Ekologiška automobilių pramonė – šiandien tai ne tik madingas terminas, bet ir reali būtinybė. Daugelyje šalių priimami vis griežtesni emisijų reikalavimai, siekiant sumažinti oro taršą, kurią sukelia transporto priemonės. Tokius reikalavimus Europoje formuoja Euro 5 ir Euro 6 normos, nurodančios, kiek įvairių teršalų (anglies monoksidas, azoto oksidai, kietosios dalelės ir t. t.) automobilis gali išmesti. Tačiau ką tai reiškia automobilio varikliui, ypač jei jis turi turbokompresorių? Šiame straipsnyje išsamiai panagrinėsime, kaip Euro 5 ir Euro 6 normos paveikė turbininius variklius, kokios technologijos buvo pritaikytos, bei kokių pokyčių dar galime sulaukti ateityje.
Euro normos pradėtos taikyti dar 1992 m., siekiant vienodinti emisijų reikalavimus Europos Sąjungoje. Palaipsniui jos tapo vis griežtesnės, reikalaujančios mažesnių kenksmingų medžiagų kiekių:
Kadangi turbo varikliai dažnai siejami su aukštesnėmis išmetamųjų dujų temperatūromis ir didesniais slėgio lygiais, gamintojai turėjo sugalvoti, kaip išlaikyti pakankamą galią bei efektyvumą, bet kartu atitikti Euro normų reikalavimus.
Įdomu tai, kad Euro 5 ir Euro 6 normų sugriežtinimas iš dalies net paskatino platesnį turbininių variklių naudojimą. Kodėl? Nes turbo padeda:
Taigi, turbokompresorius savo esme – ne priešas, o pagalbininkas emisijoms mažinti, jei inžinieriai tinkamai suderina išmetimo sistemas, EGR mechanizmus ir kitus emisijų kontrolės komponentus.
Griežtesnėms Euro normoms tenkinti automobilių gamintojai dyzeliniuose, o neretai ir benzininiuose varikliuose (ypač su turbokompresoriais), integruoja:
Visa tai reiškia, kad šalia turbokompresoriaus variklyje dirba pluoštas išmetimo valdymo prietaisų, kurie turi veikti be priekaištų ir be tarpusavio konfliktų.
Neretai tiuningo entuziastai baiminasi, kad DPF, EGR ar kitos išmetimo valdymo sistemos gali padidinti variklio apkrovą bei mažinti turbo atsaką. Taip, tam tikrose situacijose didesnis išmetimo priešslėgis sumažina turbinai tiekiamų dujų energiją, tačiau automobilių gamintojai kompensuoja šiuos efektus tobulindami valdymo bloko (ECU) programavimą, taikydami pažangesnę turbinų geometriją (pvz., VNT – kintamos geometrijos sistema), tikslų wastegate reguliavimą.
Kita vertus, daugiau komponentų reiškia daugiau potencialių gedimų. DPF užsikimšimas, sugedęs EGR vožtuvas ar netinkamai funkcionuojantis SCR purškiklis gali sukelti variklio galios nuostolį, padidėjusią degalų sąnaudą, netinkamą deguonies kiekį įsiurbimo sistemoje. Todėl reguliari priežiūra – esminis aspektas, kad turbo variklis dirbtų taip, kaip suplanuota konstruktorių.
Euro normos dažnai kelia galvos skausmą tiuningo mėgėjams, kurie norėtų išgauti maksimalų turbo potencialą, bet tuo pačiu turi eksploatuoti automobilį bendrosios paskirties keliuose, kur emisijų reikalavimai galioja toliau. Čia kyla dilema: ar pašalinti DPF, EGR ar katalizatorių, kad pasiekti didesnį išmetimo pralaidumą, ar visgi privalome likti su visomis emisijų kontrolės sistemomis, kad automobilis atitiktų teisinius reglamentus? Daugelyje šalių fiziškai išimti šiuos komponentus draudžiama, todėl gamyklines sistemas keisti galima tik modernizuojant (pvz., sportinis katalizatorius), bet ir tai reikalauja tam tikro variklio valdymo perprogramavimo.
