Wie unterscheiden sich moderne Motoren von älteren?

Moderne Motoren produzieren mehr PS mit mehr Kraftstoffverbrauch, aber mit dem gleichen Verfahren wie das Verbrennen des Kraftstoff-Luft-Gemisches und das Bewegen des Kolbens, aber die alten und neuen sind beide vier Zylinder und machen dasselbe. Wie machen sie das und was? Sind die Unterschiede zwischen ihnen? Hat das Kompressionsverhältnis oder das Kraftstoff-Luft-Verhältnis etwas damit zu tun?

Es ist wahr, dass moderne Motoren mehr Leistung produzieren

Die Statistiken sagen alles, aber hier ist ein kurzes Beispiel in Zahlen:

1976 BMW M17 1990 cc 113 hp

2011 BMW N20 1997 cc 340 hp

Aber manche Dinge werden sich nie ändern

Air + Fuel = Bang + Emissions

Die chemische Gleichung für die Verbrennung hat sich nicht geändert. Dies bedeutet, dass das optimale Luft-Kraftstoff-Verhältnis (AFR) unabhängig vom Motor gleich geblieben ist.

Wie machen sie das?

Hier sind einige Möglichkeiten, wie ein moderner Motor mit dem gleichen Hubraum wie ein älterer Vorgänger mehr Leistung bringt:

• Mehr (Luft + Kraftstoff) = Mehr (Bang + Emissionen)

  Die Physik beschränkt Sie nicht darauf, wie viel Luft und Kraftstoff sich in einem festen Hubraum vermischen. Solange der AFR aufrechterhalten wird, führt das Hinzufügen von mehr Luft und Kraftstoff in die Brennkammer zu einem größeren Knall und damit zu mehr Leistung.

  Im Laufe der Jahre haben Autohersteller dies auf vielfältige Weise erreicht, darunter:

  • Erhöhen Sie den Ansaugkrümmerdruck - frei fließende Lufteinlässe, dynamisches Laden, Staulufteinlässe, Turboaufladung, Aufladung usw.
  • Verbessern Sie den volumetrischen Wirkungsgrad - variable Ventilsteuerung, mehr Ventile pro Zylinder

• Höheres Kompressionsverhältnis

  Mehr gepresstes Luft-Kraftstoff-Gemisch = mehr Knall, denn das ist es, was die Thermodynamik vorschreibt¹

  Die Hersteller konnten im Laufe der Jahre die Kompressionszahlen von typischen (für Benzin) 9,0: 1-Verhältnissen auf 11,0: 1 ( in einigen Fällen 13,0: 1 ) durch verschiedene Techniken erhöhen, darunter:

  • Übergang zu einer Interferenzmotor-Philosophie, bei der die Ventile und Kolben zu unterschiedlichen Zeiten denselben physischen Raum einnehmen

  • Kluges Kolbenboden-Design, das Räume mit Material "füllt", in dem Verbrennungsgase nicht so vorteilhaft sind

  • Verwendung der Direkteinspritzung in Benzinmotoren

• Bessere Luft-Kraftstoff-Gemischkontrolle

  Die Kraftstoffeinspritzung ermöglicht eine viel feinere Kontrolle der Luft-Kraftstoff-Verhältnisse als dies bisher mit Vergasern möglich gewesen wäre, obwohl das große Plus hier geringere Emissionen als eine höhere Leistung sind.

  Bei Benzinmotoren bringt die Benzin-Direkteinspritzung die nächste Stufe, indem das Luft-Kraftstoff-Gemisch besser homogenisiert wird, um noch mehr Effizienz zu erzielen.

• Besseres Engineering

  In der Motorenkonstruktionslandschaft haben sich viele Dinge geändert. Ingenieure haben jetzt Zugriff auf:

  • Bessere Materialien - dies ermöglicht es ihnen, Designgrenzen zu überschreiten
  • Bessere Fertigungsmöglichkeiten - engere Toleranzen, komplexere Konstruktionen
  • Bessere Modellierungsfähigkeiten - wodurch sie Designs besser optimieren können
  • Besseres Verständnis der Motortheorie / -konstruktion - jede Generation von Ingenieuren baut auf der Arbeit derer auf, die vor ihnen standen

¹ - es hat mit dem Bereich unter dem HS-Diagramm zu tun, der für jeden thermodynamischen Zyklus gilt (Otto & Diesel natürlich eingeschlossen)

Meiner Meinung nach gibt es drei wichtige Ereignisse oder Fortschritte, die zum größten Teil zur Effizienz und Verbesserung der modernen Motoren beigetragen haben.

