Kodėl…? Ple, nu kodėl..? Tokius žodžius dažnai ištaria meistras ardydamas ar remontuodamas šiuolaikinį variklį. Kažkokie nelogiški ir neaiškūs techniniai sprendimai, kurie neaišku, kam reikalingi ir ką jie veikia. Pabandykime pasiaiškinti, kaip jie atsirado. Ir aišku, mums aktualiausia tema – variklinės alyvos. Niekam jau seniai ne paslaptis, kad alyvų klampa mažinama dėl taršos. Bet kaip tai veikia? Kaip tai apskaičiuojama?
Čia mums vėl reikės grįžti prie jau mūsų aptarto WLTP (Worldwide harmonized Light vehicles Test Procedure) testo. WLTP – laboratorinis bandymas (dyno stendas), skirtas nustatyti: CO₂ emisijas, degalų / energijos sąnaudas, teršalus (NOx, CO, HC, PM ir kt.) Ir čia labai svarbu žinoti, kaip šitas testas veikia.
WLTP bandymas vykdomas laboratorinėmis sąlygomis ant stendo ir susideda iš keturių važiavimo fazių, kurios sudaro vieną nepertraukiamą važiavimo ciklą. Tai nėra atskiri testai – visas bandymas atliekamas vienu važiavimu nuo šalto starto iki pabaigos.
Pirmoji fazė yra Low, kuri imituoja važiavimą mieste. Šios fazės metu maksimalus greitis siekia apie 56 km/h, vyrauja dažni sustojimai, lėtas važiavimas ir intensyvūs pagreitėjimai. Antroji fazė – Medium, atspindinti mišrų miesto ir priemiesčio važiavimą, kur maksimalus greitis pakyla iki maždaug 77 km/h. Trečioji fazė – High, imituojanti važiavimą užmiestyje, su maksimaliu greičiu apie 97 km/h. Paskutinė fazė – Extra-High, skirta greitkelio sąlygoms, kur pasiekiamas maksimalus WLTP ciklo greitis – apie 131 km/h.
Visas WLTP važiavimo ciklas trunka apie 30 minučių. Per šį laiką automobilis laboratorijoje „nuvažiuoja“ apie 23 km. Vidutinis greitis viso ciklo metu siekia maždaug 46,5 km/h, o stovėjimo (idle) laikas sudaro apie 13 % visos bandymo trukmės.
Bandymas atliekamas griežtai apibrėžtomis sąlygomis, kurios turi didelę įtaką CO₂ rezultatams. Oficialiai WLTP testas vykdomas esant 23 °C aplinkos temperatūrai, tačiau Europos Sąjungoje rezultatams papildomai taikoma korekcija, perskaičiuojant juos į 14 °C, kad jie geriau atspindėtų vidutines eksploatavimo sąlygas Europoje.
Bandymas visada pradedamas nuo šalto starto – tai ypač svarbu, nes šalto starto fazėje mechaniniai nuostoliai ir degalų sąnaudos yra didžiausi.
Dyno stendo pasipriešinimas nustatomas individualiai kiekvienam automobilio variantui. Jis apskaičiuojamas atsižvelgiant į transporto priemonės masę, padangų tipą ir jų riedėjimo pasipriešinimą, taip pat aerodinamiką. Dėl šios priežasties net tas pats modelis, bet su skirtingais ratais, padangomis ar įranga, gali turėti skirtingą WLTP CO₂ reikšmę.
Testo metu tiesiogiai matuojamas išmetamųjų dujų srautas, CO₂ koncentracija išmetamosiose dujose ir sunaudotų degalų masės srautas. Remiantis šiais matavimais, vėliau apskaičiuojami oficialūs rodikliai – CO₂ emisija gramais kilometrui (g/km), degalų sąnaudos litrais 100 km vidaus degimo varikliams arba energijos sąnaudos kWh/100 km elektrinėms ir hibridinėms transporto priemonėms.
