Η νέα ευρωπαϊκή προδιαγραφή Euro 7 δεν περιορίζεται μόνο στη μείωση των εκπομπών ρύπων. Υποχρεώνει τους κατασκευαστές να αλλάξουν τον τρόπο λειτουργίας των σύγχρονων βενζινοκινητήρων, καταργώντας μια τεχνική που χρησιμοποιείται εδώ και δεκαετίες για την προστασία τους σε συνθήκες υψηλού φορτίου.
Η Euro 7 παρουσιάζεται συχνά ως μια ακόμη αυστηρότερη περιβαλλοντική νομοθεσία, όμως στην πραγματικότητα φέρνει πολύ βαθύτερες αλλαγές στον σχεδιασμό των κινητήρων εσωτερικής καύσης. Οι νέοι κανονισμοί απαιτούν από τους βενζινοκινητήρες να λειτουργούν σε πολύ συγκεκριμένες συνθήκες καύσης σχεδόν σε όλο το φάσμα λειτουργίας τους, περιορίζοντας σημαντικά πρακτικές που μέχρι σήμερα θεωρούνταν δεδομένες.
Στο επίκεντρο βρίσκεται η λεγόμενη στοιχειομετρική αναλογία καύσης, δηλαδή η ιδανική αναλογία αέρα και καυσίμου ώστε η καύση να είναι όσο το δυνατόν πιο πλήρης και καθαρή. Για τη βενζίνη η αναλογία αυτή αντιστοιχεί περίπου σε 14,7 κιλά αέρα για κάθε κιλό καυσίμου.
Μέχρι σήμερα πολλοί κατασκευαστές κατέφευγαν σε εμπλουτισμό του μείγματος κατά τις έντονες επιταχύνσεις ή σε συνθήκες υψηλού φορτίου. Με απλά λόγια, ψέκαζαν περισσότερο καύσιμο από όσο απαιτούσε η ιδανική καύση. Ένα μέρος αυτού του καυσίμου δεν καιγόταν πλήρως, αλλά λειτουργούσε ως μέσο ψύξης, απορροφώντας θερμότητα από τον θάλαμο καύσης και προστατεύοντας κρίσιμα εξαρτήματα όπως τα έμβολα, οι βαλβίδες εξαγωγής και ο υπερσυμπιεστής.
Η λύση αυτή ήταν αποτελεσματική, σχετικά απλή και οικονομική. Ωστόσο, η Euro 7 περιορίζει δραστικά τέτοιες αποκλίσεις από τη στοιχειομετρική καύση, ακόμη και σε συνθήκες πλήρους επιτάχυνσης ή κατά τη φάση προθέρμανσης του κινητήρα.
Το πρόβλημα που καλούνται να αντιμετωπίσουν πλέον οι μηχανικοί είναι η αυξημένη θερμική καταπόνηση. Όταν η θερμοκρασία στον θάλαμο καύσης ανέβει υπερβολικά, αυξάνεται ο κίνδυνος προανάφλεξης ή κρουστικής καύσης (detonation ή engine knock), φαινόμενο κατά το οποίο το μείγμα αναφλέγεται ανεξέλεγκτα πριν από τη σωστή στιγμή ανάφλεξης από το μπουζί. Η κατάσταση αυτή μπορεί να προκαλέσει σοβαρές φθορές στον κινητήρα αν επαναλαμβάνεται συστηματικά.
Για να αντιμετωπίσουν το πρόβλημα, οι κατασκευαστές στρέφονται όλο και περισσότερο στον κύκλο Miller, μια τεχνολογία που κάθε άλλο παρά νέα είναι. Η Mazda είχε χρησιμοποιήσει παραλλαγές της ήδη από τη δεκαετία του 1990, ενώ η Toyota την αξιοποίησε ευρέως στα υβριδικά της συστήματα από την πρώτη γενιά Prius.
Η βασική αρχή του κύκλου Miller βασίζεται στον διαφορετικό χρονισμό των βαλβίδων εισαγωγής. Σε έναν συμβατικό κινητήρα η βαλβίδα εισαγωγής κλείνει όταν έχει ολοκληρωθεί η πλήρωση του κυλίνδρου. Στον κύκλο Miller η βαλβίδα κλείνει νωρίτερα ή, σε ορισμένες εφαρμογές, αργότερα από το συνηθισμένο. Το αποτέλεσμα είναι η αποτελεσματική μείωση της θερμοκρασίας του μείγματος αέρα-καυσίμου πριν από τη φάση της συμπίεσης.
Η ψυχρότερη εισαγωγή μειώνει σημαντικά την πιθανότητα κρουστικής καύσης χωρίς να απαιτείται επιπλέον καύσιμο για ψύξη. Με αυτόν τον τρόπο οι κινητήρες μπορούν να συμμορφωθούν ευκολότερα με τις απαιτήσεις της Euro 7 διατηρώντας παράλληλα υψηλή απόδοση.
Μέχρι πριν από λίγα χρόνια η εφαρμογή του κύκλου Miller σε ισχυρούς υπερτροφοδοτούμενους κινητήρες δεν ήταν πάντα ιδανική, καθώς η μειωμένη πλήρωση των κυλίνδρων μπορούσε να επηρεάσει την απόδοση κυρίως στις χαμηλές στροφές. Η ευρεία χρήση turbo όμως άλλαξε τα δεδομένα, καθώς η αυξημένη πίεση υπερπλήρωσης μπορεί να αντισταθμίσει την απώλεια πλήρωσης.
Εξίσου σημαντική είναι και η εξέλιξη των συστημάτων μεταβλητού χρονισμού βαλβίδων. Οι σύγχρονες μονάδες ελέγχου μπορούν να προσαρμόζουν με εξαιρετική ακρίβεια τη λειτουργία των βαλβίδων ανάλογα με το φορτίο, τη θερμοκρασία και τις στροφές του κινητήρα. Έτσι ο κύκλος Miller ενεργοποιείται όταν απαιτείται μέγιστη θερμική προστασία και περιορίζεται όταν οι συνθήκες λειτουργίας επιτρέπουν πιο συμβατικές στρατηγικές καύσης.
Ήδη αρκετοί κατασκευαστές αξιοποιούν αντίστοιχες λύσεις. Η Volkswagen χρησιμοποιεί τον κύκλο Miller στους κινητήρες 1.5 TSI και 2.0 TFSI, η BMW σε τετρακύλινδρους και εξακύλινδρους κινητήρες μέσω του συστήματος Valvetronic, ενώ η Stellantis εφαρμόζει παρόμοια λογική στους σύγχρονους κινητήρες PureTech.
Η Euro 7 δείχνει ότι η εξέλιξη των βενζινοκινητήρων δεν έχει ολοκληρωθεί. Αντίθετα, οι νέοι κανονισμοί ωθούν τους κατασκευαστές να αναζητήσουν πιο σύνθετες και αποδοτικές λύσεις, οι οποίες επιτρέπουν τη διατήρηση των επιδόσεων χωρίς συμβιβασμούς στις εκπομπές ρύπων.
