Jei atidarysite dvidešimties metų senumo automobilio variklio dangtį ir palyginsite jį su šiuolaikiniu, skirtumas bus akivaizdus. Turbokompresoriai, tiesioginis degalų įpurškimas, fazių keitimo sistemos, suodžių filtrai, katalizatoriai, išmetamųjų dujų recirkuliacijos sistemos, starterio-generatoriaus sistemos - visa tai gerokai apsunkino variklio konstrukciją.

Daugeliui kyla logiškas klausimas: ar visa tai tikrai buvo būtina, ar gamintojai tiesiog padarė automobilius sudėtingesnius? Atsakymas yra kur kas įdomesnis, nei atrodo.

Ekologija pakeitė žaidimo taisykles

Dešimtmečiais pagrindinė variklio užduotis buvo užtikrinti pakankamą galią ir priimtiną degalų sąnaudas. Šiandien to jau nepakanka: šiuolaikinis variklis turi vienu metu atitikti griežtus aplinkosaugos normatyvus, sunaudoti mažiau degalų, išskirti mažiau kenksmingų medžiagų, veikti tyliau ir išlaikyti vairuotojo komfortą.

Normatyvų griežtinimo mastą matyti konkrečiuose skaičiuose. Euro-5 norma (2009-2011 m.) dyzeliniams varikliams leido azoto oksidų (NOx) išmetimą 180 mg/km lygyje. Euro-6 norma (2014-2015 m.) sumažino šį rodiklį iki 80 mg/km - sumažinimas 56% tam pačiam variklio tipui. Tuo pačiu metu benzininiams varikliams su tiesioginiu įpurškimu pirmą kartą buvo įvestas atskiras dalelių skaičiaus (PN) normatyvas, kokio senesnėse normose nebuvo.

Būtent šių reikalavimų derinys, o ne gamintojų noras viską apsunkinti, tapo daugumos šiuolaikinių technologijų atsiradimo priežastimi.

Daugiau galios esant mažesniam tūriui

Dar prieš dvidešimt metų 2,5-3,0 litrų tūrio variklis buvo laikomas įprastu. Šiandien panašią galią dažnai gauna iš 1,5-2,0 litrų tūrio variklio. Tai tapo įmanoma dėl turbo pripūtimo, tiesioginio degalų įpurškimo, aukštesnio įpurškimo slėgio ir tikslaus elektroninio degimo proceso valdymo.

Įpurškimo slėgio skirtumas tarp senų ir naujų sistemų parodo šių pokyčių mastą. Klasikinės įpurškimo į įsiurbimo kolektorių sistemos (MPI) veikė esant maždaug 3-4 barų slėgiui. Šiuolaikinės tiesioginio įpurškimo sistemos (GDI), tiekiančios degalus tiesiai į degimo kamerą, veikia esant 200 barų slėgiui, o naujausios sistemų kartos pasiekia 350 barų, plėtojant technologijas link 500 barų. Toks slėgio padidėjimas leidžia degalams pasiskirstyti kur kas smulkesniais lašeliais, kas pagerina degimą ir sumažina kietųjų dalelių išmetimus.

Tačiau savitosios galios padidėjimas sukėlė temperatūrinių ir mechaninių apkrovų augimą varikliui, kas tiesiogiai paveikė reikalavimus variklinei alyvai.

Elektronika tapo tokia pat svarbi kaip mechanika

Šiuolaikinį variklį valdo dešimtys elektroninių sistemų. Valdymo blokas nuolat analizuoja daugybės jutiklių rodmenis ir realiu laiku koreguoja degalų tiekimą, uždegimo kampą, pripūtimo slėgį, fazių keitimo darbą ir daugybę kitų parametrų. Toks tikslumas leidžia vienu metu mažinti degalų sąnaudas, mažinti išmetimus ir didinti variklio efektyvumą.

Kodėl atsirado EGR, DPF ir katalizatoriai

Daugelis automobilių savininkų suvokia šias sistemas kaip papildomų problemų šaltinį. Tačiau jų užduotis visiškai kitokia - visos jos atsirado siekiant sumažinti kenksmingų medžiagų išmetimus, ir be jų šiuolaikinių ekologinių reikalavimų įvykdyti būtų neįmanoma.

Suodžių filtras (DPF) sugauna suodžių daleles savo porose, tačiau susikaupę suodžiai laikui bėgant blokuoja išmetamųjų dujų srautą. Kad sudegintų šiuos suodžius, reikalinga aukštesnė nei maždaug 550°C temperatūra, kuri įprasto važiavimo mieste metu dažnai nepasiekiama. Todėl variklio valdymo sistema periodiškai paleidžia aktyvią regeneraciją: įpurškia papildomus degalus, kad dirbtinai pakeltų išmetamųjų dujų temperatūrą iki reikiamo lygio ir sudegintų susikaupusius suodžius.

Tuo pačiu metu konstrukcijos apsunkinimas neišvengiamai padidino komponentų, reikalaujančių priežiūros ir diagnostikos, skaičių.

