi in ročnimi menjalniki v manjših in večjih vozilih tudi v globalni ponudbi GM.

 

Tako kot celotna nova generacija Oplovih pogonskih sklopov bo motor 1.0 SIDI Turbo uspešno zadovoljeval rastoče povpraševanje po zmanjšanih motorjih, ki se ob manjši porabi goriva in manjšem izpustu CO2 postavljajo s tipično rafiniranostjo motorjev večjih delovnih prostornin.