Downsizing czyli mniej cylindrów bez straty mocy

Powoli trzeba przyzwyczajać się do pojęcia downsizingu, ponieważ – zdaniem przedstawicieli firm produkujących ciągniki rolnicze – coraz częściej zamiast silników o klasycznej konstrukcji będą stosowane jednostki napędowe o mniejszej liczbie cylindrów. Głównym powodem są tutaj obostrzenia ekologiczne związane z wprowadzaniem coraz surowszych norm emisji spalin. Mówi się bowiem powszechnie, że „pomniejszone” silniki są oszczędniejsze, w stosunku do porównywalnych jednostek napędowych o podobnych osiągach, jednak większej liczbie cylindrów. Tym samym emitują mniej szkodliwych zanieczyszczeń powstałych w procesie spalania. Z czego wynika ta oszczędność? Najczęściej pada argument, że obniżone zostają straty spowodowane tarciem wewnętrznym w silniku. Ponadto jednostka z „obciętymi” cylindrami ma mniejszą masę, która w konsekwencji wpływa na ograniczenie wagi całego pojazdu. Tego rodzaju silnik wykazuje również mniejsze straty cieplne. Kluczowe jest jednak pytanie o żywotność zmniejszonych jednostek.

– Panuje przekonanie wśród rolników, że wyciskanie większej mocy z mniejszych silników wpływa negatywnie na ich żywotność – mówi Jarosław Figurski, specjalista ds. produktu w firmie Same Deutz-Fahr Polska. – Moim zdaniem dzisiaj ta opinia nie ma żadnych realnych podstaw, bowiem na przestrzeni ostatnich lat dokonał się niebywały wzrost poziomu technologii. Do budowy silników zaczęto stosować bardziej wydajne i wytrzymałe materiały. Zwiększyła się precyzja wykonania. Jednostki napędowe wzbogacono w systemy zabezpieczające oraz układy elektroniczne. Wszystko to wpłynęło na podniesienie trwałości jednostek napędowych. Dlatego uważam, że nie ma co się bać mniejszych silników, bo na pewno nie są gorsze od tych z większa liczbą cylindrów. A podstawowym argumentem za ich zastosowaniem jest oszczędność w zużyciu paliwa. O ile w typowych pracach polowych dla ciągników porównywalnej mocy ale o innej licznie cylindrów spalanie jest porównywalne, to w transporcie górują mniejsze silniki, które są bardziej oszczędne.

Common rail i cztery zawory

Jak zatem jest to możliwe, że pomimo zredukowanej liczby cylindrów, moc i moment obrotowy silnika został zachowany, a w niektórych przypadkach te wartości nawet wzrosły? Odpowiedzi należy szukać w nowoczesnych systemach stosowanych w silnikach. Przez ostatnie lata klastyczna aparatura wtryskowa została zastąpiona układem comman rail, który pozwolił podwyższyć ciśnienie wtrysku do niebotycznego poziomu nawet 2000 barów (200 MPa). Dla tych, dla których ta wartość nie wiele mówi, przypominamy, że w starszych popularnych modelach cięższych ciągników Ursus (typu 914 czy 1614) z klasycznym układem paliwowym, ciśnienie wtrysku ma wartość około 170 barów, czyli 17 MPa. Jak zatem common rail oddziaływuje na silnik? Wykorzystywana jest tutaj prosta zależność, że im wyższe udaje się uzyskać ciśnienie wtrysku, tym paliwo jest lepiej rozpylane w komorze. To z kolei pozwala na poprawę procesu spalania, czego efektem jest wyższa moc. Sterowny elektronicznie common rail ma jeszcze inne zalety. Pozwala bowiem na dowolne kształtowanie dawki wtrysku, która może być podzielona na kilka faz. To z kolei zapewnia zarówno cichszą, jak i czystszą pracę silnika. Kolejnym rozwiązaniem poprawiającym efektywność jednostek napędowych jest wprowadzanie do cylindrów większej ilości powietrza, które jest dodatkowo schładzane. Odpowiedzialne za to są turbosprężarki. W tych najnowszych można zmieniać nachylenie kierownic spalin względem wirnika. Dzięki temu możliwa staje się regulacja ciśnienia doładowania. Po prostu, przy niskich obrotach silnikach, łopatki nachylane są pod możliwe dużym kątem, co powoduje zwiększenie obrotów wirnika turbiny i większy dopływ powietrza. Z kolei przy wysokich prędkościach obrotowych silnika, prędkość spalin jest już na tyle wystarczająca, aby zapewnić odpowiednie doładowanie powietrza. Dlatego aby stwarzać mniejszy opór kierownice ustawiane są bardziej równolegle do wirnika. Nowoczesne silniki są sprawniejsze również dlatego, że mają udoskonalony układ chłodzenia. Stosuje się w nich również większą ilość zaworów powodującą szybszą wymianę mieszanki paliwowo-powietrznej. Wszystkie te rozwiązania można spotkać m.in. w najnowszych ciągnikach marki John Deere. Aby udowodnić jak wpłynęły na pracę silników, amerykański producent porównał starszy sześciocylindrowy model 6630 do najnowszego czterocylindrowego ciągnika 6130M, który ma podobny poziom mocy maksymalnej wynoszący
140 KM.