Kodėl šiuolaikiniai varikliai kelia aukštesnius reikalavimus variklinei alyvai

Aukštos temperatūros, padidintas slėgis cilindruose, turbo pripūtimas, išmetamųjų dujų toksiškumo mažinimo sistemos ir pailginti aptarnavimo intervalai gerokai padidino reikalavimus variklinėms alyvoms. Šiuolaikinė alyva turi ne tik mažinti trintį ir apsaugoti variklio detales, bet ir išlikti stabili kur kas sunkesnėmis eksploatavimo sąlygomis, nei tai buvo reikalaujama dar prieš kelis dešimtmečius.

Būtent todėl atsirado naujos specifikacijos, leidimai ir mažai klampios alyvos, apie kurias jau pasakojome ankstesniuose straipsniuose: klampos mažinimas ir HTHS parametras yra tiesiogiai susiję su savitosios galios augimu ir degalų ekonomijos reikalavimais, o tokios kategorijos kaip API SN Plus ir SP atsirado kaip tiesioginis atsakas į žemo greičio priešlaikinio uždegimo (LSPI) problemą, būdingą būtent turbininiams varikliams su tiesioginiu įpurškimu.

Ar šiuolaikiniai varikliai tapo blogesni?

Tai vienas iš labiausiai diskutuojamų klausimų, ir vienareikšmio atsakymo į jį nėra. Šiuolaikiniai varikliai užtikrina didesnę galią, mažesnes degalų sąnaudas, gerokai mažesnius išmetimus ir geresnį komforto lygį. Tuo pačiu metu jie tapo sudėtingesni konstrukciniu požiūriu ir jautresni priežiūros kokybei. Todėl lyginti šiuolaikinius ir senus variklius tik pagal resursą ar patikimumą būtų neteisinga: kiekviena karta buvo kuriama pagal savo laikmečio reikalavimus, o šie reikalavimai iš esmės skyrėsi.

Dažni klaidingi įsitikinimai

Gamintojai apsunkino variklius tik dėl pelno iš atsarginių dalių.

Ne. Dauguma naujų sistemų, įskaitant DPF, EGR ir katalizatorius, buvo įvestos kaip tiesioginė konkrečių išmetimų normatyvų pasekmė, o ne kaip savarankiškas gamintojo inžinerinis sprendimas.

Suodžių filtras yra tik problemų šaltinis be realios naudos.

Ne. DPF realiai sulaiko kietąsias daleles, kurios priešingu atveju visiškai patektų į atmosferą. Problemos su filtru dažniausiai siejamos su eksploatavimo pobūdžiu (trumpos kelionės žemais apsukais), o ne su pačia technologija.

Seni varikliai buvo vienareikšmiškai patikimesni už šiuolaikinius.

Ne visai taip. Seni varikliai buvo paprastesni konstrukciniu požiūriu, tačiau ir reikalavimai jiems, įskaitant išmetimų normas ir degalų ekonomiją, buvo gerokai žemesni. Tiesioginis "patikimumo" palyginimas neatsižvelgiant į šį reikalavimų skirtumą yra nekorektiškas.

Dažniausiai užduodami klausimai

Kodėl mažesnio tūrio varikliai duoda tokią pačią galią kaip seni didesnio tūrio varikliai?

Dėl turbo pripūtimo, gerokai aukštesnio degalų įpurškimo slėgio ir tikslaus elektroninio degimo proceso valdymo, kurie kartu kompensuoja mažesnį darbinį tūrį.

Kodėl suodžių filtrui kartais reikia priverstinės regeneracijos servise?

Jei automobilis ilgą laiką buvo eksploatuojamas sąlygomis, kuriomis išmetamosios dujos niekada nepasiekė natūraliai aktyviai regeneracijai reikalingos temperatūros, gali būti susikaupę daugiau suodžių, nei sistema geba sudeginti savarankiškai, ir prireiks priverstinės procedūros.

Ar turbo pripūtimas ir aukštesni reikalavimai alyvai yra tarpusavyje susiję?

Taip, tiesiogiai: aukštesnės temperatūros ir apkrovos alyvai turbininiuose varikliuose su tiesioginiu įpurškimu yra viena iš priežasčių, kodėl atsirado atskiros leidimų kategorijos, saugančios nuo specifinės žemo greičio priešlaikinio uždegimo (LSPI) problemos.

Ar apskritai galima išvengti sudėtingų sistemų, tokių kaip EGR ir DPF, nusipirkus paprastesnį automobilį?

Ne, jei kalbama apie naują automobilį, nes šios sistemos reikalaujamos pagal galiojančius ekologinius normatyvus, siekiant gauti leidimą pardavimui, o ne yra gamintojo pasirinkimo galimybė.

Išvada

Šiuolaikiniai varikliai tapo sudėtingesni ne atsitiktinai. Ekologinių reikalavimų augimas, siekis sumažinti degalų sąnaudas, padidinti galią ir pagerinti komfortą privertė inžinierius ieškoti naujų techninių sprendimų. Kiekviena nauja sistema atsirado kaip atsakas į konkretų inžinerinį ar norminį uždavinį, ar tai būtų azoto oksidų išmetimų normatyvas, ar būtinybė išlaikyti galią esant mažesniam darbiniam tūriui. Būtent todėl šiuolaikinis variklis yra sudėtingas mechaninių, elektroninių ir ekologinių technologijų kompleksas, veikiantis kartu.