A Ford EcoBoost motorok működése és technológiája
A Ford 2009-ben kezdte meg az új fejlesztésű - EcoBoost fantázianevű - benzinmotorjainak értékesítését, melyek lényege, hogy turbófeltöltéssel, közvetlen befecskendezéssel és változtatható szelepvezérléssel párosítják a benzinmotorokat. Az autóipar az elmúlt évtizedekben óriási átalakuláson ment keresztül, és ezen változások egyik legmeghatározóbb irányvonala a hatékonyság és a teljesítmény egyidejű növelése volt.
Ezen a területen a Ford mérnökei egy rendkívül sikeres és innovatív megoldással álltak elő, melyet EcoBoost motornak neveztek el. Az EcoBoost motorok megjelenésük óta számos alkalommal bizonyították létjogosultságukat, legyen szó akár a mindennapi városi közlekedésről, akár a hosszabb autópályás utazásokról, vagy épp a sportosabb vezetési élményről.
A technológia alapvető célja, hogy a hagyományos, nagyobb hengerűrtartalmú motorok teljesítményét kisebb fogyasztással és alacsonyabb károsanyag-kibocsátással párosítsa. A Ford célja az volt, hogy egy olyan motorcsaládot hozzon létre, amely megfelel a szigorodó környezetvédelmi előírásoknak, miközben a vásárlók számára továbbra is élvezetes és dinamikus vezetési élményt biztosít. Az EcoBoost koncepciójának alapja a “downsizing” elve, ami azt jelenti, hogy a motor hengerűrtartalmát csökkentik, miközben a teljesítményt és a nyomatékot turbófeltöltéssel és közvetlen befecskendezéssel tartják, sőt növelik.
Az EcoBoost motorok nemzetközi szinten is elismerést vívtak ki, számos díjat és kitüntetést nyertek el, különösen a forradalmi 1.0 literes háromhengeres egység. Ez a siker nem véletlen, hiszen a motorok tervezése során a legmodernebb mérnöki elveket és anyagokat alkalmazták, optimalizálva minden egyes alkatrész működését.
Az EcoBoost technológia fejlesztése során a hangsúly a három kulcsfontosságú pillérre helyeződött: a turbófeltöltésre, a közvetlen üzemanyag-befecskendezésre és a változó szelepvezérlésre (Ti-VCT).
Atlantic Altis EcoBoost Wifi: Megéri?
Az üzemanyag-takarékos benzines, dízel és elektromos Ford hajtásláncok sorában ez a motor új példáját mutatja a haladó műszaki megoldásoknak.
Az EcoBoost motorok főbb jellemzői
Nézzük, milyen műszaki megoldásokkal érik el a kívánt eredményeket!
Turbófeltöltés
A turbófeltöltés az EcoBoost motorok szívét és lelkét adja, hiszen ez a technológia felelős a kisebb hengerűrtartalmú motorok meglepően nagy teljesítményéért és nyomatékáért. A hagyományos szívómotoroknál a hengerűrtartalom növelésével lehetett elérni a nagyobb teljesítményt, ami azonban egyenesen arányosan növelte az üzemanyag-fogyasztást és a károsanyag-kibocsátást is. Az EcoBoost ezzel szemben egy okosabb megoldást kínál: a levegő sűrítésével és a precíz üzemanyag-adagolással a motor minden egyes égési ciklusából a maximális energiát hozza ki.
Lényegében a turbófeltöltő feladata, hogy több levegőt juttasson a motor égésterébe, mint amennyit az a szívóhatásával önmagában képes lenne beszívni. A turbófeltöltő két fő részből áll: egy turbinából és egy kompresszorból, melyeket egy közös tengely köt össze. A turbina a motor kipufogógázainak áramlását használja fel meghajtására. Ahogy a forró kipufogógázok áthaladnak a turbinán, az forog, és ezzel együtt meghajtja a kompresszort.
