Rodzaje silników

Benzyna czy diesel?

W ponad 100-letniej historii motoryzacji niewiele zmieniło się pod względem rodzajów dostępnych silników. Nadal dominują dwa typy jednostek napędowych: benzyna i diesel. Powoli przebijają się też rozwiązania elektryczne oraz hybrydowe, ale do ich upowszechnienia jeszcze daleka droga. Benzyna czy diesel? Odpowiedź na to pytanie jest zwykle złożona i zależy od kilku czynników, niekoniecznie związanych z samą budową silnika.

Duże i ciężkie terenówki wymagają ogromnych momentów obrotowych i mocy

Początki

Pierwszy silnik spalinowy o zapłonie iskrowym zasilany – jak to wtedy określano – gazem świetlnym został skonstruowany w 1878 roku przez Niemca Nikolausa Otto. Konstruktor bazował na opracowanym w 1862 roku projekcie francuskiego inżyniera Alfonsa Beau de Rochasa. Stworzony przez niego koncept opierał się na obiegu cieplnym ze spalaniem przy stałej objętości i był protoplastą współczesnego silnika czterosuwowego. Rok później zaprojektowano pierwsze jednostki pracujące na benzynie, a od roku 1895, dzięki zapłonowi mieszanki paliwowo-powietrznej poprzez iskrę elektryczną, silniki te nazywane bywają również iskrowymi.
Prawie trzydzieści lat później, w roku 1893, niemiecki inżynier Rudolf Diesel opracował i opatentował konstrukcję silnika wysokoprężnego. Nazwa tej jednostki napędowej pochodzi od wysokiego ciśnienia sprężania powietrza, które w wyniku tego osiągało temperaturę wystarczającą do samoczynnego zapłonu paliwa. Pierwszy tego typu motor powstał w 1897 roku.
Przez wiele lat silniki benzynowe stosowane były w pojazdach osobowych a silniki Diesla w ciężarówkach. Opracowanie przez Mc Kennie w 1927 roku wysokociśnieniowej pompy paliwa zapoczątkowało możliwość stosowania wtrysku bezpośredniego.

Wielkość silnika musi być dostosowana do gabarytów i przeznaczenia pojazdu

Oferta

W obecnie oferowanych samochodach terenowych znajdziemy zarówno silniki benzynowe, jak i Diesla. Powoli przebijają się też rozwiązania hybrydowe – warto jednak zaznaczyć, że takie konstrukcje napędowe nadal bazują na jednostkach spalinowych jedynie wspartych przez motory elektryczne zasilane bateriami ładowanymi przez tradycyjne silniki lub z gniazdka. W fazie raczkowania pozostają pojazdy napędzane motorami elektrycznymi – głównie samochody osobowe i nieliczne crossovery.
Na niektórych rynkach na wybór rodzaju silnika wpływają przepisy podatkowe. Przykładowo – w Ameryce Północnej większym zainteresowaniem cieszą się auta z jednostkami benzynowymi, a w Azji i Europie klienci znacznie częściej wybierają jednostki wysokoprężne.

Obraz przepływu mocy napędu hybrydowego

Działanie diesla

Silnik wysokoprężny o zapłonie samoczynnym pracuje na bardzo ubogiej mieszance. Z uwagi na konieczność samozapłonu paliwo wtryskiwane jest podczas końcowej fazy pracy, gdy sprężone już powietrze ma wysoką temperaturę. W przypadku silnika benzynowego mieszanka paliwowo-powietrzna podawana jest przez cały czas podczas suwu sprężania. W związku z tym silnik Diesla nie może osiągać tak wysokich obrotów jak jednostka benzynowa. Polepszenie parametrów wiąże się z właściwą ilością i rozproszeniem wtryskiwanego paliwa, a zapewnia to stosowanie wyższych ciśnień wtrysku. Jeszcze do niedawna stosowano pompowtryskiwacze, ale zostały one wyparte przez systemy common rail zapewniające wyższe ciśnienie wtrysku oraz łatwiejsze i precyzyjniejsze działanie. Kultura pracy silnika diesla zbliżyła się do benzynowego. Motor nadal działa w niższych obrotach maksymalnych (4 000-5 000 obr./min), ale uzyskuje wyraźnie wyższe momenty maksymalne. Dodatkowo parametry silnika Diesla poprawiło powszechne zastosowanie doładowania. Obecnie w najnowocześniejszych jednostkach możemy spotkać rozwiązania oparte na stopniowym uruchamianiu nawet trzech poziomów doładowania. Wysoki moment uzyskiwany przy niższych obrotach stanowi zaletę, przynajmniej z punktu widzenia kierowcy terenówki.

