Renault powiększa rodzinę silników Energy

19-09-2011

            Strategia Renault w dziedzinie mechaniki idzie w dwóch głównych kierunkach: z jednej strony wprowadzanie nowych technologii w spalinowych silnikach wysokoprężnych i benzynowych, z drugiej zaś - rozszerzenie oferty silników elektrycznych. Strategia ta ma zapewnić firmie wysoką pozycję na rynku europejskim w dziedzinie ograniczania emisji CO2.

Po wprowadzeniu na rynek Energy dCi 130 oraz 2.0 Energy dCi 130 i 150 rodzina Energy poszerzy się o dwa nowe silniki spalinowe: całkowicie nową jednostkę benzynową Energy TCe 115 oraz nową wersję silnika 1.5 dCi po gruntownej metamorfozie - Energy dCi 110. Renault informuje, że jakość silników ma bazować na podzespołach mechanicznych opartych na rozwiązaniach stosowanych przez Renault w F1. Dzięki silnikom Energy, można korzystać z doświadczeń zdobytych w sporcie wyczynowym przez 34 lata startów w Formule 1 (część pracowników Renault Sport F1 została przeniesiona do działu inżynierii mechanicznej Renault) Silniki zbudowane w oparciu o zasadę downsizingu nowej generacji - uzupełnione o system Stop & Start i układ odzyskiwania energii przy hamowaniu. Wspólną cechą silników rodziny Energy ma być znaczące zmniejszenie zużycia paliwa, obniżenie emisji CO2 oraz kosztów użytkowania przy zapewnieniu przyjemności jazdy i odpowiedniej jakości.

- Ofensywa Renault w dziedzinie podzespołów mechanicznych przejawia się regularnym wprowadzaniem na rynek nowych konstrukcji: w 2010 r. pojawiła się nowa skrzynia automatyczna EDC; w czerwcu 2011 r. wprowadzony został nowy silnik Energy dCi 130 - pierwszy diesel z nowej rodziny Energy, a po nim pojawiła się oferta silników 2.0 Energy dCi 130 i 150. Ostatnio francuski producent zaprezentował dwa nowe silniki: Energy dCi 110 oraz Energy TCe 115. Ten ostatni jest ważnym etapem procesu modernizacji gamy jednosterk benzynowych, jakie firma zamierza wdrożyć w Europie od początku 2012 r. Ma on doprowadzić do obniżenia emisji CO2 o blisko 30% w porównaniu do aktualnie oferowanej gamy silników tego typu - tak wypowiadał się na temat silnikowych nowości Jacques Prost, dyrektor inżynierii mechanicznej Renault.

Renault wykorzystuje doświadczenia Renault Sport F1 w następujących dziedzinach:
- wiedza o budowie silników "kwadratowych",
- właściwości termiczne silnika i konstrukcja układów chłodzenia,
- zmniejszenie oporów tarcia,
- wspólne przyrządy obliczeniowe i narzędzia pomiarowe (90% wspólnego oprogramowania),
- wspólna metodologia i planowanie prac badawczo - rozwojowych w celu skrócenia czasu ich trwania.

Wykorzystanie technologii stosowanych w silnikach wysokoprężnych do budowy silników benzynowych umożliwiło ich znaczną modernizację. Renault zdecydowało się na duże inwestycje w tej dziedzinie. To właśnie zaowocuje w najbliższych miesiącach propozycją odnowionej gamy silników Energy TCe. Ma ona stanowić 85% sprzedaży silników benzynowych tej marki w Europie w 2015 r. 1 września 2012 r. ten całkowicie nowy silnik zostanie wprowadzony do rodziny samochodów Megane i Scenic i będzie stopniowo zastępował jednostkę 1.6 16V 110 KM (K4M).

W porównaniu do swego poprzednika Energy TCe ma oferować lepsze osiągi mimo zmniejszenia pojemności skokowej o ok25%: silnik 1.2 (1 198 ccm) turbo 4-cylindrowy z bezpośrednim wtryskiem paliwa, moc 115 KM, maksymalny moment obrotowy 190 Nm od 1 750 obr./min z czego 90% od 1 500 obr./min, obniżenie zużycia paliwa o 25% w stosunku do zastępowanego silnika (1.6 16V) oraz zasięg porównywalny z zasięgiem uzyskiwanym przez silniki wysokoprężne. Producent obiecuje spadek kosztów eksploatacji dzięki niskiemu zużyciu paliwa i opłacie za emisję CO2 jak również zastosowaniu łańcucha rozrządu. Downsizing nowej generacji polega w tym przypadku na zastosowaniu aluminiowego bloku silnika i osiągnięciu wydajności 100 KM/litr. Firma zapowiada rozbudowę "rodziny" - : w przyszłości ma pojawić się 3-cylindrowa wersja TCe 900 ccm o mocy 90 KM.

