Przeglądając ofertę nowych samochodów osobowych różnych producentów daje się zauważyć, że pojazdy klasy A o pojemności skokowej do 1000 ccm oferowane są z trzycylindrową jednostką napędową.
Postanowiliśmy sprawdzić, co w silniku piszczy…
Przejrzeliśmy dokumentację techniczną nowego silnika serii Kappa2 produkowanego od 2011 roku w Hwaseong w Korei Południowej (nowe Kia Picanto, Hyundai i10). Trzycylindrowy, benzynowy silniki serii Kappa 2, o pojemności skokowej 998 ccm, z dwoma wałkami rozrządu, ze zmiennymi fazami rozrządu i czterema zaworami na cylinder obecnie nikogo nie powinien dziwić.
Takie jednostki od kilkunastu już lat produkuje Toyota (i dostarcza je dla PSA). Dużo, dużo wcześniej skwapliwie wykorzystywał 3- cylindry koncern Suzuki w Swifcie z jednostką G10 (aczkolwiek z trzema zaworami na cylinder). Teraz dołącza także Ford, Opel, Volkswagen oraz motor Kappa2. Dodajmy, że również w motocyklach 3-cylindrowa jednostka nie jest rzadkością np. Triumph Triple/Triple R.
 |
| Silnik Kappa 1.01 Dual-CVVT |
Nowa Kappa 1.0 - dynamiczny i oszczędny
3-cylindrowy silnik MPI (Multi Point Injection) posiada maksymalną moc 69KM, maksymalny moment obrotowy 95 Nm i zużywa jedynie 4,2 l/100km Poziom emisji CO2 z 99 g/km stawia tę jednostkę w segmencie najmniejszych trucicieli środowiska.
W porównaniu do poprzedniego silnika Ypsilon 1.0 MPI (produkowanego do 2008 roku), maksymalna moc wzrosła o 11-, maksymalny moment obrotowy o 9-, a zużycie paliwa o 15 proc.; emisja CO2 spadła o 17 proc.
W porównaniu z silnikiem czterocylindrowym, trzycylindrowy silnik ma mniej punktów podparcia wału korbowego (mniejsze tarcia, mniej strat), posiada mniejszą zachłanność na Pb 95, jest także lżejszy i mniej skomplikowany technicznie.
Nie mniej jednak inżynierowie Hyundaia i Kia musieli rozwiązać jeszcze problem ze zwiększonymi, niezrównoważonymi siłami podczas pracy NVH (norma hałasu i wibracji), czyli piętą Achillesową silnika trzycylindrowego.
Poprzez optymalne zaprojektowanie bloku silnika udało się zmniejszyć normę hałasu i wibracji. Zastosowano proces wysokociśnieniowego odlewu aluminium, co znacznie obniża ciężar silnika do 71,4 kg (jedynie motor Toyoty jest nieco lżejszy).
Ciekawe sztuczki w celu obniżenia masy
Tymczasem, aby zmniejszyć wymiary i masę silnika Kappa, zastosowano przesunięcie osi wału korbowego o 7,5mm. Co więcej, zastosowano mimośród w zestawie korbowo-tłkokowym (zoptymalizowanym na 11mm), uzyskując zmniejszenie zużycia paliwa o cały procent. Poprawiono także charakterystykę zewnętrzną silnika, szczególnie przy niskiej prędkości obrotowej. Rozwiązanie to ma na celu zmniejszenie sił tarcia między korpusem tłoka, a wewnętrzną ścianą cylindra. Ostatecznym efektem tego usprawnienia jest obniżenie zużycia paliwa, a także redukcja hałasów i wibracji.
Tuleje cylindra wykonano z modyfikowanego żeliwa, w celu zwiększenia wytrzymałość na ścieranie i odkształcenia. Ciekawostką jest tu specjalna warstwa powierzchni tulejowania o grubości 0,7 mm, zwiększająca przyczepność między aluminium, a żeliwem. Dzięki takiemu rozwiązaniu ewentualna deformacja (zużycie) cylindrów jest ograniczona.
Mniejsze zużycie oleju silnikowego
W konsekwencji zużycie oleju i ilość przedostających się gazów do skrzyni korbowej – wyraźnie obniżono. Kształt skrzyni korbowej został zaprojektowany jako tzw. tekstura falista, w celu zwiększenia sztywności. Dodatkowo, aby zmniejszyć masę i koszty produkcji, wał korbowy został wykonany z żeliwa FCD700C, a kształt przeciwwagi jest zoptymalizowany poprzez komputerowe wyważenie (aby zminimalizować drgania własne silnika i odczuwalną zwykle nierówną charakterystykę pracy).
Inżynierowie jednostki Kappa skupili się na dokładnym zaprojektowaniu i wywarzaniu wału korbowego, aby zminimalizować drgania zarówno pionowe oraz wzdłużne. Obie wibracje głównie zależą od przeciwwagi i są od siebie, proporcjonalnie zależne.
