ИЗЦЯЛО НОВ ДИЗЕЛОВ ДВИГАТЕЛ “4N1” при Mitsubishi ASX, Outlander & Lancer

19.10.2010 Изтегли PDF

Новият Mitsubishi Outlander вече се предлага на българския пазар и с нов по-мощен двигател “4N14” (дизелов MIVEC) с 6-степенна механична трансмисия и мощност според модификацията 140 к.с. или 177 к.с.. Лансиран съвсем скоро при кросоувъра ASX, моторът вече е внедрен и при по-голямия брат от SUV сегмента – Outlander. Скоро революционният двигател, разработен съвместно от Mitsubishi Motors Corporation (ММС) и Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. (MHI) ще бъде вграждан и в семейството на Lancer.

- Екологично решение -

Със същата амбиция и иновативност, с която бе въведена изцяло новата гъвкава архитектура “Project Global” за сегментите C и D, днес MMC представя “4N1”: съвсем нова фамилия от 4-цилиндрови дизелови двигатели с 16 клапана, два горни разпределителни вала, система “Сommon Rail“ с директно впръскване, с ниско ниво на емисиите, отговарящо на стандарта Euro 5*.

Тези двигатели, разработени съвместно от Mitsubishi Motors Corporation и Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. ще се предлагат в два варианта с различен работен обем и ще се вграждат в следните модели за европейския пазар:
- ASX (1.8-литров “4N13”),
- Lancer Sports Sedan & Sportback (1.8-литров “4N13”),
- Outlander (2.2-литров “4N14”)

Тази нова фамилия от високотехнологични дизелови двигатели, обявени за първи път на 20 юни 2006 г., показани с Concept-cX през септември 2007 г. (1.8-литров вариант) и отново с Concept-ZT през октомври 2007 г. (2.2-литров вариант), ще позволи на Mitsubishi Motors да реагира по-ефективно на бъдещите тенденции на пазара*; да продължи да усъвършенства своите собствени технологии, в случая – технологията, прилагана в дизеловите двигатели; и да намали своята зависимост от външни партньори.

MIVEC + дизел = за първи път в света
Фамилията двигатели “4N1”, която е поредната разработка, основаваща се на дългата традиция на Mitsubishi в създаването на дизелови двигатели, (започваща още от 1931 г., когато “450AD” е първият дизелов двигател, разработен в Япония и предназначен за използване в автомобили), е базирана на собствени иновативни технологии, включително такива, създадени във връзка с разработването на “4B1” – последната фамилия бензинови двигатели на MMC, както и на системи за високоефективен процес на горене, разработени прилагайки аналитичните технологии на MMC и MHI.

• Освен че ще отговаря на изискванията на Euro-5, този двигател се характеризира с достатъчна гъвкавост, за да може да отговори и на изискванията на Euro-6 и на по-високи изисквания, както и на други ограничения по отношение на емисиите, валидни извън ЕС, ако това е необходимо (“Tier 2 Bin 5” в САЩ и “Post New Long Term” в Япония).

Връхната точка на тези технически постижения е разработената от Mitsubishi технология MIVEC за контролиране на фазите на газоразпределителната система: за първи път в света дизелов двигател с такава система се използва в лек автомобил. Това е позволило на конструкторите от MMC да постигнат желаната възможно най-ниска компресия и произтичащите от това ползи за клиентите.

Нов подход
Този изключително тихо работещ дизелов двигател MIVEC “4N1” на Mitsubishi, чиито позиции в Европа са от стратегическо значение, заради наличието на силни конкуренти в този сегмент, е създаден, прилагайки  иновативен подход към дизеловите агрегати и тяхното използване в леките автомобили.

