Większa moc w zamian za mniejszą pojemność silnika?

Wszystkie sektory odczuwają dziś presję rynku mierząc się z coraz bardziej rygorystycznymi przepisami dotyczącymi ochrony środowiska.

Dotyczy to również firm z branży motoryzacyjnej, które na każdym etapie projektowania samochodów muszą wprowadzać technologie pozwalające na redukcję śladu węglowego.

• We wrześniu 2017 r. został wprowadzony nowy cykl testowy dla samochodów z nową homologacją w UE, a od września 2018 r. obowiązuje on wszystkie nowo sprzedawane pojazdy. Aby procedura testowa była bardziej zbliżona do codziennych warunków eksploatacji i aby przez to precyzyjniej określić ilość emitowanego dwutlenku węgla i pozostałych szkodliwych substancji, opracowano globalną, zharmonizowaną procedurę testową w zakresie pojazdów lekkich (WLTP, Worldwide Harmonised Light Vehicle Test Procedure). Zgodnie z nowymi celami ograniczenia emisji CO2 obowiązującymi kraje UE, w 2030 r. nowe samochody mają charakteryzować się emisją o 37,5 proc. niższą niż w 2021 r. Dla samochodów dostawczych emisje mają być niższe o 31 proc. Ponadto ustalono cel pośredni — o 15 proc. niższe emisje w przypadku samochodów osobowych i dostawczych w 2025 r. Średnia emisja CO2 w przypadku nowych pojazdów sprzedanych w UE w 2017 r. była niższa już o 31 proc. w porównaniu do 2000 r.

Przepisy w zakresie emisji szkodliwych substancji są teraz znacznie bardziej surowe również w odniesieniu do progów emisji tlenków azotu (NOx).

Od 2000 r. została ona obniżona o 84 proc., emisja cząstek stałych (PM) została zredukowana do wartości bliskiej zeru, a emisja tlenku węgla (CO) jest utrzymana na bardzo niskim poziomie.

• Jedną z głównych strategii redukcji emisji CO2 jest poprawa wydajności silnika poprzez zmniejszenie jego rozmiaru (downsizing). Mniejszy silnik charakteryzuje się mniejszą pojemnością skokową, ale mimo to jest bardziej wydajny przy wysokich ciśnieniach, jakie w nim występują. Większa wydajność w połączeniu z obniżeniem tarcia wewnętrznego – które osiągane jest dzięki mniejszej liczbie tłoków, łożysk i innych komponentów silnika – skutkuje większą oszczędnością paliwa. Mniejsza pojemność skokowa oznacza mniejszą ilość dostępnego powietrza, dlatego do podwyższania mocy stosowana jest turbosprężarka, która zwiększa gęstość powietrza dolotowego, dzięki czemu moc i wydajność silnika są znacznie wyższe.

Na rynku dostępnych jest już wiele silników poddanych downsizingowi.

Silnik benzynowy Forda 1.0 EcoBoost z turbodoładowaniem jest dostępny w wersjach z mocą wyjściową rzędu 100 KM, 125 KM i 140 KM.

• Downsizing skutecznie zastępuje dawne silniki wolnossące (bez turbodoładowania) o pojemności 1,4, 1,6, a nawet niektóre typu 1,8 l. Jednym z wyzwań związanych z wprowadzeniem mniejszych silników o większej wydajności jest tzw. ryzyko przedwczesnego zapłonu przy niskich prędkościach (LSPI, Low Speed Pre-ignition). Jest to forma nieprawidłowego spalania, do której może dojść w małych silnikach, w których występuje wysokie sprężanie. Nawet pojedynczy przypadek LSPI może spowodować poważne uszkodzenie silnika. Istnieje wiele przyczyn LSPI. Są to m.in.: konstrukcja silnika oraz skład paliwa i środków smarnych. Substancje, które wchodzą w skład środków smarnych i mogą powodować LSPI, to detergenty oraz przede wszystkim wapń.

„W przypadku takich małych silników o dużej mocy przy niskiej prędkości i wysokim obciążeniu występuje bardzo niekorzystne zjawisko przedwczesnego zapłonu, które może poważnie uszkodzić taką jednostkę” – wyjaśnia Michał Izdebski, ekspert techniczny Castrol Polska.

Niektórzy producenci, podobnie jak Amerykański Instytut Naftowy (API), stosują obecnie test LSPI.

„Olej ma wpływ na wyzwalanie zjawiska LSPI, ponieważ jego kropelki, które przedostają się do komory spalania, mogą doprowadzić do przedwczesnego zapłonu. Wiemy już, które ze składników oleju mogą zwiększać prawdopodobieństwo występowania LSPI i pracujemy nad odpowiednim dopasowaniem składu naszych produktów, aby ograniczyć to zjawisko” – dodaje. 

• „Przez kilka lat szczegółowo firma Castrol badała to zagadnienie, zarówno niezależnie, jak i we współpracy z producentami silników” – podkreśla Michał Izdebski.

• „Przeprowadziliśmy szczegółową analizę wpływu oleju i paliwa na występowanie tego zjawiska w silnikach oraz staraliśmy się opracować formulacje, które pozwalałyby na zmniejszenie ryzyka LSPI. Dzięki temu udało się nam starannie opracować kompletną rodzinę środków smarnych, które temu zapobiegają, jednocześnie zapewniając najlepsze w swojej klasie osiągi. Producenci OEM coraz częściej uwzględniają w swoich specyfikacjach testy silników pod kątem LSPI, co oznacza, że aby otrzymać ich aprobatę, musimy udowodnić, że nasze produkty zapewniają ochronę przed przedwczesnym zapłonem” – dodaje.

• Formulacje środków smarnych zawierają także inne składniki, które mają wpływ na występowanie LSPI. Są to na przykład modyfikatory tarcia i substancje chemiczne zapobiegające zużyciu adhezyjnemu. Dobierając olej do samochodu warto pamiętać, żeby wybrać zaawansowany technologicznie olej. Tego typu środki smarne ograniczają do minimum ryzyko wystąpienia LSPI, jednocześnie zapewniając znakomite osiągi.