Почему меньшие двигатели на более новых транспортных средствах

Я искал некоторые автомобили в Интернете, и я заметил, что более новые автомобили получают меньшие двигатели.

Например, я нашел дизель Ford Focus 1.6 или даже дизель Mercedess A Klass 2015 с двигателем 1.6, который, кажется, хорош.

Не могли бы вы объяснить, почему?

Меньшие двигатели обеспечивают множество преимуществ по сравнению с огромными двигателями. Главным образом это топливная эффективность, которая также приводит к выбросам. Чем меньше топлива вы сжигаете, тем меньше газов выделяется из двигателя. Не только это, но и вес - это то, что нужно учитывать. Инженерам также нравится пространство в моторном отсеке для дополнительных аксессуаров.

Вам больше не нужны огромные 8-цилиндровые двигатели в обычных автомобилях, потому что инженерия достигла точки, когда 1.4L может толкнуть огромный автомобиль. Это все о дизайне двигателя. Вы не получите крутящий момент из 6 или 8 цилиндров, но для ежедневного водителя, который доставит вас из точки А в точку Б; Это все, что вам действительно нужно. Кроме того, с постоянно растущей реализацией принудительной индукции (турбонагнетатели и нагнетатели) становится нормальной, мощность и крутящий момент легче достигаются в гораздо меньших двигателях. Я видел маленькие 2.0L, которые выталкивали запас 275HP с завода, что было бы почти невозможно, если бы не использовался турбонаддув.

В основном это связано с расходом топлива и выбросами. Как примечание, я тоже не против; Техническим специалистам намного легче работать.

Как говорит cloudnyn3, все дело в улучшениях конструкции двигателя - современный 1.4 может производить столько же энергии, сколько 2.0 в сравнении с 20 лет назад, но с гораздо лучшим расходом топлива и выбросами - плюс он меньше и легче, что снова помогает - вы получаете больше места в машине для других вещей и лучшая экономия топлива означает, что вы можете установить меньший топливный бак, не теряя дальность полета, и снова получить пространство.

С момента их создания существует тенденция к разработке двигателей внутреннего сгорания (ДВС), чтобы они были меньше, легче, дешевле, мощнее и эффективнее с момента их изобретения.

Ранние ДВС были чрезвычайно большими, но производили очень мало энергии по сравнению с современными двигателями. Первые автомобили должны были быть очень большими и достаточно прочными, чтобы вместить эти двигатели. В первые дни автомобили были также очень дорогими, и средний человек не мог себе их позволить.

В октябре 1913 года Луи Коатален, главный инженер Sunbeam Motor Car Company, участвовал в гонках на гусеничном ходу в Брукленде с двигателем V12. Объем двигателя составляет 9 л (550 куб. Дюймов), с отверстием и рабочим ходом 80 x 150 мм. Алюминиевый картер нес по два блока по три цилиндра каждый с каждой стороны под углом 60 градусов. Цилиндры были из железа, со встроенными головками цилиндров с L-образными камерами сгорания. Впускные и выпускные клапаны управлялись центральным распределительным валом в V. Задний зазор клапана устанавливался путем шлифования соответствующих деталей, в двигателе отсутствовали какие-либо простые средства регулировки. Это указывало на конечную цель Coatalen - использовать новый V12 в качестве авиационного двигателя, где следует избегать любых способов регулировки, которые могли бы пойти не так в полете. Как первоначально построено, V12 был оценен в 200 л.с. (150 кВт) при 2400 об / мин, весом около 750 фунтов (340 кг). Двигатель приводил в движение автомобиль (названный «Toodles V» (для любимой клички жены Коаталена Олив)) до нескольких записей в 1913 и 1914 годах.

https://en.wikipedia.org/wiki/V12_engine#Motor_car_engines

Двигатель «Toodles V» был намного больше и тяжелее современного двигателя, но, несмотря на это, он вырабатывал столько же мощности, сколько сравнительно крошечный современный двигатель. У первых инженеров просто не было возможности сделать двигатели меньше и легче в то время.

Генри Форд помог изменить это кардинально. Он представил очень легкий и небольшой 4-цилиндровый двигатель для модели Т. Его двигатель развивал мощность всего около 20 лошадиных сил, но этого было достаточно для среднего человека. Были все еще большие и мощные двигатели, произведенные для автолюбителей, но это действительно создало рынок для доступного автомобиля.