Подтикнати от стратегически потребности, свързани с продажбите и маркетинга на европейския пазар, конструкторите на Mitsubishi се изправиха пред две силно различаващи се реалности:

• От една страна, доказаните умения в разработката на бензинови двигатели, както при малкия, но високоефективен 3-цилиндров MIVEC двигател с работен обем 660 см3 за японския пазар на гамата “i”, така и в другия край на продуктовия спектър – при мощния (295 к.с.) 4-цилиндров 2.0-литров MIVEC двигател на Lancer Evolution.
• От друга страна, работата по създаване на дизелови двигатели, като техните последни разработки са свързани предимно с изключително специфичните изисквания на автомобилите 4x4 с висока проходимост, напр. Pajero/Montero/Shogun и L200.

Необременени от фирмени технологични условности и/или традиции, конструкторите приеха това предизвикателство като възможност за създаване на нов, високоефективен дизелов двигател, започвайки разработките от празен лист и няколко прости въпроса: “Може ли нашите умения в технологията на бензиновите двигатели да бъдат приложени при дизеловите агрегати? Познавайки спецификата на тази технология, защо да не създадем дизелов двигател, който да прилича максимално на бензиновия? Може ли технологиите на бензиновите двигатели да помогнат за създаването на екологични дизелови двигатели от ново поколение?”

Отговорът на тези въпроси бе “4N1”: фамилия от компактни и леки двигатели с отлични работни характеристики, нисък разход на гориво и ниски нива на емисии, характеризиращи се с голям потенциал за по-нататъшно усъвършенстване.

В процеса на тези иновативни разработки MHI осигури – освен всичко останало – експертни познания, натрупани въз основа на опита в производството на промишлени и корабни дизелови двигатели, както и в сферата на газотурбинните технологии. По-специално, на конструкторите от MHI бяха възложени специфични задачи, свързани с технологията на отливане на алуминиеви цилиндрови блокове, термодинамичното проектиране на двигателя и в частност на горивния процес. Последното беше постигнато с прилагане на числени методи CFD (Computational Fluid Dynamics) – едно съвременно средство, използвано в аеронавтиката за моделиране и анализиране на различни динамични (в случая термодинамични) конфигурации преди тестването им в реални условия. Използването на CFD позволи да се съкрати периода на разработване и да се намалят разходите, като същевременно се увеличи точността при проектиране.

По-лек, с по-ниска компресия
При дизеловите двигатели топлината, генерирана вследствие на компресията, инициира запалване на горивото, което се впръсква в горивната камера по време на последната фаза на компресията.

Поради високата компресия, която трябва да се достигне, дизеловите двигатели се характеризират с най-висока термична ефективност сред двигателите с вътрешно горене, което от своя страна води до по-нисък разход на гориво и до по-ниско ниво на емисии, особено на CO2.

За да може обаче дизеловият двигател да издържи на налягането, което възниква вследствие на тази висока компресия и на големия въртящ момент, приложен върху коляновия вал, частите на двигателя трябва да са по-здрави, следователно и по-тежки от тези на бензиновите двигатели с еквивалентни параметри.

Затова е логично силите, действащи в блока на цилиндрите, да се намалят чрез понижаване на компресията.

Това от своя страна би позволило да се намали теглото на агрегата до ниво, близко до това на бензиновите двигатели: нещо, което конструкторите на Mitsubishi решиха да приложат при двигателя “4N1” и което е основна особеност на “4N1”, отличаващ се с много ниска (за дизелов двигател) компресия – най-ниската сред предлаганите на пазара леки автомобили с дизелови двигатели:

• 14.9:1 за 1.8-литровия “4N13” (ASX и New Lancer)
• 14.9:1 за 2.2-литровия “4N14” (Outlander).

Тази ниска компресия бе една от основните цели на конструкторите от MMC и MHI, за да се постигне желаното ниско NVH ниво (на шум, вибрации и нискочестотни трептения на каросерията), ниско ниво на вредни емисии, експлоатационна надеждност в дълъг период от време, плавна работа на двигателя и работни характеристики, които превръщат шофирането в удоволствие – както при варианта с  1.8-литров двигател, така и при варианта с  2.2-литров двигател.