Taigi, dabar suprantate, kad visos automobilio techninės charakteristikos, CO₂ sąnaudos ir aplamai automobilio ateitis sprendžiama 1800 sekundžių trukmės dirbtinio testo metu. Gal ir neblogai tas testas imituoja sąlygas, bet iki realių joms tikrai toli. Ir automobilių gamintojai, projektuodami automobilius ir variklius, daro viską, kad šio testo metu parodyti kuo geresnį rezultatą, kuris dažnai skiriasi nuo realybės. Paimkime hibridus, nors jų testavimas nėra visiškai toks pats kaip dyzelinių ar benzinių variklių, jis šiek tiek sudėtingesnis, bet iš principo tai vis tiek yra cheatinimas. Hibridas statomas ant stendo su pilna baterija ir daug laiko iš viso testo hibridas važiuoja baterijos pagalba. Hibridiniai automobiliai WLTP bandyme demonstruoja labai žemus degalų sąnaudų ir CO₂ emisijų rodiklius ne todėl, kad realiame eisme jie iš tiesų taip važiuoja, o todėl, kad pats bandymo metodas yra jiems palankus. WLTP testas atliekamas laboratorinėmis sąlygomis, pradedant važiavimą su pilnai įkrauta baterija, trumpame ir palyginti mažos galios poreikio cikle. Toks režimas leidžia didelę dalį bandymo atlikti naudojant elektros energiją, nors realiame eisme šis scenarijus dažnai neatitinka vairuotojų elgsenos.
Įkraunami hibridai (PHEV) papildomai pasinaudoja vadinamuoju „Utility Factor“ principu, pagal kurį oficialūs CO₂ rodikliai apskaičiuojami sveriant važiavimą elektra ir važiavimą su vidaus degimo varikliu. Šis koeficientas paremtas teoriniu prielaidų modeliu, kad automobilis didelę dalį eksploatacijos laiko važiuos elektra trumpais atstumais. Realybėje ši prielaida visiškai nepasitvirtina, tačiau WLTP skaičiuose elektrinis režimas dirbtinai „nusveria“ realias degalų sąnaudas.
Be to, WLTP ciklas yra per trumpas, kad atspindėtų ilgus važiavimus užmiestyje ar greitkelyje, kur elektrovariklis praktiškai nebedalyvauja, o vidaus degimo variklis turi nuolat tempti didelę masę, įskaitant sunkią bateriją. Laboratorijoje taip pat neatsispindi realios eksploatavimo sąlygos, tokios kaip šaltas klimatas, salono šildymas, ilgas važiavimas pastoviu greičiu ar dažnas važiavimas su neįkrauta baterija.
Praktikoje skirtumas tarp WLTP deklaruojamų ir realių rodiklių yra gigantiškas. Įkraunami hibridai dažniausiai viršija WLTP degalų sąnaudas 2–4 kartus, priklausomai nuo važiavimo režimo ir įkrovimo reguliarumo. Jei WLTP nurodo 1,5–2,0 l/100 km, realiame naudojime, ypač nekraunant kasdien, sąnaudos dažnai siekia 6–9 l/100 km. Atitinkamai CO₂ emisijos vietoje deklaruojamų 20–40 g/km realiai pakyla iki 120–200 g/km ar net daugiau.
Paprasti hibridai (HEV), neturintys įkrovimo iš tinklo, WLTP testą „apgauna“ mažiau, tačiau ir jų realios sąnaudos paprastai viršija deklaruojamas apie 20–40 %.
Iš principo hibridiniai automobiliai, ypač įkraunami hibridai , nėra kuriami tam, kad realiame eisme reikšmingai sumažintų degalų sąnaudas ar taršą. Jų pagrindinė paskirtis yra reguliacinė, o ne technologinė ar ekologinė. Jie yra įrankis, skirtas sumažinti bendrą gamintojo CO₂ vidurkį, kuris Europos Sąjungoje skaičiuojamas kaip visų per metus parduotų gamintojo automobilių CO₂ emisijų vidurkis.
ES reguliavime gamintojui nėra vertinamas atskiras modelis – vertinamas viso parko rezultatas. Tai reiškia, kad kiekvienas automobilis su labai mažu deklaruojamu CO₂ skaičiumi „nutempia žemyn“ visą vidurkį ir leidžia gamintojui pardavinėti kitus, objektyviai daug taršesnius modelius. Šioje vietoje PHEV tampa idealiu sprendimu: laboratorijoje jie deklaruoja 20–40 g CO₂/km, nors realiame naudojime dažnai išmeta 5–8 kartus daugiau.