1. Elektronische Kraftstoffeinspritzung

Durch den Wegfall des Vergasers kann das Luft-Kraftstoff-Gemisch-Verhältnis jetzt stärker eingestellt werden, und es ist eine optimale Verbrennungsumgebung für den Motor möglich, die letztendlich drei Hauptfaktoren verbessert:

• Bessere Leistung.
• Besserer Kraftstoffverbrauch.
• Bessere Emissionen.

Die Einführung eines Steuergeräts war auch ein Sprungbrett für eine wesentlich stärkere digitale Einbindung in das Kraftfahrzeug-Ökosystem. (Mehr dazu weiter unten)

2. Zwangsinduktion (Turbolader)

Die erzwungene Induktion, insbesondere durch Turboaufladung des Motors, war ein weiterer Meilenstein, der mit dem modernen Motor wegweisend für zahlreiche Vorteile gegenüber einem Saugmotor war. Obwohl der Turbo seit den 50er Jahren präsent war, hat der Turbo erst Ende der 90er Jahre und in jüngerer Zeit Eingang in die meisten Serienautos gefunden. Es gibt unzählige Vorteile, ein Auto mit Zwangsansaugung zu haben (insbesondere einen Turbolader).

• Hohe Leistung durch Motor mit vergleichsweise geringerer Kapazität.

Anstatt einen großen Block-N / A-Motor zu haben, haben sich die modernen Motorgrößen drastisch reduziert, da der neueste Ford Ecoboost- Motor mit einem 1-Liter-Motor rund 125 PS Leistung leistet . Diese Größenreduzierung selbst hat viele Vorteile wie einen besseren Kraftstoffverbrauch ohne Kompromisse bei der Leistung, eine Gewichtsreduzierung des Motors und eine geringere CO2-Leistung.

• Weniger spezifischer Kraftstoffverbrauch.

Wenn Sie den Boost des Turbos nicht nutzen, ist Ihr Auto eine dürftige 1,0-Liter-Furt, die einen guten Kraftstoffverbrauch erzielt, aber keine Kompromisse bei der Leistung eingeht. Das Beste aus beiden Welten.

• Bessere Emissionen.

Um den obigen Punkt zu verbessern, arbeiten Turbos an den Abgasen, die normalerweise in einem Saugmotor verschwendet werden, wodurch sie mehr Leistung liefern, ohne mehr CO2 zu produzieren. Beispielsweise erzeugt ein 3,5-Liter-N / A-Motor mit 400 PS höhere CO2-Mengen als ein 2,0 Liter-Turbomotor mit 400 PS im Leerlauf.

Heute erhalten Sie auch einen VGT- oder Turbo mit variabler Geometrie, der sich je nach Benutzeranforderungen verändert.

3. Digitalisierung des Motors

Dies ist einer der wichtigsten Meilensteine, die mit dem modernen Motor dank der Computer- und Halbleiterindustrie erreicht wurden.

Die meisten Komponenten des modernen Motors werden von mindestens einem Bordcomputer gesteuert. Diese Automatisierung ermöglicht eine beispiellose Effizienz im Vergleich zum mechanischen und analogen Betrieb. Im Folgenden sind die wichtigen Teile aufgeführt, die in die digitale Umgebung eingebunden sind.

• Direkt vom Lufteinlass haben wir den MAF-Sensor, der die Luftmenge erfasst, die in den Motor gelangt, und diesen Parameter an die ECU weitergibt, um die Kraftstoffmenge zu berechnen, die für eine optimale Verbrennung benötigt wird.
• Variable Ventilsteuerung: Diese Technologie veränderte die Funktionsweise der Ventile, der gesamte Verbrennungsprozess oder der Otto-Zyklus wurden dank dieses Meilensteins optimiert.
• Wie Zaid feststellt, Direkteinspritzung, die eine noch bessere Kontrolle des in den Zylinder kommenden Luft-Kraftstoff-Gemisches ermöglicht.
• Der Lambda oder O2-Sensor, der den Sauerstoffanteil in den Abgasen misst, wie die vorherigen Schritte ausgeführt wurden, und den nächsten Verbrennungszyklus optimiert.

Es gibt Unmengen anderer Computerhilfen, die an dem modernen Motor arbeiten und ihn viel besser machen als ältere.

Weitere Punkte, die erwähnt werden müssen:

• Verwendung besserer Materialien für den Motorenbau.
• Schnellere Einführung neuer Technologien in die heutigen Autos im Gegensatz zu den alten Zeiten, in denen es jahrelange Tests dauerte, bis sie in Produktion gingen.
• Bessere Test- und Diagnosetools und -optionen, die dem Benutzer zur Verfügung stehen (wieder Computer)

Hinweis: Mir ist bekannt, dass die meisten der oben genannten Punkte vor langer Zeit erfunden wurden, aber es war das jüngste Mal, dass sie praktisch wurden und einen tatsächlichen Vorteil gegenüber dem modernen Motordesign hatten.