Zwykliśmy mówić: "silnik zużywa mi dużo (lub mało) paliwa" całą winę lub zasługę zrzucając na konstruktorów jednostki napędowej. Bardzo często zżymamy się też, że w danych fabrycznych podano średnie i miejskie zużycie paliwa, a w praktyce jest ono inne, zazwyczaj większe! Z pozoru tego typu pretensje są jak najbardziej uzasadnione. Który mechanizm spala paliwo?
Silnik, oczywiście! A skoro w instrukcji pojazdu podano zużycie paliwa, to chyba takie powinno być? Tymczasem sprawy mają się całkiem inaczej i nie chodzi wcale o mętne prawnicze wybiegi, tylko o kwestie ściśle techniczne.
Norma - tylko do porównań
Zacznijmy od niesławnych fabrycznych danych opisujących zużycie paliwa. Mało kto zauważa, że służą one wyłącznie do porównywania spodziewanego zużycia paliwa kompletnych seryjnych aut pomiędzy sobą.
Zawarte w danych fabrycznych wartości nie podają jakiegoś obowiązującego, znormalizowanego dla danego auta zużycia paliwa. Byłoby to niemożliwe, bo zależy ono od wielu czynników eksploatacyjnych, których nikt nie jest w stanie określić, zmierzyć i zagwarantować, że będą porównywalne przy kolejnych testach drogowych. Nawet gdy komuś się wydaje, że ma precyzyjny sposób pomiaru na wybranej drodze, np. spod domu na działkę na wsi, to i tak każda podróż odbywa się w innej temperaturze, przy innym wietrze, inny jest też ruch na drodze zmuszający do hamowania i przyspieszania, inne obciążenie samochodu, inne ciśnienie w oponach itp.
Także i paliwo może się różnić, nie mówiąc o samym prowadzącym: gdy będzie bardziej nerwowy, zużyje zapewne więcej paliwa, nawet o tym nie wiedząc. A co dopiero gdy dwoma autami pojadą różni kierowcy. Styl jazdy (choćby szybkość wciskania pedału gazu czy skłonność do przyhamowywania w niepewnej sytuacji) mają tak istotne znaczenie dla zużycia paliwa, że np. sam fakt, że oba pojazdy osiągnęły zbliżoną prędkość średnią i nie przekroczyły tej samej maksymalnej, jest mało istotny.
Druga kwestia dotyczy silnika. Rzeczywiście, to on spala paliwo, ale dlaczego? Dlatego, że musi rozpędzać samochód, który ma określoną masę, opory powietrza i toczenia. Zatem własności silnika, jego sprawność w przetwarzaniu energii cieplnej w mechaniczną to tylko jeden z czynników wpływających na zużycie paliwa realnego samochodu. Dane fabryczne odnoszą się w tym względzie do kompletnych pojazdów, a nie do silników, zupełnie tak samo jak dane dotyczące prędkości maksymalnej czy przyspieszeń.
No i wreszcie, po co te dane są publikowane, skoro są aż tak teoretyczne? Tu sprawa jest prosta. Tzw. fabryczne dane zużycia paliwa powstają w zasadzie jako produkt uboczny wymaganych przepisami pomiarów emisji spalin, przeprowadzanych dla każdego nowo wprowadzanego na rynek auta. Jak wiemy, producentów obowiązują w tym względzie ścisłe, nieprzekraczalne normy, od których uzależnia się dopuszczenie auta do sprzedaży. Uregulowania te obowiązują na całym świecie, ale tu zajmiemy się tylko europejskimi, tj. obowiązującymi dla aut sprzedawanych w Unii Europejskiej i krajach kandydujących. W tym względzie wszystko musi być określone bardzo precyzyjnie, wszak chodzi o zastosowane rozwiązania techniczne, czyli o pieniądze. A zatem - pomiary drogowe w ogóle nie wchodzą w grę!
Już od lat emisję spalin dla celów homologacji aut mierzy się na stanowiskach laboratoryjnych. Jest to rodzaj hamowni rolkowej, umieszczonej w pomieszczeniu, które gwarantuje pełną kontrolę nad panującą weń temperaturą i ciśnieniem powietrza. Sam pomiar polega na wykonaniu na rolkach jazdy w precyzyjnie określonym cyklu. Dla zachowania zgodności z normą przebiegiem cyklu zarządza automat.