Dėl to hibridai tampa ne efektyvumo, o matematikos klausimu. Gamintojui ekonomiškai apsimoka sukurti ir parduoti hibridą net ir tada, kai reali jų ekologinė nauda yra labai abejotina. Keli tūkstančiai „popierinių“ 30 g CO₂/km automobilių leidžia kompensuoti šimtus tūkstančių benzininių ar dyzelinių, kurie realiai generuoja 150–250 g CO₂/km. Tai tiesioginė priežastis, kodėl PHEV masiškai atsirado būtent tuo metu, kai ES sugriežtino CO₂ kontrolę.
Todėl hibridai iš esmės nėra reikalingi nei technologiškai, nei vartotojui, kuris neįkrauna automobilio kasdien. Paprastas vidaus degimo variklis arba gerai suprojektuotas klasikinis HEV dažnai realiomis sąlygomis yra efektyvesnis, patikimesnis ir netgi švaresnis. Hibridas šioje grandinėje atlieka vieną funkciją – sumažinti gamintojo statistinį CO₂ vidurkį. Trumpai tariant, hibridai yra ne sprendimas taršai mažinti, o reguliacinės sistemos produktas. Jie egzistuoja ne dėl realaus efektyvumo, o dėl to, kaip ES skaičiuoja CO₂. Ir jau skamba varpai, kad tiek testavimas, tiek EU žaliasis kursas keisis. Tad visai įmanomas variantas, kad hibridai tiesiog išnyks arba smarkiai keisis jų konstrukcija, nes iš jų naudos kaip iš ožkos pieno.
Taigi, pamažu pradedame suprasti, kaip veikia teršalų testas, ir kaip gamintojai cheatina. Hibridai – legalus cheatinimas. Jei dar pamenat, buvo ir nelegalių bandymų – Dieselgate – Volkswagen dyzeliniuose automobiliuose naudojo valdymo programinę įrangą, kuri atpažindavo laboratorinį emisijų testą. Testo metu ECU įjungdavo specialų režimą su maksimaliai aktyvia EGR sistema ir emisijų kontrole, todėl NOx rodikliai atitikdavo normas. Realiame kelyje ši sistema buvo išjungiama arba smarkiai apribojama, siekiant išlaikyti galią, ekonomiškumą. Tiesa, ilgai šita korta nepaėjo.
Taigi, teko ieškotis, legalių, bet ne visai techniškai optimalių sprendimų.
Didelė dalis CO₂ emisijų, užfiksuojamų WLTP bandymo metu, susiformuoja pačioje testo pradžioje, kai variklis ir alyva yra šalti. Šioje fazėje mechaniniai nuostoliai yra didžiausi, nes šalta alyva turi didesnę klampą, todėl didėja trintis guoliuose, paskirstymo mechanizme, taip pat reikalinga didesnė energija alyvos siurbliui. Variklio valdymo sistema tuo metu naudoja riebesnį degimo mišinį, kad užtikrintų stabilų darbą ir greitesnį katalizatoriaus įšilimą, kas tiesiogiai didina CO₂ kiekį. Kadangi WLTP cikle yra daug lėtų važiavimo režimų ir pagreičių, šalto variklio fazės poveikis bendram rezultatui yra neproporcingai didelis. Dėl šios priežasties net nedideli trinties ar alyvos klampos sumažinimai gali duoti pastebimą CO₂ efektą laboratoriniame WLTP rezultate, nors realiame, jau įšilusio variklio darbe šis poveikis tampa gerokai mažesnis.
Taigi, pamažu pereiname prie variklinės alyvos. Kaip pavyzdį paimkime VW grupės 2,0 TDI variklį EA288 EVO. Šis variklis naudojamas VW, Audi, Škoda ir Seat modeliuose (Golf, Passat, Octavia, A3, A4 ir kt.). Tai yra paskutinė klasikinio 2.0 TDI karta, maksimaliai optimizuota reguliaciniams reikalavimams prieš pilną perėjimą prie elektrifikacijos. Variklis buvo projektuojamas ne ilgam tarnavimui, kaip koks senas geras AFN ar AEL, o optimaliai elgsenai WLTP cikle, ypač šalto starto ir dalinių apkrovų režimuose.
