Straipsniai

2023-11-14

Ar dar įmanoma ką nors išpešti iš vidaus degimo variklių?

Nauji automobiliai yra sparčiai elektrifikuojami ne tik dėl ekologinių sumetimų. Taip, gamintojai yra spaudžiami mažinti transporto išskiriamą emisiją, bet yra ir kita bėda – vidaus degimo varikliai jau yra beveik pasiekę savo našumo ribas. Ar dar yra galimybių juos patobulinti, kad šie būtų ne tik galingesni, bet ir efektyvesni, ir ar apskritai verta tą daryti?

Gamintojai žengia dviem keliais

Vidaus degimo varikliai nėra našūs. Šiuolaikinių modernių agregatų terminis efektyvumas siekia tik apie 30–40 proc. Didžioji dalis energijos, gaunamos sudeginus degalus, virsta iššvaistoma šiluma, o ne ratus sukančia jėga.

Žinoma, vidaus degimo variklius dar galima tobulinti. Pavyzdžiui, „Mercedes-AMG“ „Formulės-1“ komanda įrodė, jog iš vidaus degimo variklio galima išspausti didesnį nei 50 proc. efektyvumą, tačiau daugiau nei 800 AG iš 1,6 litro darbo tūrio išgaunantys lenktyniniai agregatai, kuriems 300 km varžybų distancijai reikia 110 kg degalų, yra pernelyg sudėtingi ir brangūs, kad juos apsimokėtų montuoti į paprastus, kasdienius automobilius.

Problema ta, kad vidaus degimo varikliai patys jau nebepasiekia reikiamų rodiklių, kuriuos diktuoja Europos Sąjunga. Dėl to gamintojai juos poruoja su elektros motorais gamindami hibridus ir pamažu pereina prie elektros pavaros, nes nuo 2035 metų Europos Sąjungoje lengvasis asmeninis transportas negalės išskirti jokių teršalų. Pavyzdžiui, „Volvo“ nusprendė nuo 2030 metų gaminti tik elektromobilius, „Audi“ paskelbė, jog nuo 2026-ųjų nebetobulins vidaus degimo variklių.

Nepaisant to, kiti investicijų nenutraukia ir bando iš mažų cilindruose vykstančių sprogimų išpešti kuo daugiau naudos. Štai „Hyundai“ ne tik uoliai plečia elektromobilių gamą, bet ir toliau kuria vidaus degimo variklių technologijas: naujausi 1,6 litro T-GDi agregatai puikuojasi kintamos vožtuvo atidarymo trukmės technologija (angl. Continiously Variable Valve Duration, CVVD).

„Kol kas dar netikiu, kad 2035 metais viskas ims ir užsibaigs. Į įsipareigojimą nebegaminti vidaus degimo variklių žiūriu kaip į biurokratų viziją. Bet įstatymai yra parašyti žmonių, juos taip pat vykdo žmonės, tad nebūtinai viskas taip ir nutiks. Be kita ko, kai kurie gamintojai dirba su sintetiniais degalais, biometanu, ieško kitų krypčių. Dabar gal toks kuras per brangus, ne taip plačiai naudojamas, bet ateityje padėtis gali pasikeisti.

Vidaus degimo varikliai turi savo privalumų, tad manau, kad tie, kurie į juos vis dar investuoja, nebūtinai praloš. Jei ką, pasaulyje – ne tik Europa, ir kitose rinkose elektrifikacija vyksta lėčiau“, – savo pasvarstymais dalijasi „Lietuvos metų automobilio 2024“ komisijos narys Justas Lengvinas.

Kaip padidinti efektyvumą?

Modernūs varikliai gali pasigirti dešimtimis šiame amžiuje masinėje gamyboje išpopuliarėjusių inovacijų, kurios padeda išspausti daugiau galios suvartojant mažiau degalų. Kitaip sakant, jos padarė vidaus degimo variklius našesnius. Dabar nerasite motoro be tiesioginio įpurškimo sistemos, turbinos sukasi net ir mažiausio darbo tūrio agregatuose.

Ramiai riedant galima atjungti cilindrus, o, pavyzdžiui, „Mazda“ ir BMW sugalvojo būdą, kaip atjungti generatoriaus diržą, kad šis neapkrautų variklio, kai baterija pilna ar reikia daugiau galios.

Itin didelį postūmį tobulinant variklius davė kintamoji paskirstymo fazių technologija. Ir vidaus degimo variklių progresas dar nesibaigia. Inžinieriai su variklių reguliavimo technologijomis, tiek mechaninėmis, tiek elektroninėmis, žaidžia jau daugiau nei 100 metų ir vis vien sugalvoja ką nors nauja.

Štai „Hyundai“ pristatė kintamosios vožtuvo atidarymo trukmės sistemą CVVD. Vidaus degimo variklyje degalams susimaišius su oru vyksta sprogimai. Jie stumia stūmoklius, šie suka alkūninį veleną, o velenas perduoda galią į ratus. Tai – labai bazinė informacija apie agregato veikimą. Kuo galingesni sprogimai, tuo daugiau galios sukuria variklis. Tačiau tie sprogimai turi būti kontroliuojami, kad automobilis būtų ir pakankamai ekonomiškas, ir galingas.

Trečias būdas reguliuoti vožtuvų darbą

Tam, kad variklis dirbtų efektyviau ir keičiantis apsukoms suteiktų automobiliui daugiau galios arba daugiau ekonomijos, inžinieriai sugalvojo du būdus, kaip reguliuoti vožtuvų darbą jiems veikiant. Kintamosios paskirstymo fazės technologija leido keisti vožtuvo atidarymo laiką, vožtuvo padėties technologija suteikė galimybę reguliuoti, kiek giliai vožtuvas gali nusileisti.

„Hyundai“ technologija leidžia keisti vožtuvo pradarymo trukmę varikliui dirbant ir reguliuoja ją priklausomai nuo apkrovos. Kai transporto priemonė važiuoja pastoviu greičiu, variklis dirba be apkrovos, CVVD laiko atidarytą įsiurbimo vožtuvą iki suspaudimo takto vidurio, uždaro ir laiko jį uždarytą iki suspaudimo takto pabaigos. Dėl sumažėjusio kompresijos sukelto pasipriešinimo taupiau naudojami degalai.

Kai iš variklio reikalaujama daugiau galios, įsiurbimo vožtuvas uždaromas suspaudimo takto pradžioje, kad būtų maksimaliai padidintas sprogimui sunaudojamo oro kiekis. Taip padidėja sukimo momentas ir automobilis išsyk išvysto didesnę galią. Korėjiečių bendrovė teigia, jog tokia technologija leidžia iki 4 proc. padidinti variklio galią, 5 proc. sumažina degalų sąnaudas ir 12 proc. – emisiją dėl geresnio degimo.

„Geriausia, kad ši technologija yra visiškai mechaninė, nėra jokio elektronikos reguliavimo. Kai pasakoji, atrodo, jog šis inžinerinis kūrinys yra sudėtingas, bet veikia jis gana paprastai“, – apie technologiją pasakoja kanalo „Engineering Explain“ autorius Jasonas Fenske’ė ir prideda, kad dėl to ji turėtų būti gana patikima.

1,6 litro T-GDi variklius, kuriuose pritaikyta ši technologija, turi hibridiniai „Hyundai Tucson“ modeliai, o jiems teikiama 5 metų garantija be ridos apribojimo. Su šiuo varikliu hibridas pasiekia 230 AG galią ir 350 Nm sukimo momentą, o 100 km kelio nuvažiuoti vidutiniškai sunaudojama 6 litrai benzino.

Susiję straipsniai