Duży, fordowski silnik Diesla stosowany w pickupach

Obroty benzyny

Na przestrzeni lat również w silnikach benzynowych zaszła rewolucja. Zmienił się przede wszystkim sposób dawkowania paliwa. Początkowo stosowane gaźniki z czasem stawały się coraz bardziej precyzyjne, tym samym zapewniając prawidłową mieszankę paliwową. W ostatnich kilkunastu latach owe gaźniki zostały zastąpione przez wielopunktowe układy wtryskowe odpowiedzialne za precyzyjne dawkowanie paliwa pod większym ciśnieniem, co zaowocowało zwiększeniem wydajności silników. Podobnie jak w jednostkach Diesla za zapewnienie odpowiedniego rozproszenia paliwa w komorze silnika odpowiada doładowanie, które pozwala uzyskiwać podobne moce jednostki napędowej przy obniżeniu jej pojemności (downsizing) lub wyższe, gdy zachowamy pojemność. Za wzrost ciśnień pracy odpowiedzialny jest wtrysk bezpośredni oraz turbosprężarka łączona dodatkowo ze sprężarką mechaniczną. Silnik benzynowy zapewnia większą moc przy wyższych obrotach, co pozwala na płynną i dynamiczną jazdę w terenie. Wyższe obroty to również większe zużycie paliwa. Silniki z zapłonem iskrowym mogą być zasilane nie tylko przez benzynę, ale i przez gaz propan-butan lub metan. Odbywa się to zwykle dzięki zdublowanej instalacji dostarczającej gaz do silnika.

Silnik V8 o pojemności 6,2 l zapewnia doskonałe osiągi

Rzędowy czy widlasty?

Wraz ze wzrostem pojemności w silnikach benzynowych i diesla pojawiła się możliwość uzyskania wyższych parametrów. W parze z pojemnością idzie bowiem układ pracy silnika i ułożenie cylindrów. Od momentu powstania pierwszej jednostki napędowej najbardziej popularnym rozwiązaniem były czterocylindrowe układy rzędowe. Pod koniec lat sześćdziesiątych zaczęły pojawiać się (przede wszystkim w Stanach Zjednoczonych) również rozwiązania widlaste, głównie ośmiocylindrowe. Znane są też rzędowe szóstki oraz czterocylindrowe silniki przeciwsobne (boksery).
Obecnie w dużych SUV-ach montowane są silniki większe niż rzędowe jednostki czterolitrowe, co jest związane z zapotrzebowaniem na większą moc przy większej wadze pojazdu. Przez wielu jest to również postrzegane jako przejaw prestiżu.

Silnik przeciwsobny Subaru

Koszty

Silnik Diesla oznacza mniejsze koszty związane z zakupem paliwa, a także mniejsze zapotrzebowanie na paliwo. Wyższe są natomiast ceny pojazdów z jednostkami wysokoprężnymi oraz koszty bieżącego serwisowania, części zamiennych i ewentualnych napraw. Różnice te będą bardzo widoczne w przypadku klasycznych pojazdów z silnikami czterocylindrowymi. W tych z większymi jednostkami pracującymi w układach widlastych będą nieco się zacierać, a koszt eksploatacji będzie zależał od poziomu skomplikowania i popularności danego modelu.

Rozbudowana konstrukcja silnika jest konieczna dla wysokich parametrów użytkowych i ekologicznych

Wady i zalety

Trudno wskazać na niepodważalne wady i zalety pracy poszczególnych silników. Można za to wymienić różnice. Pierwsza z nich dotyczy samej zasady działania silnika z układem samozapłonu. Będzie on bowiem pracował tak długo jak będziemy dostarczać paliwo (wykazując przy tym odporność na wodę i zalanie). Tak było jeszcze kilka lat temu, ale wraz z użyciem elektronicznych układów sterowania ta zaleta diesla stała się nieaktualna. W przeszłości jednostki wysokoprężne zadowalały się paliwem gorszej jakości, które znajdowało się w powszechnym użyciu w biedniejszych krajach. Dzisiaj wymagania co do jakości paliw są podobne a układy wtryskowe common rail bardzo precyzyjne.

Rajdowe konstrukcja z silnikiem na tyle

Jazda w terenie

Wybór jednostki napędowej w dużej mierze powinien zależeć do tego, do jakich celów zamierzamy wykorzystywać pojazd i jak duże przebiegi planujemy wykonywać. Auta z silnikami Diesla okazują się być tańsze przy większych przebiegach. Takie rozwiązania sprawdzą się też na wyprawach, głównie z uwagi na mniejsze zużycie paliwa, dzięki czemu przy podobnej wielkości zbiornika otrzymamy większy zasięg. Natomiast podczas rajdów to silniki benzynowe będą wiodły prym, gdyż lepiej i szybciej wkręcają się na obroty. Większa masa własna jednostki wysokoprężnej związana z jej budową oraz ciężar osprzętu mają wpływ na przeciążenie pojazdu i przesunięcie środka ciężkości ku przodowi.

Rajdowe wykorzystanie wymaga wysokiej wytrzymałości i niezawodności

Wybory

Podjęcie decyzji o wyborze silnika bardzo często nie jest podparte racjonalnymi argumentami i zależy od sentymentu do danego typu jednostki napędowej lub marki, jaką użytkujemy lub chcielibyśmy użytkować. Wpływ na taką decyzję mają również przepisy ekologiczne i podatkowe przekładające się bezpośrednio na koszty eksploatacji i zakupu. Do niedawna duże podwyżki cen paliw i promocja jednostek Diesla doprowadziły do ogromnego sukcesu tych rozwiązań. Dzisiaj zauważamy zwrot ku świadomym wyborom mniej skomplikowanych jednostek benzynowych.