Trijų ir keturių cilindrų varikliai yra viena dažniausių diskusijų temų naudotų automobilių rinkoje. Lietuva šiuo klausimu turi savą kontekstą: tokie modeliai kaip „Ford Focus”, „Fiesta”, „Peugeot 208″, „Toyota Yaris” ir daugybė kitų, kuriuose šiandien įmontuoti trijų cilindrų agregatai, jau pasiekia „Autoplius” ir „Autogidas” skelbimų puslapius. Per paskutinį dešimtmetį gamintojai, siekdami sumažinti emisijas, vis dažniau renkasi mažo tūrio, bet galingus variklius. Trijų cilindrų turbininiai motorai leidžia pasiekti tokį patį našumą kaip ir didesni varikliai, tačiau sunaudoja mažiau degalų. Intensyvėjant transporto elektrifikacijai, tokie varikliai bus naudojami vis dažniau.
Trijų ir keturių cilindrų variklių palyginimas
Konstrukciniai skirtumai ir balansas
Pagrindinis skirtumas tarp trijų ir keturių cilindrų variklių slypi ne tik cilindrų skaičiuje, bet ir iš to kylančioje vidinėje pusiausvyroje. Keturių cilindrų variklis turi natūraliai subalansuotą uždegimo seką - du cilindrai visada juda priešingomis kryptimis, todėl vibracija iš esmės niveliuojasi. Trijų cilindrų variklyje tokio natūralaus balanso nėra: uždegimas nevyksta tolygiai, todėl variklis linkęs vibruoti, ypač mažais apsisukimais. Vilniaus Gedimino technikos universiteto docentas Alfredas Rimkus paaiškina, kad trijų cilindrų variklį sunkiau subalansuoti, nes reikia papildomų detalių. Tačiau, anot A. Rimkaus, dabar jau yra priemonių, statomi papildomi balansavimo mechanizmai, kurie mažina vibraciją.
Kiti svarbūs skirtumai: trijų cilindrų varikliai yra lengvesni ir kompaktiškesni, paprastai turi mažiau judančių dalių ir teoriškai reikalauja mažiau priežiūros. Mažesnės apimties variklis yra lengvesnis, drauge mažiau sveria ir automobilis. Vieno cilindro atsisakyta mažinant mechaninius nuostolius. „Daugiausia mechaninių nuostolių sudaro stūmoklio žiedų ir cilindro sienelių trintis, todėl pašalinus vieną cilindrą teoriškai juos galima sumažinti iki 25 proc. Realybėje rodiklis bus mažesnis, nes į mechaninius nuostolius taip pat įeina alyvos, aušinimo skysčio siurblių, generatoriaus sukimas, guoliai ir kita“, - dėsto mokslininkas.
Galingumas ir degalų sąnaudos
Grynas trijų cilindrų variklis be turbokompresoriaus paprastai atsilieka nuo keturių cilindrų - mažesnis darbo tūris reiškia mažesnį sukimo momentą. Todėl daugelis gamintojų trijų cilindrų agregatus aprūpina turbokompresoriumi. Pavyzdžiai yra Ford 1,0 EcoBoost, BMW 1,5 B38 ir „Toyota” 1,0 Dynamic Force. Tačiau čia slypi ir pagrindinė kompromiso vieta. Turbokompresorius didina variklio apkrovą, reikalauja kokybiškesnės alyvos ir trumpesnių keitimo intervalų. Kai trijų cilindrų variklis dirba su turbina, jis iš tikrųjų gali vartoti daugiau degalų nei panašaus pajėgumo keturių cilindrų atmosferinis agregatas. Naujesnėse Ford 1,0 EcoBoost versijose integruota vieno cilindro atjungimo sistema, kuri, važiuojant tolygiai ar riedant, automatiškai atjungia vieną iš trijų cilindrų, taip sumažindama degalų sąnaudas be jokio juntamo galios praradimo.