Затова, наподобявайки архитектурата на най-новите бензинови двигатели “4B1” на MMC, двигателят “4N1”, който е продукт на една специфична разработка, се характеризира със следното:

• лек цилиндров блок. Този блок, изработен от лят под налягане алуминий, е по-лек с около 10 кг в сравнение с чугунения блок. Той може да издържи на високите температури и сили, възникващи в дизеловия двигател, благодарение на усъвършенствания CAD/CAM процес на автоматизирано проектиране и производство, осъществен съвместно с MHI, който допринесе и за значителното повишаване на качеството на леене.
• лек капак на цилиндровата глава. Конструкторите от MMC са решили да използват пластмасов капак на главата на цилиндрите, както при “4B1”. Този конструктивен елемент, разработен от Mahle за MMC, е с  50% по-лек (1 кг в сравнение с 2 кг) от алуминиевия.

Наподобяването на архитектурата на фамилията бензинови двигатели на MMC предлага определени предимства, както по отношение на продължителността на етапа на разработване (около 3 години между първите инженерни проучвания и началото на производство през април 2010 г.), така и по отношение на намаляването на производствените разходи вследствие използването на общи производствени мощности в завода за двигатели на MMC в Шига.

Освен това, изборът на “квадратна” конфигурация с почти същите диаметър на цилиндъра и ход на буталото води до намаляване на размера, а следователно и на теглото на мотовилките и буталата. Този ефект е още по-голям, вземайки предвид и малкия работен обем (в случая 1.8 литра) на “4N1” двигател.

Всички тези мерки за намаляване на теглото водят до икономии на гориво и съответно намаляване на емисиите, като същевременно се подобряват и динамичните характеристики на автомобила.

Технология “MIVEC” с променливи фази на газоразпределителната система
Олекотяването на конструкцията позволява да се използва по-малка компресия, но какво трябва да се направи, за да се осигури нивото на компресия, необходимо за запалване на горивото? Решението в този случай е MIVEC.

Подобно на i-MiEV, който стана реалност, благодарение на разработката на отличената с награди операционна система „MiEV OS”, съществуването на „4N1” се дължи в голяма степен на прилагането на друга фирмена технология на Mitsubishi Motors: MIVEC, или “Mitsubishi Innovative Valve timing Electronic Control system” (Иновативна електронна система на Mitsubishi за управление на работата на клапаните от газоразпределителния механизъм), която преди това е била използвана само при дизеловите двигатели за тежкотоварни автомобили, а сега, за първи път в света, се използва в  дизелов двигател за леки автомобили.

В процеса на разработка на “4N1” се установи, че MIVEC е най-доброто възможно решение за постигане на ниската компресия, към която се стремяха конструкторите от MMC и MHI и на която се дължат архитектурните и динамични характеристики на този двигател.

Приложението на MIVEC в този дизелов двигател се изразява в управление на моментите на отваряне, затваряне и хода на всмукателните клапани.

Целта на прилагане на система MIVEC е да се постигне по-ефективно регулиране на входящия въздушен поток, по-висока ефективност и мощност в по-широк диапазон обороти на двигателя (дори и при тази ниска компресия), както и по-малък разход на гориво и по-ниски емисии.

Това важи с особена сила за дизеловите двигатели, чиито обороти се изменят в по-малък диапазон в сравнение с бензиновите двигатели. Тази разлика е още по-голяма при дизеловите двигатели с ниска компресия, което налага да се решат проблемите, свързани със:

• студеното стартиране на двигателя,
• стабилността на процеса на горене и свързаното с това NVH ниво (на шум, вибрации и нискочестотни трептения на каросерията).

MIVEC дава решение точно на тези два проблема, като:

• затваря по-рано смукателните клапани за постигане на по-добра и ефективна компресия.
• намалява хода на един от смукателните клапани за постигане на по-силно завихряне – с цел по-ефективно смесване и изгаряне, както и за регулиране на температурата в цилиндрите в края на фазата на компресия (за да се избегне създаването на прекалено голямо количество Nox и за да се контролират потоците в цилиндъра).

Освен това…
Към днешна дата MIVEC все още е основното решение – но не единственото – за подобряване на работата на двигателите от фамилията “4N1”.