В течение следующих нескольких десятилетий конструкция двигателя постоянно улучшалась, что привело к эре мощных автомобилей. Автогонки стали гораздо популярнее и популярнее, и автомобильные компании конкурировали друг с другом, производя более мощные двигатели. Существует старая поговорка, которая звучит примерно так: «Выиграй в воскресенье, продай в понедельник». В это время у производителей было очень мало правил относительно типов автомобилей, которые они могли производить. Машины были в основном смертельными ловушками, и производители знали об этом и решили ничего не делать. У многих из них не было каких-либо базовых функций безопасности, таких как ремни безопасности. Также было очень мало внимания к экономии топлива. Газ был дешев, и не было никаких правил по выбросам и эффективности использования топлива, как сегодня.

Начиная с конца 1960-х годов правительство стремилось ограничить выбросы автомобилей. Это привело к созданию EPA в 1970 году. Нехватка газа в 1973 году и последующее повышение стоимости газа также стали движущими факторами, которые ознаменовали окончание эры мускул кар, начиная с 1974 модельного года.

Впервые производителям было поручено соблюдать строгие руководящие принципы, разработанные правительством США в отношении экономии топлива и выбросов. Проблема заключалась в том, что производители не знали, как соблюдать новые строгие правила, и им не давали много времени для их соблюдения. Эти новые правила выбросов вынуждают производителей добавлять устройства контроля выбросов, такие как каталитические нейтрализаторы, которые уменьшают поток выхлопных газов. В соответствии с нормами EPA в 1973 году из бензина была удалена присадка к свинцу, что привело к изменению конструкции двигателя, чтобы они могли работать с неэтилированным бензином.

В середине 1970-х годов было выпущено много автомобилей с большими 8-цилиндровыми двигателями, мощность которых составляла всего около 100 лошадиных сил. Корвет 1971 года предлагался с двигателем мощностью 425 л.с., а в 1975 году - только 205 л.с. Базовая модель 1975 года была еще хуже, у которой было только 165 л.с., что примерно столько же, сколько у семейного минивэна сегодня. Это вызвало широкий общественный резонанс, и производители автомобилей тщетно пытались внести улучшения, но улучшения происходили очень медленно. Лишь в конце 1990-х годов у Corvettes были такие же показатели производительности, как и у их предшественников на мощных автомобилях.

Примерно в это же время небольшие и эффективные автомобили из Японии были представлены на рынках США, и были хорошо приняты. В конечном итоге это привело к утрате доминирования американских автопроизводителей в США. Американские компании были вынуждены выйти на рынок компактных автомобилей, потому что они теряли продажи для импорта. До этого в США продавалось очень мало иномарок. Многие из этих продаж были для небольших европейских спортивных автомобилей, таких как Triumph, Alfa Romeo, MGB, Остин-Хили, Jaguar, Porsche, Mercedes-Benz, Lotus и т. Д.

Со временем такие технологии, как электронный впрыск топлива и турбонаддув, привели к значительному повышению эффективности и мощности. Многие современные двигатели могут выдавать большое количество лошадиных сил, но все же потягивают топливо. Эти новые конструкции настолько эффективны, что больше нет необходимости иметь большой двигатель в большинстве автомобилей.

Производители автомобилей по-прежнему вынуждены выпускать еще более экономичные автомобили. Существуют также правила, ограничивающие средний расход топлива по всему автопарку. Они в основном вынуждены производить либо все электрические, либо гибридные автомобили, чтобы снизить среднюю MPG до уровня. Есть еще автомобили с большими V8 и V10, но причина, по которой их выпускают меньше, заключается в строгих правилах.

Это сводится к эффективности.

Не так давно автомобили были больше и тяжелее в целом. EPA и другие правительственные организации в странах, которые производят автомобили, предписывают более высокую эффективность использования топлива. Это подтолкнуло R & D в двух областях:

• При этом транспортные средства весят меньше, поэтому двигателю требуется меньше энергии для движения автомобиля.
• Создание двигателей вырабатывает больше энергии при меньшем потреблении топлива.

Первый пункт не по теме для этого вопроса, но автомобили стали легче по нескольким причинам. Основная физика заключается в том, что независимо от трансмиссии, транспортное средство с определенной массой требует минимального количества энергии для движения. Уменьшите эту массу, ей нужно меньше энергии (читай: топливо).

