Noi sisteme de transmisie și control al emisiilor

Noi sisteme de transmisie și control al emisiilor


Dezvoltarea motoarelor cu niveluri foarte ridicate de forță de tracțiune și cuplu — datorate, în cazul motoarelor diesel, tehnologiei injectorului-pompă — reprezintă o provocare semnificativă pentru ingineria transmisiilor.




Volkswagen a început să își reorienteze și să eficientizeze programul de transmisie pentru a obține cel mai mare progres posibil în materie de design, ținând cont în permanență de obiective de bază, cum ar fi reducerea costurilor prin economii de scară. Elementele utilizate în prezent ca piloni fundamentali sunt o consecință a principiului designului modular, care cuprinde binecunoscuta „platformă comună” și permite utilizarea unor ansambluri identice într-o gamă largă de modele din cadrul Grupului Volkswagen. Obiectivele sunt următoarele:

· Toate cutiile de viteze manuale vor avea șase trepte.
· Dezvoltarea cutiilor de viteze automate cu șase trepte.
· Sisteme de tracțiune integrală disponibile cu motoare montate transversal sau longitudinal și cu cutii de viteze manuale sau automate.

Noi cutii de viteze manuale cu șase trepte
Noile cutii de viteze numite MQ (acronim în care M reprezintă manualul, iar Q reprezintă montarea mecanică transversală) au:

· Acțiune precisă de schimbare a vitezelor, inclusiv mișcare minimă a manetei și puncte de cuplare precise, identice pentru toate transmisiile manuale VW.
o Relații atent definite pentru caracteristicile motorului în care sunt utilizate.
· Fabricat cu standarde excepționale de precizie, asigurând o funcționare absolut silențioasă și o durată lungă de viață.
Noile cutii de viteze acționate prin cablu au șase sau, dacă este necesar, cinci rapoarte de transmisie și îndeplinesc următoarele criterii:
· Pierderi minime prin frecare pentru a oferi o eficiență maximă.
· Design compact, prin utilizarea de materiale de înaltă rezistență și dimensiuni minime.
· Greutate redusă, prin utilizarea, de exemplu, a carcasei de magneziu.

Cutiile de viteze MQ 200, 250, 350 și 500 (cifrele indică cuplul maxim în Nm pe care cutia de viteze este capabilă să îl transmită) sunt deja utilizate sau vor fi utilizate în curând la noile modele Volkswagen. S-a pus un accent deosebit pe asigurarea faptului că cutiile de viteze sunt potrivite nu doar pentru utilizarea cu diferite motoare, ci și pentru modele din diverse segmente.
Trecerea Volkswagen către utilizarea a șase trepte de viteză pentru mersul înainte la noile modele asigură că rapoartele de transmisie pot fi adaptate mult mai precis la caracteristicile diferitelor motoare; acest lucru are ca rezultat răspunsuri mai viguroase ale accelerației și, în același timp, un consum redus de combustibil.

Noi transmisii automate cu convertor de cuplu
Ca și în cazul transmisiei manuale, o nouă gamă de transmisii automate cu convertoare hidraulice de cuplu le va înlocui în curând pe cele actuale. Luând ca exemplu motorul V10 TDI, cu un cuplu maxim de 750 Nm și o putere de 313 CP, devine clar nivelurile semnificative de putere și cuplu cu care transmisiile automate vor trebui să facă față în viitor. În plus, cele șase trepte de viteză înainte vor fi utilizate în aceste transmisii din aceleași motive ca și în cazul transmisiei manuale.
Volkswagen dezvoltă în prezent trei transmisii automate pentru intervale de cuplu de la 250 la 800 Nm, unele dintre acestea fiind potrivite pentru motoare montate longitudinal sau transversal. Prin progresul continuu în dezvoltarea de software, vor fi disponibile programe de economisire a combustibilului fără nicio pierdere din rafinamentul condusului, de exemplu, prin instalarea unui convertor de cuplu „ecranat” pentru a elimina pierderile actuale de transmisie hidraulică care apar între cele două părți ale convertorului.