Energy TCe 115 to pierwszy silnik benzynowy turbodoładowany z bezpośrednim wtryskiem paliwa produkcji Renault. Uzyskanie wysokich osiągów było możliwe dzięki stosowaniu nowych technologii, a wśród nich takich, które wykorzystywane są w F1:
- "kwadratowa" budowa (skok tłoka zbliżony do średnicy cylindra): konstrukcja ta, wywodząca się z Formuły 1 pozwala m.in. na zmniejszenie gabarytów przy zachowaniu takich samych osiągów.
- zmniejszenie oporów tarcia: prowadzi do ograniczenia strat energii związanych z działaniem jednostki napędowej. Dzięki temu silnik zużywa mniej paliwa, zyskuje na trwałości i wytrzymałości:
- pompa oleju o zmiennej pojemności sterowana elektronicznie: ciśnienie oleju jest dostosowane do potrzeb w zależności od warunków pracy. Korzyść: niższe spalanie i emisja CO2 oraz lepsze osiągi;
- łańcuch rozrządu o niskich oporach tarcia: łańcuch jest wyposażony w hydrauliczny napinacz utrzymujący stały naciąg, aby optymalnie zmniejszyć opory tarcia.
- grafitowa powłoka płaszcza tłoka;
- powłoka DLC (Diamond Like Carbon) na krzywkach wałka rozrządu. Stosowany od wielu lat w F1 ten rodzaj obróbki powierzchniowej pozwala na znaczne obniżenie oporów tarcia, co przyczynia się do poprawy sprawności energetycznej silnika, uzyskania lepszych osiągów i niższego spalania.

- wtrysk benzyny następuje bezpośrednio do komory spalania, co pozwala na uzyskanie optymalnej sprawności i elastyczności pracy zależnie od warunków eksploatacji. Poprawie ulega też proces spalania mieszanki, z korzyścią dla zużycia paliwa i emisji CO2;
- zmienny rozrząd z podwójnym układem przestawnym wałka rozrządu (Variable Valve Timing). W połączeniu z układem doładowania poprzez wbudowany turbo-kolektor, umożliwia uzyskanie maksymalnego momentu obrotowego już przy niskich obrotach w bardzo szerokim zakresie prędkości obrotowej silnika.
- system Stop & Start z szybkim rozruchem silnika: system wykrywa położenie tłoków i umożliwia wtrysk paliwa do cylindra, którego pozycja jest najbardziej korzystna dla uruchomienia silnika - podobnie jak przy ruszaniu rowerem (pedał znajduje się w górnym położeniu). Silnik zaczyna pracować natychmiast. Energia potrzebna do licznych rozruchów silnika jest magazynowana w fazie zwalniania lub hamowania.

Dla wykorzystania wiedzy i rozwiązań technologicznych rodem z Renault Sport F1 do budowy silników Energy. W tym celu dyrekcja inżynierii mechanicznej odwołała się do utalentowanych konstruktorów F1, aby to oni podjęli się opracowania konstrukcji nowych silników. I tak Philippe Coblence stanął na czele projektu silnika Energy dCi 130 (typ R9M), a Jean-Philippe Mercier poprowadził prace projektowe bloku Energy TCe 115.

Jean-Philippe Mercier, szef projektu rodziny silnika Energy TCe 115: - W latach 80. byliśmy prekursorami downsizingu w F1. Były to już czasy, gdy możliwe było uzyskanie 850 KM z pojemności 1 500 ccm naszego V6 turbo. Projekty te dostarczyły nam bogatą wiedzę o silnikach uzyskujących dużą moc z jednego litra pojemności. Doświadczenia te wykorzystałem przy poszukiwaniu mocy w silniku Energy TCe 115. Udało się nam uzyskać wynik 100 KM z jednego litra i jest to pierwszy taki wynik w silniku o pojemności 1,2.

Stanowiący trzon gamy silnik 1.5 dCi jest montowany w co trzecim samochodzie Renault, od Twingo po Lagunę. W 2010 r. wyprodukowano go w ilości blisko miliona sztuk. Nowa, odmieniona wersja tej jednostki będzie oferowana w pierwszej kolejności w samochodach z rodziny Megane/Scenic, zanim rozpowszechni się na inne modele samochodów Grupy.

