Uczestnicy programu

30
11/2010

Ford Mondeo - Zalety silników ecoboost

kategorie: EKOLOGIA

W poszukiwaniu poprawy osiągów: 2,0-litrowa jednostka benzynowa Ford EcoBoost

Nowa rodzina silników Ford EcoBoost ma układ bezpośredniego wtrysku benzyny, turbodoładowanie oraz układ niezależnych zmiennych faz rozrządu dla obu wałków – rozwiązania zapewniające maksymalną efektywność procesów spalania i pracy całej jednostki. Dzięki tym rozwiązaniom możliwe jest obniżenie zużycia paliwa i wartości emisji CO2 nawet o 20% w porównaniu z konwencjonalnymi silnikami benzynowymi o podobnej mocy.

Strategia budowy silników EcoBoost zmierza do opracowania silników o zmniejszonej pojemności skokowej, spalających mniej paliwa i emitujących mniej zanieczyszczeń, które – dzięki zastosowaniu turbodoładowania i innych nowoczesnych rozwiązań konstrukcyjnych – charakteryzują się wyższą sprawnością i dysponują mocą, momentem i osiągami dorównującymi większym jednostkom.

Przewidziana do zastosowania w Fordzie Mondeo nowa wersja silnika Ford EcoBoost o pojemności 2,0 litrów, rozwijająca moc 240 KM, stanowi rozwinięcie konstrukcyjne popularnej wersji tego silnika o mocy 203 KM, która pojawiła się w Fordzach S-MAX, Galaxy i Mondeo na początku 2010 roku. W silniku tym wprowadzono jednak znaczące zmiany związane z konstrukcją kolektora wydechowego, a także zmieniono ustawienia kalibracyjne. Dzięki tym modyfikacjom możliwe stało się uzyskanie mocy wyższej o 37 KM.

Wersja o mocy 203 KM uzyskuje imponującą szczytową wartość mocy przy 6000 obr/min, co w połączeniu z maksymalną wartością momentu obrotowego 300 Nm, dostępną w szerokim paśmie 1750–4500 obr/min, daje bardzo dobre parametry jezdne. Jego mocniejsza wersja rozwija moc 240 KM przy 6000 obr/min, zaś maksymalna wartość momentu wynosi 340 Nm i jest dostępna w paśmie obrotów od 1900 do 3500 obr/min. Po przekroczeniu tego pasma moment nie spada radykalnie i przy 5000 obr/min silnik nadal dysponuje imponującym momentem na poziomie 320 Nm.

Oba 2,0-litrowe silniki Ford EcoBoost w układzie napędowym Forda Mondeo współpracują wyłącznie z 6-stopniową, dwusprzęgłową przekładnią automatyczną Ford PowerShift. Takie rozwiązanie zapewnia kierowcom doskonałą dynamikę, bardzo dobre osiągi, wysoką efektywność całego układu napędowego oraz wysoką jakość prowadzenia.

Osiągi, jakimi legitymuje się odnowiony Ford Mondeo wyposażony w oba silniki Ford EcoBoost muszą budzić uznanie:

 

Prędkość maksymalna km/h

Przyspieszenie 0-100 km/h

Silnik Ford EcoBoost 203 KM

   

Ford Mondeo, wersje 4- i 5-drzwiowe

232

7,9 sek.

Ford Mondeo, kombi

225

8,2 sek.

Silnik Ford EcoBoost 240 KM

   

Ford Mondeo, wersje 4- i 5-drzwiowe

246

7,5 sek.

Ford Mondeo, kombi

241

7,8 sek.

Mimo tak imponujących osiągów obie wersje najnowszego 2,0-litrowego silnika Ford EcoBoost pozwalają Fordowi Mondeo na uzyskiwanie zaskakująco niskich wskaźników zużycia paliwa i emisji CO2.

Bez względu na to którą wersją silnika jest napędzany Ford Mondeo i bez względu na wersję nadwoziową, osiągnięcie średniego zużycia paliwa na poziomie 7,7 l/100 km* jest jak najbardziej możliwe. Odpowiada to średniej emisji CO2 w granicach 179 g/km. W porównaniu z oferowanym wcześniej w Fordzie Mondeo silnikiem o pojemności 2,3 litra i mocy 161 KM, współpracującym z automatyczną skrzynią biegów, ilość emitowanego CO2 zmniejszyła się o 19%, mimo iż nowy 2,0-litrowy silnik dysponuje mocą wyższą o 50% i momentem wyższym aż o 60%.

Brzmienie mocy

Konstruktorzy Forda dołożyli wszelkich starań, aby osiągi nowego 240-konnego silnika Ford EcoBoost do Forda Mondeo były nie tylko odczuwalne przez jadących tym samochodem, ale także żeby były odpowiednio słyszalne!

