Downsizing – czy jest się czego bać?

Przeczytaj także: Jakie samochody elektryczne są dostępne w Polsce?

Jak wiadomo, silniki „dotknięte” downsizingiem narażone są na większe obciążenia. Jakie problemy technologiczne tu występują i jak próbują sobie z nimi radzić inżynierowie?

Dr hab. inż. Marek Brzeżański: Oprócz zmniejszenia objętości skokowej downsizing wiąże się także z opracowaniem odpowiedniego systemu doładowania, gwarantującego korzystny przebieg charakterystyki silnika, oraz z doborem odpowiednich materiałów konstrukcyjnych, zdolnych przenieść znacznie większe obciążenia mechaniczne i termiczne. Dotyczy to głównie głowicy, tulei cylindrowych i układu korbowo-tłokowego. Znacznie wzrastają również wymagania dotyczące działania układu chłodzenia silnika. Uzyskane efekty zmniejszenia zużycia paliwa wynikają głównie z przeniesienia zakresu eksploatacji silnika z przedziału małego i średniego obciążenia do przedziału dużego obciążenia, gdzie sprawność ogólna silnika osiąga największą wartość. Ponadto przy zmniejszonej objętości skokowej występują mniejsze straty cieplne, co wynika z mniejszej powierzchni wymiany ciepła i mniejszej objętości płynu w układzie chłodzenia silnika. Przynosi to istotne efekty zwłaszcza w fazie nagrzewania, podczas której odnotowano znaczne zmniejszenie zarówno zużycia paliwa, jak i emisji toksycznych składników spalin. Wynika to ze znacznie szybszego osiągnięcia odpowiedniej temperatury przez reaktor katalityczny. Zmniejszona objętość skokowa umożliwia również zmniejszenie strat tarcia, zwłaszcza w silnikach, które zastąpiły jednostki o większej liczbie cylindrów. Jednocześnie znacząco zmniejszyła się masa i wymiary tego typu jednostek napędowych w stosunku do tradycyjnych silników o większej liczbie cylindrów i większej objętości skokowej. Zwarta budowa silnika o mniejszej liczbie cylindrów pozwala też na zmniejszenie akustycznych efektów jego pracy. Uzyskanie tych efektów było możliwe dzięki wykorzystaniu wiedzy interdyscyplinarnej z różnych dziedzin techniki. Głównie są to osiągnięcia inżynierii materiałowej, elektroniki, mechatroniki, chemii organicznej i nowoczesnych technologii produkcji.

Rafał Grzanecki: Wszystkie jednostki, które wprowadzamy do produkcji i montujemy w naszych samochodach (oraz samochodach marek konkurencyjnych), przed wdrożeniem do produkcji przechodzą długotrwały i skomplikowany proces weryfikacji ich wydajności, oczywiście również w zakresie niezawodności i trwałości. A efekty? Podam przykład: wszystkie silniki 1.3 MultiJet dzięki nowoczesnej technologii gwarantują wydłużenie okresu serwisowego: wymiana oleju co 35 000 km, a przeglądy co 25 000 km.

Waldemar Szajkowski: Mamy wysoko wykwalifikowaną kadrę inżynierów, którzy radzą sobie z każdym zagadnieniem. Inaczej mówiąc, jest to tajemnica handlowa.

Co jest największym problemem w kilkuletnich autach z takimi jednostkami? Z jakimi awariami i usterkami spotykacie się najczęściej w swojej pracy?

Dr hab. inż. Marek Brzeżański: Downsizing stwarza możliwości tworzenia całej gamy silników przeznaczonych dla różnych typów pojazdów, przy wykorzystaniu jednej koncepcji i tej samej linii produkcyjnej. Zasadnicze elementy konstrukcyjne poszczególnych wersji silnika nie różnią się wiele, natomiast istotne różnice dotyczą jakości zastosowanych materiałów oraz systemu regulacji parametrów, w tym szczególnie ciśnienia doładowania, faz rozrządu oraz oprogramowania modułów sterujących. Istotne zmiany dotyczą także układu chłodzenia oraz układu smarowania poszczególnych węzłów silnika. Producenci silników najczęściej nie odnoszą się do zagadnień związanych z trwałością swojej jednostki napędowej i gwarantują podobną trwałość wszystkich produktów. W praktyce jednostki o większej mocy jednostkowej są bardziej podatne na awarie, ponieważ są one bardziej wrażliwe, głównie na błędy eksploatacyjne. Zdarzają się także awarie spowodowane innymi przyczynami, ponieważ bardziej wysilony silnik zawiera wiele złożonych rozwiązań konstrukcyjnych. W samochodach używanych wyposażonych w tego typu jednostki na pierwszym miejscu wymieniłbym tu błędy w układach elektronicznego sterowania oraz w pracy różnego typu czujników, natomiast nie jest tajemnicą, że najbardziej czułym podzespołem jest system doładowania oraz system oczyszczania spalin. Często występują też problemy z układem zasilania, szczególnie w nowoczesnych silnikach wysokoprężnych. Przyczyną tych problemów jest często niewłaściwa jakość paliwa. Innego typu uszkodzenia mechaniczne zdarzają się znacznie rzadziej, chociaż nadmierne zużycie układu korbowo-tłokowego też nie jest rzadkością.

Fiat Auto Poland: brak odpowiedzi

General Motors Poland: tajemnica handlowa

Czy użytkownik ma jakikolwiek wpływ na przedłużenie żywotności tak zbudowanych silników poprzez ich umiejętną eksploatację?

