Fiat - krótka historia silnika Diesla

redakcja autoflesz.pl | Źródło: Fiat Auto Poland | 2008-04-01 09:21

---

Odkąd Sergio Marchionne, charyzmatyczny dyrektor generalny Fiata, zaczął uzdrawiać kondycję kulejącego giganta, obserwujemy jego systematyczny powrót na szczyty. Polska zyskała znaczące inwestycje, powstała bardzo nowoczesna spółka Fiat-GM Powertrain Technologies, a niemal każdy nowy model włoskiej marki (Fabbrica Italiana di Automobili Torino) zdobywa tytułu "Samochodu Roku" i jest oceniany na 5 gwiazdek w testach Euro NCAP. Do tej całej plejady sław dołączamy historię najlepszych jednostek napędowych z wtryskiem bezpośrednim ON.

Praktycznie od pandy i grande punto obserwujemy same hity

Doskonały design, bardzo dobre wykonanie, coraz lepsza gwarancja i świetne silniki Multijet: 1.3 16V o mocy 75 KM i 90 KM i 1.9 JTD 8V 130 KM - to tylko wstęp do nowego rozdziału "Silniki Fiata". Każdy z nich ma inne zalety, wszystkie można w pełni wykorzystać dzięki połączeniu z mechanicznymi skrzyniami 5 lub 6-biegowymi. Tu także znaczący postęp, choć w trybologii nie łatwo kogoś zadziwić: precyzyjne działanie, dynamiczny temperament, najwyższe osiągi i wyrafinowana technologia. Wszystko dzięki współpracy z firmą Borg Warner.

Wszystkie jednostki napędowe spełniają oczywiście limity emisji normy Euro 4 i bez problemu mogą być strojone na Euro 5.

Silniki Diesla: historia dominacji Fiata

Zanim wspomnimy o historii warto bliżej zapoznać się perełka w koronie, ściślej w punto i grande punto. Silnik 1.3 16V Multijet o mocy 75 i 90 KM jest najbardziej zaawansowaną konstrukcją w klasie małolitrażowych diesli. Zdobył między innymi nagrodę: International Engine of the Year 2005 w kategorii jednostek od 1.0 do 1.4 litra.

W jednostce tej, z bezpośrednim wtryskiem common rail drugiej generacji, debiutuje nowa wersja turbosprężarki o zmiennej geometrii Borg Warner. Dzięki temu silnik 1.3 16V Multijet rozwija 90 KM (66 kW przy 4000 obr./min) i posiada atrakcyjny moment obrotowy 20,4 kGm (200 Nm przy 1750 obr/min). Grande punto wyposażone w tą jednostkę gwarantuje doskonałe osiągi: wskazówkę prędkościomierza zatrzymuje na 175 kresce i potrzebuje tylko 11.9 sekundy na sprint do setki.

Zużycie paliwa zaskakuje niedowiarków i należy do najlepszych w segmencie: 5,9 l/100 km w cyklu miejskim, 3,9 /100 km poza miastem i 4,6 /100 km w cyklu mieszanym.

Poza nowym typem turbosprężarki Borg Warner (w 1.3 Multijet o mocy 75 KM występuje turbosprężarka o stałej geometrii), silnik wyróżnia się kilkoma nowościami. Zmieniony system zasilania, zwiększono przekroje kanałów ssących i wydechowych, zredukowano turbulencje w komorze spalania poprzez modyfikowany kształt denka tłoka i zmieniony stopień sprężania z 18:1 do 17.6:1.

System kontroli emisji przewiduje zawór EGR uaktywniany elektrycznie i sterowany bezpośrednio przez system kontroli silnika, wymiennik ciepła chłodzenia recyrkulowanych gazów wydechowych (EGR) i katalizator w pętli zamkniętej "close coupled". Pozwala to na spełnienie z nawiązką norm emisji spalin EURO 4.

