Vidaus degimo varikliai automobiliuose - kaip jie tobulėjo ir ar jau laikas juos nurašyti?

Be variklio automobilis būtų beprasmis ir niekam nereikalingas daiktas. Būtent variklis yra elementas, kuris užtikrina pagrindinę automobilio savybę – važiuoti. Kokie varikliai geriausi? Kaip jie evoliucionuoja, ir ar jau metas laidoti vidaus degimo variklius?

Ekonomiški dyzeliniai, turbobenzininiai, turintys keturis cilindrus eilėje, ar V formos šešių cilindrų varikliai – apie tai ir dar daugiau LRT.lt pasakoja Vilniaus Gedimino technikos universiteto docentas Alfredas Rimkus bei Vilniaus automechanikos ir verslo mokyklos profesijos mokytojas ekspertas Vitalijus Kabelis.

Variklis – automobilio širdis
Pasakymas, kad variklis yra automobilio širdis, nėra tik vaizdinga metafora. Automobilio variklis – kaip žmogaus kūne širdis, jis ne tik atsakingas už tai, kad transporto priemonė judėtų, bet ir palaiko kitų sistemų funkcionavimą. A. Rimkus pateikia dar vieną pavyzdį, kodėl variklį galima prilyginti širdžiai.

„Net ir variklių bandymų metu yra daroma kardiograma. Moksliniuose tyrimuose yra matuojamas slėgis cilindre, kaip jis kinta per ciklą, ir iš tos diagramos, kaip ir širdies kardiogramos, galima nustatyti variklio būklę ir apskaičiuoti jo galingumą, nebandant jo ant specialaus stendo. Todėl asociacijų su žmogaus širdimi tikrai galime surasti“, – pasakoja A. Rimkus.

Ryškiausi pastarųjų dešimtmečių pokyčiai

Kalbėdamas apie tai, ar pastaruoju metu įvyko esminių variklių konstrukcijos pasikeitimų, A. Rimkus sako, kad galima išskirti kelis technologinius šuolius.

„Pavyzdžiui, maždaug 1992-aisiais „Volkswagen“ pristatytas TDI dyzelinis variklis, kuris, palyginus su ankstesniais, buvo galingesnis, tylesnis, skleidė mažiau vibracijų.

Kitas šuolis įvyko tuomet, kai buvo pristatyti „Common-Rail“ aukšto slėgio degalų įpurškimo sistemą turintys dyzeliniai varikliai. Tai įvyko maždaug 2000-aisiais. Vėliau tokių didelių šuolių jau nebuvo.

Kalbant apie benzininius variklius, esminis šuolis įvyko, kai buvo pristatytos tiesioginio degalų įpurškimo sistemos. Tada atsirado vadinamasis sluoksniuotasis mišinys, kuris dega net ir tuomet, kai yra labai liesas, o tai reiškia ir geresnę ekonomiją. Šiuo šuoliu buvo pastebimai padidintas benzininių variklių naudingumo koeficientas“, – LRT.lt įvardija A. Rimkus.

Daug ryškesnių ir esminių variklių konstrukcijos pasikeitimų negali įvardyti ir V. Kabelis, tačiau jis išskiria kitą aspektą – kai kurie sprendimai, anksčiau naudoti kaip patikimumo garantas, šiandien yra tapę visiška priešingybe.

„Anksčiau būdavo, pavyzdžiui, „Mercedes-Benz“ varikliai su grandininiu dujų skirstymo mechanizmu, su jais galėdavai nuvažiuoti milijoną kilometrų. Tai buvo patikimumo ir ilgaamžiškumo etalonas. Gamintojas buvo tiek viską ištobulinęs, kad, net jei grandinė sukeldavo problemų po dešimties metų eksploatavimo, jie kompensuodavo dalį remonto išlaidų.

Šiandieniniuose varikliuose taip pat labai plačiai yra naudojami grandininiai dujų skirstymo mechanizmai, bet grandinės yra išlengvintos, o tai sukelia tam tikrų problemų, nes jos labai greitai išsitampo arba net nutrūksta, o su viena grandine automobilis nuvažiuoja iki 100 tūkst. kilometrų.

Grandinės keitimo kaina yra didelė. Be to, tokie varikliai yra nenuspėjami ir sunku prognozuoti, kokį atstumą jie įveiks nesugedę“, – teigia V. Kabelis.

