Inginerii chinezi au creat motorul cu eficienţă termică record de 48%, dar calea de a atinge acest randament îi va scurta durata de viaţă

Motoare cu combustie, cu benzină, au un randament relativ scăzut când gândim într-un context mai larg. Eficienta termică a unui motor cu combustie, sau randamentul său, se situa în mod tradiţional în jurul a 35-40%, apoi Hyundai atinsese o eficienţă termică record de 41%, după care, în ultimii ani, recordul mai fusese doborât de câteva ori până se depăşise şi cifra de 45%. Acum, însă, producătorul chinez Chery a anunţat că inginerii săi au creat un nou motor pentru mărcile Omoda şi Jaecco din cadrul grupului, iar acest propulsor atinge un nou record de eficienţă termică, de 48%. Însă calea de a atinge acest randament îi va scurta durata de viaţă în lumea reală.

Lupta pentru obţinerea unui randament mai mare se duce de decenii de inginerii motoarelor cu combustie. Teoretic, motoarele în 4 timpi pot trece peste limita teoretică raţională de 50% şi pot ajunge chiar la 65-70% randament, dar atingerea acestor cifre ar implica o rată de compresie uriaşă de până la 20:1 şi reducerea pierderilor de căldură până la absolut, ceea ce în mod practic ar fi dăunător duratei de viaţă a motorului, or, dacă acea căldură generată de combustie n-ar fi disipată prin pereţii cilindrului şi prin sistemul de răcire, motorul ar ajunge repede la o stare de clacare.

Inginerii ştiu că ar mai exista şi alte câteva căi de a reduce pierderile actuale, precum toleranţe mai mici la segmenţii pistoanelor, până aproape de zero, dar şi asta, în viaţa practică poate duce la situaţi de erodare a pereţilor cilindrilor şi clacare. Se poate coborî şi temperatura combustiei, pentru a pierde mai puţină căldură şi a spori randamentul, doar că sporirea acestei eficienţe termodinamice îi reduce eficienţa chimică a procesului de combustie şi în mod practic vor exista particule de combustibil nears, pentru că viteza de reacţie va scădea.

Aşadar, din toate aceste motive, inginerii au tot ezitat să mărească randamentul momentan al combustiei, alegând să dea prioritate durabilităţii în timp. Periodic, se mai realiza câte un avans ingineresc, datorită unor materiale noi sau a capacităţilor tehnice de a oferi precizie mai bună fără a tăia din fiabilitate în mod notabil. Dar în ultimul timp tocmai chinezii au fost cei care s-au tot lăudat cu eficienţe termice record atinse de motoarele lor, exact cum se întâmplă şi acum. La prima vedere, pare o realizare inginerească remarcabilă, dar totul devine mult mai curios când aflăm cum a fost obţinută această eficienţă termică record.

Ei bine, noul motor al celor de la Chery e anunţat în primul rând pentru mărcile Omoda şi Jaecco şi ar trebui să facă parte din viitoare modele plug-in hibrid şi cu combustie simplă, inclusiv cele vândute în Europa, or, Omoda produce deja maşini şi în Spania, la fosta fabrică Nissan. Prin urmare, pe unele modele noul motor va funcţiona a generator de electricitate, iar pe altele va avea şi rol de propulsie directă. Iar randamentul său excepţional ar trebui să aducă un consum de carburant excepţional de mic.

Doar că această eficienţă termică record de 48% a fost atinsă cu câteva soluţii îngrijorătoare. Cea mai îngrijorătoare din ele e o rată de compresie uriaşă, de 26:1, ceea ce e mult mai mult decât rata de compresie a multor motoare diesel. Motoarele cu benzină au de obicei rate de compresie între 8:1 şi 12:1, cu 14:1 în cazul motoarelor Skyactiv de la Mazda. Motoarele diesel au de obicei o rară de compresie de la 14:1 în sus, până spre 18:1, şi doar motoarele diesel mari industriale sau navale depăşesc cifra de 20:1, dar acolo vorbim de cilindree mari, cu pistoane uriaşe, capabile să reziste efectele adverse.