A turbófeltöltés kulcsfontosságú eleme a turbina, amely a motor által termelt kipufogógázok energiáját hasznosítja. A forró, nagy nyomású kipufogógázok a turbina lapátjain áthaladva megforgatják azt, akár 200 000 fordulat/perc sebességgel is. A turbina által generált forgási energia továbbítódik a kompresszorhoz egy közös tengelyen keresztül.
Típushibák: Ford EcoBoost motorok
A kompresszor egy speciálisan kialakított lapátkerékkel rendelkezik, amely a beszívott levegőt sűríti. A sűrített levegő hőmérséklete megnő, ezért mielőtt az égéstérbe jutna, egy intercooler (töltőlevegő-hűtő) hűti le.
A turbófeltöltés egyik kihívása a turbólyuk jelensége, ami azt jelenti, hogy a gázpedál lenyomása és a turbó teljes nyomásának felépülése között van egy rövid késleltetés. Az EcoBoost motoroknál ezt a problémát különböző technológiai megoldásokkal minimalizálták, például a turbófeltöltő méretének optimalizálásával, a kipufogórendszer tervezésével, valamint az elektronikus vezérlés precíz hangolásával.
Az EcoBoost motorokban a turbófeltöltés számos előnnyel jár:
- Lehetővé teszi a nagyobb teljesítmény elérését kisebb hengerűrtartalomból.
- A turbófeltöltésnek köszönhetően a motorok már alacsony fordulatszámon is magas nyomatékot produkálnak.
- Hozzájárul a nagyobb üzemanyag-hatékonysághoz.
Közvetlen üzemanyag-befecskendezés (GDI)
A közvetlen üzemanyag-befecskendezés (GDI - Gasoline Direct Injection) az EcoBoost technológia másik sarokköve, amely alapvetően különbözik a hagyományos szívócső-befecskendezéstől. Ez a precíziós üzemanyag-adagolás számos előnnyel jár, amelyek hozzájárulnak az EcoBoost motorok kiváló hatékonyságához és teljesítményéhez.
A GDI rendszerben az üzemanyagot egy nagynyomású szivattyú juttatja el a befecskendező szelepekhez, amelyek közvetlenül a hengerfejbe vannak szerelve. Az üzemanyagot rendkívül finom porlasztásban, akár 200 bar nyomáson fecskendezik be az égéstérbe, pontosan a megfelelő pillanatban, gyakran a sűrítési ütem alatt.
Mennyi olaj szükséges a Ford Focus EcoBoost-ba?
A közvetlen befecskendezés egyik nagy előnye a hűtőhatás. Amikor az üzemanyag közvetlenül az égéstérbe kerül, elpárolog, és hőt von el a környezetétől, ami csökkenti az égéstér hőmérsékletét. Ez a hűtőhatás lehetővé teszi a motor számára, hogy nagyobb sűrítési aránnyal működjön anélkül, hogy kopogásos égés (detonáció) lépne fel.
A GDI rendszerek emellett lehetővé teszik a réteges töltés (stratified charge) alkalmazását bizonyos üzemállapotokban. Ez azt jelenti, hogy az üzemanyag-levegő keverék nem homogén az egész égéstérben, hanem a gyújtógyertya körül egy gazdagabb keverék alakul ki, míg a henger többi részén egy szegényebb.
A Ford EcoBoost motorokban a GDI rendszerek kivételes precizitással működnek, köszönhetően a fejlett motorvezérlő elektronikának (ECU). Az ECU folyamatosan figyeli a motor működési paramétereit (fordulatszám, terhelés, hőmérséklet, légnyomás), és ezek alapján optimalizálja az üzemanyag-befecskendezés időzítését és mennyiségét.
Az EcoBoost motorok befecskendező szelepei különösen strapabíróak és ellenállóak a magas nyomással és hőmérséklettel szemben. A precíz befecskendezési mintázat és a finom porlasztás hozzájárul az üzemanyag teljesebb égéséhez, ami nemcsak a teljesítményt növeli, hanem a károsanyag-kibocsátást is csökkenti.
A GDI rendszerek egyik lehetséges kihívása a szívóoldali szelepeken történő szénlerakódás, mivel az üzemanyag nem mossa át a szelepeket. Ezt a problémát a Ford és más gyártók is igyekeznek orvosolni különböző mérnöki megoldásokkal és motorolaj-specifikációkkal.