Едно е да се управлява входящият въздушен поток, друго е да се постигнат желаните характеристики на процеса на горене, като решението в това отношение се търси в следните насоки:

• Формата на горивната камера, която трябва да осигури възможно най-пълно изгаряне на сместа, като същевременно трябва да се избегне високата температура и произтичащото от нея формиране на Nox. При двигателите от фамилията “4N1” конструкторите на Mitsubishi са решили да използват плитка горивна камера в горната част на буталото с оптимизирана форма за намаляване на разхода на гориво и за осигуряване на по-стабилен процес на горене.
• Процесът на впръскване е другият аспект на предложеното решение. За този нов дизелов двигател конструкторите избраха:

      - система ”Common Rail” с много високо налягане от 2 000 bar - вместо по-често използваното налягане от 1 800 bar – за по-ефективно разпръскване на дизеловото гориво,

      - оптимизирана система за впръскване в три фази:

• пилотно впръскване,
• предварително впръскване,
• основно впръскване.

Тих
След като двигателят “4N1” е лек и може да функциоира ефективно дори и при компресия 14.9:1, как може да се намали неговият шум и вибрации, за да се избегне обичайното за дизеловите двигатели тракане?

Накратко, анализът е извършен в 3 направления:

• Компресия: нивото от 14.9:1 очевидно е толкова ниско, че влияе положително на NVH характеристиките, особено по отношение на вибрациите.
• Процес на горене: благодарение на комбинацията от MIVEC + плитки горивни камери + многофазово впръскване + налягане 2 000 bar на системата ”Common Rail” + съвременно електронно управление, ”тракането” на дизеловия агрегат – което обикновено се дължи на процеса на горене – е намалено значително.

      Например, първото пилотно впръскване на дизелово гориво в горивната камера инициира процеса на горене, но също така намалява експлозивния ефект на вибрациите.

• Колянов вал:  за да се намали до минимум страничната компонента на газовите сили, действащи върху буталата, оста на коляновият вал е отместена на 15 mm от вертикалната равнина, в която лежат осите на цилиндрите. Това позволява да се намалят емисиите на CO2 и същевременно да се развие по-висока мощност при по-ниско NVH ниво – за по-плавна работа на двигателя в целия диапазон от обороти. Благодарение на приложението на CAMS (метод на числено моделиране на движението), големината на отместването е оптимизирана и така е постигнато 20% намаление на загубите от триене на буталото, откъдето следва и намаляване на разхода на гориво.

В реални условия
Двигателите от фамилията “4N1” са техническо постижение, създаващо условия за истинско удоволствие от шофирането на автомобила. Те са по-ефективени и чисти в сравнение с конкурентните двигатели от този тип, особено ако се вземе предвид по-малкия работен обем.

Този факт е видим при сравнение например на ASX с Qashqai (данните са за август 2010 г.):

При Outlander новият двигател изпъква със следните подобрени характеристики, в сравнение с предишния:

Освен това, предимствата на “4N1” са не по-малко очевидни и в сравнение със съществуващия Lancer 2.0 Di-D – дори и при по-малък (с 200 куб. см) работен обем:

Друго предимство на “4N1” се потвърждава както от параметрите, така и от действителното удоволствие от шофиране на автомобил, оборудван с този двигател: поведението на този дизелов двигател не се различава много от това на бензиновите двигатели. Дори и при по-високи обороти, при които дизеловите двигатели обикновено отстъпват на бензиновите двигатели.

Това, разбира се, не е изненадващо, имайки предвид опита на MMC при създаването на бензинови двигатели...
Не е изненадващо и заради връзката между 4N13 и най-новото поколение бензинови двигатели на MMC...
Не е изненада, имайки предвид палитрата от технологии, приложени от конструкторите на MMC при създаването на този продукт:

• MIVEC и възможностите, които тази технология предлага по отношение на управлението на въздушните потоци: при пълно натоварване, високите стойности на мощност и въртящ момент се постигат благодарение на комбинация от: 1) голям ход на всмукателните клапани; 2) промяна на фазата на всмукателните клапани в режим на високи обороти – по-голяма продлжителност на отворено състояние и оптимизация на моментите на отваряне и затваряне.
• Отвори на всмукателните канали с форма, която е подобна на тази, използвана при бензиновите двигатели.
• Турбокомпресор с променлива геометрия (VG): в случая TF035 – собствена разработка на MHI, характеризираща се с нов дизайн на лопатките, с което се постига по-ефективно пълнене при високи скоростни режими на работа на двигателя.

