Technika - Turbodiesle - Mistrzowie oszczędności

Szybkość, z jaką nowoczesne turbodiesle zdobywają rynek samochodowy, jest wprost zdumiewająca. Są już tak samo dynamiczne jak silniki benzynowe, a pod względem oszczędności w zużyciu paliwa dawno je wyprzedziły.

Poważny problem z silnikami benzynowymi pojawił się, gdy auta osobowe zaczęły się robić coraz cięższe. Dzisiejsze kompakty są nie tylko większe niż klasa średnia sprzed dziesięciu lat, ale też bardziej bezpieczne. A bezpieczeństwo waży - i to sporo. Dodatkowe wzmocnienia, grubsze blachy, system ABS, poduszki powietrzne itp. zwiększają masę auta nawet o kilkaset kilogramów.

Aby zapewnić cięższym samochodom dobre osiągi, producenci montują silniki benzynowe o coraz większej mocy. Takie motory mają co najmniej jeden minus - drenują kieszeń na stacji benzynowej, nie mówiąc o szkodliwym wpływie na środowisko. Potrzebujesz więc silnika, który byłby silny jak tur, miał doskonałą elastyczność i... niewiele palił. Te przeciwstawne z pozoru założenia spełnia silnik wysokoprężny z turbodoładowaniem - wynalazek rodem z ciężarówek.

Lepszy niż benzynowy

Typowy silnik wysokoprężny (wolnossący) nie ma wielu zalet poza tą, że mało pali. Jest hałaśliwy, ciężki, dymi i ma niedużą moc. Tym, co czyni go atrakcyjnym, jest turbodoładowanie. Turbo, wykorzystując normalnie traconą ogromną energię spalin, tłoczy pod ciśnieniem powietrze do cylindrów. A zgodnie z podstawową zasadą rządzącą silnikami spalinowymi - im więcej powietrza, tym większą moc można wygenerować. To jest właśnie sposób na poprawienie osiągów.

Turbodiesle sprawnie pracują przy dużym nadmiarze powietrza w stosunku do ilości paliwa, co czyni je mistrzami oszczędności. Silniki benzynowe są w stanie pracować jedynie przy ściśle ustalonych proporcjach powietrza do paliwa. Mieszanka nie może być ani zbyt uboga (za dużo powietrza), ani zbyt bogata (za dużo paliwa). Zastosowanie turbodoładowania tłoczącego duże ilości powietrza lawinowo zwiększa więc zapotrzebowanie silników benzynowych na paliwo.

Porównując osiągi aut o identycznej mocy, ale wyposażonych w różne silniki - benzynowy lub turbodiesel - wyraźnie widać przewagę tego ostatniego pod względem elastyczności. Głównym czynnikiem decydującym o zdolności auta do przyspieszania jest moment obrotowy silnika. W wypadku turbodiesla już przy niewielkich prędkościach obrotowych, rzędu 2 tys. obr/min, turbosprężarka dostarcza ogromne ilości powietrza do cylindrów, co pozwala osiągnąć potężny moment obrotowy. Silnik benzynowy potrzebuje znacznie wyższych obrotów, aby wygenerować podobną moc, gdyż nie jest w stanie zassać tak dużej ilości powietrza.

Bezpośredni wtrysk paliwa

Silniki wysokoprężne nie od razu stały się tak efektywne. Jeszcze dziesięć lat temu wśród turbodiesli królowały jednostki z tak zwanym wtryskiem pośrednim. Wymyślona wiele lat temu komora wirowa sprawiała, że motor pracował stosunkowo cicho i miękko. Jednak dążenie do zwiększenia efektywności i obniżenia zużycia paliwa spowodowało, że przejęto rozwiązanie stosowane dotychczas tylko w autach ciężarowych - wtrysk paliwa bezpośrednio do komory spalania.

Od czasu wprowadzenia silników wysokoprężnych z bezpośrednim wtryskiem paliwa udoskonalono ich działanie. Obecnie najszerzej stosowany jest układ wtryskowy common rail (common rail - wspólna szyna). Ciśnienie wytwarza pompa elektryczna, która przesyła olej napędowy do zbiornika (wbrew nazwie - z szyną nie ma on nic wspólnego) połączonego z wtryskiwaczami. Steruje nimi komputer, który decyduje, jaką dawkę paliwa przekazać do cylindrów. Dzięki temu nowoczesny turbodiesel działa o wiele efektywniej niż silnik wysokoprężny starego typu z mechaniczną pompą wtryskową.

Rozwój turbodiesli idzie w kierunku zwiększenia precyzji dawkowania i polepszenia rozpylania wtryśniętego paliwa. W układach common rail drugiej generacji zamiast elektromagnetycznych wtryskiwaczy zastosowano szybsze piezoelektryczne, a ciśnienie wtrysku podniesiono do ponad 1600 barów. Silniki realizują coraz bardziej skomplikowane schematy podawania paliwa. Proces ten nie polega już na prostym otwarciu końcówki wtryskiwacza w odpowiednim momencie na określony czas, ale jest rozłożony na fazy. Najpierw jest tzw. wtrysk pilotażowy minimalnej ilości oleju napędowego - co sprawia, że ciśnienie w cylindrze narasta łagodniej, silnik pracuje ciszej i bardziej miękko. Dopiero potem następuje wtryśnięcie zasadniczej dawki paliwa.

Jedynym koncernem, który broni się przed stosowaniem common rail, jest Volkswagen. Inżynierowie tej firmy postawili na pompowtryskiwacze, które łączą funkcje pompy wysokociśnieniowej (wytwarzają odpowiednie ciśnienie) i wtryskiwacza (wtryskują paliwo do cylindra).

Troska o środowisko

Nowoczesne turbodiesle mają jeszcze jedną zaletę - są mało uciążliwe dla środowiska. Jedynym poważnym problemem z punktu widzenia ekologii było wyeliminowanie ze spalin tzw. cząstek stałych, czyli rakotwórczych drobinek niespalonego węgla. Sposobem na utylizację tych zanieczyszczeń okazało się wychwytywanie ich przy użyciu filtrów. Jako pierwszy na szeroką skalę zaczął montować takie filtry koncern PSA (Peugeot-Citroën). Wydaje się, że tą drogą pójdą także inni.

Wyścig mocy

Turbodiesle są bardziej ekonomiczne, elastyczne i ekologiczne od silników benzynowych. Do niedawna przegrywały z nimi pod względem mocy, ale obecnie doganiają je również na tym polu.

Popularny model Fiata Punto z silnikiem benzynowym 1,25 l jeszcze kilka lat temu dysponował w silniejszej wersji mocą 75 KM (55 kW). Już wkrótce nowe Fiaty uzyskają z tej samej pojemności podobną moc, ale pracując w cyklu wysokoprężnym. Stosowany w pucharowych Peugeotach 206 XSi silnik 1.6 16V uzyskuje seryjnie 110 KM (81 kW), co jest niezłym wynikiem. Jednak dokładnie tyle samo mocy będą miały najnowsze diesle Peugeota - oczywiście przy tej samej pojemności co wspomniany silnik benzynowy. Jeżeli dodać do tego volkswagenowski 1.9 TDI o mocy 150 KM (110 kW), to mamy już pewność - nowoczesne turbodiesle pod względem osiągów nie ustępują motorom benzynowym. Wielu specjalistów sądzi nawet, że w ciągu dziesięciu lat udoskonalone turbodiesle wyprą z samochodów codziennego użytku coraz mniej konkurencyjne silniki benzynowe.

Copyright © Agora SA