Változó szelepvezérlés (Ti-VCT)
A változó szelepvezérlés, vagy a Ford terminológiájában Twin Independent Variable Cam Timing (Ti-VCT), az EcoBoost motorok harmadik alappillére. Ez a technológia lehetővé teszi a motor számára, hogy a szívó- és kipufogószelepek nyitási és zárási időzítését függetlenül változtassa a motor fordulatszámától és terhelésétől függően.
A hagyományos motorokban a szelepvezérlés fix, ami azt jelenti, hogy a szelepek mindig ugyanabban a pillanatban nyitnak és zárnak a főtengely forgásához képest. Ez egy kompromisszumos megoldás, ami optimális lehet egy bizonyos fordulatszám-tartományban, de kevésbé hatékony más tartományokban.
A Ti-VCT rendszer lényege, hogy a vezérműtengelyek pozícióját hidraulikusan vagy elektromosan képes elfordítani a főtengelyhez képest. Ezáltal a szelepek nyitási és zárási időpontjai előre vagy hátra tolhatók.
Alacsony fordulatszámon és terhelésen a Ti-VCT rendszer úgy állítja be a szelepeket, hogy javítsa az üzemanyag-hatékonyságot és a nyomatékot. Például a szelepátfedést (az az időtartam, amíg a szívó- és kipufogószelepek egyszerre nyitva vannak) csökkentheti, ami segít a kipufogógázok visszajutásának minimalizálásában és a tiszta levegő maximális bevitelében.
A Ti-VCT technológia emellett hozzájárul a károsanyag-kibocsátás csökkentéséhez is. Az égési folyamat precízebb szabályozásával kevesebb káros anyag keletkezik, és a motor hatékonyabban működik, ami csökkenti a felmelegedési időt és optimalizálja a katalizátor működését.
Az EcoBoost motorokban a Ti-VCT rendszer szerves részét képezi a teljesítmény- és hatékonysági stratégiának. A turbófeltöltéssel és a közvetlen befecskendezéssel együttműködve biztosítja, hogy a motor a lehető legszélesebb fordulatszám-tartományban a leghatékonyabban működjön.
A Ti-VCT technológia különösen érzékelhetővé válik a vezetési élményben. A motor rugalmasabban reagál a gázpedál parancsaira, és a nyomaték leadása sokkal egyenletesebb, mint egy fix szelepvezérlésű motornál.
A Ti-VCT rendszerek a motor hosszú élettartamához is hozzájárulnak, mivel optimalizálják az égési folyamatot, csökkentik a belső súrlódást és a hőterhelést. A precízen szabályozott szelepmozgás minimalizálja a kopást, és biztosítja, hogy a motor a tervezett paraméterek szerint működjön hosszú időn keresztül.
Az 1.0 literes EcoBoost motor
Az 1,0 literes EcoBoost motor valószínűleg a motorcsalád legismertebb és legelismertebb tagja. Ez a háromhengeres, turbófeltöltéses egység 2012-ben debütált, és azonnal forradalmasította a kis hengerűrtartalmú motorokról alkotott képet.
Az 1,0 literes EcoBoost motor tervezése során számos innovatív megoldást alkalmaztak, amelyek hozzájárulnak kivételes hatékonyságához és kifinomultságához. Az egyik legfontosabb a kiegyensúlyozatlanság csökkentése. A háromhengeres motorok inherenten hajlamosak a vibrációra, de a Ford mérnökei ezt egy speciális, ellensúlyozatlan főtengellyel orvosolták.
Egy másik figyelemre méltó megoldás a “belt-in-oil” vezérműszíj. A vezérműszíj olajban fut, ami jelentősen csökkenti a súrlódást és a zajt, valamint hozzájárul a szíj hosszabb élettartamához. Ez a megoldás a vezérműlánc tartósságát ötvözi a szíj csendesebb működésével.