W tym celu specjalnie opracowano nowy kolektor wydechowy, w oparciu o kolektor montowany w wersji silnika o mocy 203 KM, lecz lepiej dostosowany do wytrzymywania wyższych temperatur towarzyszących pracy silnika o wyższej mocy.

Ma to szczególne znaczenie gdy samochód pokonuje duże odległości ze stałą prędkością. Nowy kolektor zapewnia też optymalne warunki dopływu spalin, aby mogły one napędzać turbosprężarkę Borg Warner K03 w sposób możliwie najbardziej efektywny. Oprócz tego, cały układ sterowania pracą silnika ma nieco inaczej zaprogramowaną charakterystykę pracy, co pozwala uzyskiwać wyższą moc i utrzymywać wyższy moment obrotowy bez ujemnego wpływu na zużycie paliwa i emisję CO2.

Jedna szczególnie istotna zmiana została wprowadzona z myślą o emocjach kierowcy.
 – Czuliśmy, że musimy zrobić coś specjalnego dla kierowców wybierających wersję z silnikiem 240 KM i dlatego zdecydowaliśmy się wprowadzić w tej wersji słynny już fordowski akustyczny „sympozer” – wyjaśnia dr. Rechs.

Opracowane na początku z myślą o zastosowaniu w sportowych modelach Ford Focus ST i RS specjalne pudło rezonansowe, zwane przez konstruktorów „sympozerem”, działa na zasadzie wzmocnienia niektórych częstotliwości odgłosu pracy silnika, co pozwala słyszeć we wnętrzu bardzo przyjemny i ceniony przez entuzjastów motoryzacji basowy odgłos pracy silnika. W tym celu zaprojektowano także specjalne połączenie między kolektorem dolotowym powietrza i przednią ścianą czołową oddzielającą kabinę od przedziału silnika.

Podobnie jak w przypadku wszystkich innych aspektów związanych z pracą silnika, akustyczny „sympozer” został odpowiednio dostosowany do specyficznych warunków pracy silnika napędzającego Forda Mondeo. W efekcie uzyskano charakterystyczny, sportowy odgłos pracy silnika, ale bez towarzyszącej często takim odgłosom chropowatości. Podczas ostrego przyspieszania obecność dodatkowego elementu akustycznego zwiększa natężenie hałasu średnio o 3 dB(A), co daje mocniejszy i bardziej rasowy efekt niż w przypadku silnika o mocy 203 KM.

Atuty silników Ford EcoBoost

Najważniejszymi elementami, dzięki którym 2,0-litrowy silnik Ford EcoBoost osiąga bardzo wysoką efektywność procesów spalania są przede wszystkim: lekka konstrukcja, niemal w całości wykonana ze stopów aluminium, układ bezpośredniego wtrysku paliwa najnowszej generacji, turbosprężarka o niskiej bezwładności oraz układ zmiennych faz rozrządu regulowanych niezależnie dla obu wałków. Dzięki tym cechom silnik Forda osiąga nowe standardy efektywności dla silników benzynowych w tym zakresie mocy. Konstruktorzy Forda dodatkowo wykorzystali możliwość zaprojektowania nowego układu spalania mieszanki z wykorzystaniem nowych możliwości, jakie stwarzały nowe założenia konstrukcji silnika.

Najważniejszym elementem układu spalania jest układ bezpośredniego wtrysku paliwa pod bardzo wysokim ciśnieniem, który podaje do cylindrów małe, precyzyjnie odmierzane dawki paliwa. 2,0-litrowy silnik Ford EcoBoost jest wyposażony we wtryskiwacze z dyszami o siedmiu otworach, które podają paliwo pod ciśnieniem sięgającym nawet 150 barów. Precyzyjne sterowanie wtryskiem umożliwia kierowanie indywidualnych dawek paliwa do tych cylindrów, w których są akurat najbardziej potrzebne dla zapewnienia płynnego i efektywnego przebiegu spalania.

W porównaniu z konwencjonalnymi układami wtryskowymi, układ wtrysku bezpośredniego pozwala na wytworzenie „gęstszej” dawki o niższej temperaturze, dzięki czemu 2,0-litrowy silnik Ford EcoBoost pracuje przy wyższym stopniu sprężania i przy wyższym ciśnieniu doładowania turbosprężarki, co z kolei wpływa na bardziej ekonomiczne spalanie i daje lepszą dynamikę silnika w niższych zakresach obrotów.

