ΜΕΚ: Πολύ σκληρές για να πεθάνουν – Η εντυπωσιακή εξέλιξή τους στο πέρασμα των ετών


Η Ε.Ε. έκανε το... χατίρι της Γερμανίας και έδωσε παράταση ζωής στις ΜΕΚ, με τα συνθετικά καύσιμα να μπαίνουν στο «παιχνίδι». Διαβάστε τον εντυπωσιακό τρόπο με τον οποίο εξελίχθηκαν οι μηχανές εσωτερικής καύσης. 

  • TOY NIKOY ΛΟΥΠΑΚΗ ΦΩΤ.: ΑΡΧΕΙΟ
  • 27/3/2023

Από τη στιγμή που η πιο δυνατή οικονομία της Ε.Ε. είχε ενστάσεις ήταν -για πολλούς- αναμενόμενο ότι το αίτημά της θα έπεφτε στο τραπέζι των διαπραγματεύσεων και θα εξεταζόταν σοβαρά από τους νομοθέτες. Όπερ και εγένετο. Όπως έγινε γνωστό πριν από λίγες ώρες, οι ΜΕΚ θα συνεχίσουν να μας απασχολούν για μερικά χρόνια ακόμη αφού η επιλογή των e-fuels μπήκε επιτέλους στο σχέδιο για την πράσινη μετάβαση και έτσι θα μπορούν να κινούν οχήματα και μετά το 2035. 

Το αίτημα της χαμηλότερης κατανάλωσης και του περιορισμού των εκπομπών ρύπων δεν είναι καινούργιο. Το συναντάμε από τη δεκαετία του 1970, με τις κρίσεις στην αγορά του πετρελαίου, ενώ στη συνέχεια αποκτά και πιο «κοινωνικό» χαρακτήρα, καθώς συνδέεται και με το κόστος κίνησης, αλλά και με αυξανόμενο πρόβλημα στις μεγάλες πόλεις που διαρκώς διογκώνονται, για να φτάσουμε, στη δεκαετία του 1990, στην καθιέρωση των προδιαγραφών “Euro” που σήμερα χρησιμοποιούνται για να επιβάλλουν τη στροφή στην ηλεκτροκίνηση. 

Και μόνον αυτές τις προδιαγραφές να δει κανείς, φτάνει για να αντιληφθεί ότι ένας σύγχρονος κινητήρας εσωτερικής καύσης είναι τουλάχιστον 10 φορές πιο «καθαρός» - και πολύ πιο οικονομικός - από έναν αντίστοιχο της δεκαετίας του 1980 (ή ακόμα και του 1990).

Turbo και Intercooler: μία διάταξη που κάποτε εθεωρείτο προνόμιο των diesel και σήμερα αποτελεί τον κανόνα στους βενζινοκινητήρες.
Turbo και Intercooler: μία διάταξη που κάποτε εθεωρείτο προνόμιο των diesel και σήμερα αποτελεί τον κανόνα στους βενζινοκινητήρες.

Πρόκειται για ένα θαυμαστό επίτευγμα που οφείλεται σε ένα συνδυασμό τεχνολογιών που σήμερα θεωρούμε δεδομένες, καθώς τις συναντάμε και στις πλέον προσιτές προτάσεις της αγοράς, αγνοώντας συνήθως ότι αρχικά εφαρμόστηκαν σε «ακριβά» αυτοκίνητα. Κάποιες, από αυτές (μεταβλητός χρονισμός, turbo και downsizing, απενεργοποίηση κυλίνδρων, mild hybid και full hybrid) παρουσιάζουμε συνοπτικά στο κείμενο που ακολουθεί, αφήνοντας εκτός τις τεχνολογίες περιορισμού των ρύπων (καταλύτες και συστήματα κατακράτησης μικροσωματιδίων), που θα αποτελέσουν αντικείμενο άλλου αφιερώματος όπως και η τεχνολογία των υβριδικών αυτοκινήτων «εξωτερικής φόρτισης», plug-in που τα επόμενα χρόνια θα δούμε να αποτελούν τη γέφυρα για τη μετάβαση στην εποχή της αυτοκίνησης των μηδενικών ρύπων. Σημειώστε ότι μπορεί η στροφή στην ηλεκτροκίνηση να θεωρείται δεδομένη, αλλά οι μηχανές εσωτερικής καύσης δεν έχουν «τελειώσει», αφού το 95% των οχημάτων που θα κυκλοφορούν σε ολόκληρη την υφήλιο το 2030 θα κινούνται από αυτές. Και για τον λόγο αυτόν η παγκόσμια αυτοκινητοβιομηχανία δεν έχει πάψει να τους εξελίσσει.