Równie doskonałe są osiągi stłumionej jednostki 1.3 Multijet 75KM (55 kW przy 4000 obr./min) i momencie obrotowym 19,4 kGm (190 Nm przy 1750 obr./min). Grande punto wyposażone w ten motor nie jest królem lewego pasa, ale 165 km/h wystarcza nawet na pomykanie po autostradzie. Inne parametry dynamiczne przyjąć należy takie jaki są (przyspieszenie od 0 - 100 km/h w 13.6 sekund), znacznie ciekawiej robi się na stacji pod dystrybutorem. Tu nasz bohater pokazuje na co go stać, jak w piosence kapeli "Feel": 5,9 l/100 km w cyklu miejskim, 4,0 l/100 km w cyklu poza miejskim i 4,7 l/100 km w cyklu mieszanym.

Wyłuskujemy różnice konstrukcyjne bazowego silnika 1.3 Multijet

Obie wersje 75 i 90 KM mają tą samą konstrukcję, 4 cylindry w układzie rzędowym o pojemności 1248 ccm, średnicę cylindra 69,6 mm i "wydłużony" skok tłoka 82 mm. Jednostki posiadają cztery zawory na cylinder, uruchamiane bezpośrednio przez podwójny wałek rozrządu za pomocą zestawu dźwigni z rolką o zmniejszonym tarciu.

Ale to nie wszystko. Motor 1.3 Multijet 16V to prawdziwy majstersztyk technologii w miniaturze - razem ze wszystkimi akcesoriami waży zaledwie 130 kg; posiada kompaktowe wymiary (długość poniżej 50 centymetrów i wysokość 65 cm) a rozmieszczenie komponentów zostało opracowane z myślą o ciasnej zabudowie.

Jednostka ta, zaprojektowana według kryteriów maksymalnej racjonalności, sprawności i niezawodności, może zapewnić doskonałe osiągi i jest praktycznie "niezniszczalna". Jej żywotność zaplanowano na 250 tys. km bez jakiejkolwiek obsługi komponentów mechanicznych. Co więcej, odstępy między wymianami oleju wydłużają się z 20 do 30 tys. km; motor połyka olej o niskiej lepkości - "fuel economy" - nieszkodliwy dla środowiska.

1.3 Multijet 16V (o mocy 75 lub 90 KM) stanowi prawdziwy skok technologiczny, który dla nabywcy przekłada się na mniejsze zużycie paliwa i mniejszy poziom emisji. Ale pamiętać też należy o niskim poziomie hałasu (dzięki wielokrotnym, fazowanym wtryskom ON), większym komforcie (mniej wibracji), przyjemnej i łatwej jeździe (dzięki progresywnemu momentowi obrotowemu, co z kolei gwarantuje lepszą kontrolę spalania), elastyczności i dynamice Diesla, jak również właściwościach ekologicznych.

Motor 1.9 Multijet o mocy 130 KM

To już oldboy w tym towarzystwie, ale ciągle krzepki. Posiada 4 cylindry w układzie rzędowym (dwa zawory na cylinder) o średnicy 82 milimetrów i skoku tłoka 90,4 mm, osiąga moc 130 KM (96 kW) przy 4000 obr./min i moment obrotowy 28,5 kGm (280 Nm) przy 2000 obr/min.

Jednostka była przedmiotem licznych modyfikacji mających na celu zwiększenie osiągów, momentu obrotowego przy niskich obrotach oraz redukcję poziomu hałasu i wibracji.

Zwiększenie mocy i momentu następuje tradycyjnie za pomocą turbosprężarki Garrett VGT 17 o zmiennej geometrii sterowanej elektronicznie.

Grande punto sport wyposażone w motor 1.9 Multijet o mocy 130 KM nadal dziarsko trzyma fason, bez problemu osiąga pierwsza setkę w ciągu 9,5 sekundy a wskazówka prędkościomierza szybko pokrywa skalę 200 km/h. Przy tych błyskotliwych osiągach zużycie paliwa pozostaje bardzo niskie: 7,6 l/100 km w cyklu miejskim, 4,6 l/100 km poza miastem i 5,7 l/100 km w cyklu mieszanym.

