Nowa rodzina wydajnych silników Forda

Nowa rodzina wydajnych silników Forda18.09.2009 Salon samochodowy we Frankfurcie stanowi doskonałą oprawę, w której obok zaprezentowania opinii publicznej nowych modeli Ford of Europe ujawnia kolejne szczegóły dotyczące nowej generacji supernowoczesnych 4-cylindrowych silników benzynowych Ford EcoBoost ...

...charakteryzujących się wysoką efektywnością i niskim współczynnikiem emisji CO2. Pierwsze osobowe Fordy napędzane nowymi silnikami zjadą z taśmy montażowej w 2010 roku.

Nowa rodzina silników jest wyposażona w układ bezpośredniego wtrysku paliwa, turbodoładowanie oraz układ niezależnych zmiennych faz rozrządu dla wałków sterujących zaworami dolotowymi i wydechowymi. Rozwiązania te umożliwiły daleko idące zwiększenie efektywności procesu spalania, co z kolei przyniosło obniżenie zużycia paliwa i zmniejszenie emisji CO2 nawet o 20% w porównaniu z konwencjonalnymi silnikami benzynowymi o podobnej mocy.

– Nowa rodzina 4-cylindrowych silników benzynowych Ford EcoBoost, która ma pojawić się w 2010 roku jest kluczowym elementem globalnej strategii ekorozwoju (Blueprint for Sustainability), z którą Ford Motor Company wiąże duże nadzieje – podkreśla John Fleming, prezes i dyrektor zarządzający Ford of Europe.

– Jesteśmy przekonani, że te silniki dadzą naszym klientom autentycznie atrakcyjną alternatywę wobec silników Diesel czy hybrydowych układów napędowych, zapewniając niskie zużycie paliwa i bardzo konkurencyjne wskaźniki kosztów eksploatacji, a przy tym także bardzo dobrą dynamikę, dobre osiągi w szerokim zakresie obrotów, a więc te zalety, które sprawiały, że bardzo wielu kierowców przez lata tradycyjnie wybierało silniki benzynowe – dodaje John Fleming.

Silniki Ford EcoBoost do europejskich modeli Forda pojawią się w sprzedaży w 2010 roku. W modelach seryjnych oferowanych na rynku pojawi się nazwa SCTi (Sequential Charge Turbo injection) wskazująca na zastosowanie zaawansowanego sekwencyjnego wtrysku paliwa, w którym dawkowanie paliwa jest powiązane z charakterystyką pracy turbosprężarki. Na początku będą to dwie wersje 4-cylindrowe o pojemności odpowiednio 1,6 litra do zupełnie nowego Forda C-MAX oraz jednostki o pojemności 2,0 litrów, które będą dostępne w dużych modelach Forda.

Nieco później pojawi się supernowoczesna jednostka Ford EcoBoost o mniejszej pojemności, która zwiększy wachlarz nowoczesnych silników stosowanych do napędu modeli Forda w segmencie aut małych i samochodów kompaktowych. Oprócz tego wiadomo już, że najnowsza 2,0-litrowa jednostka Ford EcoBoost zostanie włączona do oferty Forda poza Starym Kontynentem. Nowy silnik pojawi się poza Europą najpierw w Ameryce Północnej w 2010 roku, a potem po raz pierwszy zostanie wykorzystany w samochodzie z napędem na tylne koła, kiedy pojawi się na rynku australijskim w Fordzie Falcon w 2011 roku.

Trzy czynniki o znaczeniu fundamentalnym
Konstruktorzy pracujący nad konstrukcją silników EcoBoost Forda uzyskali daleko idące obniżenie zużycia paliwa oraz emisji spalin przede wszystkim dzięki zaprojektowaniu nowego systemu spalania, w którym z powodzeniem udało się połączyć korzyści płynące z zastosowania trzech podstawowych elementów. Są to: bezpośredni wtrysk paliwa z dawkowaniem paliwa pod bardzo wysokim ciśnieniem, zaawansowana technologicznie turbosprężarka oraz układ niezależnych zmiennych faz rozrządu dla wałków sterujących zaworami dolotowymi i wydechowymi.

