Nowy silnik benzynowy 1.5 dla Toyoty Yaris

Nowy silnik benzynowy 1.5 dla Toyoty Yaris

Toyota wyposaży Yarisa w nowy silnik o pojemności 1.5 l i mocy 111 KM, który zastąpi obecną jednostkę 1.33 l. W 4-cylindrowym silniku z rodziny ESTEC zastosowano nowoczesne rozwiązania techniczne, które zapewniają lepsze osiągi, większą przyjemność z jazdy i niższe o 12 procent zużycie paliwa. Nowa jednostka napędowa Yarisa spełnia normę Euro 6c zgodnie ze standardem homologacyjnym RDE (Real Driving Emission).

Toyota Yaris zostanie wyposażona w nowy silnik o pojemności skokowej 1 496 cm³, rozwijający moc 111 KM (82 kW) oraz maksymalny moment obrotowy 136 Nm przy 4 400 obr./min. Wartość momentu obrotowego 118 Nm jest dostępna już przy 2 000 obr./min, co czyni tę jednostkę bardzo elastyczną. Szybka reakcja silnika wolnossącego 1.5 na pedał gazu zapewnia większy komfort prowadzenia, zarówno w jeździe miejskiej, jak i w trasie. Yaris z nowym silnikiem będzie przyspieszał od 0 do 100 km/h w 11 sekund (o 0,8 s szybciej niż aktualny silnik 1.33 l), zaś od 80 do 120 km/h w 17,6 s (o 1,2 s szybciej niż obecny silnik).

Aby spełnić wymagania normy Euro 6c zgodnie z nowym cyklem homologacji RDE, Toyota wykorzystała swoje doświadczenie na polu konstrukcji samochodów hybrydowych. Nowy silnik 1.5 l wykazuje się sprawnością cieplną na jednym z najlepszych poziomów wśród silników benzynowych (38,5 procent). Lepsze osiągi uzyskano, stosując wysoki stopień sprężania 13,5, chłodzony system recyrkulacji spalin (EGR) i nowy system zmiennych faz rozrządu, który umożliwia szybkie przejście pracy silnika z cyklu Otto na cykl Atkinsona.

Większy stopień sprężania uzyskano dzięki nowemu projektowi komory spalania i tłoków, który sprzyja także powstawaniu homogenicznej mieszanki powietrza z benzyną i szybkiemu spalaniu. Obniżenie temperatury spalania i chłodzony układ EGR pomagają uniknąć spalania stukowego. Oprócz tego, ponowne wprowadzanie odpowiedniej ilości gazów pozwala zmniejszyć straty pompowania przy niewielkich i średnich obciążeniach, co zwiększa sprawność silnika. Zastosowanie innowacyjnego systemu sterowania czasem otwarcia zaworów dolotowych VVT-iE (Variable Valve Timing intelligent system Electric Motor) umożliwia błyskawiczne przechodzenie z dynamicznego cyklu Otto na oszczędny cykl Atkinsona i z powrotem.

Elektroniczne sterowanie zmianą faz wałka rozrządu zaworów dolotowych pozwala opóźnić zamknięcie zaworu dolotowego poza dolną pozycję tłoka, co powoduje efektywne skrócenie suwu sprężania i przyczynia się do dalszego zmniejszenia strat pompowania (w cyklu Atkinsona), a także pozwala przyspieszyć, by wrócić do cyklu Otto, zapewniającego lepsze osiągi przy dużych obciążeniach. Zmiana fazy wałka rozrządu zaworów wylotowych jest sterowana systemem hydraulicznym.

Twórcy nowego silnika skupili się także na zmniejszeniu zużycia paliwa i emisji spalin przy prędkościach autostradowych. Po raz pierwszy w historii Toyoty nowy silnik jest wyposażony w kolektor dolotowy chłodzony cieczą. Obniżenie temperatury pozwala uniknąć wzbogacania mieszanki i w ten sposób ogranicza temperaturę spalania przy większych prędkościach, jednocześnie zmniejszając zużycie paliwa i emisję niepożądanych substancji. Tak jak w przypadku wszystkich silników z rodziny ESTEC (Economy with Superior Thermal Efficient Combustion), nowy silnik 1.5 korzysta z najnowszych udoskonaleń służących ograniczeniom tarcia.

Silnik pracujący w cyklu Atkinsona - Poradnik Motohobby

Najbardziej dziś rozpowszechnione czterosuwowe silniki benzynowe pracują w tak zwanym cyklu Otto, opracowanym pod koniec XIX wieku przez niemieckiego wynalazcę Nikolausa Otto, konstruktora jednych z pierwszych udanych tłokowych silników spalinowych. Istotą tego cyklu są właśnie składające się nań cztery suwy, wykonywane podczas dwóch obrotów wału korbowego: suw ssania, suw sprężania, suw pracy i suw wydechu.
Na początku suwu ssania otwiera się zawór ssący, przez który pod wpływem cofającego się tłoka z kolektora dolotowego zasysana jest mieszanka paliwowo-powietrzna. Przed rozpoczęciem suwu sprężania zawór ssący zamyka się i powracający w stronę głowicy tłok dokonuje sprężenia mieszanki. Gdy tłok dochodzi do szczytowego położenia, pod wpływem iskry elektrycznej następuje zapłon mieszanki. Powstałe w ten sposób gorące gazy spalinowe rozprężając się popychają tłok, przekazując mu swoją energię i gdy tłok maksymalnie oddali się od głowicy, otwiera się zawór wydechowy. Rozpoczyna się suw wydechu, w którym powracający tłok wypycha spaliny z cylindra do kolektora wydechowego.