A motorban alkalmazott integrált kipufogócső a hengerfejbe építve gyorsabban felmelegszik, optimalizálva a katalizátor működését és csökkentve a károsanyag-kibocsátást hidegindításkor. Emellett a motor gyorsabban eléri az optimális üzemi hőmérsékletet, ami javítja az üzemanyag-hatékonyságot.
Az 1,0 literes EcoBoost motor széles körben elterjedt a Ford modellpalettáján. Megtalálható a Ford Fiesta, Focus, Puma, EcoSport, Transit Connect és a korábbi C-MAX, Grand C-MAX modellekben is.
A motor nemcsak a hétköznapi autózásban, hanem a motorsportban is bizonyított, például a Formula Ford versenyautókban, ahol a szériaváltozathoz hasonló alapokra épülő egység a versenypályán is megállta a helyét.
Ford EcoBoost motorok: Hogyan működnek - Autoweek Feature
Az 1.5 literes EcoBoost motor
Az 1.5 literes EcoBoost motor a Ford válasza volt a középkategóriás modellek igényeire, ahol a nagyobb teljesítményre és kifinomultságra van szükség, de továbbra is fontos az üzemanyag-hatékonyság.
Az 1.5 literes EcoBoost motor kiválóan alkalmas olyan modellekbe, mint a Ford Focus, Kuga, Mondeo, Galaxy és S-MAX, ahol a családi autózás és a hosszabb utazások során is meggyőző teljesítményt és gazdaságosságot kell nyújtania.
Az 1.5 literes EcoBoost motor a turbófeltöltés, a közvetlen befecskendezés és a Ti-VCT mellett számos olyan fejlesztést tartalmaz, amelyek növelik a hatékonyságot és a megbízhatóságot. Ezek közé tartozik például az integrált kipufogócsonk, amely a hengerfejbe van építve, hasonlóan az 1.0 literes verzióhoz.
Az 1.5 literes motorok egyes változatai, különösen a későbbi generációk, a hengerlekapcsolás technológiáját is alkalmazzák. Ez a funkció lehetővé teszi, hogy alacsony terhelésen, például egyenletes sebességű autópályás haladás során, a motor automatikusan lekapcsoljon egy hengert a négyből, és háromhengeres üzemmódban működjön. Ezáltal jelentősen csökken az üzemanyag-fogyasztás anélkül, hogy a vezető bármilyen teljesítménycsökkenést tapasztalna.
A motorok könnyűsúlyú alumínium blokkja hozzájárul a járművek összsúlyának csökkentéséhez, ami javítja a menetdinamikát és a fogyasztást.
Az 1.5 literes EcoBoost motor rendkívül sokoldalú, és a Ford számos népszerű modelljében megtalálható. A Ford Focus különböző generációiban, a Kuga SUV-ban, a nagyobb családi autókban, mint a Mondeo, valamint a tágas egyterűekben, mint a Galaxy és az S-MAX is bizonyított.
További EcoBoost motorok
A Ford EcoBoost motorcsalád nem egyetlen motorból áll, hanem egy sor különböző hengerűrtartalmú és teljesítményű egységből, amelyeket a Ford számos modelljébe beépítettek, a kisautóktól kezdve a sportautókon át egészen a nagyméretű pickupokig és SUV-okig. Az EcoBoost motorok az első generációs 2.0 literes egységgel indultak 2009-ben, majd gyorsan követték a kisebb és nagyobb változatok.
Az 1.6 literes EcoBoost motor volt az egyik első széles körben elterjedt négyhengeres EcoBoost egység, amely megalapozta a technológia hírnevét. Ez a motor 2010-ben jelent meg, és számos Ford modellben kínált dinamikus teljesítményt és kiváló üzemanyag-hatékonyságot.
A 2.0 literes EcoBoost motor volt az EcoBoost család úttörője, és az egyik legszélesebb körben alkalmazott egysége. Ez a négyhengeres motor kiválóan ötvözi a teljesítményt és a hatékonyságot, és számos modellben, a kompakt sportautóktól a középkategóriás szedánokon át az SUV-okig és a könnyű haszongépjárművekig is megállja a helyét.