Oczywiście każdy z tych trzech elementów ma swoje niezaprzeczalne zalety z technicznego punktu widzenia, to jednak dopiero zastosowanie wszystkich trzech rozwiązań jednocześnie w jednym silniku dało daleko idące zwiększenie efektywności procesu spalania mieszanki i przyniosło znaczącą poprawę osiągów w całym zakresie prędkości obrotowych silnika.

Tym samym realizacja założeń konstrukcyjnych dla silników EcoBoost Forda pozwoliła zapewnić użytkownikowi wiele korzyści kojarzonych z najnowszymi silnikami Diesel przy zachowaniu dynamiki, jakości jazdy oraz nieco niższej ceny zakupu, które dotąd zawsze były zaletą silników benzynowych.

Najważniejsze korzyści, jakie dają silniki rodziny EcoBoost Forda to przede wszystkim:
• Optymalizacja wydajności silnika przy obniżeniu zużycia paliwa i emisji CO2 nawet do 20%.
• Większa przyjemność i wyższy komfort prowadzenia – wysokie wartości momentu w dolnym zakresie obrotów silnika oraz bardzo dobra dynamika silnika w całym zakresie obrotów.
• Możliwość uzyskania większej mocy i wyższego momentu przy mniejszym silniku – osiągi typowe dla silnika o dużym litrażu uzyskane z jednostki o znacznie mniejszej pojemności skokowej.

Rozwiązania zastosowane przy projektowaniu silników EcoBoost Forda opierają się na założeniach konstrukcyjnych aktualnie produkowanych silników. Jednocześnie stwarzają one nabywcom możliwość wyboru ekologicznego silnika emitującego znacznie mniej dwutlenku węgla i dostępnego po znacznie niższej cenie niż podobne jednostki wysokoprężne czy układy hybrydowe.

Optymalizacja wydajności silnika
Charakterystyczne dla silników rodziny EcoBoost zmniejszenie zużycia paliwa i towarzyszące mu obniżenie wskaźników emisji CO2 stało się możliwe dzięki opracowaniu układu spalania, który spala mieszankę w możliwie najbardziej efektywny i oszczędny sposób, przy minimalnej ilości wytwarzanych zanieczyszczeń.

Najważniejszym elementem układu spalania jest układ bezpośredniego wtrysku paliwa pod bardzo wysokim ciśnieniem, który podaje do cylindrów małe, precyzyjnie odmierzane dawki paliwa pod ciśnieniem sięgającym nawet 200 barów – średnica „kropelki” wtryskiwanego paliwa jest z reguły mniejsza niż 0,02mm, czyli 1/5 grubości ludzkiego włosa.

W porównaniu z konwencjonalnymi układami wtryskowymi, układ wtrysku bezpośredniego pozwala na wytworzenie „gęstszej” dawki o niższej temperaturze, co wpływa na bardziej ekonomiczne spalanie i daje lepszą dynamikę silnika. Oprócz tego, podobnie jak w przypadku najnowocześniejszych silników Diesel, w trakcie tego samego cyklu pracy silnika możliwy jest wtrysk wielokrotny, co dodatkowo pozwala zmniejszyć zapotrzebowanie na paliwo i zwiększyć czystość spalin.

Funkcja zmiennych faz rozrządu, która w silnikach EcoBoost jest cechą zarówno wałka rozrządu po stronie dolotowej jak i po stronie wydechu, umożliwia daleko idącą optymalizację wymiany gazowej w komorze spalania bez względu na obroty silnika. To kolejny czynnik poprawiający efektywność spalania oraz dynamikę pracy silnika, szczególnie przy częściowym obciążeniu.

Większa przyjemność i komfort prowadzenia
Jednym z elementów mających duży wpływ na przyjemność i komfort prowadzenia w przypadku silników EcoBoost Forda 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. Wielkość i parametry obu turbin zostały starannie dobrane w sposób umożliwiający uzyskanie maksymalnego momentu przy obrotach silnika na poziomie 1500 obr/min i niższych, przy jednoczesnym zmniejszeniu do minimum typowego dla turbo opóźnienia kiedy kierowcy zależy na szybkim przyspieszaniu.

Korzyść, jaką daje chłodzenie ładunku paliwa przy bezpośrednim wtrysku to kolejny czynnik wpływający na poprawę dynamiki przy mniejszych obrotach silnika. Z kolei funkcja zmiennych faz rozrządu jeszcze bardziej potęguje ten pozytywny wpływ wywołując efekt „przepłukania”, który dodatkowo poprawia przepływ powietrza przy procesie spalania w silniku i tym samym pomaga w zwiększeniu wartości momentu.

