Przyszłość silnika ciężarowego oczami MAHLE

, 30 listopada 2020, 23:49

Ciężarówka nieodzownie łączy się z silnikiem diesla. Próżno szukać tam silnika benzynowego. Duży na to wpływ ma moment obrotowy diesla, osiągany w bardziej korzystnych zakresach niż w silniku benzynowym. Ponadto w związku z faktem, że rewolucja turbosprężarek dotknęła najpierw silniki wysokoprężne, a dużo później benzynówki, projektanci ciężarówek pozostawali właściwie długo bez wyboru. Lata mijają, mówi się i prezentuje ciężarówki o napędach alternatywnych. Mimo to wciąż pracuje się nad nowymi technologiami, które dotyczą silnika konwencjonalnego dla segmentu ciężarowego.

 

Co to w ogóle jest ciężarówka?

Pytanie dość proste, ale jednak interpretacji może być wiele. Nie chcę tutaj przytaczać regułek, które podpowiadają niektóre portale. Także pomijam kwestie książek, z których korzysta się np. w szkołach zawodowych. Najlepsze jest opracowanie (jak w szkole) tzw. własnymi słowami.

Z punktu widzenia silnika kwestia jest dość łatwa, choćby ze względu na gabaryty silnika ciężarowego. Zwłaszcza, gdy w katalogu części zamiennych (dostępny na www.mahle-aftermarket.com) skupimy się na średnicy nominalnej tłoka czy też otworu w cylindrze. Kiedy przekracza ona już 110mm i zaczyna się zbliżać do 130mm to mamy do czynienia z pięknym silnikiem wagi ciężkiej. Dodatkowo ciężarówka (obok traktorów i pojazdów tzw. off-road) ma silnik, gdzie jeszcze wymienia się tuleje i robi się to zupełnie powszechnie. W przeciwieństwie do tego silniki osobówek czy van’ów to już bloki przystosowane pod nadwymiary tłoków. Coraz rzadziej mają dostępne tuleje wymienne (choć czasem się to zdarza).

Z punktu widzenia kontynentalnego, wiemy jak jest w Europie. Ale w Ameryce Północnej „truck” to określenie całkiem sporego pick-up’a. Dlatego z określeniem „ciężarówka” trzeba jednak uważać. Ciekawostka to fakt, że do tej pory na kontynencie północnoamerykańskim przyjęło się, że lepszy od silnika jest większy silnik (zazwyczaj powiedzenie dotyczyło jednostek wolnossących). Po prostu źle patrzyło się na kwestie zmniejszania pojemności skokowej przy zachowaniu tej samej mocy tj. downsizing. A tu na początku 2019 roku, Chevrolet zaskoczył wszystkich i wprowadził po raz pierwszy w historii (w modelu Silverado) silnik 4-cylindrowy! To jednostka o pojemności 2.7l z zainstalowaną turbosprężarką. 4-cylindry pojawiły się w aucie tego typu, na tym rynku, po raz pierwszy.

„Tłoczne” zmiany

Co dzieje się dalej w silniku? Otóż mimo, iż tłoki stalowe MAHLE w wersji jednoelementowej oraz 2-elementowej (tłok z tzw. pływającym płaszczem z aluminium) są już powszechne, dalej rozwijamy ich koncept. Tym razem przez technologię TopWeld®, która pozwala zmniejszyć wagę tłoka, jego wytrzymałość, ale także lub przede wszystkim wysokość całkowitą oraz wysokość sprężania nawet o 30%.

Zdjęcie 1 – tłok TopWeld przed i po połączeniu

Gdy mowa już o wadze w ogóle, skupmy się chwilę na redukcji ciężaru tzw. PCU (power cell unit tj. zestaw cylindrowo-tłokowy wraz z korbowodem). Przecież nie każdy taki zestaw zawiera tłok stalowy. Wiele z nich posiada tłoki aluminiowe. Te ostatnie podlegają coraz bardziej obciążeniom ze względu na temperaturę (podobnie zresztą jak stalowe). Wg moich skromnych badań, kanał chłodzący wewnątrz tłoka wypełniany jest przez olej (z dyszy smarującej) w ok. 25-30%, który to odbiera ciepło z denka i wypływa do miski. W ten sposób robi miejsce na „świeżą dawkę”. By chłodzenie tłoka było efektywniejsze, nie można wtłoczyć więcej oleju, gdyż nie spełni on swojej funkcji. Należy więc zwiększyć sam kanał chłodzący i jego pojemność. Rysunek 1 przedstawia profil standardowy i 2 typy powiększonych kanałów oraz wpływ na poprawę poziomu chłodzenia w stopniach Celsjusza.