Podobnie jak małolitrażowy 1.3 Multijet, również 1.9 JTD zatrudniony do pracy pod maską grande punto spełnia normę Euro 4, dodatkowo oferuje filtr cząstek stałych (DPF) a także system "for life" - wyłapuje drobne cząstki i nie wymaga stosowania dodatków regeneracyjnych np. Adblue.

Rewolucyjna technologia Multijet

Prawdziwe perełki inżynierii jednostek napędowych, turbodiesle Multijet pracujące grande punto i nowym bravo, potwierdzają wiodącą pozycję Fiata w tej dziedzinie. Po opracowaniu fazowanego systemu Multijet, Grupa Fiat zdobyła kolejny prymat w obszarze silników zasilanych bezpośrednim wtryskiem ON.

Wynik ten był możliwy dzięki olbrzymiej wiedzy gromadzonej w tej dziedzinie od 1986 roku, kiedy powstał model TDI (fiat croma), pierwszy na świecie motor Diesla z bezpośrednim wtryskiem (WB). W tamtych latach był to doskonały wynik, pierwszy ważny krok w silnikach wysokoprężnych w samochodach osobowych, który oferował większą sprawność, lepsza dynamikę i wspaniałą elastyczność.

Dzięki WB, które później zastosowali inni producenci, silniki Diesla nowej generacji mogły zagwarantować jednocześnie lepsze osiągi i mniejsze zużycie paliwa. Pozostawał jeden problem: nadmierny hałas jednostki po rozruchu i przy małych obrotach tzw. klekotanie.

To właśnie wtedy postanowiono podzielić wtrysk ON na trzy mniejsze dawki. Było to już możliwe dzięki elektronice. I tak zrodziła się historia wtrysku typu Unijet o drastycznie zredukowanym poziomie nieprzyjemnego hałasu wytwarzanego w procesie spalania.

W tzw. międzyczasie ulepszono także inne ważne parametry, takie jak osiągi i zużycie paliwa. Problem można było rozwiązać dwoma sposobami: zadowolić się działaniem doraźnym, czyli odizolować silnik tak, by zablokować rozchodzenie się fal dźwiękowych lub pracować w sposób aktywny i usunąć źródło problemu, poprzez opracowanie systemu wtrysku mogącego zredukować hałas spalania.

Specjaliści Grupy Fiat postanowili pójść drugą drogą i od razu skupili się na badaniu zasady działania "common rail", odrzucając po dogłębnej analizie inne typy wtrysku pod wysokim ciśnieniem np. TDI Volkswagena. Systemy te nie pozwalały ani na sterowanie ciśnieniem w sposób niezależny w stosunku do ilości obrotów i obciążenia silnika, ani na uzyskanie wtrysku wstępnego, co należy do mocnych stron Unijet.

Wtrysk "common rail" opracowano znacznie wcześniej na Uniwersytecie w Zurychu

Teoretyczne podstawy wtrysku common rail podali naukowcy Uniwersytetu ETH (Eidgenössischen Technischen Hochschule) w Zurychu. Nie mieli jednak środków na skonstruowanie pracującego modelu. Dlatego czysto teoretyczne podstawy nowego systemu "Unijet System", prowadzonego w latach 1976-1992, czekały na swoja praktyczna realizację. Dział badawczo-rozwojowy Fiata (dokładnie Magneti Marelli, Centro Reserche Fiat i Elasis) chętnie skorzystał z pomysłu w końcu lat 80-tych ubiegłego stulecia, który nigdy wcześniej nie był stosowana w silnikach samochodowych.

Pomysł szwajcarskich naukowców był prosty i genialny zarazem. Poprzez ciągłe wtryskiwanie oleju napędowego do zamkniętego zbiornika, powstaje ciśnienie wewnątrz samego zbiornika, który staje się akumulatorem hydraulicznym (szyna "rail"), czyli rezerwą paliwa pod ciśnieniem gotową do użytku.

W 1990 roku, cztery lata po wypuszczeniu na rynek cromy TDI, rozpoczęła się produkcja wstępnej serii Unijet z wtryskiem common rail, nowatorskiej instalacji opracowanej przez Magneti Marelli, Ośrodek Badawczy Fiata i Elasis.