Taigi, kas jame padaryta. Visų pirma, jis pritaikytas dirbti su 0W-20 alyva. Pradėkime nuo alyvos siurblio. Tai nėra klasikinis siurblys, kuris visada pompuoja max. Tai kintamo našumo siurblys su slėgio reguliavimu. Kaip tai veikia? Siurblys reguliuojamas map’u, jis nelaiko pastovaus slėgio, o keičia jį pagal variklio režimą, apkrovą ir temperatūrą. Šalto starto metu siurblys kelia maksimalų slėgį – apie 4,5–5,0 bar, kad užtikrintų greitą alyvos patekimą į guolius ir fazių mechanizmus, kai alyva dar labai klampi. Kai variklis sušyla ir dirba dalinės apkrovos režimu, slėgis sąmoningai sumažinamas iki ~1,5–2,0 bar, taip sumažinant siurblio mechaninius nuostolius ir CO₂ emisijas WLTP cikle. Didelės apkrovos ir aukštų apsukų metu sistema vėl pakelia slėgį iki ~3,0–3,5 bar, kad būtų užtikrinta pakankama hidrodinaminė apsauga. Slėgio reguliavimas vyksta per elektrohidraulinį valdymo vožtuvą, o ECU sprendimus priima remdamasis alyvos temperatūra, apsukomis, apkrova ir slėgio grįžtamuoju ryšiu.
Taigi, daroma viskas, kad siurblys nesisuktų be reikalo ir varikliui būtų kuo lengviau. Visas tepimo mazgas buvo suprojektuotas tam, kad variklis turėtų kuo mažesnius hidraulinius ir mechaninius nuostolius ir galėtų patikimai dirbti su 0W-20 alyva. Pirmiausia buvo sumažinti alkūninio veleno ir švaistiklių indėklų darbiniai tarpai, kad net ir žemos klampos alyva galėtų suformuoti stabilų hidrodinaminį pleištą be perteklinio slėgio. Tuo pačiu buvo optimizuoti alyvos kanalai – jie tapo tikslingai siauresni ir trumpesni, kad sumažėtų siurblio apkrova ir nereikalingi srauto nuostoliai.
Turbinos tepimas taip pat buvo perkalibruotas, bet reikalaujantis tikslaus slėgio valdymo. Stūmoklių dugnų aušinimo alyvos purkštukai nėra nuolat aktyvūs – jie įjungiami ir išjungiami pagal apkrovą ir temperatūrą, kad dalinių apkrovų režimu nebūtų bereikalingo alyvos srauto ir šilumos nuostolių.
Visa ši architektūra veikia kartu su kintamo našumo alyvos siurbliu, todėl sistema tiekia tik tiek alyvos, kiek realiai reikia konkrečiu momentu. Tokiu būdu variklis sumažina vidinius nuostolius, greičiau įšyla po šalto starto ir pasiekia žemesnį CO₂ WLTP cikle, tačiau kartu tampa labai jautrus alyvos klampai – 0W-20 čia yra ne rekomendacija, o konstrukcinis reikalavimas, aplink kurį suprojektuotas visas variklis.
Taigi, dėl kelių CO₂ gramų sumažėjimo tokia pornografija padaryta su variklio tepimo mechanizmų. Krūvos daviklių, valdymo blokų, mechanizmų ir t. t. Ir viskas tik dėl…
Taigi, ar galima šitame variklyje naudoti SAE 30 klampos alyvą? Trumpai – ne. Kodėl? Mes puikiai suprantame, kad su tirštesne alyva slėgis pakeliamas greičiau. Pilame 0W-30, sukam variklį. Tarkim, tuo metu mums reikalingas slėgis yra 2 barai. Kai tik slėgio daviklis pamato, kad yra reikiamas slėgis, siunčiamas signalas į N428 – Oil Pressure Regulation Valve (alyvos slėgio reguliavimo vožtuvas) ir siurblio našumas sumažinamas. Kaip ir nieko blogo, atrodo taip ir turi būti – slėgis yra. Bet, nepaisant to, kad mes turime reikiamą slėgį, mes neturime reikiamo alyvos srauto. Tai reiškia, kad SAE30 alyvos prateka mažiau nei SAE 20, dėl ko blogėja tepimas, aušinimas (ypač aktualu turbinai) ir kitos bėdos. Kai kuriais atvejais, kai alyvos slėgio parametrai nukrypsta nuo numatytų valdymo ribų, variklio valdymo blokas (ECU) gali registruoti tokias klaidas kaip Oil Pressure Regulation Valve – Control Range.