Niezwykle staranne dopracowanie charakterystyki turbosprężarki zapewnia silnikom rodziny EcoBoost odpowiednio wysoką moc i precyzję reagowania na operowanie pedałem gazu przy obrotach powyżej 5000 obr/min, co daje efekt w postaci znacznie szerszego zakresu, w którym silnik dysponuje najwyższą mocą niż to ma miejsce w przypadku typowego Diesla.

Większa moc i wyższy moment przy mniejszej pojemności skokowej
Jeszcze jedną ogromną zaletą silników rodziny Ford EcoBoost jest możliwość uzyskania większej mocy i wyższego momentu obrotowego przy mniejszej pojemności skokowej. W praktyce oznacza to, że Ford może w swoich samochodach zastępować silniki wolnossące o większym litrażu jednostkami o mniejszej pojemności skokowej bez obawy że mniejsza pojemność spowoduje ograniczenie mocy silnika.

Poprawa osiągów, jaką przynosi zastosowanie turbodoładowania z reguły daje około 50-procentowy wzrost momentu obrotowego, a to oznacza, że istnieje realna możliwość zmniejszenia pojemności skokowej jeżeli dysponuje się mniejszym silnikiem gwarantującym odpowiednio wysokie osiągi.

Innymi korzyściami, jakie daje stosowanie silników o mniejszej pojemności są między innymi: większa efektywność i wydajność dzięki zmniejszeniu wewnętrznego tarcia współpracujących elementów, mniejsze straty energii ponoszone przy napędzaniu pomp oraz mniejsza masa silnika, co pośrednio skraca także czas osiągania optymalnej temperatury pracy. Wszystkie te czynniki pomagają zmniejszyć zużycie paliwa w realnych warunkach eksploatacji pojazdów z silnikami EcoBoost, zarówno podczas jazdy na trasie jak i w ruchu miejskim.

Zaawansowana konstrukcja silników
Opracowane przez Forda silniki EcoBoost w wersjach o pojemności 1,6 i 2,0 litrów mają niezwykle nowoczesną i bardzo lekką konstrukcję. Obie jednostki są rozwinięciem konstrukcyjnym najnowszej generacji 4-cylindrowych silników benzynowych Forda.

Obie jednostki są wykonane w całości ze stopów aluminium. W 16-zaworowej głowicy umieszczono dwa wałki rozrządu (DOHC) z funkcją niezależnego sterowania fazami rozrządu dla zaworów dolotowych i wydechowych. Konstrukcja i charakterystyka pracy obu silników zostały niezwykle starannie dopracowane w sposób umożliwiający uzyskanie maksymalnie wysokiej efektywności spalania i wykorzystania momentu obrotowego.

Dodatkowymi elementami pozwalającymi na poprawienie efektywności pracy jest dalsza optymalizacja pracy układu smarowania oraz szersze zastosowanie powłok roboczych o obniżonym współczynniku tarcia. Zaawansowane rozwiązania zastosowane w układzie spalania umożliwiają obu silnikom spełnienie niezwykle ostrych norm ekologicznych, wśród których jest stosowana w Kalifornii norma PZEV dla samochodów częściowo spełniających warunek zerowej emisji (Partial Zero Emission Vehicles) oraz planowana na Starym Kontynencie norma Euro 5.

Produkcja nowej generacji silników w Europie
Produkcja pierwszych dwóch typów silników otwierających nową rodzinę Ford EcoBoost przeznaczonych do samochodów na rynek europejski zostanie zlokalizowana w dwóch zakładach należących do działu produkcji silników Forda. Jednostka o pojemności 2,0 litrów będzie wytwarzana w zakładzie produkcji silników w Walencji w Hiszpanii, natomiast do produkcji wersji o pojemności 1,6 litra jest przygotowywana fabryka silników w Bridgend w Wielkiej Brytanii (Południowa Walia). Przyszła generacja supernowoczesnych silników Ford EcoBoost o małej pojemności będzie produkowana w fabryce silników Forda w Kolonii oraz w nowym zakładzie produkcji silników w mieście Craiova w Rumunii.

Źródło: Ford