W czasie pomiaru cała objętość wyemitowanych spalin zbierana jest w wielkim worku, a następnie po wymieszaniu mierzy się ich średni skład. Jak więc widać, znormalizowany pomiar zanieczyszczenia spalin odnosi się do ściśle określonego zakresu obciążeń silnika i prędkości samochodu, zupełnie zaś nie zajmuje się emisją chwilową. To samo odnosi się do zużycia paliwa. Ponieważ znormalizowany cykl (dla samochodów osobowych i lekkich użytkowych) dzieli się na dwa podcykle, tzw. miejski (ECE) i pozamiejski (EDUC), a norma określa zarówno czas trwania poszczególnych faz pomiaru, jak i przejechaną na rolkach drogę, w efekcie można podać (w l/100 km) końcowe zużycie "miejskie", "pozamiejskie" oraz "średnie".
Oczywiście, cykle te opracowane zostały tak, by jak najlepiej symulować rzeczywistą, przeciętną jazdę miejską oraz pozamiejską. Ciągle jednak są pomiarami laboratoryjnymi i często nijak się mają do warunków, z jakimi się spotykamy. Niech przekona nas o tym jeden przykład: w latach 2000/2001 nastąpiła zmiana obowiązujących norm czystości spalin, z tzw. Euro 2 na Euro 3. Cykl pomiarowy pozostał w zasadzie taki sam, ale zmieniono czas trwania cyklu miejskiego i co ważniejsze spowodowano, że pomiar rozpoczyna się bez wstępnego nagrzewania silnika od temperatury -70C.
Niezależnie od obowiązujących limitów zanieczyszczenia spalin (różnych zresztą dla poszczególnych klas aut, głównie w zależności od ich masy) osiągnięcie zadanych wartości stało się trudniejsze i to samo dotyczy zużycia paliwa: badane auta zaczęły z chwili na chwilę "więcej palić", choć przecież oprócz sposobu pomiaru nic się nie zmieniło. Dodajmy, że przy niedawnej zmianie normy na Euro 4 cykl pomiarowy się nie zmienił.
Komu w rezultacie potrzebne są te średnio realistyczne dane? Po prostu nabywcom nowych samochodów, którzy na ich podstawie mogą wyrobić sobie pogląd o danym modelu i co ich czeka po zakupie. A rzeczywiste zużycie paliwa? Ono zależeć będzie już prawie wyłącznie od... kierowcy!
Winny - kierowca!
Najbardziej zastanawiające jest to, że często takie same samochody legitymują się całkiem różnym zużyciem paliwa. Czy winien jest ich producent? Oczywiście nie, w zasadzie zawsze odpowiedzialny jest za to kierowca. Można się wręcz pokusić o stwierdzenie, że paliwo zużywa nie silnik, nie samochód, a właśnie on, prowadzący!
Przecież to on naciska na pedał gazu, żeby potem zaraz hamować i... znowu przyspieszać. To on jedzie z prędkością większą, niż jest to potrzebne, generując nadmierne opory powietrza. To on dopuszcza jazdę na niedopompowanych oponach i z nieprawidłową zbieżnością kół, to on pozwala, by niesprawne hamulce nieustannie ocierały, wytwarzając niepotrzebnie ciepło - lista przewinień jest długa. Nawet bezsensowne wożenie bagażnika dachowego i dziesiątków kilogramów rupieci w kufrze, też skutkuje zwiększeniem zużycia paliwa. Ale największy problem to nadmierne użycie hamulców.
Rzeczywiście, gdyby nie hamulce, zużycie paliwa byłoby znacznie mniejsze. Dlatego właśnie, mimo zwykle większych prędkości jazdy, lepsze wyniki uzyskujemy na drogach pozamiejskich. Szczególnie w mieście narażeni jesteśmy na to, że natychmiast po przyspieszaniu będziemy musieli hamować, czyli zamieniać dopiero wytworzoną energię kinetyczną naszego samochodu na bezużyteczne ciepło. Chyba że mamy samochód hybrydowy, który hamując potrafi ładować akumulatory.
