Η «ανατομία» ενός σύγχρονου πετρελαιοκινητήρα

Υψηλή ισχύς, πλούσια ροπή, χαμηλά επίπεδα κατανάλωσης & ρύπων σε συνδυασμό με εξαιρετικά πολιτισμένη λειτουργία: Η νέα γενιά 2.0 turbo diesel της Opel δεν υστερεί σε τίποτα. Το προηγμένο σύνολο θα κάνει ντεμπούτο στα Insignia και Zafira Tourer στο «Mondial de l’Automobile 2014» στο Παρίσι (4- 19 Οκτωβρίου).

Με ισχύ 125 kW/170 hp και υψηλή ροπή 400 Nm, θα αντικαταστήσει τον τρέχοντα 2.0 CDTI 120 kW/ 163 hp στην κορυφή της οικογένειας κινητήρων diesel της Opel. Αυτός ο κινητήρας προδιαγραφών Euro 6 αποδίδει σχεδόν 5% περισσότερη ισχύ ιπποδύναμη και 14% περισσότερη ροπή, μειώνοντας παράλληλα την κατανάλωση και τις εκπομπές CO2. Επίσης σημαντικό είναι ο εντυπωσιακά αθόρυβος και πολιτισμένος χαρακτήρας του λόγω των σχολαστικών μέτρων σχεδιασμού ήχου για την ελαχιστοποίηση θορύβων, κραδασμών & τριγμών (NVH).

Ο νέος 2.0 CDTI που θα κυκλοφορήσει του χρόνου είναι ο πρώτος σε μία νέα οικογένεια μεγάλων diesel και θα κατασκευάζεται στο εργοστάσιο κινητήρων στο Kaiserslautern (Γερμανία).

Η εκμετάλλευση όσο το δυνατόν περισσότερης ενέργειας από τη λιγότερη δυνατή ποσότητα καυσίμου είναι σημαντικοί παράγοντες για πλούσια ισχύ σε συνδυασμό με μικρή κατανάλωση. Έχοντας ειδική ισχύ 85 hp αυτός ο κινητήρας είναι δυνατός χωρίς να επιβαρύνει την τσέπη των καταναλωτών. Η ροπή των 400 Nm διατίθεται μεταξύ 1.750 και 2.500 rpm, ενώ η μέγιστη ισχύς των 125 kW/170 hp αποδίδεται στις 3.750 rpm.

Κύριοι συντελεστές στις επιδόσεις του κινητήρα είναι ο νέας σχεδίασης θάλαμος καύσης, οι αυλοί εισαγωγής νέου προφίλ και το νέο σύστημα ψεκασμού καυσίμου με πίεση έως και 2.000 bar και μέχρι 10 ψεκασμούς ανά κύκλο καύσης. Αυτό διασφαλίζει υψηλή ισχύ, βελτιωμένο σπρέι καυσίμου, ενώ συμβάλλει στην πιο αθόρυβη λειτουργία. Για το σχεδιασμό του θαλάμου καύσης μόνο προηγήθηκαν 80 και πλέον προσομοιώσεις μέσω υπολογιστή, πριν επιλεγούν τελικά οι πέντε καλύτερες για την εξέλιξη του εξαρτήματος.

Ο Υπερσυμπιεστής Μεταβλητής Γεωμετρίας VGT (variable geometry turbocharger) διαθέτει ηλεκτρικό ενεργοποιητή για την τουρμπίνα μεταβλητής γεωμετρίας, που προσφέρει 20% ταχύτερη αύξηση στην πίεση υπερπλήρωσης από έναν ενεργοποιητή υποπίεσης. Οι εξαιρετικά συμπαγείς διαστάσεις του VGT και του intercooler ελαχιστοποιούν επίσης τον όγκο αέρα μεταξύ υπερσυμπιεστή και κινητήρα, συμβάλλοντας στην ταχεία αύξηση της πίεσης υπερπλήρωσης. Ο υπερσυμπιεστής είναι υγρόψυκτος και έχει φίλτρο λαδιού τοποθετημένο στην παροχή λαδιού για μείωση της φθοράς στο σύστημα ρουλεμάν και μεγαλύτερη αντοχή.

Ο VGT και η μονάδα ανακύκλωσης καυσαερίων (EGR) έχουν ανασχεδιαστεί σαν ενιαίο σύστημα για βέλτιστη απόδοση. Η μονάδα EGR βασίζεται σε μία νέα φιλοσοφία ψυγείου από ανοξείδωτο ατσάλι που παρέχει σχεδόν 90% απόδοση ψύξης. Μία ενσωματωμένη, υγρόψυκτη βαλβίδα παράκαμψης EGR ελαχιστοποιεί τις απώλειες πίεσης και ο έλεγχος κλειστού βρόγχου προσφέρει σημαντική βελτίωση στην αναλογία NOx/PM (Σωματιδίων) σε μεταβατικές συνθήκες φορτίου, βελτιώνοντας παράλληλα τη διαχείριση εκπομπών υδρογονανθράκων (HC) και μονοξειδίου του άνθρακα (CO).