Patikimumas ir priežiūra
Teoriškai trijų cilindrų varikliai turi mažiau detalių, o tai turėtų reikšti mažiau galimų gedimų taškų. Tačiau mažesnio tūrio variklio išvystoma ta pati arba didesnė galia reiškia aukštesnę degimo temperatūrą ir slėgį, didesnes apkrovas tenkančias svarbiausioms detalėms. Tuomet ilgaamžiškumui labai svarbi medžiagų kokybė, detalių pagaminimo ir apdirbimo tikslumas. „Reikalingi didesnį slėgį galintys atlaikyti aukštesnės kokybės metalai, taigi nors naudojama mažiau detalių, maksimaliai sumažinti gamybos išlaidų nepavyks. Aukštesnėje degimo temperatūroje taip pat atsiranda daugiau azoto junginių, kuriems neutralizuoti reikia pritaikytos išmetimo sistemos“, - priduria A. Rimkus.
„Ford” 1,0 EcoBoost - vienas populiariausių trijų cilindrų variklių Lietuvos naudotų automobilių rinkoje - susilaukė prieštaringų vertinimų. Variklis tris kartus iš eilės buvo pripažintas geriausiu pasaulyje, tačiau Lietuvos mechanikai fiksuoja sistemines problemas: perkaitimas, aušinimo skysčio nuotėkis, priešlaikinis paskirstymo diržo susidėvėjimas. Gamintojas nurodo diržo keitimo intervalą 200 000 km, tačiau Lietuvos servisų specialistai rekomenduoja keisti kas 100 000-120 000 km.
Keturių cilindrų atmosferiniai varikliai Lietuvos rinkoje turi gerą reputaciją, ypač senesniuose modeliuose: „Renault” K4M, „VW” 1.6 MPI, „Toyota” 1NZ-FE. Jie paprasčiau aptarnaujami, puikiai dera su SND dujų sistemomis ir pasižymi ilgesniu tarnavimo laiku, reguliariai prižiūrint.
Kaip apdoroti įvairių tipų paskirstymo diržus? „Yiheda“ paskirstymo diržų gamyba.
Technologinis progresas ir apdovanojimai
Pirmieji automobiliai su trijų cilindrų varikliais keliuose pasirodė septintajame praėjusio amžiaus dešimtmetyje. Jie nebuvo galingi ir smarkiai vibravo, todėl neišpopuliarėjo, tačiau nuo tų laikų daug kas pasikeitė. Dabar trijų cilindrų variklių efektyvumas nenusileidžia, o kartais netgi lenkia keturių cilindrų agregatus. Permainas lėmė gamybos technologijų pažanga. Pagal kompiuterinius brėžinius šiuolaikinių variklių detalės gaminamos itin tiksliai, pagerėjo robotų perimto surinkimo kokybė. Pastebimai tobulesnės tapo ir mažiems varikliams solidžios galios suteikiančios turbinos. Tai ir tyrimams skirtos investicijos lėmė, kad trijų cilindrų varikliai tapo tikri technologijų progreso pavyzdžiai.
Naujausių tarptautinių apdovanojimų „Engine of the Year“ kategorijoje iki 150 AG trys geriausi varikliai - trijų cilindrų. Į šį trejetą ir vėl pateko specialistų itin gerai vertinamas 1,2 litro darbinio tūrio „Peugeot“ gaminamas „PureTech“ variklis, jau keturis kartus triumfavęs ankstesniuose rinkimuose. Šiuos variklius galima rasti ir naudotų automobilių rinkoje Lietuvoje.
Trijų cilindrų variklių pritaikymas
Automobilių industrijoje trijų cilindrų varikliai tapo itin populiarūs, tačiau tokios konfigūracijos agregatai naudojami ir kitose srityse. Dėl kompaktiškų gabaritų ir mažesnės nei dviejų cilindrų motorų vibracijos jie neretai montuojami į motociklus, itin dažnai - traktorius, kartais naudojami laivybai arba kaip stacionarūs jėgos agregatai.
Mokslininkas Alfredas Rimkus priduria, kad trijų cilindrų variklio privalumai ypač atsiskleidžia hibridinėse jėgainėse. Elektros variklio perduodamas sukimo momentas pajudant iš vietos arba intensyviai įsibėgėjant mažina vidaus degimo motorui tenkantį krūvį ir automatiškai ilgina jo naudojimo laikotarpį. „Neatsitiktinai trijų cilindrų varikliai pirmiausia montuoti į lengvuosius miesto automobilius, kuriems nereikia itin daug galios. Hibridiniams modeliams jie taip pat yra itin perspektyvūs“, - komentuoja A. Rimkus.