Downsizing

Η κατάργηση των εκκεντροφόρων: Ο δίλιτρος, τρικύλινδρος και φυσικά υπετροφοδοτούμενος κινητήρας που η Koenigsegg, ο γνωστός κατασκευαστής supercars από τη Σουηδία, τοποθετεί στο υβριδικό Gemera αποδίδει 600 PS (!) χάρη στο συνδυασμό πλήθους τεχνολογιών – ανάμεσά τους και το σύστημα ενεργοποίησης ξεχωριστά κάθε βαλβίδας, που δίνει πλήρη ελευθερία κινήσεων, τόσο ως προς τον χρονισμό, όσο και ως προς το βύθισμα.
Η κατάργηση των εκκεντροφόρων: Ο δίλιτρος, τρικύλινδρος και φυσικά υπετροφοδοτούμενος κινητήρας που η Koenigsegg, ο γνωστός κατασκευαστής supercars από τη Σουηδία, τοποθετεί στο υβριδικό Gemera αποδίδει 600 PS (!) χάρη στο συνδυασμό πλήθους τεχνολογιών – ανάμεσά τους και το σύστημα ενεργοποίησης ξεχωριστά κάθε βαλβίδας, που δίνει πλήρη ελευθερία κινήσεων, τόσο ως προς τον χρονισμό, όσο και ως προς το βύθισμα.

Ο όρος “downsizing”, που χρησιμοποιείται για να δείξει τη στροφή στη μείωση των κυβικών, αλλά με αύξηση της ισχύος και μείωση της κατανάλωσης, άρχισε να χρησιμοποιείται ευρέως στη διάρκεια της δεκαετίας του 2000. Ήταν η εποχή που τα μέχρι τότε «λαίμαργα» turbo άρχισαν να γίνονται σύμβολο της μέγιστης οικονομίας – και αυτό θεωρητικά τεκμηριώνεται εξαιρετικά εύκολα, αφού η λογική της χρήσης τους στους κινητήρες εσωτερικής καύσης έχει να κάνει με τη θερμική ενέργεια των καυσαερίων που απλώς αποβάλλεται στο περιβάλλον. Είναι, πάντως, αξιοθαύμαστο το πώς η εξέλιξη της τεχνολογίας έδωσε λύσεις με αποτέλεσμα σήμερα απλώς να μη νοείται αυτοκίνητο χαμηλού κυβισμού χωρίς υπερτροφοδοτούμενο κινητήρα, ο οποίος εντέλει αποτελεί και το διαβατήριο προς τη χώρα των χαμηλών εκπομπών CO2.