Zmodyfikowany silnik będzie charakteryzował się większym o 20 Nm momentem obrotowym (260 Nm od 1 750 obr./min), przy niezmienionej mocy (110 KM przy 4 000 obr./min). Megane Energy dCi 110 ma stać się nowym liderem gamy z emisją poniżej 100 g CO2/km i zużyciem ok. 4 l/100 km.

Metamorfoza 1.5 dCi ma być możliwa m.in. dzięki zmniejszeniu strat energii poprzez innowacyjnej konstrukcji turbosprężarki. Kanały dolotowe powietrza uproszczono, co ma poprawić sprawność i osiągi przy takim samym zużyciu paliwa. Poza tym turbo jest bardzo lekkie co przekładać się powinno na skrócenie czasu reakcji przy niskich obrotach.

Nowością dla tego typu silnika są dysze wtrysku ANI (Angle de Nappe d'injection Individualisé - indywidualny kąt wtrysku warstwowego) pozwalające na precyzyjniejszy sposób doprowadzania paliwa. Wtrysk warstwowy ma poprawiać skuteczność procesu spalania mieszanki (o 15% mniej niespalonych cząstek), co bezpośrednio przekłada się na zmniejszenie zużycia paliwa i emisji CO2. Technologia wtrysku ANI kompensuje naturalne, mimośrodowe ustawienie dysz typowe dla silników 8-zaworowych (niesymetryczne ustawienie względem siebie zaworów ssących i wydechowych). Wtrysk tego typu jest realizowany z użyciem wtryskiwaczy piezoelektrycznych z 7 otworami.

Rozwiązania przejęte z silnika Energy dCi 130 to:
- system Stop & Start z układem odzyskiwania energii przy hamowaniu (ESM). W celu zapewnienia wielokrotnego uruchamiania silnika, rozrusznik został odpowiednio wzmocniony, podobna uwaga dotyczy układu wtryskowego (pompa + wtryskiwacze wysokociśnieniowe). Cała baza silnika została zaprojektowana na 410 000 cykli rozruchu (przebieg 300 000 km), czyli blisko 7 razy więcej niż w standardowym silniku.
- ESM (Energy Smart Management) pozwalający na odzyskanie energii kinetycznej samochodu w fazach zwalniania lub hamowania poprzez alternator i zmagazynowanie jej w akumulatorze. Urządzenia pobierające prąd (układ ogrzewania, oświetlenie, radioodtwarzacz, itp.) są wówczas bezpośrednio zasilane z akumulatora, co pozwala odciążyć alternator. Energia ta będzie mogła również zostać ponownie wykorzystana przy kolejnych uruchomieniach silnika.
- Recyrkulacja gazów spalinowych (EGR). Działanie układu polega na wykorzystywaniu gazów spalinowych, po ich przejściu przez turbinę i filtr cząstek stałych. Spaliny są chłodzone w niskociśnieniowym wymienniku ciepła, a następnie kierowane ponownie do turbosprężarki, gdzie mieszają się z powietrzem doprowadzonym układem dolotowym silnika. Dzięki temu rozwiązaniu uzyskuje się wyższe ciśnienie doładowania. Następnie gazy są chłodzone powietrzem w chłodnicy układu doładowania i drugi raz wykorzystywane do spalania mieszanki. Ten zamknięty obieg gazów zwany zimnym ma pozwalać na skuteczniejsze zmniejszenie emisji tlenku azotu niż tradycyjny układ EGR wysokociśnieniowy. Niskociśnieniowa technologia EGR wymaga konstrukcji silnika pozwalającej zminimalizować odległość między zespołem katalizatora i filtra cząstek stałych a wlotem powietrza. Takie rozwiązanie określa się systemem oczyszczania spalin za turbo.

- Pompa oleju o zmiennej pojemności, sterowana termostatem: pojemność dostosowuje się do warunków pracy silnika tak, by generowane przez nią ciśnienie oleju było w każdej chwili dopasowane do rzeczywistych potrzeb. Pozwala to na obniżenie poziomu zużycia energii. Czujnik temperatury oleju dostosowuje w czasie rzeczywistym działanie pompy do potrzeb silnika ograniczając w ten sposób opory związane z lepkością oleju, co ma bezpośredni wpływ na zużycie paliwa.

Budowa katalizatora i filtra cząstek stałych oraz technologia niskociśnieniowego układu EGR mają ułatwić dostosowanie silnika do wymagań normy Euro6. W tym samym celu zwiększono stopień sprężania tego silnika do 15,6: 1 (zamiast 15,2: 1).

żródło  Renault tuning