Rys. 1.

Z większym kanałem chłodzenia tłok aluminiowy także traci na wadze. Wychodzi więc, że tłoki te, podobnie jak stalowe, są mocno odchudzane. Byle bez efektu jojo…

Ślizgowa rewolucja

Z panewkami już jest tak, że to one muszą stawić czoła wymaganiom konstruktorów silników. Jeżeli Ci ostatni stwierdzą, że obroty nowej generacji silników będą większe, to panewkom pozostaje tylko się zgodzić, że czop będzie je mocniej atakował obrotowo. Kiedyś panewka miała dwa materiały, a potem i trzy różne. Przyszły czasy panewek typu Sputter, które w segmencie panewek głównych i korbowodowych do dziś stanowią coś specjalnego. Nowa generacja panewek pokrytych polimerem miała za zadanie poprawę właściwości całej jednostki silnikowej przez redukcję drgań, ale i hałasu. No super, drgania i hałas. A co z poprawą żywotności jednostki?

I tutaj MAHLE uruchomiło kolejny krok w rozwoju technologii i stworzyło tzw. MAHLE Microcapsules®. Zmniejszenie grubości filmu olejowego w połączeniu z przejściem w kierunku olejów o niższej lepkości oznacza, że ​​zatarcie i odporność na zużycie łożysk odgrywa kluczową rolę w rozwoju nowoczesnych silników, zwłaszcza wysokoprężnych. By sprostać tym wymaganiom, powstały tzw. mikrokapsuły, które są rozwiązaniem nowatorskim, skierowanym przede wszystkim na pierwszym miejscu dla panewek korbowodowych. Wysokowydajna powłoka polimerowa zawiera mikrokapsułki wypełnione środkiem smarnym. Mikrokapsułki są zaprojektowane tak, aby pękać podczas powstawania otarć i silnego zużycia, a co za tym idzie, „na żądanie” uwalniać zawarty w nich smar. W razie potrzeby wprowadza to dodatkowe smarowanie, aby zapobiec zatarciu. Zmierzono działanie tego nowatorskiego rozwiązania w pojazdach, gdzie wystąpił chwilowy zanik filmu. Uruchomienie kapsułek z powłoki polimerowej pozwala na dalsze bezpieczne działanie łożysk, a tym samym zmniejsza ryzyko zatarcia. Testy wykazały, że mikrokapsułki poprawiły stopień zapobiegnięcia zatarciu wmomentach krytycznych do 66%, podczas gdy konwencjonalne powłoki polimerowe wykazują współczynnik odzysku na poziomie 25%. Dodatkową korzyścią jest to, że powłoki polimerowe wypełnione mikrokapsułkami zapewniają poprawę zużycia o ponad 20% w porównaniu z obecnymi polimerowymi powłokami łożyskowymi. Jednocześnie zachowują wyjątkową wytrzymałość zmęczeniową oczekiwaną od powłok polimerowych.

Rys. 2.

Na koniec

Silnik spalinowy wysokoprężny ma się nadal dobrze. Mimo wielu głosów ze świata motoryzacji narzekających na normy Euro, nie można porzucić tego środka napędu. Mimo rozwoju alternatywnych środków transportu do pojazdów ciężarowych, ogólnoświatowa ilość przewozów wciąż rośnie. Oznacza to, że obok napędów nowatorskich, silnik także wymaga ciągłej „pielęgnacji”.

Gorąco namawiam Państwa by nie traktować motoryzacji tylko w kategoriach „tego nie kupuj, bo się psuje…”. Proszę mi uwierzyć, że obecny rozwój to nie tylko elektryfikacja. Ci z Państwa, którzy wciąż lubią „zabawy z blokiem i głowicą”, mogą jeszcze długo spać spokojnie.

Autor – Maciej Hadryś

Komentarze

Komentarz musi być dłuższy niż 5 znaków!

Proszę zaakceptuj regulamin!

Brak komentarzy!