Ekologiczne rozwiązania, czyli jak producenci zmniejszają zużycie paliwa

Kiedyś zużycie paliwa nie było wielkim problemem. Nikt się wielce nie przejmował. Czy 20 litrów na setkę stanowi jakikolwiek zgrzyt? Niby dlaczego. Później przyszedł kryzys paliwowy lat 70. i się zaczęło…

2017-06-01 14:24:50

Obecnie regulacje, normy i obostrzenia legislacyjno-podatkowe panujące w Europie powodują, że ekologia i petrooszczędność są pierwszymi wyznacznikami projektu nowych samochodów. Zobaczmy zatem, czym uraczyli nas przed ostatnie lata inżynierowie motoryzacyjni. W ciągu 15 lat ograniczono niektóre szkodliwe substancje wydobywające się z silników samochodowych o 80% i wszystko wskazuje na to, że z biegiem czasu coraz mniej będzie można zarzucić branży motoryzacyjnej jako największemu trucicielowi Matki Ziemi. Samochody stają się „zielone”. A jak się to robi?

 Większa moc jest EKO!

Jednym z pierwszych rozwiązań obniżających spalanie i poprawiających sprawność jest zastosowanie zmiennych wzniosów zaworów. Układ przy niższych prędkościach obrotowych działa oszczędnie, a silnik ma niższą moc i moment obrotowy, więc jedziemy spokojnie. Natomiast przy przekroczeniu określonych obrotów w jednostkę napędową wkracza drugie życie, moc wzrasta przez bogatszą mieszankę paliwowo-powietrzną. Nieco podobnym działaniem cechuje się downsizing, w skład którego wchodzi zmniejszenie pojemności skokowej przy utrzymaniu takiej samej (bądź wyższej) mocy silnika. Mniejsze jednostki napędowe to też szybsze rozgrzewanie i osiągnięcie optymalnej temperatury pracy oraz mniejsza ilość spalanej mieszanki. Mały motor wolnossący wyposażony w turbosprężarkę jest w stanie zapewnić wartości mocy i momentu obrotowego takie same lub wyższe niż o wiele większe silniki wolnossące. Czym zajmuje się turbosprężarka? Przede wszystkim dostarcza do komory spalania większe ilości powietrza, wzbogacając mieszankę paliwowo-powietrzną. Tym sposobem otrzymujemy silniki o dwóch twarzach. Kiedy trzeba, są oszczędne, a kiedy chcemy nieco głębiej wcisnąć pedał gazu, stają na wysokości zadania.

Bezstopniowa przekładnia CVT

Skrzynia biegów to jeden z kluczowych elementów. Ekonomiczna jazda z przekładnią manualną wymaga od kierowcy ponadprzeciętnych umiejętności. Prawdziwi mistrzowie potrafią tak dostosować biegi i prędkość obrotową jednostki napędowej, że uzyskują kosmicznie niskie wyniki spalania paliwa. Dla tych, którzy nie są tym zainteresowani, lepszym rozwiązaniem jest skrzynia automatyczna. Obecnie niektóre modele mogą mieć nawet 8 czy 9 biegów! To znacznie ułatwia jednostce sterującej pracą silnika na optymalne wykorzystanie momentu obrotowego i obniżenie zużycia paliwa. Z kolei bezstopniowe skrzynie CVT (Continously Variable CVT) mają jeden bardzo długi bieg bądź nieskończoną ich liczbę (zależy, jak na to spojrzeć). Dają możliwość bardzo płynnej jazdy, świetnie sprawdzają się szczególnie w mieście. Obniżenie zużycia paliwa sięga nawet 7%. Ich wadą jest dość nieprzyjemna praca (szczególnie przez długo utrzymywane wysokie obroty) podczas ostrego przyspieszania.

Bezpośredni wtrysk paliwa

To bezsprzecznie jedna z większych innowacji w motoryzacji. Zapewnia mniejsze zużycie paliwa, poprawia dynamikę jazdy i zwiększa moc. Szczególnie często stosowana jest w silnikach wysokoprężnych, ale także coraz chętniej w benzynowych. Bardzo często łączona jest z turbodoładowaniem oraz downsizingiem. Szacuje się, że tego typu rozwiązanie może obniżyć zużycie paliwa nawet do 20%. Zmiana konstrukcyjna polega na skierowaniu wtrysku paliwa bezpośrednio do cylindra. Wtłaczanie do komory spalania każdego cylindra odbywa się pod bardzo wysokim ciśnieniem. Umożliwia też spalanie ładunku uwarstwionego, czyli ubogiej mieszanki, co znacząco zmniejsza zużycie paliwa i obniża emisję CO2 oraz NOx. Pierwszym producentem, który seryjnie wprowadził silnik z bezpośrednim wtryskiem, było Mitsubishi w 1995 r. Minusem systemu są wyższe koszty serwisowe.