Τρεις κύλινδροι και turbo

Από τους πρώτους που, κινούμενοι στη λογική του downsizing, παρουσίασαν τρικύλινδρους κινητήρες χαμηλού κυβισμού ήταν η Ford, με τον 999 cc “EcoBoost” υπερτροφοδοτούμενο κινητήρα, που υπήρξε προϊόν του Τεχνικού Κέντρου της Ford στο Dunton της Μ. Βρετανίας – με την εμπλοκή και του Έλληνα μηχανικού της Ford, Βαγγέλη Καρβούνη. Αρχικά στην Ελλάδα τον είδαμε να τοποθετείται στο Focus, το 2012, αποδίδοντας αρχικά 100 και 125 PS, ενώ στη συνέχεια πήρε θέση κάτω από το καπό σχεδόν όλης της γκάμας της εταιρίας, από το Fiesta μέχρι και το Mondeo, καθώς παρήχθη – και εξακολουθεί να παράγεται – σε πλήθος εκδόσεων με διαφορετική ισχύ. Πρόκειται για μια εξαιρετικά compact μονάδα, με την κάτοψή της να χωρά στο όρια ενός φύλλου Α4 (!), με πολλαπλή εξαγωγής ενσωματωμένη στην κυλινδροκεφαλή, που μειώνει τη θερμοκρασία των καυσαερίων και επιτρέπει στον κινητήρα να λειτουργεί με βέλτιστη αναλογία καυσίμου-αέρα, ενώ ο επίσης compact στροβιλοσυμπιεστής του περιστρέφεται με έως και 250.000 rpm, επιτρέποντας πίεση υπερπλήρωσης 0,2 bar (0,3 bar σε λειτουργία overboost). Toν δικό του ρόλο στη βελτίωση της απόδοσης και στη μείωση της κατανάλωσης παίζει ο διπλός μεταβλητός χρονισμός των εκκεντροφόρων “Ti-VCT” της Ford.

O δίλιτρος, τετρακύλινδρος βενζινοκινητήρας Μ254 της Mercedes, με τον ενσωματωμένη δακτυλιοειδή μονάδα μίζας-γεννήτριας (Integrated Starter Generator–ISG) ισχύος 15 kW.
O δίλιτρος, τετρακύλινδρος βενζινοκινητήρας Μ254 της Mercedes, με τον ενσωματωμένη δακτυλιοειδή μονάδα μίζας-γεννήτριας (Integrated Starter Generator–ISG) ισχύος 15 kW.

Χαρακτηριστικό των δυνατότητων εξέλιξης του 1.0 Ecoboost της Ford, που το 2012 απέσπασε το βραβείο “International Engine of the Year” («Διεθνής Κινητήρας της Χρονιάς») είναι ότι σήμερα προσφέρεται σε διάφορα επίπεδα ισχύος, φτάνοντας να αποδίδει ακόμα και στους 155 PS, στην περίπτωση του SUV Ford Puma, κατεβάζοντας με τη βοήθεια και της mild hybrid τεχνολογίας την κατανάλωση στα 5,6 L/100 km και τις εκπομπές CO2 στα 127 g/km (WLTP), τη στιγμή που η τελική ταχύτητα φτάνει στα 205 km/h και για τα 0-100 km/h χρειάζεται μόλις 9,0’’! Σήμερα, η αγορά είναι κυριολεκτικά γεμάτη από τρικύλινδρους turbo κινητήρες, καθώς λίγο μετά τη Ford στην ίδια κατεύθυνση κινήθηκε η PSA με τον 1.2 Puretech, η Renault με τον 1,0 λίτρου το Volkswagen Group, αλλά και οι «μεγάλες» Mercedes-Benz και BMW.

Ο μεταβλητός χρονισμός

To Honda CRX ήταν πρακτικά εκείνο το σπορ μοντέλο που ταυτίστηκε με την τεχνολογία χρονισμού των βαλβίδων.
To Honda CRX ήταν πρακτικά εκείνο το σπορ μοντέλο που ταυτίστηκε με την τεχνολογία χρονισμού των βαλβίδων.

Τις πρώτες προσπάθειες ελέγχου του χρονισμού των βαλβίδων των κινητήρων τις συναντάμε προς τα τέλη της δεκαετίας του 1980, όταν η Honda παρουσίασε το σύστημα V-TEC, που έμελλε να εξελιχθεί και να πάρει τη θέση της σε μια σειρά μοντέλα. Και σε αυτή την περίπτωση, πρωταρχικός στόχος ήταν όχι η οικονομία, αλλά οι επιδόσεις, με το V-TEC να προβάλλει για τουλάχιστον μια δεκαετία ως χαμηλής κατανάλωσης εναλλακτική στα τότε turbo.