В последние годы двигатели стали намного экономичнее и экономичнее. Давайте приведем некоторые конкретные цифры по этому поводу с некоторыми примерами. Я выберу грузовик, с которым я знаком и исследовал ранее.

Третье поколение Chevy Silverado (2014+) поставляется с двумя основными вариантами двигателя:

• 4.3L V6 - 285HP
• 5.3L V8 - 355HP

Если вы вернетесь на несколько лет назад к Silverado второго поколения (2007–2013 годы), то за эти годы есть еще несколько вариантов, но вот некоторые из наиболее широко выпускаемых двигателей:

• 4.3L V6 - 195HP
• 4.8L V8 - 295-302HP
• 5.3L V8 - 315HP

Это одно поколение / итерация транспортного средства, и мощность совершенно другая. Более новый V6 производит почти столько же HP, сколько и предыдущий V8, на 10 л.с. Он производит на 90 л.с. больше, чем предыдущий V6 с тем же рабочим объемом .

GM выпустил свой двигатель LFX в нескольких автомобилях в моделях 2015 и 2016 годов. Его мощность варьируется в зависимости от того, в каком транспортном средстве он находится (двигатель имеет больше, чем металлический блок, есть много частей, которые влияют на мощность). В целом они варьируются от 301 до 323 л.с. Этот 3.6L V6 обладает большей мощностью, чем V8 предыдущего поколения, перечисленные выше! Фактически двигатель 3.6L LFX обладает на 15-35 л.с. больше, чем 4.3L текущего поколения в Silverado (но с меньшим крутящим моментом).

Если вы не ответите слишком долго, вы найдете очень похожие результаты, если посмотрите на других производителей и двигателей (I4 v V6). По всему борту существует огромное давление для повышения эффективности двигателя.

Современные двигатели в основном имеют дополнительные два цилиндра по сравнению с двигателями, выпущенными всего десять лет назад. Меньшее смещение обычно означает большую эффективность использования топлива, а современные конструкции также производят больше энергии.

Более новые автомобили имеют меньшие двигатели, потому что этот новый двигатель I4 может производить столько же мощности, сколько V6 последнего поколения, и при этом расходовать меньше топлива. Это удовлетворяет требованиям EPA, а также водителей, которые тратят меньше топлива, но при этом обладают достаточной мощностью, когда это необходимо.

^{(Примечание: я опустил некоторые из приведенных выше опций двигателя, которые не очень распространены и не особо помогают в обсуждении. Да, я знаю, что GM предлагает 6.2L V8, но очень немногие Silverados имеют его, и это не помогает Ответ на вопрос)}

Поскольку двигатель внутреннего сгорания с поршневым двигателем является источником бесперебойного питания, который вырабатывает энергию только тогда, когда топливо в цилиндре движется «грохотом», есть два основных способа получения большей мощности из двигателя: 1) заставить его вращаться быстрее, давая больше ударов за единицу времени, или 2) продолжайте вращаться медленнее, но добавьте больше цилиндров, чтобы получить больше ударов за единицу времени.

(Да, вы можете добавить нагнетатели или турбонагнетатели или какую-либо другую систему для упаковки большего количества топлива и воздуха в цилиндр, и вы можете упаковать несколько наборов точек в распределитель и вращать распределитель медленнее - но давайте сейчас проигнорируем это, просто ради аргумента :-).

Назад в день (tm) большинство бензиновых двигателей использовали систему зажигания с точечным вращением, где механический переключатель с пружинным приводом («точки») открывался и замыкался кулачком на валу распределителя, создавая искру, которая была направляется в соответствующий цилиндр ротором и проводами между распределителем и свечами зажигания. Механический переключатель генерировал искру, прерывая электрический ток, протекающий через катушку при размыкании переключателя; ток, протекающий через катушку, вызывал формирование магнитного поля, а прерывание тока вызывало коллапс магнитного поля, что вызывало индуцированный ток в железном стержне в середине катушки, который был соединен с центральным полюсом на дистрибьютор.