Jednym z elementów mających duży wpływ na przyjemność i komfort prowadzenia w przypadku silników Ford EcoBoost są duże wartości momentu obrotowego przy niskich obrotach, a więc cecha, która w dużym stopniu decyduje o popularności najnowszych silników Diesel. Kolejną zaletą jest bardzo dobra dynamika i wysoka kultura pracy silnika w całym zakresie obrotów. Ten efekt z kolei uzyskano w dużej mierze dzięki zastosowaniu turbosprężarki o zaawansowanej konstrukcji, której wirniki charakteryzują się zmniejszoną średnicą i mniejszą bezwładnością. Łopatki wirują z prędkością nawet 200 tys. obr/min. Silnik o pojemności 2,0 litrów jest wyposażony w integralną turbosprężarkę Borg Warner K03 o specjalnie zoptymalizowanej konstrukcji, która ma zapewniać uzyskanie maksymalnego momentu przy dość niskich obrotach silnika (w granicach 1500 obr/min), przy jednoczesnym zmniejszeniu do minimum typowego dla turbo opóźnienia (zwanego popularnie „turbodziurą”) w chwili, gdy kierowcy zależy na nagłym i szybkim przyspieszeniu.

Jednocześnie bardzo staranne dobranie charakterystyki pracy turbosprężarki oznacza, że silniki Ford EcoBoost utrzymują wysoką moc i bardzo szybko reagują nawet przy prędkościach silnika powyżej 5000 obr/min, co oznacza, że wysoka dynamika występuje w znacznie szerszym paśmie obrotów niż to ma miejsce w przypadku zwykłych silników Diesel. Na przykład, kierowca dysponuje ponad 90% szczytowych wartości momentu pomiędzy 1400 i 5500 obr/min. Tak szerokie pasmo obrotów umożliwiło zastosowanie wyższych wartości przełożeń, co z kolei pozytywnie wpłynęło na obniżenie zużycia paliwa i wyciszenie pracującego silnika.

2,0-litrowy silnik Ford EcoBoost jest wyposażony w układ zmiennych faz rozrządu, operujący niezależnie dla wałka rozrządu po stronie dolotowej jak i po stronie wydechu, co umożliwia daleko idącą optymalizację wymiany gazowej w komorze spalania bez względu na obroty silnika. Układ TiVCT (Twin independent Variable Camshaft Timing) jest kolejnym elementem poprawiającym efektywność spalania oraz dynamikę pracy silnika, szczególnie przy częściowym obciążeniu.

Zastosowanie układu TiVCT pozwoliło konstruktorom na dalsze poprawienie wartości momentu i dynamiki przy niższych obrotach silnika przez wykorzystanie efektu tzw. „przedmuchu”, wykorzystującego różnicę ciśnienia między kolektorem dolotowym i wylotowym, co dodatkowo poprawia dopływ świeżego, chłodnego powietrza do silnika. W ten sposób wzrasta moment obrotowy, a turbosprężarka wiruje z większą prędkością. Układ TiVCT wykorzystuje siłowniki typu łopatkowego uruchamiane ciśnieniem oleju. Układ może regulować kąt wyprzedzenia w zakresie do 50 stopni, niezależnie dla wałka sterującego zaworami dolotowymi i wałka po stronie zaworów wylotowych.

Konstrukcja silnika została zoptymalizowana także w sposób umożliwiający ograniczenie wewnętrznego tarcia współpracujących elementów i strat momentu obrotowego. Obniżanie wewnętrznego tarcia uzyskano między innymi dzięki zastosowaniu specjalnych powłok o obniżonym tarciu na pierścieniach tłokowych oraz precyzyjnie wypolerowane powierzchnie popychaczy.

Ponieważ silnik o pojemności 2,0 litrów jest mniejszy od silnika 2,5-litrowego, daje to dodatkowe korzyści związane z większą efektywnością i wydajnością, które uzyskano dzięki zmniejszeniu wewnętrznego tarcia współpracujących elementów, mniejszym stratom energii ponoszonym przy napędzaniu pomp oraz mniejszej masie silnika, co pośrednio skraca także czas osiągania optymalnej temperatury pracy. Wszystkie te czynniki pomagają zmniejszyć zużycie paliwa w realnych warunkach eksploatacji pojazdów z silnikami Ford EcoBoost, zarówno podczas jazdy na trasie jak i w ruchu miejskim.

Dla zapewnienia optymalnych warunków pracy silnika w każdych warunkach, konieczne było zastosowanie elektronicznego układu najnowszej generacji sterującego pracą silnika. Moduł sterujący przez cały czas monitoruje wszystkie istotne parametry pracy silnika, w tym między innymi: pracę układu TiVCT, ciśnienie doładowania turbosprężarki, pracę elektronicznych czujników położenia pedału przyspieszenia i przepustnicy, kąta wyprzedzenia zapłonu, ciśnienia wtrysku, pracy wtryskiwaczy i czujnika spalania stukowego. Układ sterujący działa w czasie rzeczywistym, dokonując próbkowania danych o pracy silnika z częstotliwością wielu tysięcy razy na sekundę.