Niestety, nie cała energia spalin jest wykorzystywana podczas suwu pracy do popychania tłoka (i, za pośrednictwem korbowodu, obracania wału korbowego). W chwili otwarcia zaworu wydechowego na początku suwu wydechu mają one jeszcze wciąż duże ciśnienie. Możemy się o tym przekonać, słysząc hałas powodowany przez samochód z zepsutym tłumikiem jego powodem jest właśnie uciekająca w powietrze energia. Dlatego właśnie sprawność tradycyjnych silników benzynowych to zaledwie około 35 procent. Gdyby tak dało się wydłużyć drogę tłoka w suwie pracy i tę energię wykorzystać.

Na taki właśnie pomysł wpadł angielski wynalazca James Atkinson. W 1882 roku skonstruował on silnik, w którym dzięki skomplikowanemu układowi popychaczy łączących tłoki z wałem korbowym suw pracy był dłuższy od suwu sprężania. Dzięki temu w momencie rozpoczęcia suwu wydechu ciśnienie gazów spalinowych było już właściwie równe atmosferycznemu, a ich energia w pełni wykorzystana.

Dlaczego więc pomysł Atkinsona nie zyskał szerszego zastosowania, a silniki spalinowe przez ponad stulecie korzystały z mniej wydajnego cyklu Otto? Przyczyny są dwie: jedna to złożona budowa silnika Atkinsona, a druga - i ważniejsza - mniejsza moc, którą silnik taki uzyskuje z jednostki pojemności skokowej.

Gdy jednak zaczęto zwracać coraz większą uwagę na zużycie paliwa oraz wpływ motoryzacji na środowisko naturalne, przypomniano sobie o wysokiej sprawności silnika Atkinsona, znakomitej zwłaszcza w średnim zakresie obrotów. Jego koncepcja okazała się doskonałym rozwiązaniem zwłaszcza w samochodach hybrydowych, w których niedobór mocy, potrzebnej zwłaszcza podczas ruszania i przyspieszania, kompensowany jest przez silnik elektryczny.

Dlatego właśnie silnik pracujący w zmodyfikowanym cyklu Atkinsona znalazł zastosowanie w pierwszym seryjnie produkowanym samochodzie z napędem hybrydowym - Toyocie Prius, a potem i wszystkich innych hybrydach marek Toyota i Lexus.

Na czym polega zmodyfikowany cykl Atkinsona? Otóż dzięki sprytnemu rozwiązaniu udało się spowodować, że mimo iż silnik Toyoty zachowuje klasyczną, prostą budowę konwencjonalnych silników czterosuwowych, a w każdym z suwów tłok pokonuje taką samą drogę, efektywny suw pracy jest dłuższy od suwu sprężania.

Właściwie należało by powiedzieć inaczej: efektywny suw sprężania jest krótszy od suwu pracy. Osiągnięto to dzięki opóźnieniu zamknięcia zaworu ssącego, który zamyka się chwilę po rozpoczęciu suwu sprężania. W ten sposób część mieszanki paliwowo-powietrznej jest cofana do kolektora ssącego. Ma to dwojakie konsekwencje: ilość gazów spalinowych powstałych z jej spalenia jest mniejsza i jest w stanie rozprężyć się całkowicie przed rozpoczęciem suwu wydechu, przekazując całą energię tłokowi, a sprężanie mniejszej ilości mieszanki wymaga mniejszej ilości energii, co zmniejsza wewnętrzne straty silnika. Stosując to i inne rozwiązania, w przypadku silnika wchodzącego w skład układu napędowego czwartej generacji Toyoty Prius udało się osiągnąć sprawność cieplną aż 41 procent, do tej pory osiągalną jedynie dla silników wysokoprężnych.

Piękno rozwiązania polega również na tym, że opóźnione zamykanie zaworów ssących nie wymaga poważnych zmian konstrukcyjnych - wystarczy wykorzystać do tego elektronicznie sterowany mechanizm zmiennych faz rozrządu.

A skoro można w ten sposób, czy nie dałoby się i odwrotnie? Oczywiście, że tak! Od pewnego czasu produkowane są silniki o zmiennym cyklu pracy. Gdy zapotrzebowanie na moc jest niewielkie, na przykład podczas spokojnej jazdy szosowej, silnik taki pracuje w cyklu Atkinsona, zużywając niewiele paliwa. Gdy zaś potrzebne są lepsze osiągi - przy ruszaniu ze świateł czy wyprzedzaniu - przechodzi do cyklu Otto, wykorzystując całą dostępną dynamikę.