– Nowszy ciągnik osiąga stały zakres mocy przy niższych obrotach silnika. Również prędkość znamionowa silnika ma niższą wartość – zauważa szef serwisu John Deere Polska Stanisław Wolski. – Kluczowe jest jednak to, że dzięki zastosowaniu czterech zaworów na cylinder czy turbosprężarki o zmiennej geometrii, w nowej maszynie udało się uzyskać znacznie wyższy moment obrotowy. W sześciocylindrowym modelu 6630 maksymalny moment ma wartość 526 Nm. Natomiast czterocylindrowy silnik ciągnika 6130M osiąga 587 Nm. Również zapas momentu obrotowego jest w „czwórce” wyższy i wynosi 35 procent do 32 procent dla modelu 6630. To jednak nie wszystko. Przeprowadziliśmy testy polowe obu maszyn. Okazało się, że jeżeli chodzi o siłę uciągu czy zużycia paliwa to na silniku czterocylindrowym uzyskano lepsze parametry.

Mniejsze
– bardziej uniwersalne

Choć dzięki najnowszym rozwiązaniom udaje się podnieść moc i moment obrotowy, to często praca ciągnikami z mniejszymi silnikami pozostawia wiele do życzenia. Mniejsza masa takich silników oraz większy skok tłoków robią swoje. Silniki są bardziej hałaśliwe i mają zwiększone wibracje. To wszystko wpływa na komfort pracy. Dlatego znacznie lepiej pracuje się dłuższymi maszynami z większymi silnikami. Są one po prostu bardziej stabilne na drodze i w polu. Szukając więc przysłowiowego „konia pociągowego” do ciężkiej pracy, w dalszym ciągu rolnicy chętniej wybierają sprzęt z większą liczbą cylindrów. Gdy jednak potrzebny jest ciągnik do pracy w obrębie gospodarstwa, który będzie wykorzystywany często w pracach załadunkowych, rywalizację wygrywają przedstawiciele downsizingu z „obciętą” liczbą cylindrów. Są krótsze, zwrotniejsze i łatwiejsze w operowaniu na ograniczonej przestrzeni. Argumentem, który przemawia za zastosowaniem mniejszych maszyn jest również niższa cena. Choć nie jest to regułą, bo – jak podają sami producenci – zdarza się tak, że ceny ciągników z większymi i mniejszymi motorami o podobnej mocy są bardzo zbliżone. Prostą receptę na wybór ciągnika przedstawia Tomasz Koperski z firmy Case IH.

– Moim zdaniem, gdy potrzebny jest do gospodarstwa ciągnik, który będzie przeznaczony przede wszystkim do ciężkich prac uprawowych np. orki, lepiej wybrać maszynę z większą liczbą cylindrów – twierdzi Tomasz Koperski z firmy Case IH. – Będzie miał po prostu bardziej optymalny rozkład mas. Będzie również stabilniejszy, ale za to mniej zwrotny. Gdy natomiast potrzebny jest ciągnik uniwersalny, który sprawdzi się w każdych warunkach, czy to w polu, czy w obrębie gospodarstwa a nawet przy obsłudze zwierząt w oborze lub chlewni, rozsądnym wyborem byłby ciągnik z mniejszą liczbą cylindrów. Ma krótszy rozstaw osi, przez co jest zwrotniejszy. Jest również lżejszy co ma swoje odbicie w spalaniu paliwa. Dla porównania: ciągnik Case IH sześciocylindrowy w stosunku do czterocylindrowego o podobnej mocy i podobnej specyfikacji ma o około 20 cm szerzej rozstawione osie i jest cięższy o około 300 – 400 kg.

Przemysław STANISZEWSKI