„Downsizingas“ sunkiame svoryje

„Inter Cars“ jau daugelį metų bendradarbiauja su įmone „Mahle“, kuri specializuojasi aukščiausios kokybės variklių dalių įvairioms transporto priemonėms gamyboje. Žemiau publikuojame ateities požiūrį į komercinio transporto variklių gamybos technologiją. Teksto autorius – Maciej Haryś, MAHLE Techninio skyriaus vadovas.

Techniniu požiūriu sunkvežimio ir lengvojo automobilio variklį sunku atskirti. Kalbame ne tik apie faktą, kad tiek vienas, tiek kitas turi stūmoklius, įdėklus ir pan. Varančiųjų vienetų kūrėjai yra gudrūs ir tai gerai, nes technologija, kuri pasitvirtino lengvame svoryje, gali būti sėkmingai adaptuota dideliems varikliams ir atvirkščiai. Apie tokius pavyzdžius kalbėsime šiame straipsnyje.

Pats straipsnio pavadinimas jau yra gan informatyvus, bet dar nieko neatskleidžia. Nenoriu rašyti apie tai, kas yra „downsizingas“, bet parodysiu, kad šiai technologijai gerai sekasi. Svorio mažinimas turi įvairių požymių. Iš vienos pusės tai gali reikšti sumažintą variklio tūrį, Europoje išreiškiamą kubiniais centimetrais, išlaikant tą pačią galią. Bet taip pat gali reikšti ir panašų variklio tūrį su ženkliu galios padidinimu. Tai juk taip pat yra veiksmas, kuriuo siekiama iš vieno litro išgauti daugiau arklio galių ir kilovatų. Bet ar bent kas nors šiuose veiksmuose apskritai įžvelgia faktą, kad pats „downsizingas“ taip pat privalo sumažinti variklių svorį? Manau, kad nedaugelis.

Straipsnio pradžioje žadėjau pateikti technologijų „perkėlimo“ pavyzdžių iš lengvųjų automobilių į sunkvežimius ir atvirkščiai. Pradėsiu tokiu paprastu pavyzdžiu – plieniniai stūmokliai vietoje aliumininių. Juk sunkvežimiuose jie sėkmingai tarnauja jau virš 10 metų arba net ilgiau. Jie sulaukė kelių laidų: plieno karūna su plaukiojančiu aliuminio pagrindu arba vien plieno naudojimas (dažnai 2 tarpusavyje suvirinti elementai). Pats plieninių stūmoklių taikymas sunkvežimiuose (t. y. dyzeliniuose varikliuose) yra paremtas faktu, kad stūmoklio karūna dyzeliniame variklyje įkaista iki kur kas aukštesnės temperatūros nei benzininiame variklyje. Na ir ši nuostabi technologija jau yra taikoma lengvuosiuose automobiliuose. Čia svarbu yra tai, kad plieninis stūmoklis su 30 % sumažintu suslėgimo aukščiu (gerokai svarbesniu nei visas stūmoklio aukštis) būdamas pilnai sukomplektuotas (stūmoklis + žiedai + pirštas + piršto fiksatoriai) yra 5 % lengvesnis, palyginti su aliumininiu, kurį jis pakeitė variklyje. Pagalvokime, kad penkių procentų sumažinimas dauginamas iš apsukų skaičiaus, o taip pat iš cilindrų skaičiaus… Tai juk dešimtimis kilogramų mažesnė apkrova pačiam varikliui.

Atsiminkime, kad lengvesnis stūmoklis tai taip pat „downsizingo“ pavyzdys… Prisiminkime, ką lengvieji automobiliai davė sunkvežimiams, bet galbūt tai net nėra būtina, nes pats straipsnis atskleis tai, ką turi atskleisti. Pačioje automobilių pramonėje yra įdomu tai, kad iš anglų kalbos žodis „truck“ europiečiui apibūdina sunkvežimį, o amerikiečiui – pakankamai didelį pikapą. Amerikietiškas principas iki šiol teigė, kad geresnis nei variklis be įpūtimo gali būti tik didesnis variklis be įpūtimo. Tačiau realijos yra kitokios. Praėjusiais metais, t. y. 2019-aisiais, pirmą kartą konkrečiame pikape amerikiečių rinkoje – „Chevrolet Silverado“ buvo pritaikytas 2,7 litrų variklis su 4 cilindrais! Niekada anksčiau to nėra buvę! Ir kažkas dar vis abejoja „downsizingu“? Amerikiečiai taip pat stebi Europos rinką.