Taigi, jau suprantate, kad ta ekologija, nėra banalus alyvos pakeitimas iš SAE 30 į SAE 20. Kaip matote, daug čia reikalų su tomis alyvomis ir ne taip paprasta jas kaitalioti. Reikia išmanyti, kuriems varikliams buvo tiesiog sumažinta alyvos klampa, o kurie buvo projektuoti dirbti su maža klampa.
Jei vien dėl alyvos klampos ir mechaninių nuostolių variklyje tiek daviklių, mechanizmų, vožtuvų. Kaip manote, kiek dar aplink variklį yra to, kas leidžia sutaupyti kelis gramus kuro ir pusę gramo CO₂.
Variklyje naudojami keli termostatai tam, kad būtų galima atskirai valdyti skirtingų variklio zonų temperatūrą. Šalto starto metu aušinimo skysčio cirkuliacija maksimaliai ribojama, kad variklis kuo greičiau įšiltų, sumažėtų trintis ir degalų sąnaudos. Kai variklis jau įšilęs, termostatai leidžia tiksliai palaikyti optimalią temperatūrą skirtingose vietose, kad nebūtų nei perteklinio aušinimo, nei nereikalingų energijos nuostolių.
Plastikinės variklio detalės (karteris, įsiurbimo dalys, kiti mazgai) naudojamos todėl, kad jos yra lengvesnės ir prasčiau išsklaido šilumą nei metalas. Mažesnė masė tiesiogiai mažina CO₂ homologacijos metu, o blogesnis šilumos atidavimas leidžia varikliui ir alyvai ilgiau išlikti darbinėje temperatūroje, kas mažina klampą, trintį ir degalų sąnaudas. Aktyvios radiatoriaus sklendės, elektriniai vandens siurbliai, elektrinis vakuumo siurblys, skystos alyvos dėžėje, reduktoriuose ir dar daug daug dalykų, kurie skirti ne ilgam tarnavimui, o optimaliam darbui WLTP teste. Ir visi šie sprendimai niekaip neilgina variklio bei automobilio ilgaamžiškumo, o tik didina gedimų skaičių ir eksploatacines išlaidas.
Bet kokiu atveju, tikrai negalime ignoruoti ekologijos. Prisidirbom iki ausų jau. Tačiau reali nauda aplinkai atsiranda tik tada, kai sprendimai vertinami pagal tikras eksploatavimo sąlygas, o ne vien laboratorinius testus. Prievartinis spaudimas gamintojams prisitaikyti prie formalių skaičių skatina ne efektyvumą, o optimizaciją testams, todėl būtina remtis realiais bandymais ir faktiniais duomenimis, o ne vien reguliacinėmis formulėmis.
Daugelis šiandien naudojamų sprendimų varikliuose iš tiesų yra techniškai geri ir logiški, tačiau jie sukalibruoti pirmiausia WLTP testui. Jei vertintume realius bandymus, o ne laboratorinį ciklą, dalį šių sprendimų būtų galima optimizuoti taip, kad CO₂ realiame eisme beveik nepasikeistų arba padidėtų tik keliais gramais, tuo tarpu variklio patikimumas ir ilgaamžiškumas pastebimai pagerėtų.
Tai va tai šitaip va ir va kaip su ta ekologija. Kad ir kaip stengiamės – o žiemos vis nėra… Noriu sniego iki kelių ir biškį šaltuko
Baltic Lubricants – mes žinome viską apie alyvas
About The Author