Το CVVD το είδαμε πρόσφατα ενσωματωμένο στον κινητήρα Smart stream 1.6 T-GDi που «φορά» το νέο Hyundai Tucson– σε δύο επίπεδα ισχύος, με 150 και 180 PS. Ο νέος αυτός κινητήρας διαθέτει, επίσης, σύστημα ανακύκλωσης καυσαερίων “Low-Pressure Exhaust Gas Recirculation” για περαιτέρω μείωση της κατανάλωσης, σύστημα θερμικής διαχείρισης (Thermal Management System), που θερμαίνει ή ψύχει ταχύτερα τον κινητήρα, καθώς και ένα ισχυρό σύστημα άμεσου ψεκασμού που επιτυγχάνει πιέσεις 350 bar.
Το CVVD το είδαμε πρόσφατα ενσωματωμένο στον κινητήρα Smart stream 1.6 T-GDi που «φορά» το νέο Hyundai Tucson– σε δύο επίπεδα ισχύος, με 150 και 180 PS. Ο νέος αυτός κινητήρας διαθέτει, επίσης, σύστημα ανακύκλωσης καυσαερίων “Low-Pressure Exhaust Gas Recirculation” για περαιτέρω μείωση της κατανάλωσης, σύστημα θερμικής διαχείρισης (Thermal Management System), που θερμαίνει ή ψύχει ταχύτερα τον κινητήρα, καθώς και ένα ισχυρό σύστημα άμεσου ψεκασμού που επιτυγχάνει πιέσεις 350 bar.

Σήμερα, τεχνολογίες μεταβλητού χρονισμού χρησιμοποιούνται από πάρα πολλές εταιρείες και εμείς επιλέγουμε να σταθούμε σε μία πιο πρόσφατη, την CVVD (Continuously Variable Valve Duration - Συνεχώς Μεταβαλλόμενη Διάρκεια [σ.σ. ανοίγματος] Βαλβίδας) του Hyundai Group, που βελτιώνει την απόδοση του κινητήρα κατά 4%, προσφέροντας εξοικονόμηση καυσίμου κατά 5% και μείωση των εκπομπών ρύπων κατά 12%. Πρόκειται για τεχνολογία η οποία μπορεί να μεταβάλλει όχι μόνο τη χρονική στιγμή του ανοίγματος των βαλβίδων, αλλά και του κλεισίματός τους, αλλάζοντας τη διάρκεια του ανοίγματος των βαλβίδων, ανάλογα με τις συνθήκες οδήγησης. 

Full Hybrid

Το «μαγικό κουτί» του υβριδικού συστήματος του Toyota Yaris, με δύο ηλεκτροκινητήρες/γεννήτριες (μπορεί να προσφέρει 59 kW για την κίνηση του οχήματος) και το πλανητικό σύστημα μετάδοσης, που συνδυάζονται με τον τρικύλινδρο βενζινοκινητήρα, ο οποίος επιτυγχάνει την εντυπωσιακή θερμική απόδοση του 40%.
Το «μαγικό κουτί» του υβριδικού συστήματος του Toyota Yaris, με δύο ηλεκτροκινητήρες/γεννήτριες (μπορεί να προσφέρει 59 kW για την κίνηση του οχήματος) και το πλανητικό σύστημα μετάδοσης, που συνδυάζονται με τον τρικύλινδρο βενζινοκινητήρα, ο οποίος επιτυγχάνει την εντυπωσιακή θερμική απόδοση του 40%.

