Η αναζήτηση για πιο αποδοτικούς, ισχυρούς και φιλικούς προς το περιβάλλον κινητήρες έχει οδηγήσει τα τελευταία χρόνια σε σημαντικές εξελίξεις αναφορικά με τον σχεδιασμό και τα εξαρτήματά τους, περιλαμβάνοντας καινοτομίες που αποσκοπούν στη βελτίωση της οικονομίας καυσίμου, στη μείωση των εκπομπών ρύπων και στη βελτίωση της συνολικής απόδοσης. Ακολουθεί μια ολοκληρωμένη ματιά στις τελευταίες τάσεις που διαμορφώνουν το μέλλον της τεχνολογίας των κινητήρων.
Υπερ-τροφοδότηση & υπερ-πλήρωση
Η υπερ-τροφοδότηση και η υπερ-πλήρωση είναι τεχνολογίες που αυξάνουν την ισχύ ενός κινητήρα, δίχως να αυξάνεται όμως σημαντικά το μέγεθός του. Συγκεκριμένα:
- Η υπερ-τροφοδότηση (turbocharging) χρησιμοποιεί τα καυσαέρια για να κινήσει έναν στρόβιλο, ο οποίος με τη σειρά του συμπιέζει τον αέρα που εισέρχεται στον κινητήρα. Αυτό επιτρέπει την καύση περισσότερου αέρα (και καυσίμου), αυξάνοντας την ισχύ.
- Η υπερ-πλήρωση (supercharging), από την άλλη πλευρά, χρησιμοποιεί έναν συμπιεστή που κινείται με ιμάντα για να επιτύχει παρόμοια αποτελέσματα. Ωστόσο, ενώ παρέχει άμεση ισχύ, τείνει να είναι λιγότερο αποδοτική από την υπερ-τροφοδότηση.
Οι τεχνολογίες μεταβλητού χρονισμού και ανύψωσης βαλβίδων βελτιστοποιούν το timing και τη διάρκεια των ανοιγμάτων των βαλβίδων, βελτιώνοντας έτσι την αποδοτικότητα και τις επιδόσεις σε διάφορες ταχύτητες του κινητήρα. Συγκεκριμένα:
- Ο μεταβλητός χρονισμός βαλβίδων (VVT) ρυθμίζει το διάστημα των ανοιγμάτων των βαλβίδων, εξασφαλίζοντας το βέλτιστο μείγμα αέρα-καυσίμου και την καύση σε διάφορες στροφές του κινητήρα.
- Η μεταβλητή ανύψωση βαλβίδων αντίστοιχα επιτρέπει τον καλύτερο έλεγχο της «αναπνοής» του κινητήρα, βελτιώνοντας την απόδοση καυσίμου και ισχύος, ειδικά σε εφαρμογές υψηλών επιδόσεων.
Συστήματα άμεσου ψεκασμού
Τα συστήματα άμεσου ψεκασμού διοχετεύουν το καύσιμο απευθείας στο θάλαμο καύσης, επιτρέποντας ακριβέστερο έλεγχο του μείγματος αέρα-καυσίμου. Συγκεκριμένα:
- Τα συστήματα άμεσου ψεκασμού βενζίνης (GDI) παρέχουν καλύτερο ψεκασμό και καύση, βελτιώνοντας την απόδοση και μειώνοντας τις εκπομπές ρύπων, ενώ η συγκεκριμένη τεχνολογία γίνεται όλο και πιο διαδεδομένη στους σύγχρονους βενζινοκινητήρες.
- Τα συστήματα άμεσου ψεκασμού diesel (DDI) υπάρχουν για περισσότερο καιρό και συνεχίζουν να εξελίσσονται, προσφέροντας υψηλή απόδοση και ισχύ, ενώ παράλληλα πληρούν τα αυστηρά πρότυπα στους ρύπους.
Ελαφριά υλικά
Η μείωση του βάρους των εξαρτημάτων του κινητήρα είναι ζωτικής σημασίας για τη βελτίωση της αποδοτικότητας και των επιδόσεων, με τα ελαφριά υλικά, όπως το αλουμίνιο, το μαγνήσιο και τα σύνθετα υλικά να χρησιμοποιούνται όλο και περισσότερο στο σχεδιασμό των κινητήρων. Συγκεκριμένα:
- Τα κράματα αλουμινίου χρησιμοποιούνται συνήθως για μπλοκ κινητήρα και για κυλινδροκεφαλές, λόγω της θερμικής τους αγωγιμότητας, αλλά και της εξαιρετικής αναλογίας αντοχής/βάρους.
- Τα κράματα μαγνησίου προσφέρουν ακόμη μεγαλύτερη εξοικονόμηση βάρους και χρησιμοποιούνται σε εξαρτήματα όπως καλύμματα και στηρίγματα κινητήρα.
- Τα σύνθετα υλικά από ίνες άνθρακα διερευνώνται επίσης για τις εξαιρετικές τους ιδιότητες αντοχής και μικρού βάρους, αν και το υψηλό τους κόστος περιορίζει επί του παρόντος την ευρεία χρήση τους.