Tehnologie inteligentă de transmisie
Progresele oferite de cea mai recentă generație de motoare, care dezvoltă valori de putere și cuplu mai mari decât în mod obișnuit, confirmă, din toate punctele de vedere, validitatea politicii Volkswagen de a adopta tracțiunea integrală ca singura modalitate practică de a transmite în mod fiabil aceste creșteri semnificative ale forței de tracțiune la drum. Cercetarea și dezvoltarea efectuate dau deja roade, iar sistemele de tracțiune integrală ale Grupului Volkswagen - fie prin ambreiajul Haldex pentru motoarele montate transversal, fie prin sistemul de tracțiune integrală cu diferențial central Torsen pentru motoarele montate longitudinal - sunt capabile să îndeplinească, în practică, toate cerințele mecanice.
Dezvoltarea noului SUV, care va utiliza un motor montat longitudinal cu o transmisie automată, a necesitat proiectarea unui sistem de tracțiune integrală capabil să reziste celor mai severe sarcini, atât pe șosea, cât și în off-road. Pentru a realiza acest lucru, a fost aleasă o configurație clasică, cu o cutie de transfer cu angrenaj planetar care, cuplată la transmisia automată, acționează ca o treaptă inferioară suplimentară, permițând o conducere foarte lentă pe teren foarte dificil.
Până la 50% din cuplul aplicat în mod normal roților spate poate fi direcționat fără probleme către roțile față prin intermediul unui lanț dințat și al unui arbore de transmisie extern. Un sistem de blocare controlat electronic pe diferențialul central asigură o distribuție optimă a cuplului între cele două punți, în timp ce blocările electrice controlate de șofer pe punțile față și spate asigură o deplasare lină chiar și pe cel mai dificil teren.
La deplasarea pe trotuar, toate blocajele sunt eliberate, permițând tracțiunii să ajungă la roțile din spate fără nicio tensiune acumulată. Acest sistem de tracțiune integrală va fi disponibil și pentru vehiculele comerciale ușoare și va fi utilizat și la alte modele.

Strategia de control al emisiilor
În cei douăzeci și cinci de ani de când Volkswagen a comercializat primul său motor diesel pentru autoturisme, inginerii de cercetare și dezvoltare au depus eforturi constante pentru a maximiza protecția mediului. Reducerea volumului de emisii poluante este întotdeauna o prioritate în timpul dezvoltării fiecărui motor nou sau al optimizării celor existente. În prezent, activitatea de cercetare și dezvoltare se concentrează pe reducerea emisiilor la un nivel mult sub reglementările „Euro 4”, care vor intra în vigoare în 2005.
Inginerii mecanici de la Volkswagen sunt încrezători în dezvoltările la care lucrează în prezent pentru a continua reducerea nivelurilor de poluare:

Noi îmbunătățiri în procesul de ardere internă.
Catalizatori și mai eficienți
Utilizarea unui filtru de particule suplimentar.
Tratament suplimentar al gazelor de eșapament pentru reducerea oxizilor de azot (NOX).

Optimizarea tehnicilor de injecție și ardere
Cel mai ecologic motor Volkswagen, Lupo TDI „3L”, a fost singurul care a depășit standardul de emisii D4 din 1999, deși un alt autoturism VW va atinge în curând acest obiectiv: Golf 1.9 TDI de 100 CP cu tracțiune față va respecta acest standard de control al emisiilor începând cu iunie anul viitor.
Își va menține performanța intactă, cu 100 CP disponibili la 4.800 rpm și un cuplu maxim de 240 Nm la 1.800 rpm. Sistemul de injecție a combustibilului și alte procese de operare interne au suferit dezvoltări suplimentare.
Primul pas către atingerea acestui obiectiv este un nou design al duzei injectoarelor - cu o prelucrare și mai precisă a orificiilor, rezultând o atomizare îmbunătățită a combustibilului - și o ardere mai eficientă, ajutată de utilizarea unor capete de piston plate, pentru care au fost modificate și supapele. Noul sistem elimină adânciturile tradiționale ale capetelor supapelor, care, într-o anumită măsură, interferau cu propagarea flăcării în timpul procesului de ardere.
De asemenea, a fost încorporat un sistem inovator de recirculare a gazelor de eșapament, care contribuie la reducerea emisiilor de NOx. Gazele care se întorc în camerele de ardere sunt răcite în funcție de temperatura și punctul de funcționare al motorului. Acest sistem suplimentar de răcire permite gazelor de eșapament care se întorc în camerele de ardere să facă acest lucru la temperatura optimă pentru a menține emisiile de NOx sub control, fără a produce emisii crescute de monoxid de carbon (CO), hidrocarburi (HC) și particule.
Un catalizator de oxidare cu pereți deosebit de subțiri facilitează o conversie mai rapidă a gazelor după pornirea unui motor rece. Izolația cu un strat intermediar de aer de la țeava de eșapament care duce la catalizator ajută, de asemenea, la minimizarea pierderilor de temperatură.
Ambii factori reduc cantitatea de combustibil convertită de convertorul catalitic în timpul fazei de încălzire a motorului. Acest lucru permite motorului TDI de 100 CP să respecte viitorul standard Euro 4, chiar și cu tehnologia cu două supape pe cilindru. Progrese și mai mari vor fi realizate odată cu comercializarea injectorului-pompă de a doua generație, care oferă o presiune nominală mai mare.
Este din ce în ce mai evident că ritmul dezvoltării tuturor proceselor de control al emisiilor va permite vehiculelor cu o anumită putere a motorului să depășească în mod fiabil standardul Euro 4.
Cu toate acestea, vehiculele mai mari și mai grele, cum ar fi sedanul de lux sau viitorul SUV cu motor V10 TDI, funcționează frecvent în puncte de funcționare unde există riscul de depășire a limitelor viitorului standard. Din acest motiv, este esențială o tratare suplimentară a gazelor de eșapament. Scopul este de a reduce nivelul de oxizi de azot gazoși (NOX) și particule solide. În acest scop, inginerii de dezvoltare de la Volkswagen au dezvoltat un sistem activ de tratare a gazelor de eșapament.

