De Ford Puma 1.7 Zetec

Technologie

ZETEC SE MOTOR MET BRILJANTE PRESTATIES

Naast de 1,4-liter Zetec SE 16-kleppenmotor die ook voor de Fiesta en Focus wordt gebruikt, is Puma verkrijgbaar met een nieuwe, briljante 1,7-liter versie. De Zetec SE werd in samenwerking met één van de meest geavanceerde specialisten in kleine motoren ontwikkeld, en dat resulteerde in een uitzonderlijke doeltreffendheid, verfijning en duurzaamheid en een buitengewoon prestatiegevoel. Met zijn aluminium blok en kop is dit één van de kleinste, lichtste en efficiëntste motoren die momenteel worden gebouwd.

De nieuwe 1,7-liter versie heeft een veel grotere boring (80 in plaats van 76 mm) en slaglengte (83,5 in plaats van 76,5 mm) dan de kleinere 1,4-liter. Hij beantwoordt aan dezelfde basisconcepten – geavanceerde verbrandingstechnologie, gewichtsbesparing en een minimale inwendige wrijving – en voegt er een belangrijke vernieuwing, variabele kleptiming (VCT) aan toe voor een hogere efficiëntie over een breder toerentalbereik. Tijdens de ontwikkeling werd een beroep gedaan op vooruitstrevende vergelijkingstechnieken met de beste Japanse en Europese concurrerende motoren, met een ongeëvenaarde doeltreffendheid als resultaat. Deze krachtbron bevestigt Fords status als toonaangevende producent van hoogtechnologische motoren.

De ontwerpers van de prestatiegerichte 1,7-liter motor hadden zich tot doel gesteld de kopers van een kleine nichewagen een geavanceerde nieuwe krachtbron aan te bieden die een zeer hoge klantentevredenheid zou combineren met de laagst mogelijke belasting van het milieu.

Om die doelstellingen te bereiken, werden de volgende technologische kenmerken toegepast:

Geavanceerde verbrandingstechnologie

zestien kleppen en twee bovenliggende nokkenassen om het specifiek vermogen (kW/liter) te verhogen
elektronisch gestuurde viergatsverstuivers om de mengselvorming te optimaliseren
nauwkeurige regeling van mengverhouding, ontstekingstijdstip en gasdynamiek voor een robuuste verbranding (constante vermogensontwikkeling en lage emissieniveaus)
nieuwe variabele kleptiming aan inlaatzijde

Gewichtsbesparing

motorblok en cilinderkop van aluminium
kleppendeksel van magnesium
boringen uit het moedermateriaal zonder ingegoten bussen, met een slijtvast oppervlak bekleed door middel van een nieuw proces

Vermindering van de wrijving

kleinere componenten dankzij de kleinere cilinderinhoud
uiterst lichte mechanische komstoters met op de bodem gemonteerde miniatuurvulplaatjes
minder krachtige klepveren dankzij uiterst lichte stoters
beklede cilinderboringen uit moedermateriaal met bijzondere aandacht voor het ontwerp van de zuigerveren
onderzijde met hoge constructiestijfheid

Duurzaamheid en betrouwbaarheid

kleppenmechanisme en distributieriem met lange levensduur (afstelling na 150.000 km)
aandrijfriemen met geringe onderhoudsbehoeften (afstelling na 150.000 km)
elektronische injectie
verdelerloos ontstekingssysteem
long-life bougies (vervanging elke 45.000 km)

17zetec-1

Zetec SE 1,7-liter ontwerp in detail

De prestatiegerichte versie van Fords Zetec SE familie kleine motoren heeft een cilinderinhoud van 1,7 liter en een maximumvermogen van 92 kW (125 pk) bij 6.300 t/min. Ze heeft een aluminium blok met grote boring zonder cilinderbussen. De zuigers verplaatsen zich rechtstreeks in het moedermateriaal dat volgens een speciaal gepatenteerd behandelingsproces bekleed wordt met een nikkelsiliciumlegering. De motor heeft een nauwkeurig in zand gegoten gesloten blok met diepe mantel.

Om de onderzijde een maximale constructiestijfheid te geven, is een afzonderlijke draagbalk van gegoten aluminium met bouten aan de onderste mantel van het blok bevestigd en werd geopteerd voor een carter van structureel spuitgietaluminium dat een belangrijke bijdrage levert tot de vermindering van de buigmomenten, één van de belangrijkste oorzaken van motortrillingen. Om structurele trillingen nog doeltreffender te bestrijden, zijn alle gietstukken voorzien van zware ribben.