Kas dar naujo? Stūmoklį jau aptarėme, bet tik plieninį. Nebūkime naivūs: kur galima bus montuoti aliumininį – ten jis ir bus montuojamas. Taip pat aliumininiame nuolat reikia kažką gerinti tam, kad dugno temperatūra (kuri dyzelyje siekia net iki 400 °C) būtų mažinama. MAHLE sugalvojo kai ką labai sunkiai įgyvendinamo, bet su labai geru efektu. Pažvelkite į paveikslėlius 2a ir 2b. Jie vaizduoja stūmoklio viršutinės dalies skerspjūvį su aušinančio kanalo forma. Būtina atkreipti dėmesį į tai, kad pav. 2a vaizduoja šios formos evoliuciją bei jos įtaką stūmoklio dugno temperatūros mažinimui. Standartinė forma čia yra atspirties tašku. Pjūvis „viduryje“ – tai dugno temperatūros sumažinimas 10 °C. Tai jau daug, bet vis galingesni dyzeliniai varikliai reikalauja dar daugiau. Taip atsirado visiškai naujas kanalas, kuris leidžia gerokai didesniam alyvos kiekiui atlikti aušinimo darbą. Alyva, patenkanti pro tepimo angą, atlieka labai gerą darbą. Kanalas su pastebimai padidintu skerspjūviu leidžia sumažinti stūmoklio dugno temperatūrą dar 25 °C! Tai daugiau nei standartinis net 35 °C sumažinimas! Paveikslėlyje 2b yra gerai matomi skerspjūviai. Sekime šią technologiją. Kalbame apie plieninius stūmoklius, aliumininių stūmoklių evoliuciją, o daugelis technologijų veda prie vadinamojo PCU mažinimo.

PCU – tai anglų kalbos žodžių „Power Cell Unit“ trumpinys, mūsų kalba tai reiškia cilindras + švaistiklis. Pav. 3 matome, kad 6 cilindrų variklyje galima pasiekti 30 kg svorio sumažinimą, pvz., dėl lengvesnių cilindrų tūtų bei lengvesnių stūmoklių. Jei priimsime, kad tai, kas įvyko su „Silverado“ kada nors gali įvykti ir sunkvežimyje (jau tokiame „europietiškame“), tai reiškia, kad jame atsiras 4 cilindrų variklis ir pati transporto priemonė gali būti lengvesnė net 100 kg!

Pabaigai dar vienas labai įdomus dalykas. Jis ne tiek apie „downsizingą“, bet ir apie variklio gyvybingumo padidinimą jo sunkiausiais momentais – tepimo trūkumas. Nauja įdėklų technologija – tai ne tik polimerinis paviršius, o polimerinis paviršius su paslėpta alyva viduje! Technologija, atsižvelgiant į patentą, yra vadinama „Microcapsules^®“. Apie ką kalbama? Jei staiga pritrūks įdėklų tepimo, tai šis papildomas alyvos kiekis apsaugos įdėklus nuo užsikirtimo, kurio pasekmės yra siaubingos.

Ir ką gi turi šis sunkvežimio variklis iš lengvojo automobilio? Mažiau cilindrų, mažesnį svorį, bet visų pirma, pačią sumažinto darbinio tūrio sąvoką. To galime tikėtis ateityje. Iš vienos pusės, tai nėra gerai – kas matė 4 cilindrus sunkvežimyje? Bet iš kitos pusės, kas nori dyzelinį sunkvežimį naudoti dar ilgus metus, turi priimti tam tikrus kompromisus. Asmeniškai manau, kad lengvesnis variklis yra geras dalykas. Kai variklis yra lengvesnis, tai ir pats sunkvežimis yra lengvesnis. Šiandien aptartos technologijos – sudėtingos temos, bet kas sakė, kad bus lengva?