Поскольку точки представляют собой механический переключатель с пружинным приводом, у них есть предел скорости реакции. Вообще (и я оченьв общем случае) двигатели, использующие систему зажигания с точками в них, не будут надежно работать на скоростях выше 2500 об / мин, потому что точки будут «плавать» в открытом положении - и поскольку точки не закрываются, ток не может течь через катушку к установить магнитное поле, которое будет разрушаться, когда точки открываются, чтобы вызвать искру зажигания. Да, вы можете использовать более прочную пружину на точках, но это вызвало нежелательные проблемы, такие как чрезмерный износ распределителя. Таким образом, с абсолютным верхним пределом оборотов в минуту единственным способом получить больше мощности от двигателя было добавление к нему большего количества цилиндров, чтобы вы получали больше ударов двигателя за каждый оборот. Четырехцилиндровый двигатель дает вам два удара за оборот; шесть цилиндров, три взрыва; восемь цилиндров, четыре удара. Огромные авиационные двигатели с 22 цилиндрами давали еще больше ударов за оборот. Итак, больше цилиндров, больше мощности.

Войдите в мир электронного зажигания, который сейчас является стандартом практически для каждого бензинового двигателя в мире. Эта система покончила с механическим переключателем, заменив его полностью электронным устройством без времени «сброса», что позволяет двигателям работать намного быстрее. Сегодня распространено использование четырехцилиндровых двигателей со скоростью более 3000 об / мин на скоростях шоссе - маленький четырехтактный двигатель в моей Ford Fiesta развивает скорость около 3200 об / мин при скорости 65 миль в час. В то же время производители вносят постепенные улучшения в конструкцию двигателя, что способствует увеличению мощности на единицу рабочего объема. Но IMO самый большой вклад в повышение мощности от двигателей меньшего размера - электронное зажигание, которое позволяет небольшому двигателю работать на более высоких оборотах.

YMMV :-)

Разные ответы затрагивают разные части общего ответа. Основной ответ, который вы ищете, это плотность мощности: сколько лошадиных сил (кВт, что угодно) на кубический дюйм (или литр) рабочего объема.

Сколько энергии нужно, чтобы толкнуть этот автомобиль желаемым образом? Значительная часть веса транспортного средства - это двигатель, поэтому меньший, более легкий двигатель будет означать меньший вес для перемещения. И меньше массы = меньше газа. Вот почему нынешняя линейка Ford F-150 использует алюминиевый корпус вместо стального. Он легче и требует меньше энергии для его перемещения.

Как отмечает @Bob Jarvis, электронное зажигание, в отличие от старой системы точек / катушек / распределителя, дает возможность работать на высоких оборотах и ​​при этом поддерживать время зажигания. Действительно, это обеспечивает более точную синхронизацию во всем диапазоне. А более точная синхронизация приводит к более высокой плотности мощности.

Впрыск топлива обеспечивает гораздо более точную смесь топлива. С этим, и более точным временем, вы можете использовать более высокие коэффициенты сжатия (8: 1 для карбюраторного Omni I 1981 года, когда я был подростком, 9,5: 1 для Dakota I 1998 года с впрыском топлива, который ездил совсем недавно; используя ту же дешевую, неэтилированную бензин). Более высокие коэффициенты сжатия обеспечивают более высокую плотность мощности, а также более высокий тепловой КПД.

Прямой впрыск бензина может еще больше повысить степень сжатия, которую вы можете использовать. Бензин впрыскивается непосредственно в цилиндр, охлаждая только воздух в цилиндре. Порт впрыска распыляется во впускной коллектор, охлаждая впускные клапаны и коллектор в процессе. Более холодный воздух может выдержать большее сжатие, прежде чем он начнет вызывать самовоспламенение (детонацию).

Турбины и нагнетатели позволяют втиснуть больший объем воздуха (и топлива) в заданный объем, позволяя вашему двигателю работать так, как он имеет гораздо больший объем. При этом будет сжигаться больше топлива. Это обеспечивает власть "по требованию". Это может привести к увеличению плотности мощности по требованию; достаточно высоко, чтобы больше цилиндров или смещения не требовалось для достижения желаемого уровня мощности. Вы не хотите все время работать на этой установке газа, но она есть, когда вам это нужно.

Переменное время срабатывания клапана позволяет выполнять цикл Аткинсона / Миллера вместо простого цикла Отто. Это не помогает вашей плотности мощности, так как это еще больше делит вашу "базовую" плотность мощности от вашей плотности мощности "по требованию". Если вы не требуете энергии так часто, это еще больше повысит вашу экономию топлива. Но он может вернуться к полному циклу Отто, возвращая вас к максимальной настройке мощности «по требованию», когда это необходимо.