De cilinderkop herbergt vier kleppen per cilinder onder een ingesloten hoek van 41,5 graden. Dit resulteert in een compacte dakvormige verbrandingskamer met een centraal gemonteerde bougie voor een gelijkmatige beweging van het vlamfront. Met meerkleppentechnologie kunnen kleinere klepschotels in een zelfde verbrandingsruimte worden gemonteerd als in een ontwerp met twee kleppen per cilinder, terwijl toch een groter gasvolume kan doorstromen. Dit resulteert in meer vermogen en een grotere inlaatturbulentie die het koppel bij laag toerental ten goede komt. Alle kleppen hebben grotere schotels dan die van de kleinere Zetec SE motoren.

DOHC met riemaandrijving

De twee bovenliggende nokkenassen worden aangedreven door een duurzame getande riem van met glasvezelversterkt nitrilrubber, voorzien van een automatische veerbelaste riemspanner en een mechanische demper.

De nokkenassen draaien elk in vijf lagers die rechtstreeks in de kop zijn aangebracht. Ze lichten de kleppen via rechtstreeks werkende komstoters uit gehard staal. De klepspeling wordt bij de motorassemblage ingesteld door minivulplaatjes van gehard staal tussen de stoters en de kleppen te plaatsen. Ze moet pas na 150.000 km worden gecontroleerd.

De motor heeft een tweedelig inlaatspruitstuk van gegoten aluminium, afgestemd op een evenwichtige doorstroming, met kanalen van bijna gelijke lengte, geoptimaliseerd voor een zacht maar “sportief” geluid. Lengte, diameter en vorm van het volledige inlaatsysteem zijn geoptimaliseerd om tot de best mogelijke combinatie van koppel onderin en vermogen bovenin te komen.

Variabele kleptiming (VCT)

Het gebruik van vier kleppen per cilinder is een beproefde methode om een hoog specifiek vermogen te verkrijgen. Twee kleine inlaat- en twee kleine uitlaatkleppen die in dezelfde verbrandingskamer gemonteerd worden als in verhouding grotere enkele kleppen, laten een 50 procent hogere gasdoorstroming toe. Dankzij kleinere kleppen met minder inertie kan bovendien op efficiënte wijze hoger in de toeren worden geklommen.

De voordelen van meerkleppentechnologie zijn vooral duidelijk bij grote gasklepopening, maar de gunstige effecten kunnen in andere omstandigheden benut worden om de algemene prestaties te verbeteren. De motor biedt een compromis tussen instellingen die bevorderlijk zijn voor respectievelijk een maximale cilindervulling en een soepele, stabiele werking met een minimum aan uitlaatgasemissies bij geringe belasting.

Eén manier om de voordelen van een meerkleppenmotor uit te breiden, is het omschakelen van de nokkenashoekverdraaiing tussen twee waarden waarbij het openingsmoment van de inlaatkleppen door de motormanagementcomputer wordt bepaald in functie van de actuele omstandigheden. Lichthoogte en openingsduur blijven constant, maar het openen en sluiten is over een breder tijdsbereik gespreid.

In het systeem van de Ford Zetec SE 1,7-liter gebeurt die verstelling door een geleidingsrol tussen het nokkenastandwiel en de as met de nokverhogingen te monteren. De buitendiameter van de rol wordt gevormd door een stel schroefvormige rechte tandwielen met overeenkomstige schroefvertandingen op de binnendiameter van het kettingwiel. De binnendiameter van de rol wordt gevormd door een ander stel schroefvormige tandwielen die aangrijpen in de nokkenas. Het uiteinde van de rol vormt tevens een hydraulische zuiger aangedreven door motoroliedruk die gemoduleerd wordt door een elektromagnetische klep, aangestuurd door de EEC-V module.

Op het ogenblik dat de zuiger zich over de volledige slag heeft verplaatst, is de rol 10 graden verdraaid, waardoor de nokkenas en het tandwiel op hun beurt ieder 10 graden in tegenovergestelde richtingen draaien. Aangezien de kleptiming altijd uitgedrukt worden in krukasgraden en de krukas twee keer zo snel draait als de nokkenas, resulteert die nokkenashoekverdraaiing van 20 graden in een wijziging van 40 graden in de timing van de inlaatkleppen.