Kluczowym parametrem jest zapewnienie silnikowi możliwości bardzo szybkiego podgrzania katalizatora spalin do wymaganej temperatury podczas krytycznych momentów rozruchu zimnego silnika. Udało się to uzyskać dzięki odpowiedniej optymalizacji faz rozrządu z wykorzystaniem układu zmiennych faz rozrządu (TiVCT) oraz wykorzystaniu możliwości układu wtryskowego, który może kilkakrotnie wtryskiwać dawki paliwa w czasie tego samego cyklu spalania mieszanki.

Przekładnia Ford PowerShift – efektywna i prosta w użyciu

Automatyczna skrzynia biegów Ford PowerShift należy do wyposażenia standardowego odnowionego Forda Mondeo napędzanego 2,0-litrowym silnikiem Ford EcoBoost w wersjach o mocy 203 KM i 240 KM. Tak zbudowany układ napędowy stanowi nowoczesną alternatywę umożliwiającą uzyskiwanie naprawdę niskich wskaźników zużycia paliwa i emisji CO2. Stanowi także przekonywujący dowód na to, że samochód, który daje kierowcy autentyczną przyjemność prowadzenia nie musi emitować dużych ilości CO2.

Przekładnia Ford PowerShift została opracowana przez spółkę Getrag Ford Transmissions GmbH jako przedsięwzięcie joint-venture 50:50 firm Ford i producenta skrzyń biegów GETRAG. Przekładnia w zasadzie składa się z dwóch mniejszych, równolegle pracujących przekładni z wałkami pośrednimi, z których każda ma swoje własne sprzęgło mokre.

Dzięki odpowiedniemu układowi wałków pośrednich, z których jeden jest „odpowiedzialny” za biegi nieparzyste (1, 3 i 5), a drugi – za biegi parzyste (2, 4 oraz 6), każdą kolejną zmianę przełożenia można wcześniej przygotować przez preselekcję następnego biegu, w czasie jazdy i przy pełnej mocy. Sama zmiana przełożenia następuje poprzez wyłączenie jednego i uruchomienie drugiego sprzęgła. Uruchomienie sprzęgieł jest odpowiednio skoordynowane dla wyeliminowania braku płynności w przekazywaniu momentu napędowego.

W odróżnieniu od automatycznych skrzyń biegów o budowie konwencjonalnej, konstrukcja przekładni Ford PowerShift daje liczne korzyści. Nie wymaga na przykład stosowania dodatkowych skomplikowanych podzespołów takich jak: przekładnie hydrokinetyczne, szeregi planetarne, dodatkowe wielotarczowe sprzęgła mokre, czy taśmy. Dla kierowcy Forda Mondeo oznacza to większą efektywność układu przeniesienia napędu – trzeba bowiem pamiętać, że obecność każdego z tych elementów wiązałaby się ze spadkiem efektywności pracy przekładni ze względu na zwiększoną bezwładność i straty momentu.

Homologowane wskaźniki zużycia paliwa 2,0-litrowych silników Ford EcoBoost o mocy 203 KM i 240 KM, współpracujących z przekładnią Ford PowerShift, wyraźnie pokazują jak bardzo efektywne i ekonomiczne mogą być układy napędowe, w których nowoczesny silnik współpracuje z automatyczną skrzynią biegów. Odnowiony Ford Mondeo z takim zaawansowanym technicznie układem napędowym uzyskuje średnie zużycie paliwa 7,7 l/100 km* przy średniej emisji CO2 równej zaledwie 179 g/km.

Prowadzenie samochodu z przekładnią Ford PowerShift jest tak samo proste jak pojazdu z konwencjonalną automatyczną skrzynią biegów. Wybieranie trybów pracy odbywa się dźwignią na centralnej konsoli, podobną jak w innych automatach, która ma typowe ustawienia P, R, N i D. Oprócz tego, kierowca może wybierać zwykły tryb jazdy, tryb sportowy oraz możliwość ręcznej zmiany biegów – odbywa się to przez pchnięcie dźwigni w prawo i dalej w wybrane położenie. W trybie sportowym przekładnia dostosowuje momenty zmiany przełożeń do wyższych obrotów, co daje lepsze osiągi. Oprócz tego, przełączanie na niższy bieg odbywa się szybciej w sytuacji gdy potrzebne jest nagłe przyspieszenie.

Pełna lista aktualności Pełna lista aktualności