Παρ’ όλο που ο ηλεκτροκινητήρας είναι αυτός που, από τη μια μεριά, έρχεται να εκτοπίσει τον κινητήρα εσωτερικής καύσης, από την άλλη φαίνεται να του έχει προσφέρει και να εξακολουθεί να του προσφέρει, σημαντική βοήθεια. Η μεγάλη αρχή έγινε το 1997, όταν η Toyota παρουσίαζε το Prius 1ης γενιάς και μαζί του το σύστημα THS (Toyota Hybrid System) έχοντας στόχο να ανεβάσει την απόδοση του βενζινοκινητήρα στο εντυπωσιακό για την εποχή 36%. Διέθετε δύο αρκετά ισχυρές ηλεκτρικές μηχανές (εκ των οποίων η μία έπαιζε κυρίως το ρόλο της γεννήτριας) και μπαταρία νικελίου που φορτιζόταν εν κινήσει. Η ονομασία THS δεν διατηρήθηκε, η ουσία, όμως, παρέμεινε και εξελίχθηκε, με την Toyota να έχει καταγράψει εκατομμύρια πωλήσεις υβριδικών μοντέλων, που αποδείχθηκαν πλήρως χρηστικά και εξαιρετικά οικονομικά – ιδιαίτερα σε αστική χρήση. Σε αυτές τις συνθήκες (ιδιαιτέρως στα σταμάτα-ξεκίνα) είναι που αξιοποιείται πλήρως ο ηλεκτροκινητήρας αναλαμβάνοντας να κινήσει για λίγο το αυτοκίνητο και να υποβοηθήσει τον βενζινοκινητήρα στη συνέχεια.

Το σύστημα αυτό προσέφερε – και εξακολουθεί να προσφέρει – την οδήγηση χωρίς συμπλέκτη, αφού το πατενταρισμένο από την Toyota πλανητικό σύστημα μετάδοσης που συνδέει τους δύο κινητήρες λειτουργούσε ως κιβώτιο συνεχώς μεταβαλλόμενης σχέσης. Προσιτό δείγμα της τεχνολογίας αυτής συναντάμε, με μπαταρία λιθίου, στο Yaris, με τρικύλινδρο κινητήρα 1,5 λίτρου και συνολική ισχύ συστήματος 116 PS, που αντιστοιχεί σε αύξηση16% σε σχέση με το προηγούμενο μοντέλο. Η συνολική απόδοση έχει, επίσης, αυξηθεί κατά 20%, κάτι που αντιστοιχεί σε μείωση των εκπομπών CO2 στα 64 g/km (μεικτός κύκλος) συμπιέζοντας την κατανάλωση καυσίμου στα μόλις 2,9 L/100 km. Και όλα αυτά όχι εις βάρος των επιδόσεων, αφού για τα 0-100 km/h χρειάζονται μόνο 9,7 δεύτερα. Επιπλέον, το νέο Yaris μπορεί να κινηθεί με ταχύτητα έως 130 km/h μόνο με τον ηλεκτροκινητήρα του υπό συγκεκριμένες συνθήκες.

Mild Hybrid

Τυπική διάταξη mild hybrid συστήματος με ανεξάρτητη μονάδα μίζας γεννήτριας. Τέτοια συστήματα λειτουργούν συνήθως με τάση 12Vή 48V.
Τυπική διάταξη mild hybrid συστήματος με ανεξάρτητη μονάδα μίζας γεννήτριας. Τέτοια συστήματα λειτουργούν συνήθως με τάση 12Vή 48V.

