Silniki samochodów będą palić o połowę mniej!

Jednocześnie zespół, który działał na zlecenie amerykańskiego Departamentu Transportu, stwierdził, że możliwe jest obniżenie zużycia paliwa silników spalinowych nawet o 90 proc, jednak będzie wymagało to dokonania rewolucyjnego wynalazku.

Zbiegiem okoliczności, wkrótce po ogłoszeniu raportu, doszło do spotkania przedstawicieli zarządów największych amerykańskich firm motoryzacyjnych, którzy również dyskutowali o przyszłości motoryzacji.

Koncerny motoryzacyjne także widzą przyszłość w silniku spalinowym, jednak nie są aż tak optymistycznie nastawione, jak naukowcy. Firmy raczej nie nastawiają się na dokonanie jednego, rewolucyjnego odkrycia, ale wprost przeciwnie, sposobów na poprawienie efektywności jednostek napędowych szukają w wielu drobnych usprawnieniach: począwszy od już stosowanych powszechnie turbosprężarek i bezpośredniego wtrysku paliwa po wykorzystywanie nadmiaru ciepła np. do szybkiego podgrzewania oleju, co obniża opory wewnętrzne silnika i pozwala zredukować spalanie.

Jeden z uczestników seminarium porównał rozwój silników spalinowych do przygotowań sportowców do igrzysk olimpijskich. Muszą oni trenować cały czas, dzięki czemu codziennie notują postępy. Nie da się zbudować formy nagle, w jeden dzień.

Generalnie, inżynierowie wierzą, że dzięki wykorzystaniu technologii, nad którymi już teraz trwają prace rozwojowe, będzie można podwoić sprawność silników. Tzn, że na litrze paliwa silnik będzie wykonywał dwa razy większą pracę niż obecnie.

Jakich więc rozwiązań możemy już wkrótce spodziewać się w silnikach nowych samochodów? Prace trwają na różnych płaszczyznach, a poszczególni producenci wiążą z poszczególnymi technologiami różne nadzieje.

Zgodnie z raportem zespołu eksperckiego, o którym wspominaliśmy na wstępie, samochody elektryczne, ze względu na koszty budowy oraz ograniczony zasięg przynajmniej do roku 2050 nie zagrożą silnikom spalinowym.

Przedstawiciele producentów zgadzają się z tym stwierdzeniem, jednak energii elektrycznej nie mówią nie. Efektywnym rozwiązaniem mają być samochody hybrydowe, które posiadają silnik elektryczny i które mogą odzyskać energię do tej pory traconą np. w postaci ciepła hamulców. Energia ta ma być odzyskiwana przez silnik elektryczny działający jak prądnica i służyć albo do napędzania samochodów albo zasilania pokładowych systemów.

Nie od dziś wiadomo, że silnik uruchomiony "na zimno" spala najwięcej paliwa, podlega również najszybszemu zużyciu. Wszystko przez zimny, gęsty olej, który nie tylko słabo smaruje jednostkę napędową, ale również stawia duże opory.

Dlatego można spodziewać się pojawienia instalacji grzewczych, których celem będzie podgrzanie oleju. Trudno powiedzieć, czy to rozwiązanie będzie efektywne energetycznie (grzałka też będzie zużywać energię), ale na pewno dobrze wpłynie na trwałość jednostki napędowej.

Ponadto coraz powszechniejsze stosowanie turbosprężarek skłoni producentów do wdrożenia rozwiązań, których zadaniem będzie ochrona tego elementu przed przegrzaniem - rozważa się chłodzenie cieczą gazów spalinowych.

Ten trend już widać, pracują nad nim niemal wszyscy producenci. Chodzi o zmniejszenie pojemności silnika, a często także liczby cylindrów (pojawiają się jednostki 3- i 2-cylindrowe), przy czym spadek mocy jest rekompensowany przez zastosowanie turbosprężarki. Czy to rozwiązanie ma sens? W cyklach pomiarowych małe silniki z turbo zużywają wyraźnie mniej paliwa niż większe jednostki wolnossące o tej samej mocy, jednak w praktyce nie jest już tak różowo. Małe silniki rzeczywiście mniej palą w korkach i podczas delikatnej jazdy, ale już bardziej dynamiczna jazda zrównuje poziom zużycia paliwa.