Sistemul CRT activ de la Volkswagen
Spre deosebire de sistemul tradițional de regenerare discontinuă care utilizează un filtru de particule, noul sistem CRT (continuous regeneration storage - stocare continuă a regenerării) funcționează cu o sarcină a filtrului care nu depășește 20 sau 30% din capacitatea sa, evitând astfel contrapresiunile extreme în sistemul de evacuare, care cauzează adesea un consum foarte mare.
Regenerarea continuă utilizează dioxid de azot (NO2) produs în catalizatorul de oxidare situat lângă motor în loc de oxigen (O2), așa cum este cazul sistemului actual. Pentru ca CRT-ul să funcționeze continuu, este necesară o temperatură de funcționare de peste 300 de grade, care se realizează cu un ciclu ușor de post-injecție.
În intervalul de sarcină redusă, la viteze de până la 100 km/h (62 mph), sistemul acumulează particule de funingine filtrate până când se atinge limita de capacitate a filtrului de 30%. În acest moment, începe funcția activă a CRT. Convertorul catalitic de oxidare elimină monoxidul de carbon (CO) și hidrocarburile (HC) din gazele de eșapament și furnizează dioxidul de azot (NO2) necesar pentru oxidarea (arderea) particulelor de funingine în dioxid de carbon (CO2) în convertorul catalitic secundar.
Dacă sarcina filtrului scade sub 20% din capacitatea sa, funcția CRT activă se oprește. Valorile de control sunt diferențele de temperatură și presiune în amonte și în aval de filtru; acestea pot fi determinate cu mare precizie și fiabilitate pentru a asigura o funcționare eficientă a CRT.
Motorina disponibilă în prezent pe piață conține o proporție mare de sulf, care contaminează treptat convertoarele catalitice. Această situație ar afecta negativ funcționarea CRT - cu o creștere rapidă a contaminării filtrului cu particule de funingine - dacă nu se iau măsuri externe pentru a o corecta. Pentru a menține fiabilitatea în aceste condiții, în sistemul CRT a fost încorporată o „frână de urgență”.
Această „frână” declanșează un proces de post-injecție a combustibilului care ridică temperatura gazelor de eșapament la peste 500 de grade; la această temperatură, particulele de funingine din filtru se aprind în prezența oxigenului atmosferic (O2). În același timp, această „injecție cu foc” curăță catalizatorii prin îndepărtarea depozitelor de sulf.
Ca urmare a introducerii pe piață a benzinei Super-Plus fără sulf, se vor stabili modificări controlate ale compoziției combustibilului într-o perioadă relativ scurtă de timp. Prin urmare, este foarte probabil ca pe termen mediu să fie comercializată și motorina fără sulf, ceea ce va face inutilă utilizarea acestei funcții suplimentare în sistemul CRT activ, cu creșterea severă a temperaturii rezultată.

Catalizator de stocare pentru oxizi de azot (NOX)
Pentru a obține o compoziție a gazelor de eșapament adecvată pentru respectarea reglementărilor Euro 4 în toate fazele de funcționare ale unui motor de înaltă performanță, nici măcar eliminarea aproape totală a particulelor de funingine nu este suficientă. De asemenea, trebuie reduși la minimum oxizii de azot gazoși (NOX) rămași. Cea mai potrivită modalitate de a realiza acest lucru este cu un catalizator de stocare a oxizilor de azot, o componentă deja cunoscută pentru utilizarea sa în motoarele pe benzină cu injecție directă. Învelișul catalitic absoarbe oxizii de azot din gazele de eșapament ca un burete.
Totuși, capacitatea sa limitată de absorbție înseamnă că trebuie curățată la intervale regulate prin îmbogățirea amestecului. Pentru a realiza acest lucru, aerul de admisie al unui motor diesel, care în mod normal funcționează cu mai mult aer decât combustibil (adică cu un amestec foarte sărac), este temporar supraalimentat, iar motorul funcționează prin post-injecție. Acest proces continuă timp de cinci până la zece kilometri, deși, în general, nu este observat de șofer. Procesul asigură că catalizatorul de stocare poate elimina 60 până la 70% din oxizii de azot din gazele de eșapament în condiții normale de funcționare.



SALUTĂRI