Όταν η Honda παρουσίαζε τη δική της υβριδική πρόταση, λίγο μετά την Toyota, το 1999, ο όρος “mild hybrid” (ήπια υβριδικό) ήταν άγνωστος. Αυτός χρησιμοποιήθηκε για να χαρακτηρίσει μια σειρά μοντέλα που διέθεταν έναν αρκετά μικρότερης ισχύος ηλεκτροκινητήρα που είχε τη μορφή δακτυλίου και τοποθετούταν μεταξύ βενζινοκινητήρα και κιβωτίου ταχυτήτων, με στόχο πάλι τη βελτίωση της απόδοσης του κινητήρα εσωτερικής καύσης, ενώ ταυτόχρονα έπαιζε τον ρόλο και της γεννήτριας, και της μίζας. Δεν ήταν ικανός να κινήσει μόνος του το αυτοκίνητο, αλλά η μείωση της κατανάλωσης ήταν ορατή. Αυτή η διάταξη χρησιμοποιήθηκε και χρησιμοποιείται ακόμα και από άλλες εταιρείες.

Στα χρόνια που ακολούθησαν είδαμε να κάνει την εμφάνισή της και μία άλλη διάταξη mild hybrid συστήματος με μία ανεξάρτητη μονάδα μίζας-γεννήτριας (και πάλι μικρής ισχύος), η οποία μπορεί να λειτουργεί με ρεύμα είτε 48V είτε 12V. Η μονάδα αυτή συνδέεται με τον στροφαλοφόρο άξονα του κινητήρα προσφέροντας την ισχύ της κατά περίπτωση, αλλά και ανακτώντας ενέργεια κατά την επιβράδυνση, καθώς η μικρή μπαταρία φορτίζεται αποκλειστικά κατά την κίνηση του οχήματος. Πρόσφατο παράδειγμα αυτό του Nissan Qashqai τρίτης γενιάς με τον βενζινοκινητήρα 1.3 DiG-T να αποδίδει 140 PS ή 158 PS ενσωματώνοντας υβριδικό σύστημα 12V με μπαταρία, το οποίο συνολικά ζυγίζει μόλις 22 κιλά. Κατά την επιτάχυνση (μεταξύ 20 και 110 km/h), το σύστημα αυτό προσφέρει επιπλέον ροπή 6,0 Nm, για έως 20 δευτερόλεπτα, ενώ σε άλλες φάσεις (επιβράδυνση και στάση) σβήνει τελείως τον κινητήρα. Αποτέλεσμα, η μειωμένη κατανάλωση και περιορισμός του CO2 κατά 4,0 g/km.

Clutch-by-wire: συμπλέκτης iMT.

Στον ευφυή συμπλέκτη της Kia/Hyundaiη σύμπλεξη/αποσύμπλεξη πραγματοποιείται με τη βοήθεια ειδικού ενεργοποιητή.
Στον ευφυή συμπλέκτη της Kia/Hyundaiη σύμπλεξη/αποσύμπλεξη πραγματοποιείται με τη βοήθεια ειδικού ενεργοποιητή.

Μεταξύ των «παράπλευρων» τεχνολογιών που έρχονται να βοηθήσουν στη μείωση της κατανάλωσης των ΜΕΚ είναι και το «ευφυές» σύστημα συμπλέκτη που δεν διαθέτει μηχανική σύνδεση με το πεντάλ. Πρόκειται για το iMT που έχει ήδη αρχίσει να τοποθετείται σε μοντέλα της Kia και της Hyundai και υπόσχεται μείωση των εκπομπών CO2 κατά περίπου 3% σε πραγματικές συνθήκες οδήγησης, σε συνδυασμό με την ήπια υβριδική τεχνολογία 48V. Το iMT συνεργάζεται με το υβριδικό σύστημα μίζας-γεννήτριας (MHSG), ώστε να απενεργοποιεί τον κινητήρα νωρίτερα από το σύστημα Idle Stop & Go, λίγο πριν την ακινητοποίηση του αυτοκινήτου. Επίσης, υπό προϋποθέσεις το σύστημα απενεργοποιεί περιστασιακά τον κινητήρα εν κινήσει, σε ταχύτητες έως και 125 km/h και τον ενεργοποιεί εκ νέου, όταν ο οδηγός πιέσει ξανά το πεντάλ του γκαζιού ή του συμπλέκτη.