Mažalitražių variklių era

Pastaruoju metu automobilių gamintojai ir inžinieriai stengiasi kurti ekonomiškus, mažo darbinio tūrio, tačiau pakankamai galingus variklius.

„Bet kuris variklis turi vidinių mechaninių nuostolių, todėl kuo variklis mažesnis, tuo mažesni ir nuostoliai. Tad, jei pačiame cilindre yra patalpinama daugiau energijos, o mažesnis cilindras atlieka tokį patį darbą, kaip ir didesnis, dėl mažesnių mechaninių nuostolių mažesnio litražo varikliai ir yra ekonomiškesni“, – paaiškina A. Rimkus.

Kad gamintojai stengiasi mažinti variklių darbinį tūrį, pastebi ir V. Kabelis. Jis teigia, kad, pavyzdžiui, šiuolaikinis turbobenzininis mažalitražis variklis pasiekia neką mažesnį galingumą nei senesnis šešių cilindrų variklis. Tačiau geresnė degalų ekonomija ir didesnis galingumas turi kitą medalio pusę.

„Tai labai atsiliepia variklio resursui, nes variklio detalės yra kur kas labiau apkraunamos, cilindruose susidaro didesnis slėgis, dėl to keliami kitokie reikalavimai medžiagoms. Tokių variklių resursas yra skaičiuojamas iki 300 tūkst.

Taip yra todėl, kad cilindrų apdirbimo paviršius, stūmokliai ir alkūniniai velenai gaminami naudojant tobulesnes technologijas, yra jonizuojami ir padengiami specialiomis medžiagomis. Tačiau dėl šios priežasties variklis, atidirbęs jam skirtą laiką, yra neberemontuojamas.

Dažniausiai mažo darbinio tūrio varikliams gamintojai net nėra numatę atsarginių detalių, nes variklio blokas kartu su stūmokliais, žiedais ir alkūniniu velenu yra viena detalė. Taigi, jei variklis pradėjo vartoti daug alyvos, pakeisti žiedus gali būti neįmanoma.

Visgi, jei atsargines detales gauti pavyktų, vis tiek susiduriama su problema, kad gamintojas nėra pateikęs variklio išardymo ir surinkimo technologijos“, – mažalitražių variklių trūkumus LRT.lt įvardija V. Kabelis.

Kokia variklio komponuotė pati geriausia?

Variklių kūrėjai ir inžinieriai yra sukūrę gausybę įvairių variklių, kurie skiriasi, pradedant cilindrų skaičiumi, baigiant jų išdėstymu. Tačiau abu LRT.lt kalbinti ekspertai vieningai teigia, kad, jų manymu, geriausi – šešių cilindrų varikliai.

„Jeigu žiūrėtume grynai iš mechaninės pusės, pagal atsirandančias jėgas ir inercijas, kaip jas reikia atsverti, pati pranašiausia konstrukcija yra šešių cilindrų, išdėstytų eile, variklis. Jam nereikia jokių papildomų balansavimo velenų.

O keturių cilindrų variklis nėra savaime atsveriantis. Kai kurie gamintojai naudoja papildomus balansinius velenus, kiti – ne, tačiau toks variklis pasižymi didesnėmis vibracijomis.

V formos variklio privalumas – jo dydis. Tokį variklį lengviau sumontuoti į automobilį dėl jo ilgio, mažesnio svorio. Yra net ir toks skaičiavimas – kiek sveria vienas kilovatas. Todėl sutrumpinus variklį, trumpėja velenas, sutaupoma masės. O kalbant apie techninį pranašumą, jo praktiškai nėra“, – sako A. Rimkus.

Jam pritaria ir V. Kabelis.

„Manyčiau, kad geriausi yra šešių cilindrų varikliai, nesvarbu, cilindrai išdėstyti eile ar V forma. Tai geriausiai subalansuoti varikliai, jiems nereikia papildomo balansavimo“, – priduria V. Kabelis.

Tačiau, jei praktiškai ideali variklio komponuotė jau išrasta, kodėl gamintojai kuria naujas variklių formas?

„Variklio komponuotė dažniausiai priklauso nuo to, kaip ir į kokį automobilį jis bus montuojamas, pavyzdžiui, skersai ar išilgai, priekyje ar gale ir pan.“, – paaiškina V. Kabelis.

Specialistas taip pat sako, jog, jo manymu, kartais didesnį cilindrų skaičių turinčius variklius gamintojai kuria dėl patikimumo.

