În plină eră a electrificării, mai mulți producători auto asigură un viitor categoric pentru motoarele termice pe benzină

Deși la o primă vedere ai zice că accentul pe normele de poluare și de siguranță este ceva recent, acest lucru se întâmplă de zeci de ani, însă e de necontestat că cel puțin în Europa și în statul american California s-a înăsprit masiv nivelul minim de poluare și siguranță în ultimii ani.

Partea de siguranță a început de mult timp cu invenții precum celula de siguranță și zonele deformabile, ideea lui Bela Barenyi aplicată pe mașinile Mercedes Benz în anii 50 centura de siguranță în 3 puncte, invenția lui Nils Bohlin oferită în standard de către Volvo începând cu modelul Amazon în aceeași perioadă, sistemul ABS oferit de Bosch pe prima generație de Mercedes S-Class la finalul anilor 70′ și multe alte sisteme și metode de construcție apărute treptat.

Clean Air Act 1970 – începutul erei catalizatoarelor auto

Dar dacă stăm să analizăm din punct de vedere amploare, mult mai bruscă a fost implementarea normelor de poluare la începutul anilor 70 în SUA prin pachetul legislativ numit Clean Air Act al agenției guvernamentale EPA, care prevedea că toate mașinile noi vândute începând cu 1975 trebuie să aibă un nivel real de emisii de hidrocarburi mult mai mic.

Practic de atunci cam toate mașinile au început să fie echipate cu catalizatoare de oxidare, acele dispozitive situate pe traseul de evacuare al gazelor care conțin niste materiale chimice reactive ce pot „desface” moleculele poluante precum cele de oxizi de azot sau monoxid de carbon în gaze mai puțin nocive.

Tot atunci au apărut sistemele de control ale emisiilor evaporative prin implementarea canistrelor de carbon care captează vaporii de benzină din rezervor și îi reintroduc în cilindrii motorului pentru a nu fi eliberați în atmosferă direct.

Și în acest punct ajung la poate cea mai importantă invenție din domeniul limitării emisiilor poluante la mașini și anume senzorul de oxigen, cunoscut ca „sonda lambda” , inventată in solidar de Bosch și Volvo, fiind montata inițial pe modelele mărcilor Volvo și Saab echipate cu motoare cu injecție pe benzină începând cu 1976.

Acest dispozitiv măsoară prezența oxigenului în gazele de evacuare și comunică valoarea către calculatorul motor iar acesta ajustează amestecul de aer/combustibil în asa fel încât arderea să fie completă și implicit gazele de evacuare să aibă o concentrație cât mai mica de substanțe nocive, altfel mărind eficiența catalizatorului.

Cam atunci a început accentul pe valorile CO², NOx și tot atunci a fost eliminat plumbul din benzină, folosit pe post de lubrifiant solid.

Aceste măsuri au avut un efect sesizabil în scăderea poluării, pentru prima dată în mulți ani în orașele mari nivelul de smog era vizibil mai mic.

Ceva ani mai târziu aveau să ia amploare mașinile turbodiesel, odată cu avansul tehnologic dat de injecția directă in cele 3 forme consacrate (pompă distribuitor, pompă injector și commonrail) împreună cu supraalimentarea cu turbocompresor.

De la DieselGate la dominația benzinei: cum s-au schimbat preferințele șoferilor

Discuția despre diesel este însă destul de complexă și o voi trata într-un articol viitor, menționez aici doar că după situația DieselGate din perioada modernă, motoarele diesel au devenit extrem de complexe și costisitoare pe partea de filtrare a noxelor iar motoarele pe benzină au avansat tehnologic foarte mult, ajungând la un nivel similar de consum și eficiență, de aceea majoritatea mașinilor cu motor termic vândute în prezent sunt pe benzină, fie că sunt oferite și în configurație hibridă.

Am observat că imediat după implementarea normelor stricte în SUA majoritatea mașinilor vândute acolo au avut limitări sesizabile de putere, perioada a fost numită „era Malaise” afectând în mod special producătorii americani care împlineau cu greu normele de emisii și consum, apărând o scadere sesizabilă a calității, astfel clienții considerau mașinile ca fiind plictisitoare.

Interesant este că în acea perioadă în SUA se vindeau intens modele diesel, datorită emisiilor reduse de CO², în timp ce în Europa nu erau asemenea limitări, însă situatia avea să se inverseze și acum tărâmul restricțiilor severe pe parte de emisii este cu siguranță Europa.

De ce sonda lambda a devenit cheia evoluției motoarelor pe benzină

Am făcut acest „intro” lung ca să arăt faptul că discuțiile despre poluare sunt mult mai vechi decât crede lumea și de aceea mașinile electrice au un rol activ în controlarea emisiilor pentru că cel puțin la nivel local unde sunt conduse, au zero emisii, însă asta nu înseamnă că nu generează poluare, dar despre asta poate vorbesc într-un articol viitor.

Mă reîntorc la sonda lambda, care este indicatorul cheii succesului când vine vorba de viitorul motoarelor pe benzină și viitorul deja a venit sub forma unor mașini cu o tehnică banal de simplă în esență, care pentru a fi înțeleasă trebuie explicată din urmă un pic.