Voor de prestatiegerichte Zetec SE 1,7-liter motor kan de klepoverlapping zo worden gevarieerd van nul graden (voor een optimaal stationair toerental en maximumvermogen) tot 32 graden (voor een maximaal volumetrisch rendement in het middentoerengebied). De overlapping tussen het punt waarbij de inlaatklep opent en het punt waarbij de uitlaatklep sluit, verbetert doorgaans de cilindervulling omdat de gebruikte gassen met de inertie van de binnenstromende gassen worden afgevoerd. Een te grote overlapping (tot 40 graden) bij lichte belasting, wanneer de gasklep maar gedeeltelijk openstaat, heeft tot gevolg dat een deel van de uitlaatgassen terug wordt aangezogen door het inlaatvacuüm en de tegendruk in de uitlaat. Dit resulteert in een uiterst doeltreffende inwendige uitlaatgasrecirculatie (EGR) zonder de complicatie van afzonderlijke externe componenten. Zoals bij een conventioneel EGR-systeem worden de verbrandingstemperatuur en de concentraties stikstofoxiden (NOx) verlaagd.

Variabele kleptiming biedt de volgende voordelen:

hoger specifiek vermogen
meer koppel onderin
lager brandstofverbruik
stabieler stationair toerental
lagere NOx-emissies

Viergatsverstuivers

Het injectiesysteem bevindt zich op een aluminium rail voorzien van elektronische verstuivers met zijdelingse aanvoer. Deze verstuivers onderscheiden zich door een geoptimaliseerd vernevelingspatroon gericht op de dubbele inlaatkanalen en een viergatsconfiguratie die een betere voorbereiding van het te verstuiven mengsel toelaat. Een geavanceerd hittedraadsysteem registreert de luchthoeveelheid.

De krukas van smeedstaal met hoge sterkte heeft vijf hoofdlagers en acht tegengewichten die geoptimaliseerd werden om de torsietrillingen te beperken.

Smeedstalen drijfstangen drijven lichte aluminium zuigers met wrijvingsarme bekleding op de mantels aan. Ze zijn voorzien van drie speciale wrijvingsarme veren die met een geringere tangentiële voorbelasting functioneren. De volledig vrije zuigerpennen worden op hun plaats gehouden door borgveren.

De cilinderwanden in het aluminium motorblok zijn bekleed met een speciale legering van nikkel en silicium die een duurzaam en uiterst slijtvast oppervlak vormt. Een haarfijn berekende geometrie van de boring resulteert in een te verwaarlozen olieverbruik en een geringe uitstoot van blow-by koolwaterstoffen.

Geruisloze aandrijving van de hulpapparaten

De aandrijfsystemen voor de hulpapparaten kregen bijzondere aandacht, gericht op een langere levensduur en lagere geluidsniveaus. De oliepomp wordt rechtstreeks aangedreven door het voorste gedeelte van de krukas terwijl de waterpomp, de direct gemonteerde wisselstroomgenerator, de stuurbekrachtigingspomp en de compressor van het (eventuele) airconditioningsysteem aangedreven worden door één specifieke multi-V-riem. Het materiaal, de groefprofielen en de geometrie van de riem werden zorgvuldig geoptimaliseerd voor een lange levensduur, terwijl een dynamische riemspanner en de afstelling in de fabriek een langdurig betrouwbare werking zonder onderhoud waarborgen.

De wisselstroomgenerator is van het nieuwste type, uitgerust met twee inwendige koelventilators die het geluidsniveau beperken. Hij beschikt over een geïntegreerd nieuw sensorsysteem dat bij veranderingen in de belasting signalen naar de EEC-V module stuurt om het stationair toerental te stabiliseren.

Bijzondere aandacht ging naar de motorafdichting. Ontwerp en installatie van de pakkingen zijn geoptimaliseerd voor een hoge constructiestijfheid en een verbeterde lekweerstand.