Faza ta zakończyła się w 1994 roku, kiedy Fiat Auto postanowił wybrać partnera posiadającego maksymalne kompetencje w dziedzinie urządzeń wtryskowych do silników Diesla, jak również środki finansowe na dalszy ich rozwój. Projekt sprzedano firmie Robert Bosch GmbH w finalnej części prac, czyli w fazie zakończenia opracowania i produkcji.

W ten sposób jedenaście lat od powstania cromy TDI, w październiku 1997 roku, na rynku pojawia się kolejna ikona motoyzacji alfa 156 JTD wyposażona w rewolucyjny system common rail.

Samochody wyposażone w tą jednostkę napędową są niewiarygodnie ciche, dynamiczne (niemal jak jednostki benzynowe) i posiadają osiągi lepsze średnio o 12% w stosunku do takiego samego silnika ze wstępną komorą spalania. Do tego zużycie paliwa jest mniejsze o 15%. Sukces modelu alfa 156 z silnikiem JTD był natychmiastowy, podobne silniki są montowane nie tylko w innych modelach Fiata Auto, lecz także w samochodach innych producentów.

Później przyszedł czas na drugą generację silników JTD - wielozaworowe jednostki Multijet z fazowanym wtryskiem ON

Bazą turbodiesli drugiej generacji była zawsze zasada common rail, czyli wysokie ciśnienie wtrysku i elektronicznie sterowanie wtryskiwacze. Ale w systemie Multijet poprawiono charakterystykę wtrysku: zmiennego w każdym cyklu pracy silnika, zwiększono ilość wtrysków (łącznie osiem) w stosunku do trzech charakterystycznych dla Unijet.

Wewnątrz cylindra, ilość spalanego oleju napędowego jest taka sama, lecz jest dzielona na kilka części, co pozwala na uzyskanie bardziej stopniowego "miękkiego" spalania. Do zalet należy mniejszy poziom hałasu, redukcja emisji i lepsze osiągi o około 6-7%, łącznie ze sprawnością, która daje jeszcze lepszą dynamikę pojazdu.

Wyniki te mają niemałe znaczenie, przede wszystkim dlatego, że uzyskano je w silniku, który nie tylko stanowi niebywały skok technologiczny w stosunku do diesli ze wstępną komorą spalania, ale oznacza olbrzymią poprawę również w porównaniu z JTD pierwszej generacji.

Sekret Multijet tkwi w sterowniku wtrysku, który jak komputer kontroluje elektroniczne otwieranie i zamykanie wtryskiwaczy i przeprowadza proces fazowania i modulowania tzw. przedwtrysku. Co więcej, sterownik wypracowuje serie modulowanych wtrysków w bardzo niewielkich odstępach czasu.

Sterownik wraz z wtryskiwaczami elektromagnetycznymi (już wykorzystywane są piezoelektryczne, wkrótce plazmowe) opracowany przez Magneti Marelli, umożliwia wykonanie wtrysków wielokrotnych, które zapewniają bardziej precyzyjną kontrolę ciśnienia i temperatury powstającej w komorze spalania, a także lepsze wykorzystanie powietrza zasysanego do cylindrów. W ten sposób osiągnięto kolejne cele w zakresie kontroli poziomu hałasu spalania, miękkiej pracy, redukcji emisji i lepszych osiągów.

Elektronika i mikroprocesory zastępują mechaniczne pompy wtryskowe

Tak było na samym początku wtrysku bezpośredniego TDI, stosowanego przez Volkswagena z wykorzystaniem pompy wtryskowej VP.

Prace badawcze nad opracowaniem systemu Multijet trwały wiele lat. Najpierw specjaliści Fiata i Magneti Marelli rozwiązali problem ograniczeń narzucanych przez sterowniki wtrysku. Następnie opracowali mapę korzyści, jakie można uzyskać łącząc pewną sekwencję wielokrotnych wtrysków (dwa pośrednie bardzo blisko po głównym; jeden pośredni niezbyt blisko głównego plus kolejne dwa pośrednie jeden po drugim; jeden pośredni a następnie po pewnym czasie, dwa główne jeden po drugim; itp.) przy różnych fazach działania silnika:

o w strefie biegu jałowego,

o przy małych obciążeniach i obrotach,

o przy wysokich obrotach i średnim obciążeniu,

o przy niskich obrotach i wysokim obciążeniu, itd.