System start/stop

Bardzo kontrowersyjny system. Tyle innowacyjny, co dziecinnie prosty. Jak w najprostszy sposób ograniczyć zużycie paliwa? Wyłączyć silnik. Proste, prawda? System szalenie popularny od kilku lat, wprowadzany właściwie przez wszystkich producentów. Zwykle w standardzie. W cyklu miejskim spokojnie zmniejszy spalanie nawet do 10%! A w dużych, długotrwałych korkach może być jeszcze skuteczniejszy. Działanie jest dziecinnie proste. Gdy auto się zatrzymuje, system sam wyłącza silnik (na przykład na światłach czy w korku). Gdy chcemy ruszyć, wciskamy sprzęgło bądź wrzucamy pierwszy bieg, a komputer sam uruchamia silnik. Niestety. Jednym producentom system wychodzi lepiej, innym nieco gorzej. Jeden jest płynny, inny działa z wyczuwalnym opóźnieniem. Tym, których system drażni, dano możliwość wyłączenia go.

Napędy alternatywne

To nic nowego, a w szczególności w Polsce, która jest liderem tego rynku – alternatywne paliwa. Silniki napędzane przez LPG. To rozwiązanie warte rozważenia, gdy dany kierowca pokonuje około 7 tysięcy kilometrów rocznie. O wiele mniej popularnym gazem jest w naszym kraju CNG (gaz ziemny). Tak czy inaczej, „gazowe” napędy dają oszczędności na poziomie około 50%, także zmniejszając emisję CO2 nawet do 25%.

Elektryfikacja

Prąd. „Paliwo” przyszłości? Być może. O ile w tej chwili liczba w pełni elektrycznych samochodów na naszych drogach jest znikoma (głównie dlatego, że wszystkie stoją w ogrodach i garażach, gdzie się ładują, aby pokonać marne 150 km), o tyle układy hybrydowe są z nami od dwóch dekad i stale rosną w siłę. Auta elektryczne jeszcze muszą zostać usprawnione (chodzi głównie o zasięg oraz czas ładowania), natomiast samochody hybrydowe są obecnie bardzo godną uwagi alternatywą. Owszem, sprawdzają się przede wszystkim w miastach, choć w trasie też potrafią znacząco obniżyć zużycie paliwa. Stają się jednak bezużyteczne na autostradzie. Zmniejszą apetyt auta na paliwo maksymalnie w granicach 15-30%, w zależności od warunków drogowych i ukształtowania terenu. Jest jeszcze coś. „Hybryda plus”, czyli tzw. plug-in, która daje dodatkowo możliwość ładowania auta z gniazda elektrycznego. Te modele mają bardziej pojemne akumulatory, dające większy zasięg jazdy „na prądzie”. Są jednak znacząco droższe od zwykłej hybrydy. Jeżeli bardzo chcieć, to podróżując codziennie na krótkich dystansach, można w ogóle nie witać się z obsługą stacji benzynowych. Ciekawostka: pierwszą konstrukcją pojazdu hybrydowego wcale nie była Toyota Prius, ale maszyna stworzona przez belgijskiego inżyniera Henriego Piepera w... 1909 r.! A ci, którzy zarzucają Porsche ich hybrydy, niech wiedzą, że takie konstrukcje tworzył sam Ferdynand Porsche.

Odłącz, jeśli nie używasz

Jednym z prostszych i bardzo sensownych rozwiązań jest system aktywnego odłączania części cylindrów. To ingerencja w rozrząd auta. Działanie jest bardzo pomysłowe. W momencie standardowego obciążenia jednostki napędowej pracują wszystkie cylindry, jednak w sytuacji, gdy auto porusza się ze stałą prędkością, silnik nie jest mocno obciążony i nie ma takiego zapotrzebowania na moc, system dokonuje zmiany krzywki na wałkach rozrządu (podobnie jak w skrzyni biegów). W tym momencie część – zwykle połowa – zaworów zatrzymuje się w pozycji zamkniętej, czytaj: paliwo nie dociera do komory spalania, a połowa cylindrów porusza się bez zużywania paliwa. To całkiem mądre i proste rozwiązanie.

Tryb żeglowania

Tryb żeglowania to kolejny bardzo prosty sposób producentów na uszczknięcie kilku mililitrów na setkę. Niekiedy połączony z systemem start/stop. Obniża zużycie paliwa i emisję CO2, ale daje też kilka dodatkowych plusów – zmniejsza hałas i poprawia płynność jazdy. Otrzymujemy więc niższe koszty i poprawę komfortu jazdy. Komputer ponownie sam określa, kiedy włączyć i wyłączyć jednostkę napędową podczas jazdy. Kiedy? Na przykład w sytuacji, gdy zjeżdżamy ze wzniesienia czy zdejmujemy nogę z gazu. Oszczędność zużycia paliwa sięga 10-15%. Obecnie system stosowany jest przede wszystkim w droższych modelach, jednak za kilka lat z pewnością będzie dostępny także dla Kowalskiego.