Конечный результат состоит в том, что все эти маленькие уловки могут выжать больше энергии из каждого кубического дюйма (литра) смещения. И предоставьте вам больший диапазон настроек мощности с более низкими настройками мощности, обеспечивающими значительно меньший расход топлива (и значительно меньшие выбросы) на милю (или км, если вы предпочитаете).

Линейка двигателей Ford Ecoboost использует все вышеперечисленное. В результате они быстро заменяют V8 на V6 и заменяют V6 на I4. @Gusdor упоминает 1-литровый двигатель в своей Fiesta; Я уверен, что это 3-цилиндровый двигатель Ecoboost. Являются ли полученные двигатели такими же надежными, долговременными, остается открытым вопросом. Турбины, особенно на высокооборотных бензиновых (бензиновых) двигателях, в прошлом не были такими надежными. Эти движки достаточно новы, так что о них пока не так много долгосрочных данных. Возможно, у них есть проблемы. Просто рано говорить.

Несколько лет назад все, что было в восторге - это мощные машины. Быстрое ускорение, громкие двигатели и мощность - все было в стиле. Тем не менее, на протяжении многих лет, EPA и другие различные учреждения стремились к снижению выбросов (сохранить окружающую среду). Следовательно, автопроизводители начали создавать автомобили с целью получения минимального количества окиси углерода, окислов азота и углеводородов. Очевидно, чем меньше двигатель, тем меньше вредных выбросов.

Кроме того, увлечение мускульными автомобилями в значительной степени сменилось модой роскошных автомобилей, которые могут быть разработаны с меньшими моторами, но с большим количеством функций. Так что клиенты довольны, производители счастливы, EPA счастливы, и, как сказал cloudnyn3, механики тоже счастливы.

На самом деле может быть так, что эта тенденция развернется. Небольшие двигатели должны работать при полностью открытом дросселе (WOT) для выработки любого полезного количества энергии, а обогащение WOT снизит эффективность использования топлива, что не измеряется текущими нереалистичными циклами вождения. Такие методы, как прямой впрыск бензина, означают, что образуются частицы, а фильтр для твердых частиц стоит дорого (но рак легких стоит дороже для пострадавших). Турбокомпрессор является хрупким компонентом и может нести общую нагрузку в течение всего срока службы автомобиля, включая его последние годы. Также улучшения в рабочих циклах двигателя (цикл Аткинсона) означают, что объемная эффективность может фактически уменьшаться, хотя эффективность использования энергии будет увеличиваться. Цикл Аткинсона был первоначально использован в гибридах,

Например, рассмотрим мой Opel Vectra 1989 года. Двигатель 2,0 литра C20NE 115л.с. Теперь рассмотрим современный эквивалент: Toyota Prius. Двигатель 2ZR-FXE объемом 1,8 литра с мощностью 98 л.с., хотя электрическая форсировка вырабатывает несколько дополнительных мощностей, поэтому в целом эти автомобили примерно одинаково мощны и разгоняются примерно одинаково быстро. С 2,0 литра до 1,8 литра это не большая разница.

Да, была тенденция к уменьшению размеров и турбокомпрессору, но эта тенденция, похоже, меняет направление. Например, Toyota Yaris, которая раньше имела 1,33-литровый атмосферный двигатель, переходит на 1,5-литровый двигатель в своей негибридной конфигурации на европейском рынке; гибрид всегда использовал 1,5-литровый двигатель (немного отличается от 1,5-литрового негибридного). Я также понимаю, что 1,5-литровый двигатель предлагался на североамериканском рынке все время.

Так что, не делайте окончательного заключения, прежде чем электромобили в конечном итоге заменят автомобили на жидком топливе. Может случиться так, что последние автомобили на жидком топливе, работающие на мертвых динозаврах (*), будут использовать двигатели Аткинсона без турбонаддува, то есть размер двигателя примерно такой же, как и в старых автомобилях.

Мне? Я перешел с 2,0 литра (Opel Vectra 1989 года) на 1,33 литра (Toyota Yaris 2011 года) до 2,5 литра (Toyota RAV4 гибрид 2016 года), хотя в то же время я немного поднялся, учитывая размер автомобиля, цену, вес и производительность.

(*): Да, я знаю, что нефть на самом деле не исходит от мертвых динозавров ...