Zatem w realnej jeździe mniej paliwa zużywają ci, którzy mniej hamują. Oczywiście, aby w ogóle nie hamować, należałoby zaniechać przyspieszania, ale na dłuższą metę nie jest to rozwiązanie dobre, bo prowadziłoby do absurdu - zablokowania ruchu drogowego. A więc prawidłowa technika jazdy powinna przede wszystkim obejmować przewidywanie sytuacji drogowej. We wszystkim należy znaleźć złoty środek, gdyż całkiem nie zużywając paliwa, jeździć się nie da. Ale skoro musimy już przyspieszać, powinniśmy też wiedzieć, w jaki sposób to robić.
Pozwól silnikowi pracować
Powiedzmy na wstępie, że rzeczywiście, parametry i stan silnika mają istotne znaczenie dla zużycia paliwa. Nie każdy jednak wie, o co tu właściwie chodzi.
Tłokowa jednostka napędowa ma swoją charakterystykę znaną powszechnie jako charakterystyka momentu obrotowego i mocy maksymalnej w funkcji prędkości obrotowej wału korbowego. Te krzywe nie mówią nam jednak, gdzie leży optimum w kwestii wykorzystania paliwa. Większość kierowców jest przekonana, że aby zużywać mniej paliwa, trzeba zaniechać mocnego wciskania pedału gazu. Czyli ślimacze ruszanie spod świateł i jazda na najwyższym możliwym biegu? Okazuje się, że wcale tak nie jest, choć oczywiście wykorzystywanie najwyższych obrotów wału i wciskanie pedału gazu do oporu, dobrze ekonomii jazdy nie wróżą. Tak naprawdę producenci powinni publikować zupełnie inne charakterystyki jednostek napędowych, zwane charakterystykami jednostkowego zużycia paliwa. Pokazują one zdolność konkretnego silnika do przetworzenia pobranego paliwa w użyteczną energię. A zdolność ta bardzo się różni w zależności od prędkości obrotowej wału i obciążenia jednostki (w praktyce - głębokości wciśnięcia gazu). I tu zaskoczenie: okaże się, że typowy silnik marnuje najwięcej energii przy minimalnych obciążeniach i to niezależnie od obrotów. Natomiast pole, na którym wykorzystuje paliwo najlepiej, znajduje się zwykle gdzieś w okolicach obrotów maksymalnego momentu obrotowego, przy obciążeniu rzędu 2/3 maksimum. Wniosek z tego, że gdy chcemy jechać z pewną ustaloną prędkością, należy dojść do niej dość żwawo, tak operując dźwignią zmiany biegów i pedałem gazu, by jednostka pracowała jak najbliżej swego ekonomicznego zakresu. Wtedy przyspieszanie trwać będzie krótko i odbędzie się efektywnie.
Niestety, największy dylemat przynosi jazda ze stałą prędkością, szczególnie gdy dysponujemy silnikiem o sporych osiągach. Mamy do wyboru dwie opcje:
- jechać w miarę powoli ze stałym położeniem pedału gazu, wykorzystując jednak tylko mikroskopijną część dostępnej siły napędowej silnika, czyli poruszając się w zakresie, który nie jest ekonomiczny;
- doprowadzić auto na najwyższym biegu do prędkości, która odpowiadać będzie najefektywniejszemu wykorzystaniu paliwa. Ta druga opcja, pozornie słuszna, wymaga jednak jazdy tak szybkiej, że opory powietrza zaczynają już grać dominującą rolę. Jak wiadomo rosną one w kwadracie prędkości, czyli dwukrotne zwiększenie prędkości powoduje, że zwiększają się one czterokrotnie. Efekt? Przy prędkościach wyższych niż 130-150 km/h (dla samochodu osobowego) w kwestii zużycia paliwa nie liczy się już prawie nic innego prócz oporu jaki stawia powietrze. Jak widać, nie ma tu dobrego rozwiązania, a im mocniejszy mamy silnik, tym trudniej jest je znaleźć, bo prędkość optymalna dla jednostki napędowej jest coraz mniej optymalna ze względu na opory. I to jest właśnie przyczyna, dla której małe pojazdy z małymi silnikami "palą mniej", a gdy porównamy jednakowe auta, bardziej ekonomiczne będzie to z mniejszym silnikiem, pracującym częściej pod większym obciążeniem. Oczywiście bez przesady, mikrosilnik wykorzystywany zawsze w maksymalnym zakresie obciążeń byłby też niedobry!
