Kwestia ekonomiczności nabrała w ostatnim okresie kluczowego znaczenia w kwestii silników spalinowych. Jak najefektywniejsze wykorzystanie zasobów energetycznych, a także konkurencja w stosunku do technologii alternatywnych, motywuje producentów do opracowywania silników tak tanich, jak to możliwe, a użytkownika do ich eksploatacji przy jak najmniejszych nakładach finansowych.

W poniższym artykule omówimy pokrótce kwestie ekonomiczne, które rzutują na samochody z silnikami spalinowymi.

Cena i koszt

Koszt produkcji silników zależy od wielu czynników. Należą do nich materiał wykonania, technologia wytwarzania, liczba wyprodukowanych jednostek i energia zużywana na jednostkę. Aby zapewnić ukierunkowane i precyzyjne działanie, czynniki te muszą być brane pod uwagę już w fazie planowania.

Ponadto producenci mają obowiązek produkować części zamienne do silników, często nawet przez całe dziesięciolecia. Koszt wymaganych do tego maszyn i narzędzi jest niezwykle wysoki, więc inwestycja może się zwrócić tylko wtedy, gdy liczba wyprodukowanych sztuk jest duża. W przypadku samochodów osobowych może to oznaczać do 100 000 sztuk rocznie, w przypadku pojazdów ciężarowych liczba ta jest zwykle o rząd wielkości mniejsza.

Podczas projektowania należy dążyć do wykorzystania jak najmniejszej ilości materiału w taki sposób, aby komponent nadal posiadał odpowiednie wskaźniki wytrzymałości, a także pozostawał tani w masowej produkcji. Nowe technologie produkcji oparte na wynikach badań naukowych, takie jak odlewanie ciśnieniowe lub mocowanie termokurczliwe, odegrały znaczącą rolę w technologii silnikowej ostatnich lat.

Nowoczesne toczenie i frezowanie CNC z minimalnym usuwaniem materiału powoli staje się przestarzałe w wielu obszarach, w których można stosować drukowanie 3D.

Podczas projektowania komponentów należy zawsze brać pod uwagę pojemność, wydajność i inne parametry maszyn do obróbki, a następnie odpowiednio dostosować konstrukcję. Nie ulega wątpliwości, że podczas planowania należy zwrócić szczególną uwagę na prefabrykację, ponieważ dodatkowy koszt obróbki znajdzie odzwierciedlenie w gotowym produkcie. Różnica jest znacząca, na przykład, jeśli wał korbowy jest toczony z pojedynczego bloku lub jeśli produkowana jest kuta lub odlewana forma przeznaczona do późniejszej obróbki. Zespół projektowy musi zatem posiadać odpowiednią i dogłębną wiedzę na temat technologii produkcji.

Trwają również próby obniżenia ceny silnika. Jedną z opcji jest użycie jak największej liczby znormalizowanych części (łożysk, śrub, innych elementów złącznych). Nowoczesna fabryka kupuje dziś wiele części od dostawców, które są opracowywane i produkowane w dużych ilościach w wyspecjalizowanych zakładach (turbosprężarki, zawory, uszczelki, wtryskiwacze itp.).

Porównywanie cen silników jest złożonym zadaniem, ponieważ oprócz warunków rynkowych na wynik wpływa wiele innych czynników.

Trendy cenowe są zwykle analizowane poprzez przyjęcie ceny silnika wysokoprężnego o średnicy cylindra 100 mm dla 1 kW mocy jako podstawy i wykorzystanie jej do porównania jednostek różnych rozmiarów. Najtańsze są silniki wysokoprężne o średnicy cylindra 110 mm i silniki benzynowe o średnicy cylindra 90 mm. Należy dodać, że cena tych drugich jest i tak o 30-40% niższa w stosunku do osiągów. Wynika to przede wszystkim z mniejszej masy i rozmiarów, części, które można wyprodukować taniej, a także dużego wolumenu produkcji.

Zużycie paliwa

Niezależnie od tego, ile obecnie kosztuje benzyna lub olej napędowy, ogólnie można powiedzieć, że silnik jest bardziej ekonomiczny w eksploatacji, im niższe jest jego zużycie, zmienia się co najwyżej procent kosztów eksploatacji.

Specyficzne zużycie paliwa przez silniki jest ważnym, porównywalnym parametrem ustalanym dla określonych warunków pracy.

Ponieważ większość silników spalinowych pracuje przy zmiennym obciążeniu częściowym, wystarczy zmierzyć zużycie jednostkowe odpowiadające warunkom maksymalnego obciążenia, aby ocenić ekonomię ich pracy.

Oceniając zużycie jako wskaźnik ekonomiczny, należy również wziąć pod uwagę następujące (czasami sprzeczne) aspekty:

• Silniki zaprojektowane do różnych zastosowań mają różne charakterystyki
• Interes użytkownika (największa wydajność przy najmniejszym wysiłku)
• Przepisy prawne (możemy zmniejszyć zużycie tylko wtedy, gdy rozwój nie jest sprzeczny z normami emisji)
• Łatwa adaptacja do zmieniających się warunków ruchu drogowego
• Zmniejszenie zużycia paliwa nie może odbywać się kosztem żywotności silnika.

Żywotność silnika

Ekonomiczny silnik jest zdecydowanie trwały, więc ma długą żywotność. W idealnej sytuacji każdy element silnika uległby awarii dokładnie w tym samym czasie. Nie jest to jednak możliwe, ponieważ różne części konstrukcyjne są narażone na zupełnie inne obciążenia – na przykład części, które nie są narażone na zużycie (blok silnika, osłony skrzyni korbowej) mają duże szanse uniknięcia awarii.

W dzisiejszych czasach silniki spalinowe są badane w znacznie większym stopniu z punktu widzenia bezpieczeństwa eksploatacji. Niskie zużycie paliwa przez silnik na nic się nie zda, jeśli jednostka jest awaryjna i generuje wysokie koszty napraw.

Aby ocenić ekonomiczną użyteczność silników, konieczne jest dokonanie charakterystyki porównawczej o charakterze typowo ekonomicznym raczej niż inżynieryjnym. Należy jednak wziąć pod uwagę, że tego rodzaju ocena zależy w znacznym stopniu od obszaru zastosowania. Silnik może cieszyć się doskonałą reputacją jako jednostka napędowa ciężarówki, ale zupełnie nie sprawdza się w ładowarce.

Czynniki wpływające na bezpieczeństwo eksploatacji silnika spalinowego są na tyle złożone, że nie można określić żadnego czynnika nadającego się do porównania na podstawie charakterystyki technicznej silnika. Dlatego należy zachować szczególną ostrożność przy ocenie charakterystyk określonych wyłącznie na podstawie danych statystycznych.