Turbosprężarki znane i wykorzystywane są od dekad. W ciągu ostatnich kilkunastu lat stosowano je głównie w silnikach wysokoprężnych, bez których dieslom brakowało mocy. Turbo montowano również do samochodów sportowych, niektórzy producenci (jak Volvo czy Saab) wykorzystywali turbosprężarki w silnikach benzynowych w autach całkowicie cywilnych, w których miały zwiększać moc i poprawiać przebieg krzywej momentu obrotowego.

Obecnie turbodoładowanie, dzięki downsizingowi przeżywa renesans. Nie można jednak zapominać, jest to element eksploatacyjny, działający w ekstremalnych warunkach (wysoka temperatura spalin, bardzo wysokie obroty), przez co podlega naturalnemu zużyciu i wymaga okresowej wymiany lub regeneracji.

Ponieważ dyskusja toczyła się w Ameryce, do paliw alternatywnych zalicza się również... olej napędowy i, co ciekawe, koncerny spodziewają się wzrostu popularności tego paliwa. Zapewne w USA jest jeszcze miejsce na rynku dla diesli, ze względu na mała popularność jednostek wysokoprężnych, ale w Europie powoli dochodzimy do kresu możliwości rozwoju tego typu silników.

Chodzi oczywiście o emisję spalin. Wtryskiwacze, turbosprężarka, dwumasowe koło zamachowe to terminy świetnie znane większości użytkowników diesli, o filtrach DPF nie wspominając. Niestety, ale jeśli celem ma być ograniczenie emisji spalin, to w wypadku diesli wiele już zrobić się nie da.

Co jeszcze może stanowić alternatywę dla benzyny? Amerykanie raczej nie przywiązują wagi do LPG, ale widzą przyszłość w CNG (Compressed Natural Gas). Gaz ziemny jest jeszcze tańszy niż LPG ma jednak pewne wady. Przede wszystkim niska jest jego wartość energetyczna (1 m sześcienny gazu ziemnego odpowiada ok. 1,3 l LPG!), przez co gaz trzeba przechowywać pod ciśnieniem (zbiornik musi być mocny, a przez to ciężki), a instalacja i tak zajmuje dużo miejsca, jest również droga. W Polsce spotyka się autobusy jeżdżące na CNG (zbiorniki mają na dachu), a swego czasu po Warszawie jeździły taksówki marki Seat na CNG.

W Ameryce sytuacja jest o tyle lepsze, że w dużych SUV-ach czy pickupach łatwiej można zmieścić instalacje. Np. Chrysler rozpoczął właśnie produkcję napędzanego 5,7-litrowym silnikiem na CNG dodge'a ram. Samochód w części ładunkowej za kabiną ma zainstalowane stalowe zbiorniki o pojemności 130 l, w których gaz jest przechowywany pod ciśnieniem 3600 psi, czyli 250 barów.

Silnik to nie wszystko. Ile samochód traci mocy na pokonywanie oporu wszystkich obracających się elementów mechanicznych, wie ten, kto po wizycie na hamowni miał okazję obejrzeć wykres mocy silnika i mocy na kołach. Stąd nieuniknione jest optymalizowanie skrzyń biegów czy półosi, a w wielu samochodach wałów napędowych.

Sporo w zakresie zużycia paliwa można zrobić również za pomocą komputera sterującego silnikiem. Trzeba go tak zaprogramować, by moment obrotowy był dostępny w jak najniższym i jak najszerszym zakresie obrotów.

Badania nad nowymi technologiami kosztują, wprowadzenie ich do produkcji również tanie nie jest. Nie można jednak dopuścić do wzrostu cen samochodów, bo niechybnie przełoży się to na mniejszą sprzedaż. Dlatego producenci duży nacisk kładą również na optymalizację produkcji, co ma obniżyć jednostkowe koszty.

Czego więc w najbliższych latach możemy się spodziewać? Raczej nie rewolucji. Silniki wysokoprężne będą ulegały dalszemu procesowi komplikacji, co powoli będzie stawiało pod znakiem zapytania ekonomiczny sens ich zakupu.

W zakresie jednostek benzynowych nie ma odwrotu od downsizingu, więc jeśli ktoś szuka pomysłu na biznes, to może już zacząć specjalizację w regeneracji turbosprężarek. W samochodach będą również pojawiały się systemy odzyskiwania energii, coraz więcej modeli będzie dostępnych w wersjach hybrydowych. Do wszystko powoli i w niewielkim stopniu będzie obniżało zużycie paliwa. Do spadku o teoretycznie możliwe 50 procent jeszcze bardzo daleka droga...