Iš tiesų gamintojai tokius variklius diegia gana plačiai - nuo mažųjų hečbekų iki kompaktinių modelių ar net SUV automobilių. Pavyzdžiui, minėtas daugkartinio laureato „Peugeot“ turbininis variklis „PureTech“ dėl kompaktiškumo, gero galios ir ekonomiškumo santykio bei patikimumo yra labai universalus, todėl montuojamas ne tik į 208 ar 308 modelius, bet ir miesto visureigius 2008, 3008 bei 5008, taip pat ir kitus giminingų prekės ženklų, kuriuos vienija koncernas „Stellantis“, automobilius.
Bėgant metams trijų cilindrų varikliai vis populiarėja, o gamintojai stengiasi juos montuoti į naujus automobilius dėl ekonomiškumo ir „draugiškumo" aplinkai. Puikus to pavyzdys yra „Nissan ZEOD RC" 1,5 litro trijų cilindrų benzininis variklis, turbokompresoriaus pagalba generuojantis 400 AG ir 380 Nm galią. Šio sportinio automobilio motoras sveria tik 40 kg ir padeda taupyti varžybose taip trokštamą numestį svorį. Kitas gana įdomus automobilis, turintis tik trijų cilindrų benzininę jėgainę yra „BMW i8". Jo 1,5 litro variklis generuoja 231 AG ir 320 Nm galią, žinoma, padedant turbinai. Taigi, nors cilindrų ir mažai, bet su turbina gali būti pasiekiama gana gera galia.
Variklių mažinimo tendencija ir taršos standartai
Transporto priemonių variklių darbinis tūris visą laiką stabiliai mažėjo - tai geriausiai matoma stebint paskutinio dešimtmečio tendencijas. Mažesni, taupesni ir lengvesni varikliai padėjo įvykdyti savanorišką automobilių gamintojų įsipareigojimą Europos Sąjungai iki 2008 m. į aplinką išmetamo anglies dvideginio kiekį sumažinti iki 140 g/km. 2003 m. šis rodiklis siekė 163 CO2 g/km. Pagrindinis turbinos privalumas yra tai, kad jos pagalba galima padidinti mažų variklių galią, dėl to vietoj didesnių įprastinių variklių gamintojams atsiranda galimybė naudoti mažesnio darbinio tūrio turbininius agregatus. Be to, naudojant turbokompresorių, ženkliai sumažėja CO2 tarša.
Turbokompresorius - tai iš esmės variklio išmetamosiomis dujomis varomas siurblys, į degimo procesą paduodantis papildomą oro kiekį, taip leisdamas padidinti variklio galingumą - juk bet kokį kuro kiekį reikia sumaišyti su atitinkamu oro kiekiu. Turbokompresorius nuo ankstyvų 1990-ųjų jau turėjo beveik visi Europoje parduodami dyzeliniai automobiliai, tuo tarpu tarp benzininių agregatų 2005 metais turbininiai varikliai užėmė tik 8-10% rinkos, o 2010 metais - bemaž 30%.
Turbokompresorių aukso amžius ir iššūkiai
Tobulinant turbokompresorius ir variklius, o kalbant techniniais terminais - didinant apkrovas, kuro bei turbokompresoriaus slėgį, tobulinant kuro įpurškimo tikslumą bei tūkstančių procesų per sekundę skaičiavimo efektyvumą, atsirado galimybė mažus variklius paversti tokiais pat galingais, kokie seniau buvo tik didieji varikliai. 2012-2015 m. Ford pristato 1.0L 3 cilindrų Ecoboost, Volkswagen - 1.0L TSI, Renault-Nissan - 0.9 TCe benzininius variklius, atiduodami duoklę ekonomiškų, dinamiškų benzininių miesto variklių rinkos plėtrai.
Pagrindinis mažų ir sąlyginai galingų variklių pristatymo rinkai tikslas buvo maksimaliai sumažinti kuro sąnaudas bei taršą, išlaikant pakankamą galingumą. Laboratorinis variklių testavimo standartas - NEDC (New European Driving Cycle) buvo sukurtas dar 1980 metais. Deja, laboratorijose atliekamų testų rezultatai dažnai skiriasi nuo bandymų realiomis sąlygomis: tai įrodė WLTP (Worldwide Harmonised Light Vehicle Test Procedure) - naujasis automobilių taršos ir kuro sąnaudų matavimo standartas, įsigaliojęs 2017 m. Blogiausius CO2 (anglies dioksido) emisijų rezultatus, lyginant su deklaruojamais, parodė būtent mažieji varikliai, realiomis sąlygomis dirbantys gerokai didesnėmis apkrovomis, nei didesnio darbinio tūrio varikliai, lengviau „susitvarkantys“ su užduotimis.