Трябва да се напомни, че целта на VG технологията е да се намери оптимално решение, което да осигури висока ефективност на работата на двигателя както при ниски, така и при високи обороти, ниско ниво на вредните емисии и намаляване на времето за реагиране (без забавяне и т.н.).
В случая с “4N1” на MMC, използването на 8-лопатков дизайн на компресорното колело от алуминиева сплав (за разлика от конвенционалната конструкция с 12 лопатки) е направено с цел да се подобри ефективността на турбокомпресора.
Същевременно, променливата геометрия на турбината, позволява да се постигне по-бързо ускоряване и оптимално налягане в целия диапазон от обороти на двигателя, в резултат на което се подобряват динамичните характеристики на агрегата и се намаляват емисиите.

ClearTec
В зависимост от пазарите и моделите, екологичното функциониране на новите двигатели “4N1” на Mitsubishi може да бъде подсилено още повече чрез пакета конструктивни решения ClearTec за ниски емисии на CO2.

Подобно на концепцията, която вече е приложена в Colt, ClearTec включва:

• Система “Automatic Stop & Go”
• Кормилна система с електрически усилвател
• Generation Control System (система за рекупериране на енергия при спиране)
• Гуми с ниско съпротивление при търкаляне
• Филтър за твърди частици, затворен тип
• Двигателно масло с нисък вискозитет
• и др.

Фамилия двигатели
Първоначално обявен през 2006 г. като двигател от ”2.0-литров клас”, “4N1” предлага голям потенциал в широк диапазон от работни обеми и мощности, надхвърлящи първоначалните 150 к.с. на 1.8-литровия вариант на “4N13” за ASX и Lancer. Варианта 116 к.с./ 300 Нм с ниска мощност също ще се появи на по-късен етап на определени пазари не само при ASX, но и при Lancer.

Варианта “4N14” с по-голям работен обем (2,268 куб. см, 86.0мм x 97.6мм) е предназначен да задвижва по-големия Outlander, както и в бъдеще други (големи) модели на Mitsubishi:
 

По отношение на Outlander следва да се отбележи, че съществуващият (и разработен от PSA) двигател 2.2 DiD с мощност 156 к.с. ще продължи да се използва в комбинация с трансмисията TC-SST на Mitsubishi Motors с двоен съединител и ще се предлага на пазара едновременно с по-мощния вариант “4N14” с 6-степенна механична трансмисия и мощност 140 к.с. или 177 к.с.

В началото и при всички варианти на работния обем, “4N1” ще се предлага само с 6-степенна механична трансмисия. В зависимост от информацията за реакцията на клиентите, обаче, Mitsubishi Motors може да започне да предлага и варианти с автоматични трансмисии, базирани на собствени разработки.

***

Mitsubishi Motors & Балкан Стaр Мотърс: Балкан Стар Мотърс ЕООД е генерален дистрибутор на Mitsubishi Motors Corporation за България и е част от автомобилната група Балкан Стар, заедно с компаниите Балкан Стар Аутомотив ЕООД, Балкан Стар Ремаркетинг ЕООД, Ауто Франс 3000 ЕООД. Мрежата за продажба на дребно на компанията разполага с 3 собствени клона в страната: в София (2 центъра за продажба), Пловдив и Варна, и договорни партньори в Бургас, Сливен, Русе, Стара Загора и Севлиево. В оторизираната дилърска мрежа на Mitsubishi Motors в България се предлагат моделите: Colt, Lancer, Lancer Evolution, ASX, Outlander, Pajero, Grandis и L200.