System start-stop – jak wpływa na poszczególne elementy silnika podczas codziennej eksploatacji?
Pojazdy z silnikami wyposażonymi w system start-stop stają się standardem w samochodach osobowych, ze względu na coraz ostrzejsze normy emisyjne obowiązujące w Europie. Jego działanie polega na wyłączaniu się jednostki napędowej, np. na światłach, co w zamyśle konstruktorów ma wpływać na oszczędność paliwa oraz zmniejszanie emisji szkodliwych spalin do atmosfery. Decydując się na zakup samochodu z tym systemem warto rozważyć zarówno korzyści wynikające z jego posiadania, jak też potencjalne problemy związane z codzienną eksploatacją.
Jak to działa?
Po zatrzymaniu pojazdu, wybraniu luzu i puszczeniu sprzęgła jego jednostka napędowa samoczynnie się wyłącza. Silnik uruchamia się ponownie w momencie wciśnięcia pedału sprzęgła (w samochodach wyposażonych w manualną skrzynię biegów) lub naciśnięcia pedału przyspieszenia w pojazdach z przekładnią automatyczną. System start-stop pełni funkcję pomocniczą i kierujący może w każdym momencie wyłączyć jego działanie.
Z obciążeniem tribologicznym
Według definicji, obciążenie tribologiczne jest rodzajem zużycia spowodowanego procesami tarcia, w którym następuje zmiana masy oraz struktury i fizycznych własności warstw wierzchnich obszarów styków. Intensywność zużycia tribologicznego zależy od odporności obszarów tarcia warstw wierzchnich oraz od rodzaju oddziaływania. Tyle definicja. Jak ma się to jednak do funkcjonowania systemu start-stop i jego oddziaływania na silnik pojazdu?
Jedną z najbardziej niepożądanych konsekwencji częstego zatrzymywania się i ruszania jest właśnie obciążenie tribologiczne, związane z procesami tarcia pomiędzy poszczególnymi elementami silnika. Chodzi przede wszystkim o panewki wałka rozrządu oraz wałka wyrównoważającego, tzw. balansowego (jeśli jest zamontowany w określonej jednostce napędowej), panewki główne, korbowód oraz sworznie tłokowe. Każdorazowo, gdy silnik jest uruchamiany, przez ułamek sekundy pomiędzy poszczególnymi częściami silnika następuje bezpośredni kontakt (metal-metal), podczas którego dochodzi do największego – nawet do 75 proc. zużycia silnika oraz uszkodzeń z tym związanych. Dzieje się tak dlatego, ponieważ w miejscu bezpośredniego styku z elementami silnika znajduje się zbyt cienka warstwa filmu olejowego, fachowo określana jako graniczna warstwa środka smarnego. Aby w pełni uzmysłowić sobie skalę problemu, należy pamiętać, iż w standardowych rozwiązaniach przewidzianych jest około 50 000 cykli włączania i wyłączania zapłonu w trakcie całej żywotności pojazdu, podczas gdy w pojeździe z systemem start-stop wartość ta może wynieść nawet ponad 500 000. Aby nie piętrzyć dodatkowych problemów, konstruktorzy systemu start-stop przewidzieli na szczęście sytuacje, w których silnik samoczynnie się nie wyłączy. Komputer sterujący nie wyłączy go, jeśli temperatura pracy jest zbyt niska. Podobnie jest również w przypadku zbyt wysokiej temperatury. Z kolei w samochodach wyposażonych w turbosprężarkę, system nie wyłączy jednostki napędowej, jeśli ta ostatnia jest gorąca (np. po dynamicznej jeździe). Silnik zgaśnie dopiero po chwili lub przy kolejnym postoju.
Nanotechnologia na ratunek
Bezpośredni kontakt metal-metal nie jest jedynym problemem silników wyłączanych i uruchamianych ponownie za pośrednictwem systemu start-stop. Częste wyłączanie jednostki napędowej powoduje odpływanie oleju do miski olejowej, problem stanowi również zbyt niska temperatura oleju, czyli jego duża lepkość w czasie od uruchomienia silnika do osiągnięcia przez tego ostatniego odpowiedniej temperatury pracy. Aby zminimalizować niebezpieczne tarcia ograniczające żywotność jednostki napędowej, konieczne jest stosowanie olejów silnikowych o jak najlepszych parametrach. Jedną z propozycji w tej kwestii są tzw. oleje Nanodrive, od lat stosowane z powodzeniem w pojazdach wyczynowych. Czym różnią się one od swoich tradycyjnych odpowiedników? Przede wszystkim oleje te zawierają składniki tworzące powłokę o obniżonym współczynniku tarcia na metalowych częściach silnika. Prawdziwą innowację stanowi jednak fakt, iż powłoka ta – określana fachowo jako tribofilm, pozostaje na powierzchni nawet wtedy, gdy temperatura silnika spada podczas jego wyłączenia (nie ma jej w ogóle lub stanowi wartość graniczną w przypadku stosowania konwencjonalnych olejów silnikowych). Dzięki temu ograniczone zostaje niebezpieczne tarcie, m.in. pomiędzy pierścieniami a cylindrami oraz równie szkodliwe tarcia na wale korbowym i zaworach. Wydaje się zatem, iż tribofilm może skutecznie chronić metalowe elementy silnika − zarówno w warunkach statycznych, czyli przy rozruchu zimnego, jak też wyłączonego silnika, a także dynamicznych podczas normalnej jazdy.