Siły bezwładności – niewiele się mówi na ten temat
W celu zmniejszenia sił bezwładności, tłok został zoptymalizowany poprzez minimalizację kompresji (skok 24,7mm). Zmniejszenie wagi tłoka (161g) i korbowodów zapewniło motorowi Kappa zmniejszenie zużycie paliwa o około 0,5 proc. Pierścienie tłokowe, fizycznie pokryte mgłą olejową, zmniejszają nacisk na gładź cylindra o 33 proc. Płaszcz tłoka został pokryty dwusiarczkiem molibdenu (MoS2), uzyskując znaczne obniżenie tarcia, a w konsekwencji zmniejszone zużycie paliwa o kolejne 0,6 proc.
Nowatorskie smarowanie
W silnikach Kappa zastosowano dwie główne technologie na smarowanie łożysk korbowych, w celu obniżeniu zużycia paliwa. Po pierwsze, multiboring - technologia ta zmniejsza wyciek oleju z łożysk, eliminując zjawisko zgniatania i optymalizację pasowania wału korbowego pomiędzy czopem a panewkami. Dlatego też zoptymalizowany, wewnętrzny profil łożyska zmniejsza ilość zużywanego oleju.
Po drugie, technologia redukuje wycieki oleju przez tzw. zmniejszenie rowkowanych powierzchni po obu końcach. Zastosowanie tych dwóch technologii wpłynęło na pojemność pompy - jej komora zmalała o 13 proc. nieznacznie zwiększając zużycia paliwa.
Irydowe świece zamocowane centralnie
Świeca zapłonowa umieszczona jest centralnie w celu skrócenie ścieżki ognia, dając tym samym dobre spalanie i zmniejszenie emisji węglowodorów. Kąt trzonów zaworów został opracowany dla 33,2 st., aby zminimalizować powierzchnię komory spalania. To zwykle zwiększa sprawność procesu spalania i minimalizuje wielkość głowicy.
Układ zmiennych faz rozrządu – konstrukcyjna maestria
W silniku Kappa zastosowano pierwszy na świecie dwuprocesorowy układ zmiennych faz rozrządu (Dual-CVVT). Układ ten maksymalizuje technologię zużycia paliwa i wydajność poprzez optymalizację rozrządu. Stale zmienia wlot/wylot faz rozrządu w zależności od warunków jazdy, w celu zmniejszenia tzw. strat tłoczenia; zwiększając przy tym sprawność objętościową.
Rozwiązanie Dual-CVVT Kappa poprawia wskaźnik zużycia paliwa nawet o 3 proc. Ponadto, zmniejsza emisję szkodliwych gazów takich jak NOx (tlenki azotu) i HC (węglowodory) przez efekt wewnętrznej recyrkulacji spalin (EGR). Dodajmy, wewnętrzny EGR (Exhaust Gas Recirculation), przedłuża żywotność katalizatora.
Hydrauliczne popychacze zostały utwardzone powłoką diamentowo-węglową (DLC) w celu zmniejszenia efektu tarcia poprawiając efektywności zużycia paliwa o kolejne 0,3 proc.
W celu poprawy zużycia paliwa i zmniejszenia masy bezwładnej rozrządu, inżynierowie w motorze Kappa wykorzystali sprężyny podobne (w przekroju) do kształtu… ula. Układ rozrządu silnika tak zaprojektowano, aby w całej prędkości obrotowej zmniejszyć bezwładność mas (w porównaniu do konwencjonalnej sprężyny).
Kupując te modele nawet nie wiesz, jakie dzieło sztuki masz pod maską
Obecnie na polskim rynku silnik Kappa 1.01 wersji 2 możemy znaleźć w kompaktach kl. A (Kia Picanto, Hyundai i10) napędzane benzyną E95 i LPG. Konstrukcja Kappa 2 (FFV) zasilana etanolem, jak również wersja doładowana (z tzw. downsizingiem) jest w fazie końcowych testów.
Od redakcji: Ceny paliw, konkurencja pojazdów hybrydowych i elektrycznych zmusza konstruktorów do optymalizacji rozwiązań technicznych poprzez zmniejszenie zużycia paliwa, nowatorskich materiałów i szukanie kompatybilności z paliwami ekologicznymi np. etanol lub CNG/LNG.
Mały silnik Kappa 1.01 serii 2 jest dobrym przykładem na to, że konstruktorzy pracują nad nowymi rozwiązaniami, mimo że w pewnym okresie nastąpił zastój na rzecz jednostek Diesla. Mimo trzech cylindrów udało się uzyskać pożądaną moc i znaczne zmniejszenie CO2, o które toczy się spór w Unii Europejskiej.
Źródło: kia.com
{nice1}