Badania pokazały potencjał systemu, który zawsze zapewnia olbrzymie korzyści, zróżnicowane w zależności od typu wybranej sekwencji oraz obszaru działania silnika, w którym jest stosowany. W niektórych przypadkach lepsza jest redukcja czasu uruchomienia i dymienia, w innych ważniejszy jest wyższy moment obrotowy i ograniczenie hałasu, jeszcze w innych redukcja emisji i niższy poziom hałasu.

Obecnie badania te doprowadziły do produkcji silników Multijet, a wśród nich najnowszej jednostki 1.3 JTD Multijet 16V o mocy 90 KM (i 105 KM w lancii ypsilon MomoDesign).

Najnowszy rewelacyjny motor 1.6 Multijet 105 i 120 KM

Zaprezentowano go niedawno w Genewie. Polska premiera odbyła się podczas "Drzwi otwartych" we wszystkich salonach Fiata. Silnik jest oferowany w dwóch wersjach: 105 KM i 120 KM.

Wystarczy ze zdumieniem spojrzeć na osiągi tego wojownika i moment obrotowy 290 Nm przy 1500 obr./min dla słabszej wersji i 300 Nm dla mocniejszej (z filtrem DPF). Tak duży moment obrotowy, przy tak niskich obrotach jest nieosiągalny, przynajmniej na tą chwilę dla całej konkurencji - z BMW i Peugeotem na czele.

Nowa jednostka napędowa dla fiata bravo, produkowana w Fiat-GM Powertrain, współpracuje z 6-biegową skrzynią manualną, w przygotowaniu jest także przekładnia automatyczna z możliwością sekwencyjnego wybierania.

Według zapewnień Sergio Marchionne Fiat do 2012 roku ma stać się wzorem dla innych firm w dziedzinie najniższej średniej emisji CO2. Naszym zdaniem turyński gigant już teraz szturmuje panteon sław, co więcej, ma bardzo duże szanse na miejsce w galerii.

Killer z Euro 5 już na samym starcie

Jednostka 1.6 Multijet jest dowodem na to, iż deklaracje dyr. Marchionne przekuwają się w konkrety. Nowa jednostka napędowa jest pierwszą w tej klasie aut spełniającą normę Euro 5 - długo przed jej wejściem w życie w 2009 roku. Emituje ona również najmniej HC/NOx w swojej kategorii. Ale to nie jedyny ukłon włoskiej firmy w stronę ekologii.

Nowy motor ma lekką głowicę 16-zaworową i turbosprężarkę o zmiennej geometrii łopatek (wersja 120 KM). Pracuje pod ciśnieniem 1650 barów z wtryskiem common rail II generacji.

Większość od razu spyta, który motor jest lepszy starszy 1.9 JTD 120 KM czy 1.6 Multijet 120 KM. W tych zawodach wygrywa nowy zawodnik, to on chce pobić mistrza uderzając mocą tzw. downsizingu (zmniejszanie pojemności skokowej przy zachowaniu zadawalających parametrów takich jak elastyczność, zużycie paliwa czy poziom hałasu).

Jeśli nie wierzycie to sami porównajcie: 1.9 JTD generuje tylko 255 Nm przy 2000 obr./min, natomiast 1.6 Multijet ma nie tylko większy moment obrotowy, ale osiąga go w znacznie niższych rejestrach prędkości obrotowej. Również elastycznością nowy motor Fiata rzuca na kolana oldboya o pojemności 1,9-litra, czas potrzebny na zwiększenie prędkości z 80-120 km/h na V biegu jest krótszy o niemal 4 sekundy, oczywiście na korzyść przedstawiciela downsisingu.

---