Kai kurie savininkai stengiasi optimizuoti turbokompresoriaus darbą neprieštaraudami Euro 6 reikalavimams: atnaujinant išmetimo vamzdyną (bet paliekant DPF ar katalizatorių), pakeičiant wastegate ar blow-off vožtuvą, tobulinant ECU žemėlapius, bet išlaikant, kad emisijų parametrai neviršytų normų.
Griežtėjant Euro normoms, variklio valdymo blokų programinė įranga turi daug daugiau integruotų algoritmų, kurie momentiškai reaguoja į įvairius sensorių duomenis: oro masės matuoklė (MAF), įsiurbimo slėgio jutiklis (MAP), lambda zondai, NOx jutikliai ir t. t. Tokiu būdu ECU mikrosekundžių tikslumu gali koreguoti turbinų atsidarymą, EGR srautą ar kuro įpurškimo trukmę, kad tarša visuomet būtų neviršijama.
Aišku, tai labiau komplikuota sistema, reikalaujanti naujų diagnostinių įrankių, techninės priežiūros bei kvalifikuotų mechanikų. Bet vis tik ši pažanga leidžia turbininiams varikliams toliau išlikti galingais, efektyviais ir kartu atitinkančiais griežtus Euro standartus.
Po Euro 6 normų jau skelbiamos dar ambicingesnės emisijų gairės – Euro 7, kurios turėtų dar labiau sumažinti NOx ir kitų pavojingų junginių ribas. Tą padaryti bus galima pasitelkus hibridines technologijas, elektrifikuotus turbokompresorius (kai elektra varoma maža turbina užpildo turbo lag spragą), taip pat jau egzistuojantį SCR tobulinimą ar daugiaetapes DPF/EGR sistemas.
Variklių gamintojai taip pat intensyviai eksperimentuoja su degalų kokybe: E85 (etanolis), metanolis, vandenilis kai kuriais atvejais žymiai sumažina CO2 ar NOx išmetimą, tačiau reikalauja visiškai naujos degimo architektūros. Bet kuriuo atveju turbinų technologijos, pritaikytos prie vis griežtesnių normų, neabejotinai išliks svarbios tol, kol vidaus degimo varikliai dar bus gaminami (o tai, ko gero, dar vyks bent kelerius ateinančius dešimtmečius).
Euro 5 ir Euro 6 taršos normos padarė ženklų poveikį turbininių variklių vystymuisi. Viena vertus, gamintojai turėjo smarkiai tobulinti išmetimo sistemas, diegti DPF/GPF filtrus, EGR, SCR bei pažangią ECU kontrolę. Kita vertus, šios priemonės ne tik leido automobiliams išlaikyti, bet ir dažnai padidinti degalų panaudojimo efektyvumą bei sukurti dar lengviau valdomą, adaptyvų turbokompresoriaus darbą.
Viskas priklauso nuo požiūrio: tiuningo mėgėjai jaučia tam tikrus nepatogumus, susiduriančius su teisiniais apribojimais, o kasdieniams vairuotojams Euro 5 ir Euro 6 normos reiškia švaresnį orą bei geriau optimizuotus variklius, galinčius pasiūlyti puikią trauką mažesniu degalų sąnaudų sąskaita. Visa tai rodo, kad turbokompresoriai ir toliau išliks dominuojančia technologija, kol nenugalimai išpopuliarės visiškai elektrinės transporto priemonės ar kiti mažiau taršūs sprendimai.
Nesvarbu, ar esate automobilių entuziastas, ar paprastas vairuotojas, verta suprasti, kad Euro normos ir turbininių variklių tarša nėra nesuderinami dalykai – šios technologijos buvo ištobulintos taip, kad automobilis išliktų galingas, bet tuo pačiu ekologiškesnis. Toks kompromisas yra tikėtina ateitis, kol transportas palaipsniui evoliucionuos link nulinių ar net neigiamų emisijų tikslų.