Μία συνεπής βελτίωση των χαρακτηριστικών NVH σε όλες τις συνθήκες λειτουργίες ήταν αναγκαία προϋπόθεση για το νέο κινητήρα από την αρχή της σχεδίασής του. Αρκετοί κύκλοι ακουστικής βελτιστοποίησης μέσω υπολογιστή (CAE) ολοκληρώθηκαν για κάθε εξάρτημα και υποσύστημα πριν κατασκευαστούν οι πρώτοι πρωτότυποι κινητήρες.
Δομικές βελτιώσεις με έμφαση σε δύο εξαιρετικά σημαντικές πηγές θορύβων: το πάνω και κάτω τμήμα του κινητήρα. Μία αλουμινένια κυλινδροκεφαλή νέας σχεδίασης που περιλαμβάνει ξεχωριστό πλαστικό καπάκι εκκεντροφόρων με απομονωμένη έδραση και τσιμούχα στεγανοποίησης, βελτιώνει την καταστολή θορύβων. Τέλος, η πολλαπλή εισαγωγής φέρει κέλυφος από ηχοαπορροφητικό υλικό.

Στη βάση του κινητήρα, τοποθετείται νέα αντικραδασμική μονάδα, που κατασκευάζεται από χυτό αλουμίνιο υπό υψηλή πίεση. Αυτή φιλοξενεί δύο αντικραδασμικούς άξονες που αντισταθμίζουν έως και το 83% των κραδασμών 2ας τάξης. Ένα ελικοειδές γρανάζι στο στρόφαλο κινεί τον ένα αντικραδασμικό άξονα, ο οποίος μέσω ενός άλλου γραναζιού κινεί τον δεύτερο. Η ψαλιδωτή οδόντωση των γραναζιών εξασφαλίζει ομαλή εμπλοκή, ενώ η κατάργηση της καδένας εκμηδενίζει την πιθανότητα εμφάνισης θορύβου (κροτάλισμα). Μετά από λεπτομερή ανάλυση προτιμήθηκαν απλά αντί σφαιρικά ρουλεμάν στους αντικραδασμικούς άξονες για περαιτέρω μείωση των NVH αλλά και του βάρους.

Το κάρτερ λαδιού έχει ομοίως ανασχεδιαστεί. Η προηγούμενη μονοκόμματη λύση αντικαθίσταται από μία σχεδίαση δύο τμημάτων με το κάτω να κατασκευάζεται από φύλλο μετάλλου, ενώ το πάνω από χυτό αλουμίνιο υπό υψηλή πίεση. Τα χαρακτηριστικά NVH βελτιώθηκαν περαιτέρω μετά από αρκετούς κύκλους ανάλυσης με σκοπό την ακουστική βελτιστοποίηση των εσωτερικών και εξωτερικών ενισχύσεων (νεύρα) και στα δύο τμήματα.

Άλλα εξειδικευμένα μέτρα σχεδιασμού ήχου για μείωση του λειτουργικού θορύβου είναι: Βελτιστοποιημένα σχέδια ψεκασμού καυσίμου για μειωμένο θόρυβο χωρίς θυσίες στην οικονομία, ακουστικά βελτιστοποιημένες ενισχύσεις (νεύρα) στο μπλοκ κυλίνδρων από χυτοσίδηρο, ξεχωριστή ζυγοστάθμιση συμπιεστή και τουρμπίνας VGT, βελτιωμένη οδόντωση στον ιμάντα χρονισμού και απομονωμένα σημεία έδρασης καλύμματος.

Σαν αποτέλεσμα, ο νέος κινητήρας εκπέμπει λιγότερους θορύβους από τον προκάτοχό του σε όλη την κλίμακα λειτουργίας και είναι 5 decibel πιο αθόρυβος στο ρελαντί.

Ο νέος 2.0 CDTI λειτουργεί καθαρά σαν βενζινοκινητήρας με το σύστημα Επιλεκτικής Αναγωγής Καυσαερίων Blue Injection της Opel – Selective Catalytic Reduction (SCR), που διασφαλίζει συμβατότητα με τα πρότυπα εκπομπών ρύπων Euro 6.

Το Blue Injection είναι μία μετεπεξεργασία που αφαιρεί τα οξείδια του αζώτου (NOx) από τα καυσαέρια του κινητήρα. Μικρές ποσότητες AdBlue, ένα αβλαβές υγρό που αποτελείται από ουρία και νερό, ψεκάζονται στη ροή των καυσαερίων πριν από τον καταλύτη SCR και μετά από το φίλτρο μικροσωματιδίων – Diesel Particulate Filter (DPF).

Το διάλυμα διασπάται άμεσα σε αμμωνία (NH3), που απορροφάται από τον καταλύτη SCR. Στη συνέχεια, τα οξείδια του αζώτου (NOx) των καυσαερίων μετατρέπονται σε αβλαβές άζωτο και υδρατμούς μέσω της χημικής αντίδρασης με την αμμωνία.

Το διάλυμα AdBlue, που διατίθεται σε σταθμούς ανεφοδιασμού και στο δίκτυο της Opel, αποθηκεύεται σε δοχείο στο οποίο μπορεί να συμπληρώνεται υγρό ανάλογα με τις απαιτήσεις μέσω στομίου δίπλα στην τάπα καυσίμου.