Kategoriat
Uusien henkilöautojen voimalaitteena polttomoottori näyttäisi olevan viimeisellä vuosikymmenellä, mutta silti kehitystä tapahtuu, kuten Volvon esimerkkitapaus osoittaa.
Vuonna 2030 pelkästään sähköautoja
Volvon henkilöautomallisto muuttuu vuoteen 2030 mennessä täysin sähkökäyttöiseksi. Volvon henkilöautoja kehittävän, valmistavan ja markkinoivan Volvo Cars -yhtiön mukaan polttomoottoriautojen markkinat kutistuvat oikeastaan aika nopeassa tahdissa. Tämä sama tulee hieman myöhemmin tapahtumaan hybridiautoille, toisin sanoen voimalinjoille, joissa operoi sekä poltto- että sähkömoottori.
Volvon tavoitteena on, että vuonna 2025 puolet yhtiön myymistä autoista on sähkö- eli akkukäyttöisiä autoja toisen puoliskon ollessa erilaisia hybridejä. Volvon näkemyksen mukaan edellä kuvailtua tukevat käyttäjien tarpeiden mukaisen latausverkoston laajeneminen ja ajoneuvokohtaisia päästöjä säätelevän lainsäädännön kiristyminen.
Edellä kuvaillun mukaisesti polttomoottoreillekin olisi vielä käyttöä lähivuosina. Varmaankin tämä on ollut yhtenä kannustimena kehittää uusia, aikaisempaa taloudellisempia moottoriversioita hybridiautojen tarpeisiin.
Projektin tavoitteet
Perusrakenteena uudelle moottoriversiolle käytetään Volvon vuonna 2013 lanseeraamaa VEA-voimalaiteratkaisua (VEA; Volvo Environmental Architecture). Tällä tavoin yksikkökustannukset saadaan pysymään järkevällä tasolla hyödyntämällä tuotantokoneiston synergiaedut täysimääräisinä.
Uuden moottoriversion haluttiin kuluttavan vähemmän polttoainetta, tässä tapauksessa bensiiniä.
WLTP-kulutus- ja päästömittauksessa tähdättiin 3 % vähäisempiin CO2-päästöihin. Lähipäästöjen suhteen tulisi luonnollisesti täyttyä uusimmat vaatimukset eli Euro 6d siihen liittyvine RDE-lisämittauksineen.
Käyttökelpoista voimaa kaksilitraisen moottorin pitäisi tuottaa luokkaa 300 Nm matalilla pyörintänopeuksilla. Lisäksi moottorin tulisi kaikissa käyttötilanteissa toimia ilman lisärikastusta stökiömetrisellä seosalueella, toisin ilmaistuna Lambda-arvolla 1. Tämä onkin bensiinikäyttöiselle ottomoottorille tiukka paikka, sillä näihin päiviin saakka kovassa kuormituksessa viimeisetkin voimanrippeet on haettu lisärikastamalla seosta.
Millerin tahdissa
Eräs ratkaisun avaimista oli siirtyä käyttämään amerikkalaisen insinöörin Ralph Millerin vuonna 1957 patentoimaa Millerin työkiertoa, jossa nelitahtimoottorin imuventtiilit sulkeutuvat tavallista aikaisemmin.
Tällä tavoin sylintereihin ei ehdi kulkeutua kovin paljoa ilmaa. Ilman suhteellisen vähäistä määrää kompensoidaan avaamalla reilummin sähkökäyttöistä kaasuläppää. Samalla turboahtimelta otetaan korkeampi ahtopaine. Näin sylinteriin saadaan syötettyä suurempi määrä ilmaa kuin lyhyt imuventtiilien aukiolo näyttäisi sen mahdollistavan. Kampiakselin kulmana ilmaistuna tarkastelun alaisen moottorin imuventtiilit ovat auki vain 140 astetta, kun se yleensä VEA-ottomoottoreissa on luokkaa 190-200 astetta.
Jotta edellä kuvattu toiminta onnistuisi, tarvitaan täsmällisesti toimivia komponentteja. Tässä kuvannossa sellaisia ovat tarkasti ja nopeasti toimivat nokka-akselipyörien ajoituksensäätimet, lähinnä dieselmoottoreista tuttu, säätyvällä ohjainsiivikolla varustettu VTG-turboahdin ja moottorin korkea geometrinen puristussuhde, numeroilla ilmaistuna 12,0.
Koska puristettavaa ilmaa sylinterissä on jonkin verran vähemmän, kompressiokuorma on varsinkin männän ollessa alhaalla selvästi kevyempi. Tämän seurauksena kaasun lämpötila sylinterissä on puristusvaiheen aikana matalampi, eikä turboahtimen turbiinipyörä ole vaarassa ylikuumentua vaihtelevilla kuormituksilla.
Muitakin uudistuksia
Tilanteisiin nopeasti reagoivan VTG-turboahtimen, tehokkaan ahtoilman jäähdytyksen ja korkean puristussuhteen lisäksi imukanavien muotoa ja geometriaa on hienosäädetty, jotta sylintereihin virtaava ilma saadaan voimakkaan pyörteilyliikkeen alaiseksi. Tätä tukee uusien, korkeapuristeisten mäntien tarkkaan mallinnetut muodot.
Moottorin täysin säätyvän öljypumpun suhteen päädyttiin kuormituksesta riippuen painetasoille 1,8 ja 3,7 bar (180/370 kPa). Alle 30 kilowatin ottotehoilla öljynpaine on matala, eikä mäntiä sisältä päin jäähdyttävä öljysuihkutus ole toiminnassa. Näin vältytään männänlakien turhalta jäähdyttämiseltä ja säästetään vähän energiaa.
Bensiinin suorasuihkutuksen suurin suihkutuspaine on nostettu aikaisempaa korkeammalle tasolle lukemaan 450 bar (45 MPa). Polttoaineen pisarakoon pienentyessä bensiini höyrystyy tehokkaammin. Moottorin ohjausjärjestelmää ja eräitä järjestelmän antureita on päivittämällä sovitettu stökiömetriselle Lambda 1-tasolle.
B4-merkintä
Volvolla merkintä B4 tarkoittaa kevythybridiä, joka toimii 48 voltin jännitetasolla.
Esittelyn alainen Miller-moottori, tunnuskoodiltaan B420T6, on yhdistetty B4-kevythybridin voimalinjaan, jossa polttomoottorin toimintaa tukee enintään 12 kilowatin tehoinen, hihnavetoinen käynnistingeneraattori. Käynnistingeneraattori kehittää enimmillään Vääntömomenttia 130 Nm.
Itse 2,0 l polttomoottori kehittää 300 Nm vääntömomentin pyörintänopeusalueella 1500-4200 rpm ja 145 kW akselitehon pyörintänopeusalueella 4800-5400 rpm. Moottorin täyden kuormituksen suoritusarvot saavutetaan ilman tavanomaista polttoaineen lisärikastusta. Volvon mukaan 3 % vähäisempien hiilidioksidipäästöjen suhteen tavoitteissa onnistuttiin.
Uutta moottoria asennetaan varsin laajasti Volvon mallistoon.
Juha Kiiskinen JK- Textservice
Kirjoittajan arkisto- juha@textservice.fi