WLTP standarto pasekmės palietė ne tik mažuosius variklius: gamintojams teko pakeisti kai kurių variklių programinę valdymo įrangą taip, kad „tilpti“ į naujuosius reikalavimus. Rezultate - nukentėjo variklių dinaminės savybės.
Variklių mažinimo ribos ir ateities perspektyvos
Renault (Nissan), General Motors (Opel ir kt.), Volkswagen (Audi, Skoda, Seat) jau kuris laikas palaipsniui atsisako mažiausių savo variklių ir koncentruojasi ties labiau pasiteisinusių didesnių dyzelinių bei benzininių variklių tobulinimu. Jų pavyzdžiu seka vis daugiau gamintojų. „Technologijos, kurias naudojome variklių darbinio tūrio mažinimui, nebeleis mums atitikti ateities taršos reikalavimų. Metų metus gamintojai trumparegiškai taikėsi prie Europos Sąjungos CO2 taršos reikalavimų, mažindami variklių darbinį tūrį, tuo pačiu pridėdami turbokompresorius prarastam galingumui kompensuoti. Trijų cilindrų, 1L tūrio nesiekiantys varikliai „Golf“ klasės automobiliuose tapo normaliu reiškiniu. Modernūs mažieji varikliai greičiau susidėvi bei turi mažiau galios, didesni - dažniausiai ne tokie ekonomiški, tačiau tarnauja ilgiau.
Patarimai renkantis automobilį su trijų cilindrų varikliu
Atsakymas, ar verta rinktis trijų cilindrų variklį, priklauso nuo vairavimo pobūdžio ir automobilio amžiaus. Trijų cilindrų turbokompresorinius variantus verta rinktis, jei: automobilis palyginti naujas (iki 5-6 metų), serviso istorija tvarkinga, o dauguma maršrutų - miesto tipo. Keturių cilindrų atmosferiniai varikliai išlieka geresniu pasirinkimu tiems, kurie ieško ilgalaikio sprendimo su minimaliomis priežiūros sąnaudomis, važiuoja greitkeliais arba svarsto SND dujų sistemą. Variklių skaičius po gaubtu - tik vienas iš pirkimo parametrų.
Dauguma naudotų automobilių Lietuvoje - įvežti iš Vakarų Europos. Pirkėjams svarbu atkreipti dėmesį į ridą, serviso istoriją ir laiką, kada buvo keistas paskirstymo diržas ar grandinė. „Ne viskas priklauso nuo ridos,“ - sako autoserviso meistras iš Vilniaus.
Jei perkate nenaują dyzelinį (naujesnį nei ~2009m.) automobilį, atkreipkite dėmesį, kad modernūs mažieji (iki 1.5L) turbo benzininiai varikliai statistiškai dažnai genda nuo ~100.000 km. Euro6 taršos standartą atitinkančių automobilių variklių patikimumas - itin ribotas, lyginant su senesnės kartos varikliais. Turėkite omenyje, jog daugelio automobilių gamintojų prioritetai paskutinį dešimtmetį stipriai keitėsi: nuo patikimumo - link taršos sumažinimo bet kokia kaina, dažnai - variklių tarnavimo tiek, kiek galioja garantija.
Svarbūs patarimai eksploatuojant turbininius variklius:
- Reguliariai tikrinkite alyvos lygį ir spalvą: tamsiai ruda arba pieno spalvos alyva - blogas ženklas.
- Pasidomėkite paskirstymo diržo istorija: klauskite serviso knygos arba patikrinkite per carVertical.
- Neskubėkite spausti akceleratoriaus visa jėga, juo labiau, jei išvažiuojate iš posūkio - galios pliūpsnis gali užklupti netinkamu momentu.
- Nors šiandieniniuose varikliuose tepalų sistemos cirkuliacija staiga neišsijungia ir vyksta vėsinimo procesas, vis tiek rekomenduojama po intensyvaus važiavimo leisti varikliui atvėsti, o turbinos sūkiams sumažėti, prieš išjungiant variklį.
tags: #3 #cilindru #varikliai #automobiliams