A 2.3 literes EcoBoost motor a Ford EcoBoost családjának egyik legizgalmasabb és leginkább teljesítményorientált tagja. Ezt a motort kifejezetten a sportosabb modellekhez fejlesztették ki, ahol a nyers erő és a dinamikus reakciókészség a legfontosabb.
Hengerlekapcsolásos technológia
A hengerlekapcsolásos technológia révén az 1,0 literes EcoBoost motorral hajtott autók tulajdonosai számára csökkennek az üzemeltetési költségek, hiszen az egyik henger üzemanyag-ellátása és szelepvezérlése lekapcsol, amikor nem szükséges a teljes motorteljesítmény használata. Ilyen például a lassú, egyenletes sebességű haladás.
A Ford ma jelentette be, hogy a többszörösen díjnyertes, 1,0 literes EcoBoost motort változtatható hengerűrtartalommal és hengerlekapcsolásos technológiával is kínálja majd, aminek köszönhetően tovább csökken az erőforrás CO2-kibocsátása és az üzemanyag-fogyasztása. A Ford 2018 elejétől kínálja majd a többszörösen díjnyertes 1,0 literes EcoBoost motorját változtatható hengerűrtartalommal és hengerlekapcsolásos technológiával. Ez a műszaki megoldás világelső lesz a háromhengeres motorok között; 14 ezredmásodperc alatt tudja kikapcsolni vagy beindítani az égést a hengerben, így akár 6 százalékkal csökkentheti a CO2-kibocsátást és az üzemanyag-fogyasztást.
Az új technológia 14 ezredmásodperc - vagyis a szempillantásnál hússzor rövidebb idő - alatt képes kikapcsolni vagy beindítani az égést a hengerben. A hengerlekapcsolást egészítik ki a vibrációkat csökkentő fejlett megoldások, így a vezető számára észrevehetetlen lesz a henger lekapcsolódása és a motorteljesítmény változása.
A hengerlekapcsolás fejlesztését Németországban Aachenben és Kölnben, Nagy-Britanniában Dagenhamben és Duntonban, az Egyesült Államokban pedig Dearbornban végezték a Ford mérnökei. Munkájukban partnerként részt vett a Schaeffler Group is. A közös munka végeredménye a CO2-kibocsátás és az üzemanyag-fogyasztás csökkenése volt azáltal, hogy redukálódtak a motor belső súrlódásából és a pumpáló mozgásból adódó veszteségek.
A koncepció ugyan egyszerű, de olyan fejlett műszaki megoldásokat alkalmaz, melyek akár 4500-as percenkénti fordulatnál is - amikor a szelepek másodpercenként negyvenszer nyitnak és zárnak - lehetővé teszik a működést. A rendszerben az olajnyomás egy szelepes himbát aktivál, amely megszakítja a kapcsolatot a vezérműtengely egy részével és az első henger szelepeivel.
Egy speciális szoftver határozza meg a lekapcsolás megfelelő pillanatát, melyet a sebesség, a gázpedál állása és a motorterhelés alapján számít ki. Az új, egy darabból készült vezérműtengely-modul által több hely áll rendelkezésre a hengerfejben a szükséges olajcsatornák és szelepkapcsoló komponensek számára. Ez egyébként hasonló, mint az idén bemutatott vadonatúj Ford EcoBlue dízel motorban felhasznált egység.
„A hengerlekapcsolással elért változó hengerűrtartalommal a vezető akkor használja a teljes motor erejét és teljesítményét, amikor szüksége van rá. Ugyanakkor egy kisebb motor üzemanyag-fogyasztásából profitál, ha nincs szüksége a teljes teljesítményre” - nyilatkozta Denis Gorman, a Ford Európa hajtáslán-tervező mérnöke. „Kutatásaink azt mutatják, hogy a legtöbb közlekedési helyzetben a rendszer csak néhány másodpercre aktiválódik egy-egy alkalommal, ezért az észrevehetetlen átmenetű, folyamatos működés alapvető fontosságú. Az elérhető üzemanyag-megtakarítás pedig akár 6 százalékos is lehet.”