Προηγμένες τεχνολογίες καύσης
Οι καινοτομίες στην τεχνολογία καύσης είναι το κλειδί για τη βελτίωση της απόδοσης των κινητήρων, καθώς και για τη μείωση των εκπομπών ρύπων. Συγκεκριμένα:
- Η ομοιογενής ανάφλεξη με συμπίεση μείγματος βενζίνης (HCCI) είναι μια τεχνολογία που συνδυάζει τα καλύτερα χαρακτηριστικά των κινητήρων βενζίνης και diesel. Πιο αναλυτικά, εδώ χρησιμοποιείται ένα ομοιογενές μείγμα αέρα-καυσίμου, που αναφλέγεται όμως μέσω συμπίεσης όπως ένας πετρελαιοκινητήρας, με αποτέλεσμα την υψηλή απόδοση και τις χαμηλές εκπομπές.
- Η ελεγχόμενη αυτόματη ανάφλεξη (CAI) είναι παρόμοια με την HCCI, αλλά προσφέρει καλύτερο έλεγχο της διαδικασίας καύσης, καθιστώντας την πιο πρακτική για πραγματικές εφαρμογές.
Ηλεκτροκίνηση & υβριδισμός
Η ηλεκτρική ενέργεια, συνδυαστικά με τους παραδοσιακούς κινητήρες εσωτερικής καύσης, είναι μια σημαντική τάση της εποχής που αποσκοπεί στην αύξηση της απόδοσης και στη μείωση των εκπομπών. Συγκεκριμένα:
- Τα ήπια υβριδικά συστήματα χρησιμοποιούν έναν μικρό ηλεκτροκινητήρα για να βοηθούν τον κινητήρα κατά την επιτάχυνση και για να ανακτούν ενέργεια κατά την πέδηση, βελτιώνοντας την οικονομία καυσίμου.
- Τα plug-in υβριδικά συνδυάζουν έναν κινητήρα εσωτερικής καύσης με έναν μεγαλύτερο ηλεκτροκινητήρα και μια μπαταρία, παρέχοντας σημαντική αυτονομία μόνο με ηλεκτρικό ρεύμα.
- Η ηλεκτρική υπερτροφοδότηση χρησιμοποιεί έναν ηλεκτροκινητήρα για την κίνηση του στροβιλοσυμπιεστή, προσφέροντας άμεση ώθηση, ενώ παράλληλα επιτρέπει την αποδοτικότερη λειτουργία του κινητήρα.
Απενεργοποίηση κυλίνδρων
Η τεχνολογία απενεργοποίησης κυλίνδρων επιτρέπει στον κινητήρα να κλείνει ορισμένους από τους κυλίνδρους του σε συνθήκες ελαφριού φορτίου, μειώνοντας έτσι την κατανάλωση καυσίμου. Συγκεκριμένα:
- Τα σύγχρονα συστήματα μπορούν να απενεργοποιήσουν τους μισούς ή και παραπάνω κυλίνδρους ενός κινητήρα, μεταβαίνοντας απρόσκοπτα μεταξύ πλήρους και μερικής λειτουργίας χωρίς να το αντιληφθεί ο οδηγός. Αυτή η τεχνολογία μάλιστα είναι ιδιαίτερα αποτελεσματική σε μεγαλύτερους κινητήρες, όπως οι V8, όπου η εξοικονόμηση καυσίμου μπορεί να είναι σημαντική.
Downsizing κινητήρα
Τοdownsizing των κινητήρων περιλαμβάνει τη χρήση μικρότερων κινητήρων με υπερτροφοδότηση και άλλες τεχνολογίες, για παροχή ισχύος ανάλογη με εκείνη των μεγαλύτερων κινητήρων,πλην όμως με βελτιωμένη απόδοση καυσίμου. Συγκεκριμένα:
- Οι υπερτροφοδοτούμενοι κινητήρες μικρού κυβισμού γίνονται ο κανόνας, ιδίως στα συμπαγή και μεσαίου μεγέθους οχήματα, παρέχοντας εξαιρετική οικονομία καυσίμου κατά την κανονική οδήγηση και ισχυρές επιδόσεις όποτε χρειάζεται.
Ανακυκλοφορία καυσαερίων (EGR)
Τα συστήματα EGR μειώνουν τις εκπομπές οξειδίων του αζώτου (NOx) με την ανακυκλοφορία μέρους των καυσαερίων ενός κινητήρα πίσω στους κυλίνδρους του κινητήρα. Συγκεκριμένα:
- Τα συστήματα EGR χαμηλής πίεσης ψύχουν τα καυσαέρια πριν από την ανακυκλοφορία, βελτιώνοντας τη μείωση των οξειδίων του αζώτου και επιτρέποντας έτσι μια πιο επιθετική ρύθμιση του κινητήρα για καλύτερη απόδοση.
Συστήματα Stop-Start
Τα συστήματα Stop-Start σβήνουν αυτόματα τον κινητήρα όταν το όχημα είναι ακινητοποιημένο και τον επανεκκινούν όταν ο οδηγός είναι έτοιμος να κινηθεί ξανά. Συγκεκριμένα:
- Πρόκειται για μια τεχνολογία ιδιαίτερα αποτελεσματική στη μείωση της κατανάλωσης καυσίμου και των εκπομπών ρύπων σε συνθήκες αστικής οδήγησης, όπου οι στάσεις είναι συχνές.