17zetec-2

Vermogen en koppel

Op basis van klantenonderzoek werd een lijst opgemaakt van motorkenmerken die absolute prioriteit kregen in het ontwerp- en ontwikkelingsprogramma. Het gaat om de volgende eisen:

onmiddellijke start warm of koud
verantwoord verbruik in alle omstandigheden
goed prestatiegevoel
lage geluidsniveaus
verfijnde maar sportieve geluidskwaliteit
een minimum aan trillingen

Zetec SE motoren starten in veel minder dan een seconde. De nieuwe, prestatiegerichte 1,7-liter versie levert één van de hoogste specifieke motorkoppels (gemiddelde effectieve druk) in haar klasse. Ook voor het specifiek brandstofverbruik van de Zetec SE, dat de relatie tussen verbruik en prestaties weergeeft, wordt één van de gunstigste waarden in de klasse van de compacte auto’s opgetekend.

Prestatiegevoel

De subjectieve indruk van de klanten over het prestatiegevoel wordt bepaald door een aantal factoren waaronder de eindoverbrengingsverhouding, het gewicht van de auto en de luchtweerstand. Belangrijke factoren zijn de vorm en de hoogte van de koppelcurve, een aanwijzing van het vermogen om over het volledige toerentalbereik soepel op te trekken.

Sportieve bestuurders halen ook veel voldoening uit een gewillig in de toeren klimmende motor die zonder gedreun of ademnood zijn prestatiepotentieel in het hogetoerengebied ter beschikking stelt. De nieuwe versie van de Zetec SE biedt die eigenschap: ze klimt moeiteloos naar 6.750 t/min.

Een zorgvuldige optimalisering van inlaatsysteem, mengselvorming, gasdynamiek en variabele kleptiming resulteerde in een uitstekend maximumkoppel dat over vrijwel het gehele toerentalbereik beschikbaar is en bijzonder hoge waarden onderin. Meer dan 95 procent van het maximumkoppel wordt vrijgegeven tussen 2.500 en 5.500 t/min terwijl tussen 1.500 en het begrensde maximumtoerental van 6.750 t/min maar liefst 85 procent van die waarde beschikbaar is. Dit komt tot uitdrukking in een buitengewone gewilligheid en uithouding tijdens acceleraties, een levendig karakter en een voorbeeldige souplesse.

Lage NVH-niveaus

Naast de ontwerpkenmerken die specifiek tot doel hebben geluid, trillingen en gedreun (NVH) te beperken, kunnen alle Zetec SE motoren om een aantal andere redenen schermen met een zeer verfijnde loop. Die zijn:

zorgvuldig afgesteld luchtinlaatsysteem met geoptimaliseerde resonantiekamers
doorgedreven akoestische ontwikkeling voor een verfijnde maar sportieve geluidskwaliteit
rechtstreeks gemonteerde accessoires
flexibele koppeling voor het uitlaatspruitstuk en speciale steunen
Torque Roll Axis (TRA) motorophanging met hydraulische steun aan de rechterzijde

Emissieregeling

De lage emissiewaarden van de nieuwe Zetec SE 1,7-liter motor zijn toe te schrijven aan een lange reeks maatregelen. Die zijn:

sequentiële elektronische benzine-injectie met de recentste viergatsverstuivers met zijdelingse aanvoer
variabele kleptiming
geavanceerde gasdynamiek met hoog debiet en middelkrachtige koprolwervel, geoptimaliseerd voor de middelgrote kleplichthoogte
robuuste, gecontroleerde snelle verbranding
een minimum aan dode zones om de stagnerende gebruikte gassen te beperken
doeltreffende kort gekoppelde katalysator met elektrisch verwarmde zuurstofsensor
intelligent closed-loop EEC-V motormanagementsysteem

Bovendien werden de recentste ontwikkelingstechnieken gebruikt:

computergestuurde ontwikkeling van de gasdynamiek (CFD) voor de optimalisering van de stroom uitlaatgassen naar de katalysator
vroegtijdige beschikbaarheid van prototypes voor de ontwikkeling van het inlaatspruitstuk

Dankzij die engineeringinspanningen blijven de emissieniveaus van de prestatiegerichte Zetec SE 1,7-liter motor probleemloos onder de recentste EG-normen.

 De 1.7 Zetec heeft ondertussen bewezen ook nog zeer betrouwbaar te zijn. Met het juiste onderhoud en steeds voldoende olie is tot deze kilometerstanden in staat.
6 juni 2009 bereikte de Puma van Paresh (nikea2000) deze stand. Puma van april 1999. Dus in iets meer dan 10 jaar !
6 juni 2009 Paresh Puma

9 maart 2015 heeft de Puma deze stand bereikt (geen eigendom meer van Paresh)

KM stand oude Puma Paresh