Numele sondei lambda vine de la faptul că pentru o ardere completă din punct de vedere chimic 1 parte de benzină are nevoie de fix 14.7 părți de oxigen, concept numit raport stoichiometric, care are valoarea…lambda 1!

Orice valoare lambda peste 1 indică mai mult oxigen, deci amestec sărac în combustibil iar o valoare sub 1 indică mai puțin aer, deci amestec bogat de combustibil.

Efectul „spray deodorant” și răcirea componentelor motorului

După cum am scris mai sus, arderea completă implică lambda 1 însă nu întotdeauna este posibil ca un motor să meargă cu acest amestec din 2 rațiuni, una este legată de performanță/eficiență și cealaltă de normele de poluare.

Să le luăm pe rând, când vine vorba de performanță, un motor necesită amestec bogat, lambda sub 1, atunci când merge în sarcină ridicată, pentru că excesul de combustibil care nu arde se condensează în cilindru și răcește componentele metalice ale motorului prin efectul de răcire evaporativă (exact efectul de spray deodorant, al cărui jet este foarte rece la acționare, deși recipientul are temperatura camerei)

Problema acestei situatii este că acel exces de combustibil genereaza CO² și particule, pentru care este necesară prezența unui filtru de particule, o componentă complexă și costisitoare.

De ce micșorarea motoarelor nu mai e soluția preferată a producătorilor

Atunci când motorul merge relaxat și se dorește un maxim de eficiență și minim de consum se merge pe amestec sărac, lambda sub 1, însă nici această situatie nu e roz, deoarece deși avem consum redus de combustibil, acel exces de oxigen din amestec generează temperaturi de ardere foarte ridicate, motorul având risc de topire a componentelor interne dar și de detonații spontane ale amestecului, iar din punct de vedere emisii este o mare problemă deoarece crește masiv nivelul de oxizi de azot, întrucât oxigenul care nu și-a găsit pereche cu moleculele de benzină își găsește cu cele de azot.

Oxizii de azot, cel mai periculos tip de emisii, necesită un catalizator de reducție, în plus față de cel de oxidare despre care am scris mai sus plus o instalație de retur gaze evacuare, numită EGR, situație care crește și mai mult complexitatea și costurile.

Deci pare că motorul termic pe benzină se află într-o mare fundătură și că nu mai are prea multă viață, nu? Din contră, mai jos veți afla de ce.

În ultima vreme ne-am obișnuit cu ideea că producătorii trebuie să scoată motoare din ce în ce mai mici, de obicei cu 3 cilindri însă în prezent se întâmplă tocmai contrariul, deoarece pare că producătorii au gasit rețeta optimă pentru un nivel de emisii cât mai redus, fără a fi nevoie de motoare mici chinuite de catalizatoare și filtre de particule.

De ce motoarele mari revin: exemplul Porsche 911 GTS cu 3.6 litri

Mai exact putem regăsi deja câțiva producători precum Porsche și Audi și în curand Mazda, care folosesc pe toata perioada funcționării motorului acel amestec stoichiometric, respectiv lambda 1, prin optimizarea parametrilor tehnici.

Rețeta implică un raport de comprimare ridicat sistem de injecție directă cu presiune mare, de cel puțin 350 bari, ocazional acesta fiind completat de un sistem cu injecție multipunct.

De asemenea este folosita supraalimentarea cu turbocompresor cu geometrie variabilă, astfel aportul de aer este tot timpul optim iar prin adoptarea unor aliaje cu frecări reduse și un sistem de distribuție variabilă cu control electronic se reduce mult din efortul depus de motor pentru a mișca toate componentele interne din ansamblul rotativ precum arbori, biele, supape, pistoane, segmenți, iar aprinderea se întâmplă târziu, ceea ce reduce presiunile și temperaturile din camera de ardere si implicit nivelul de particule, CO² și NOx.

Motoarele termice nu dispar: producătorii investesc în optimizare

Treptat se observă o revenire la o capacitate cilindrica mai mare, pe noul Porsche 911 GTS motorul a crescut de la 3 la 3.6 litri  și măsurile au fost aplicate și de Audi pe motoarele de 2 litri și 3 litri benzină pe modelele A5, A6 și Q5, în curând și Mazda vine cu noua gamă Skyactiv-Z care va folosi acest principiu dar fără supraalimentare, care în toate cazurile presupune un motor cu amestec optim și nivel minim de emisii poluante, ceea ce face ca acele catalizatoare și filtre să fie mult mai simple și ieftine, astfel evitând penalitățile financiare aferente emisiilor.

Așa că nu cântăm prohodul motorului termic încă, avand în vedere ca toti producătorii consacrați au investit sume mari în optimizarea motoarelor termice, deci e clar că le vom mai vedea pe drumuri mult timp de acum încolo, mai ales că acel termen limită din 2035 pentru vânzarea mașinilor pe combustie nu pare prea fezabil pentru nimeni.