Natomiast praktyczne rozwiązanie dla ekonomicznej jazdy ze stałą prędkością będzie takie, by dobrać ją doświadczalnie gdzieś w zakresie pomiędzy ok. 70-80 km/h, a obrotami maksymalnego momentu (na najwyższym przełożeniu). Badania wykazują, że dla współczesnych samochodów opór aerodynamiczny poniżej prędkości 70 km/h staje się zazwyczaj mało istotny. Czy tak naprawdę istnieją samochody, które z racji swych własności konstrukcyjnych zużywają więcej lub mniej paliwa od innych? Oczywiście. Zrozumiałe jest, że korzystniejszy pod tym względem będzie samochód lżejszy, bo mniej energii potrzeba, by rozpędzić go do zadanej szybkości. Lepsze też będzie auto o mniejszych oporach aerodynamicznych. Czy w kwestii oporów toczenia mogą pojawić się różnice? Tak, z założenia auto na szerszych oponach generuje więcej oporów, także same opony mogą się różnić. Producenci oferują już ogumienie tworzące szczególnie niskie opory i przy ich użyciu zapotrzebowanie na paliwo spada nawet o kilka procent.
No i wreszcie sprawa rzadko zauważana, ale bardzo istotna - prawidłowy dobór przełożeń skrzyni biegów do charakterystyki jednostki napędowej. Istotny jest szczególnie na najwyższym przełożeniu, wykorzystywanym przy stałych prędkościach, tu można uzyskać różnice rzędu wielu procent. Można też nieco upraszczając powiedzieć, że im więcej biegów ma skrzynia, tym wykorzystując ją prawidłowo łatwiej utrzymamy silnik w opisanym wyżej obszarze najkorzystniejszym dla ekonomii jazdy.
Gorący, znaczy sprawny
Powyższe rozważania o sposobie wykorzystania jednostki napędowej odnoszą się do wszystkich silników samochodowych, benzynowych i wysokoprężnych.
Oczywiście wiadomo, że jednostki z zapłonem samoczynnym charakteryzują się z założenia lepszą sprawnością (zdolnością wykorzystania energii zawartej w paliwie), ponadto nie spada ona drastycznie przy niewielkich obciążeniach (pod tym względem zaczynają im dorównywać nowoczesne jednostki benzynowe np. z wtryskiem bezpośrednim i z zaawansowanymi systemami sterowania zaworów dolotowych), jednak ogólne zasady są zawsze takie same. Co jednak robić, gdy mamy już konkretny silnik i chcemy wykorzystać go jak najlepiej?
Liczy się tu nie tylko prawidłowe wykorzystanie charakterystyki. Aby silnik działał sprawnie (zakładamy, że mechanicznie nic mu nie dolega) niezwykle istotna jest kwestia temperatury. Chodzi tu o dwie sprawy - po pierwsze im silnik jest zimniejszy, tym krążący w nim olej stawia więcej oporów, zarówno przy pompowaniu, jak i przy współpracy powierzchni trących. Te opory można przeliczać na konkretne konie mechaniczne, inaczej mówiąc praca wykonana do ich pokonania tracona jest bezpowrotnie i może pochłaniać litry paliwa na 100 km. Po drugie zaś proces przygotowania mieszanki oraz spalania w zbyt zimnym silniku nie przebiega optymalnie. Dawniej, przy zasilaniu gaźnikowym, odczulibyśmy to jako krztuszenie się jednostki i utratę mocy. Dziś, nowoczesne układy wtryskowe (w dieslach też!) po prostu precyzyjnie zwiększają dawkę paliwa i... nic nie czujemy, a palimy więcej, czasem znacznie.