Dr hab. inż. Marek Brzeżański: Trwałość i niezawodność wszystkich urządzeń mechanicznych głównie zależy od sposobu eksploatacji. W przypadku nowoczesnych silników należy ściśle stosować się do zaleceń producenta. O ile sposób eksploatacji pojazdu zależy w dużej mierze od temperamentu i umiejętności użytkownika, na co producent nie ma wpływu, to stosowane materiały eksploatacyjne i terminy ich wymiany muszą być ściśle przestrzegane. Nie można tu stosować tzw. kryterium uznaniowego, ponieważ przykładowo w tego typu silnikach często stosowane są tzw. dedykowane oleje silnikowe o zwiększonych możliwościach przeniesienia sił lub płyn chłodniczy o zwiększonej temperaturze wrzenia. Nawet krótkotrwałe zastosowanie innych produktów może doprowadzić do poważnych konsekwencji. Najtrudniejszym okresem pracy silnika jest jego zimny rozruch i faza jego nagrzewania. W tym okresie zalecany jest umiar w korzystaniu z możliwości jednostki napędowej.

Rafał Grzanecki: Eksploatacja samochodu wymaga od użytkownika obecnie bardzo niewielkiego zaangażowania. Wystarczy tak naprawdę przestrzegać zaleceń producenta odnośnie do okresowych przeglądów technicznych, dodatkowo okresowej kontroli oleju w silniku, a w jednostkach wyposażonych w turbosprężarkę należy pamiętać, aby np. po długotrwałej jeździe autostradowej pozwolić silnikowi popracować 1-2 minuty na obrotach jałowych, żeby schłodzić turbinę. Oczywiście wpływ na żywotność jednostki mają również warunki, w jakich eksploatujemy samochód, oraz jakość paliwa i stosowanych płynów eksploatacyjnych oraz smarnych.

Waldemar Szajkowski: Częste uruchamianie silnika, jazda z niedogrzanym silnikiem, szczególnie jeśli jest wyposażony w turbinę – to wszystko wpływa na niego negatywnie. Wprowadzamy takie rozwiązania konstrukcyjne w silnikach Opla, które pomimo że użytkownik nie będzie dbał w należyty sposób o silnik, spowodują większą jego żywotność.

W jakim kierunku będzie podążało zjawisko downsizingu? Czy możemy spodziewać się jego upowszechnienia z jednoczesnym poprawianiem trwałości, czy raczej prac nad ekologicznym udoskonalaniem silników o klasycznej budowie?

Dr hab. inż. Marek Brzeżański: Moim zdaniem nie ma już odwrotu od stosowania w budowie silników spalinowych najnowszych zdobyczy naukowych z wszystkich dziedzin techniki. Downsizing stał się obecnie standardem i do czasu wynalezienia innego źródła napędu pojazdów będzie zapewne rozwijany. Biorąc pod uwagę skalę stosowania silników spalinowych na świecie, każde, nawet najmniejsze oszczędności w zużyciu paliwa i zmniejszenie emisji toksycznych składników spalin przez pojedynczy pojazd mają ogromne znaczenie w skali globalnej. Przy tym postęp technologiczny ostatnich lat oraz zwiększające się możliwości finansowe odbiorców pozwalają na stosowanie złożonych rozwiązań technicznych, nawet w popularnych pojazdach. Nie bez znaczenia jest tu także rozwój nowych układów napędowych, np. hybrydowych, w których silnik spalinowy pełni nieco inną funkcję i może być bardziej racjonalnie wykorzystany. Jak dotąd nie mamy do dyspozycji układu napędowego, który mógłby konkurować z tłokowym silnikiem spalinowym, tym bardziej że ma on jeszcze duży potencjał rozwojowy. Wydaje się jednak, że bezpowrotnie minęła era dużych, paliwożernych jednostek napędowych, które były bardzo cenione przez użytkowników, i downsizing stanie się obowiązującym standardem na przyszłość.

Rafał Grzanecki: Nie chcę spekulować, jak rozwinie się technologia napędzająca nasze środki transportu. Obecnie widać kilka dróg, jakie obrali producenci: downsizing, paliwa alternatywne jak gaz LPG czy CNG, napęd hybrydowy, napęd elektryczny. Warto jednak przytoczyć sytuację z XIX-wiecznego Paryża, kiedy to ówcześni wizjonerzy dywagowali, w związku z gwałtownym rozwojem transportu konnego, że niebawem miasto przestanie nadawać się do życia, zatopione w końskich odchodach. Cóż, nie przewidzieli, że wkrótce wynaleziony zostanie samochód…

Waldemar Szajkowski: Każdy z tych silników ma klasyczną budowę, tylko że ma mniejszą pojemność. Rozwój technologii i rozwój stosowanych materiałów wykorzystywanych przez Opla pozwala, aby z takiego silnika wydobywać coraz większe moce. Ponieważ tak jak wspomniałem jest to benefit dla użytkownika, to w tę stronę idzie ta „moda”. Dążymy do ograniczenia spalania, emisji substancji szkodliwych, a pamiętając, że złoża kopalne mają swój ograniczony zasób, staramy się ograniczyć ich użytkowanie, a co za tym idzie wydobywanie, aby starczyło ich na dłużej. Działamy proekologicznie i w trosce o dobro nas wszystkich.