Zmniejszenie norm emisji spalin stawia przed producentami samochodów wiele wyzwań. Jednym ze sposobów, by dostosować się do wymogów, jest tzw. downsizing silników, który polega na wykorzystywaniu mniejszych jednostek napędowych o tej samej mocy. Niestety, efektem często jest spalanie stukowe LSPI, które może poważnie zaszkodzić silnikowi.
Zjawisko LSPI a zmiany w branży Automotive
Podejście do motoryzacji, a w szczególności do wykorzystania energii do zasilania samochodów, w ostatnim czasie znacznie się zmienia. Na rynku pojawiają się liczne ekologiczne rozwiązania, w tym zaawansowane samochody elektryczne, wodorowe ogniwa paliwowe czy nawet pojazdy napędzane energią słoneczną. Pojazdy spalinowe, które przez wiele dekad stanowiły praktycznie jedyną opcję, powoli idą w odstawkę – zanim jednak zostaną całkowicie zastąpione, minie jeszcze sporo czasu. Proces ten nabiera jednak tempa ze względu na coraz bardziej rygorystyczne normy emisji spalin, co wymusza na producentach samochodów dostosowanie parametrów oferowanych pojazdów.
Jedną z najważniejszych regulacji w tym zakresie na rynku europejskim są normy Euro, które co kilka lat są aktualizowane poprzez stopniowe zmniejszanie dopuszczalnych wartości emisji. Na następne lata zaplanowano przejście na siódmą wersję normy: Euro 7 która wprowadzi m.in. limity dotyczące tlenków azotu oraz dodatkowe wymagania związane z emisją cząstek stałych, monitorowaniem wytwarzania spalin czy informowaniem producenta o wszelkich przekroczeniach lub awariach. Samochody spalinowe po 2025 roku będą musiały spełniać nowe ograniczenia, jednak zachowanie zgodności wiąże się z pewnymi wyzwaniami konstrukcyjnymi. Wielu producentów stawia na zwiększenie efektywności jednostki spalinowej, czyli zastąpienie dotychczas wykorzystywanych silników przez mniejsze, bardziej wysilone układy oferujące podobną moc.
Zobacz też: Wodorowe ogniwa paliwowe – technologia przyszłości w motoryzacji
Czym jest i po co stosuje się downsizing silników?
Rygorystyczne wymagania, którym muszą sprostać producenci z branży automotive, sprawiają, że ograniczenie emisji spalin staje się jednym z kluczowych celów przy projektowaniu pojazdów. Jak zmniejszyć spalanie auta? Sporą pomocą na tym polu są nowoczesne technologie, które pozwalają na tzw. downsizing, czyli zmniejszenie rozmiarów jednostek napędowych przy zachowaniu tej samej lub podobnej mocy. To technika polegająca na zmniejszeniu pojemności skokowej silnika i usprawnieniu procesu napełniania cylindrów z wykorzystaniem m.in. turbosprężarek. Stosując do tego podzielony na kilka dawek bezpośredni wtrysk paliwa, możliwe jest osiągnięcie znacznie wyższej wydajności silnika, a także sporej mocy i dużego momentu obrotowego przy niskich zakresach obrotowych. Wpływa to oczywiście na mniejsze zużycia paliwa, a tym samym mniejszą emisję spalin.
Czym jest spalanie stukowe LSPI?
Choć downsizing silników jest bardzo skuteczną metodą na ograniczenie emisji, stosowanie takich rozwiązań wiąże się z pewnymi zagrożeniami. Jednym z nich jest zjawisko spalania stukowego (LSPI – ang. low-speed pre-ignition), polegające na przedwczesnym zapłonie mieszanki paliwowo-powietrznej przy niskiej prędkości obrotowej.
Podczas LSPI spalanie w samochodzie odbywa się w sposób stukowy. W praktyce polega to na tym, że mieszanka paliwowa rozpuszczona w warstwie olejowej odparowuje z gładzi cylindra oraz korony tłoka i ulega spalaniu. To z kolei prowadzi do zapalenia się mieszanki paliwowo-powietrznej podczas suwu sprężania. W efekcie ciśnienie w cylindrze wzrasta bardzo szybko, przekraczając niekiedy nawet 100 barów. Silnik narażony jest więc na bardzo duże obciążenia – zdecydowanie wyższe niż te, które występują przy normalnym spalaniu. Taka sytuacja może doprowadzić do uszkodzenia tłoków, ścian cylindrów, pierścieni uszczelniających czy korbowodów. Niekiedy awarii ulega także osłona silnika.
W jaki sposób można zapobiec wystąpieniu LSPI?
Aby zabezpieczyć silnik przed zjawiskiem spalania stukowego, najważniejsze jest zapewnienie odpowiednich warunków pracy jednostki napędowej. Jedną z najistotniejszych kwestii jest stosowanie olejów silnikowych o odpowiedniej klasie jakościowej i lepkościowej. Produkty odznaczające się właściwymi parametrami gwarantują mniejsze utlenianie, redukcję zmian w strukturach wiązań oraz wolniejsze odparowywanie środka smarnego. W szczególności warto postawić na oleje z bazą syntetyczną – zdecydowanie należy unikać za to olejów z dużą ilością dodatków wapniowych i sodowych.
Chcąc zapobiec LSPI, należy zadbać również o to, aby okresy pomiędzy poszczególnymi wymianami oleju były optymalnie krótkie. Zbyt długie zwlekanie z wymianą oleju może przyczynić się do jego starzenia i zbierania nagaru na denkach tłoka, a niewielkie, odrywające się cząstki mogą sprzyjać spalaniu stukowemu.
Rozwiązania wspierające redukcję spalania z Knauf Automotive
Downsizing silników to nie jedyna metoda na redukcję spalania – warto zwrócić uwagę także na dostosowanie konstrukcji samochodu. W tym przypadku najistotniejszą rolę odgrywa waga poszczególnych części. Coraz więcej producentów stosuje komponenty wykonywane z tworzyw sztucznych, które znacznie zmniejszają masę całego pojazdu. W ramach oferty Knauf Automotive można znaleźć szereg różnych elementów wyprodukowanych z EPS i EPP, które łączą wytrzymałość z niską wagą. Pozwala to zadbać zarówno o efektywność paliwową, jak też komfort jazdy oraz optymalne warunki dla kierowcy i pasażerów.