Trzymajmy się więc kilku prostych zasad:
• Starajmy się jak najszybciej nagrzać silnik do temperatury roboczej. Nie grzejmy go na postoju, bo to trwa dłużej. Nawet (a może szczególnie) na mrozie ruszajmy po paru sekundach od uruchomienia jednostki, oczywiście początkowo delikatnie, potem coraz żwawiej. Tylko obciążony silnik można nagrzać prawidłowo.
• Jeżeli nie przewidujemy dużego obciążenia silnika (w mieście), to nawet w nowoczesnym samochodzie pomocne będzie zimą zasłonięcie wlotu powietrza do chłodnicy i może osłonięcie miski olejowej. Pamiętajmy - choć temperatura cieczy chłodzącej jest prawidłowa, to temperatura oleju może być dalece niewystarczająca. Zresztą temperatura oleju w skrzyni biegów jest równie ważna.
• Szczególnie w okresie zimowym i jeżeli jeździmy na krótkich odcinkach, odczujemy dużą poprawę stosując oleje o niskiej lepkości "zimowej" (oznaczenie według SAE poprzedzone literą W). W praktyce olej 5W-40 albo 0W-30 (zazwyczaj - syntetyczny) zauważalnie obniży nam zużycie paliwa wobec oleju 15W-40. Także nie stosujmy nadmiernie lepkich olejów przekładniowych w skrzyni biegów.
Oczywiście musimy się liczyć z tym, że zużycie paliwa zimą wzrośnie. Okres nagrzewania jednostki będzie dłuższy, ponadto opory w przekładniach, łożyskach nawet opory opon będą wyższe. Rzadko uda się nam nagrzać cały samochód i jego mechanizmy do "letniej" temperatury. Mimo to powyższe zalecenia mogą nieco pomóc. Nie zapominajmy też, niezależnie od pory roku, o tak oczywistych sprawach jak prawidłowe ciśnienie w oponach. Producenci podają, że spadek ciśnienia od wartości zalecanej o 0,3 bara powoduje wzrost oporów toczenia o 6%, a o 1 bar - o 30%, co powoduje zwiększenie zużycia paliwa o 5%. Równie istotna jest prawidłowa geometria zawieszenia.
I Ty zostań rekordzistą
Każdą dziedzinę życia można potraktować jak wyzwanie i uczynić z niej dyscyplinę sportową. Na przykład można jeździć samochodem na czas, ale można też wyłaniać mistrzów w niskim zużyciu paliwa. Po chwili okaże się, że są to zawody sportowe jak każde inne, w których sukces odnosi się dzięki dobrze przygotowanemu sprzętowi oraz mistrzowsko opanowanej technice jazdy. Zawody oszczędnościowe mają jednak dodatkowy sens. Pokazują, że mimo wszystko można jeździć ekonomicznie oraz ekologicznie i choć techniki tam stosowane trudno w całości przenieść do normalnego ruchu drogowego, to jednak warto je poznać, by móc choć trochę obniżyć koszty eksploatacji auta. W Polsce jednym z ośrodków organizujących takie zawody jest Olsztyński Klub Motorowy.
Wyniki uzyskiwane na krętych i nierównych drogach mogą zaskakiwać. Dla przykładu. Benzynowa Toyota Aygo zużyła 3,748 l/100 km, a Volkswagen Golf 1,9 TDI spalił 3,327 l/100 km. Rezultaty są o... 50% niższe od uzyskiwanych w codziennej jeździe!
Przebieg zawodów podobny jest do zwykłej, codziennej jazdy. Samochody są ważone, precyzyjnie tankowane, następnie załogi przejeżdżają określoną trasę z zadaną średnią prędkością (zwykle 60 km/h). Potem następuje kolejne tankowanie wyłaniające zwycięzców. Regulamin przyjmuje przelicznik uwzględniający wartość opałową paliwa oraz po części masę pojazdu, tak więc w zawodach niekoniecznie muszą zwyciężać mikrosamochody osiągające bezwzględnie najniższe zużycie.