„Aš manau, kad kuo daugiau cilindrų – tuo variklis patikimesnis. Nors yra daugiau detalių, pavyzdžiui, žvakių ar stūmoklių, bet gedimo tikimybė yra gerokai mažesnė. Daugiau cilindrų turintis variklis yra tiesiog natūraliai mažiau apkraunamas ir gali dirbti lengvesniu režimu“, – mano V. Kabelis.

Varikliai tobulėja lėtai, bet mirties jiems nepranašauja

Kaip teigia A. Rimkus, šiuolaikinio kibirkštinio uždegimo variklių naudingumo koeficientas yra maždaug 0,42, o dyzeliniai, veikiantys slėginio uždegimo principu, priartėja prie 0,5, bet jo dar nepasiekia.

„Variklius sukūrę mokslininkai yra apskaičiavę, koks galėtų būti maksimalus naudingumo koeficientas. Šiandien tos reikšmės dar tikrai nepasiektos. Norint pasiekti tų teorinių reikšmių, reikalingos karščiui ypač atsparios medžiagos, nes turi būti kaip įmanoma mažesnis šilumos atidavimas į aplinką.

Pavyzdžiui, paimkime labai gerą dyzelinį variklį, kurio naudingumo koeficientas yra 0,45. Dalį naudingumo koeficiento, 10 proc., galima priskirti mechaniniams nuostoliams. Praktiškai tiek pat, kiek energijos panaudojama, tokia pati dalis pašalinama į aplinką per aušinimo ir išmetimo sistemas. Todėl, lyginant su teoriniu idealiu skaičiavimu, rezervo dar tikrai yra“, – pasakoja A. Rimkus.

Pašnekovas teigia, kad, bent jau šiuo atžvilgiu, vidaus degimo varikliai tobulėja labai lėtai ir, palyginus su vis labiau populiarėjančiais elektros varikliais, jų naudingumo koeficientas nepalyginamai mažesnis. Tačiau tai nereiškia, kad vidaus degimo variklius jau reikėtų laidoti.

„Žmonės mėgsta tradicijas ir tikrai bus tokių, kurie naudos vidaus degimo variklius ir toliau. Be to, nereikėtų atmesti, kad kuriama alternatyvų dabartiniams degalams, gaminamiems iš naftos.

Pavyzdžiui, yra technologija, kai vietoje to, kad šiukšlės deginamos, pirolizės būdu iš jų galima išgauti angliavandenilių ir juos sintetinti. Žinoma, kol kas tokios technologijos yra brangios, bet laikui bėgant jos atpigs.

Taip pat degalus galima gaminti tiesiog iš nemaistinių atliekų. Tam netgi būtų galima pasitelkti saulės energiją, iš jos būtų gaminama elektra, ji būtų naudojama vandenilio gamybai, o vandeniliu būtų įsodrinami sintetiniai degalai. Tokie degalai dega kur kas švariau.

Visgi manau, kad viena vystoma rūšis nėra gerai. Turi būti vystomos kelios konkuruojančios rūšys. Tai yra postūmis tobulėti. Ta technologija, kuri bus geresnė, ją vartotojai ir pasirinks, tačiau progresas tikrai neturėtų sustoti“, – mano A. Rimkus.

Vidaus degimo variklių nenurašo ir V. Kabelis. Jo teigimu, jie sėkmingai gyvuos dar ilgai ir greito perversmo bei perėjimo prie elektromobilių neprognozuoja.

„Mano manymu, vidaus degimo variklių tikrai turėsime dar pusamžį. Taip manau todėl, kad elektromobiliams reikalinga infrastruktūra vystosi per lėtai.

Pavyzdžiui, pažvelkite į miestą. Trūksta stovėjimo vietų apskritai, tad ką bekalbėti apie elektromobilių įkrovimo vietas. Todėl tikrai negreitai pasieksime lygį, kad kiekvienas daugiabučio gyventojas turėtų galimybę įkrauti elektromobilio akumuliatorius prie namų.

Žinoma, klausimas, kokiais degalais važiuosime ateityje. Aš manau, kad bus plėtojamas įvairių degalų mišinių kūrimas ir naudojimas. Galbūt bus didesnis alternatyvių degalų pasirinkimas, o senieji varikliai galės būti pritaikomi naujoms degalų rūšims“, – svarsto V. Kabelis.

Šaltinis: http://technologijos.lt