În cazul noului motor chinezesc, cu rată de compresie de 26:1, riscurile aduse de această rată de compresie sunt multiple şi imense. La un asemenea raport de compresie, aerul din cilindru e atât de comprimat şi presiunea devine atât de mare, încât există riscul ca atunci când carburantul e injectat, să apară combustia spontană înainte ca motorul să genereze scânteia. Ca să se minimizeze acest risc, e nevoie de un control mult mai strict al injecţiei, posibil doar prin injecţie directă, de o coborâre a temperaturii de combustie şi de combustibil de cifră octanică mare. E foarte probabil ca acest motor să aibă nevoie de benzină 98, deci. Sau, dacă îi va fi permisă benzina 95, acesta va fi ultra sensibil la calitatea carburantului, orice devieri riscând să genereze combustia spontană.

La o rată de compresie atât de mare, apare şi efectul combustiei mai lente, pentru că diferenţa de volum în cilindru, când pistonul e sus, faţă de atunci când e jos, e mult mai mare şi atunci fizic apare mai mult spaţiu de propagare a combustiei. Din nou, toleranţa faţă de impurităţi şi devieri de cifră octanică va fi minimă.

Compresia mare va adăuga şi stres mecanic componentelor din cilindru, de la piston şi bielă până la pereţii cilindrilor. De asemenea, şi cuzineţii e posibil să aibă un grad de uzură mai mare. Chinezii spun că au aplicat un nou strat protector pe interiorul cilindrilor pentru a reduce acest stres mecanic. Însă lubrifierea bună şi mai ales răcirea bună devin şi mai importante aici. Reducerea temporară a presiunii de ulei poate genera mult mai repede efecte adverse într-un asemenea motor.

Şi tot inginerii chinezi spun că au redus temperatura de combustie prin aplicarea unei rate de 35% de recirculare prin sistemul EGR. Asta înseamnă că tocmai 35% din aerul care intră în cilindri prin admisie va fi format din gaze de evacuare reciclate din ciclurile anterioare de combustie. E o rată imensă, or, motoarele obişnuite Euro 5 au o rată EGR de 5-10%, iar cele Euro 6 în ultimele ipostaze de omologare ecologică au 10-15%. Chiar şi cele mai experimentale motoare în ciclu Atkinson de până acum jonglează cu o rată de 15-25%, dar 35% n-a fost aplicată niciodată.

Ce obţin chinezii cu asta? În primul rând coboară temperatura de ardere, ca să evite combustia spontană aferentă ratei mai de compresie şi ca să existe mai puţină disipare de căldură prin pereţii cilindrilor, iar astfel să poată atinge eficienţa termică de 48%.

În viaţa reală, însă, ştim cu toţi că sistemul EGR poate genera depuneri masive de reziduuri carbonice şi chiar de ulei în porturile de admisie din caza recirculării gazelor de eşapament. Trebuie să ştim că motoarele moderne au de obicei două circuite de EGR — unul de presiune mare, care preia gazele direct cum ele ies din cilindri, fără vreo filtrare, şi le redirecţionează în admisie şi altul de presiunea joasă, care redirecţionează gaze de evacuare filtrate prin filtrul GPF. Primul circuit e folosit când se doreşte o reacţie rapidă a motorului şi în anumite faze de funcţionare variabilă, în timp ce al doilea e inclus în regim de condus de croazieră, în special de traseu, şi are rol de „curăţare” a depunerilor din sistemul EGR.

Totuşi, în viaţa reală aceste depuneri apar aproape inevitabil la o exploatare normală a motorului, pe la 80-100 mii ele fiind deja vizibile clar dacă se demontează galeria de admisie. Şi dacă asta se întâmplă la o rată de 10-15% de recirculare EGR, atunci noul motor chinezesc cu o rată de 35% riscă să aibă depuneri imense pe el la doar 30-35 mii km, admisia sa devenind inutilizabilă fără o curăţare profundă, cu tot cu întreg sistemul EGR. Iar funcţionarea în regim hibrid ar putea accentua problema, din cauza fazelor scurte de funcţionare, fără atingerea temperaturilor operaţionale şi menţinerea lor. Dar până şi funcţionarea lui pe un model cu combustie simplă implică riscuri enorme.

Prin urmare, avem un motor nou cu o eficienţă termică record d 48%, dar care vine cu o rată de compresie uriaşă de 26:1, devenind foarte pretenţios la calitatea combustibilului, şi având o rată de recirculare a gazelor EGR absolut imensă, de 35%, care riscă să-i contamineze exact amestecul de ardere la care acest motor va fi pretenţios. E o reţetă cu atât de mulţi factori vulnerabili, încât se lasă impresia că acest motor va avea o durată de viaţă de vreo 35-50 mii km, maxim 100 mii km în regim hibrid, cu funcţionare parţială a lui şi parţial a electromotoarelor din sistem.