Motul

Poziom emisji i skład spalin zależą w znacznym stopniu od właściwości oleju silnikowego

Konstruktorzy samochodów, a w szczególności ich silników spalinowych i układów napędowych, stają przed kolejnymi zaostrzeniami limitów emisji substancji szkodliwych, w tym przede wszystkim CO₂.

Równocześnie trwa wyścig osiągów pomiędzy rywalizującymi w tym zakresie markami samochodowymi. Niestety walory techniczne raczej nie idą w parze z ekologicznymi, zwłaszcza gdy chodzi o optymalny dobór środków smarnych. Oleje paliwooszczędne, czyli przyjazne dla środowiska naturalnego, raczej nie służyły dotychczas zwiększaniu trwałości silników, a oleje zapewniające najlepszą ochronę silnikowych konstrukcji nie zaliczały się do najbardziej oszczędnych w zużyciu paliwa.

Rychłe zmiany

Obecnie produkowane samochody muszą spełniać wymagania normy Euro 6. W roku 2017 ma wejść w życie jej zmodyfikowana wersja Euro 6 C. Wynika z niej m.in. konieczność stosowania w silnikach Diesla katalizatorów SCR (selektywna redukcja katalityczna). Jest to już dobrze znane rozwiązanie wykorzystujące roztwór wodny mocznika do zamiany tlenków azotu NO_X w azot i wodę. Stosuje się też bardziej zaawansowany system ASC (ammonium slip catalyzer), który do osiągnięcia tego samego celu wykorzystuje wodny roztwór amoniaku.

Zintegrowana, spalinowo-elektryczna jednostka napędu hybrydowego

Zmodyfikowana norma Euro 6 wprowadza po raz pierwszy identyczne limity emitowanych stałych cząstek spalin dla silników benzynowych i Diesla. Oznacza to konieczność stosowania również w silnikach benzynowych filtrów cząstek stałych GPF (gasoline particulate filter). Dotyczy to przede wszystkim silników doładowanych z bezpośrednim wtryskiem paliwa, których obecnie na rynku jest najwięcej. Aby nie komplikować zbytnio budowy układów wydechowych, stosowane będą katalizatory czterofunkcyjne (CO, HC, NO_X + PM) zamiast popularnych obecnie trójfunkcyjnych.

Zaostrzona zostanie także kontrola emisji spalin samochodowych. W celu urealnienia jej wyników standardowe testy wykonywane będą w warunkach rzeczywistych, aby rozbieżności emisji CO₂ i zużycia paliwa w stosunku do danych katalogowych nie były nadmierne. Planowane dwa nowe testy RDE (real driving emissions) oraz WLTP (world harmonized light duty test procedure) zastąpią wkrótce dotychczasową procedurę NEDC.

W nieodległej przyszłości

Na rok 2020 planowane jest wprowadzenie normy Euro 7. Nowe konstrukcje silników w samochodach osobowych będą musiały spełniać jej wymagania już od tegoż 2020 roku, a wszystkie dostarczane na rynek – od roku 2021. Podstawowa różnica między tą normą a obecnie obowiązującą to znacznie niższy limit emisji CO₂: przewidziany na zaledwie 95 g CO₂/km. Odpowiada to zużyciu paliwa na poziomie 3–3,5 l/100 km, więc może dziś spędzać sen z powiek większości konstruktorów silników i pojazdów. Oprócz limitu ilości emitowanych spalin nadal zaostrzane będą wymogi dotyczące ich składu.

Dla spełnienia tych wymagań trzeba się skupić na znacznym obniżeniu tarcia w układach napędowych. Szuka się tych oszczędności zarówno w samych konstrukcjach, jak i w niższej lepkości kinematycznej stosowanych środków smarnych. Już obecnie stosuje się nowe technologie powłok powierzchniowych, np. DLC (diamond like carbon) i inne. Do produkcji olejów będą więc używane nowe pakiety jakościowe i ultraniskie klasy lepkości.

Obecne oleje SAE 0W20, 0W16 będą powoli zastępowane klasami 0W12 i 0W8. Rynek olejowy już jest na to gotowy. Najlepszym tego przykładem może być nowa rodzina olejów Motul Hybrid dostępnych w czterech lepkościach: 0W20, 0W16, 0W12 oraz 0W8. Ta ostatnia wydaje się być na dzisiaj nieco abstrakcyjna i potocznie jest kojarzona z lepkoscią wody, lecz pomimo tego, a może dzięki temu, już jest używana w samochodach hybrydowych Hondy.

W perspektywie

Kolejnymi metodami spełnienia wymagań Euro 7 jest hybrydyzacja napędów i wszelkiego rodzaju jej układy typu: micro-, mild-, plug-in-, fullhybrid. Niektórzy z producentów już są gotowi i od lat oferują podobne samochody, inni usilnie pracują nad nimi. Jeszcze inni idą dalej i obiecują pojazdy elektryczne.

W napędzie hybrydowym silnik spalinowy pracuje w optymalnym zakresie obrotów

Przy stosowaniu klasycznych silników spalinowych pomaga ich: niższa masa, przekładnie automatyczne AT – klasyczne, DCT – dwusprzęgłowe, CVT – o płynnie zmiennym przełożeniu. Stosowanie tych rozwiązań pomaga pracować silnikowi spalinowemu w zakresie prędkości obrotowej odpowiadającej wysokiej sprawności, a tym samym – niskiemu zużyciu paliwa, czyli niskiej emisji CO₂. Kolejna metoda to downsizing oparty o mniejsze silniki (2-, 3-cylindrowe) generujące niższe tarcie i w niektórych warunkach jazdy pracujące w zakresie wyższej sprawności. Do podwyższania sprawności silnika w całym zakresie jego prędkości obrotowej przyczynia się też BI-turbodoładowanie (HP/ LP). Wszystkie te metody plus zblokowane hybrydowe układy napędowe, rekuperacja energii podczas hamowania – pozwalają osiągnąć efekt synergii i podnieść sprawność układów napędowych nawet o 30%.

Co dalej?

Już obecnie testowane jest znane z ubiegłego wieku rozwiązanie bezpośredniego wtrysku wody w silnikach benzynowych. Para wodna pozwala na zmniejszenie temperatury spalania nawet o 25°C, a tym samym na zmniejszenie szkodliwej emisji, szczególnie NO_X. Testuje się również ciśnienie sprężania podwyższone z 9,5:1 do 11:1. To rozwiązanie pozwala na podniesienie nawet o 10% momentu obrotowego i mocy silnika, czyli skutkuje o około 8% niższym zużyciem paliwa i emisją spalin.

Wbrew obecnym przewidywaniom wraz z wprowadzeniem Euro 7 może nastąpić wielki powrót silników Diesla, lecz w ich wersjach 2-suwowych. Jeden z europejskich producentów testuje obecnie wysokoprężne silniki 2-suwowe (2–3-cylindrowe), turbodoładowane o znacznie wyższej sprawności.

Tweet

Piotr Pyrka
Technical Manager, Motul Poland