Układ ACC – czy leci z nami pilot?

ACC, czyli adaptacyjna kontrola prędkości i odległości samochodu względem innych użytkowników drogi. System sam utrzymuje zadaną prędkość, a w sytuacji, gdy napotka przed sobą wolniej poruszający się pojazd, sam wyhamuje. Gdy osobnik przed nami zjedzie nam z drogi, system samoczynnie przyspieszy do wcześniej zadanej prędkości. Auto zachowuje bezpieczną odległość od pozostałych użytkowników drogi. Jedną z zalet tego rozwiązania i niejako „skutkiem ubocznym” jest… obniżenie zużycia paliwa. Komputer sam ustala optymalne wartości mieszanki, prędkości obrotowej silnika, a wszystko po to, aby zaoszczędzić możliwie najwięcej paliwa. Spalanie obniżymy o ok. 5%.

Nawiguj, komputerze

Może nikomu to od razu nie przychodzi do głowy, ale współczesne inteligentne systemy nawigacji potrafią analizować dane z map drogowych i jednocześnie sterować układem napędowym auta w ten sposób, że w efekcie kierowca otrzymuje w nagrodę obniżenie zużycia paliwa o ok. 15%. Komputer na bieżąco analizuje przebieg trasy i dostosowuje zużycie energii napędowej, odpowiednio sterując pracą silnika konwencjonalnego i elektrycznego. Przykład? Zjeżdżamy ze wzniesienia i wjeżdżamy do miasta. Ten odcinek auto pokona w trybie żeglowania, ładując akumulatory, a w terenie miejskim pojedzie, korzystając wyłącznie z energii elektrycznej. Taka jest przyszłość motoryzacji – ciągła analiza i optymalizacja na podstawie ogromnej ilości danych, które nasze auta będą ciągle pobierać i obrabiać.

Kilka drobiazgów…

Od wielu lat znane są też inne elementy, które zaprojektowane zostały z myślą o obniżeniu zużycia paliwa. To przede wszystkim funkcja rekomendacji biegu, która w sprytny sposób wyświetlana jest na desce rozdzielczej czy system head-up display, podpowiadający kierowcy, że powinien w danym momencie zmienić bieg na wyższy bądź niższy, aby optymalnie wykorzystać możliwości auta, obniżając obciążenie silnika i zminimalizować spalanie. To rozwiązanie, wydawać by się mogło – proste, jest w swej skrytości bardzo zaawansowanym programem. Kolejnym bardzo popularnym systemem jest odzyskiwanie energii podczas hamowania. Tu energia kinetyczna zostaje zamieniona na elektryczną, która jest magazynowana w akumulatorach i dalej wykorzystywana. Podczas hamowania bądź hamowania silnikiem napięcie alternatora jest wyższe od napięcia baterii, a sam alternator dostarcza energię do – na przykład – systemów pokładowych, które we współczesnych autach pożerają olbrzymie ilości energii. Z kolei przy utrzymywaniu stałej prędkości alternator jest odciążony i pracuje z lżejszym obciążeniem, zużywając mniej energii do napędzania wału korbowego. Spalanie zostaje obniżone z uwagi na „lżejszą” pracę silnika. Do elementów obniżających spalanie, o których może nie wszyscy wiedzą, należą także: zmniejszenie prześwitu, gdzie już 15 mm wystarczy, aby przepływ powietrza wokół karoserii obniżył opór aerodynamiczny, co przekłada się na niższe rachunki na stacji benzynowej. Wystarczy dołożyć do tego opony o obniżonym oporze toczenia, które zwykle mają nieco inną mieszankę gumy, wyposażone są w specjalny bieżnik oraz wyższą zalecaną wartość ciśnienia. Na koniec kilogramy. Obecne auta, porównując je z tymi sprzed kilku, kilkunastu lat budowane są ze znacznie lżejszych materiałów. Większość modeli jest lżejsza o ok. 15% od swoich poprzedników, co przekłada się na mniej więcej 200 kg.

W dziedzinie ekologii, oszczędności i redukowania zużycia paliwa nic się nie zmieni w ciągu najbliższych lat, a nawet dekad. Producenci stale będą pracować nad nowymi rozwiązaniami. Niektóre z nich ujrzą światło dzienne już w tym roku, inne dopiero za kilka lat. Musimy się do nich przyzwyczaić, bo ekologia jest już częścią motoryzacji. I to się nie zmieni.

ZNAJDŹ NAS: