Bye bye prosty (i tani) silniku!!!

Pierwsza jednostka napędowa wykorzystująca technologię Common Rail pojawiła się w 1997 roku w Alfie Romeo 156. Technologia bezpośredniego wtrysku paliwa do komory spalania umożliwiła uzyskanie wysokiego ciśnienia wtrysku paliwa (nawet 1800 barów), co przełożyło się na silne jego rozpylenie (to z kolei powoduje, że spala się ono w całości, a powstające spaliny mają niższy współczynnik zawartości trucizn).

Idea systemu Common Rail polega na zastąpieniu sekwencyjnej pompy paliwa (działającej kolejno dla poszczególnych wtryskiwaczy) pompą wysokociśnieniową, która tłoczy paliwo do wspólnego dla wszystkich cylindrów akumulatora zasilającego (zwanego również „wspólną szyną”, stąd nazwa „common rail”). Ciśnienie w tym przewodzie (szynie) stale utrzymuje się na wysokim poziomie ok. 1350 bar, niezależnie od obciążenia silnika ani od jego prędkości obrotowej. Następnie z szyny zasilającej paliwo podawane jest do wszystkich wtryskiwaczy (sterowanych elektronicznie), skąd wtryskiwane jest bezpośrednio do komory spalania pod bardzo wysokim ciśnieniem. Dzięki zastosowaniu wtryskiwaczy sterowanych elektronicznie możliwe jest dowolne kształtowanie czasu wtrysku, jego długości oraz dawki paliwa zależnie od wielu czynników (np. obciążenia silnika). Dzięki temu można było podzielić proces wtrysku paliwa na 3 podstawowe etapy: wtrysk pilotażowy, wtrysk właściwy i dawka dopalająca. W kolejnych generacjach systemu Common Rail liczba etapów wtrysku dochodzi nawet do 7! Taki podział procesu wtrysku nie dość, że zmniejsza ilość zużywanego paliwa, to na dodatek umożliwia jego efektywniejsze spalenie. Nowoczesny silnik za sprawą nowatorskiej technologii wspólnej szyny odznaczał się nie tylko precyzyjniejszym i bardziej efektywnym spalaniem oleju napędowego, ale też równiejszą pracą, wyższą sprawnością, mniejszą emisją spalin i lepszymi parametrami roboczymi jednostki. Jednak trwałością, kosztami serwisowania i cenami części zamiennych jednostki wysokoprężne wykorzystujące technologię common rail doprowadzają ich właścicieli do granic wytrzymałości. HDI, CDTi, i-CTDI, CDI, dCi, TDI, TDCi – wszystkie te jednostki napędowe łączy jedna wspólna cecha – wysokie koszty serwisowania.

Przez wiele lat jednostki benzynowe opierały się rewolucyjnym zmianom. Owszem, stopniowo je unowocześniano, jednak zmiany te szły raczej w kierunku dostosowywania ich do wymagań natury ekologicznej i ekonomicznej, dzięki czemu sprawność jednostek benzynowych wzrastała, a zapotrzebowanie na paliwo malało. I taka sielanka trwała przez kilka lat, aż do momentu, gdy ceny ropy naftowej na światowych rynkach zaczęły drastycznie szybować w górę, a normy emisji spalin zmusiły producentów do poszukiwań alternatywnych rozwiązań. Wówczas w pośpiechu narodziła się idea downsizingu, która ostatnimi czasy implementowana jest z rozmachem niemal przez wszystkich producentów.

Downsizing w dosłownym tłumaczeniu oznacza „zmniejszanie rozmiaru”, jednak w motoryzacyjnym żargonie to nic innego, jak szereg działań mających na celu zwiększenie efektywności poprzez zastępowanie dużych i paliwożernych jednostek napędowych znacznie mniejszymi, zdecydowanie bardziej oszczędnymi i jednocześnie zapewniającymi porównywalne osiągi. Sposobem na to okazało się wykorzystanie turbodoładowania. Dzięki zastosowaniu turbosprężarki (TFSI, TSI, T5, STi, T-Jet, tCe) zdecydowanie wzrasta sprawność jednostki napędowej - z silnika o niewielkiej pojemności można „wycisnąć” znaczną moc (np.: 1.4 TSI o mocy 122 KM, 1.4 T-Jet o mocy 170 KM), przy jednoczesnym zachowaniu umiarkowanie niskiego zużycia paliwa. Podstawową zaletą silników turbodoładowanych jest doskonała elastyczność, dzięki dostępności maksymalnego momentu obrotowego już od najniższych prędkości obrotowych.

Prekursorem w dziedzinie downsizingu okazał się koncern Volkswagena i rozwiązanie znane pod nazwą TSI. TSI, czyli Turbo Stratified Injection, to określenie stosowane w stosunku do podwójnie doładowanych jednostek benzynowych z bezpośrednim wtryskiem paliwa do komory spalania. Technologia opracowana i wdrożona przez koncern VW to z pewnością jedno z najbardziej przełomowych rozwiązań w dziedzinie silników benzynowych ostatnich dziesięcioleci. Silniki TSI charakteryzują się niespotykaną elastycznością - maksymalny moment obrotowy osiągają już przy 1.5 tys. obr./min. i utrzymują go aż do 4 tys. obr./min. Przy tym wszystkim charakteryzują się dużą mocą, znakomitymi osiągami i bardzo niskim, biorąc pod uwagę osiągi, zapotrzebowaniem na paliwo. Sekret silników TSI tkwi w podwójnym doładowaniu. W pierwszej kolejności, tj. przy niskich prędkościach obrotowych, dostarczaniem powietrza do cylindrów zajmuje się sprężarka mechaniczna (kompresor napędzany paskiem). Następnie, po osiągnięciu odpowiedniej prędkości obrotowej, rolę kompresora przejmuje turbosprężarka napędzana energią gazów spalinowych.

Tym sposobem jednostka 1.2 TSI o mocy 105 KM koncernu VW, wspomagana turbosprężarką, stosowana m.in. w modelu Polo, zapewnia zbliżone, jeśli nie lepsze, osiągi małemu autu, jak wcześniej stosowana wolnossąca o pojemności 1.6 l i zbliżonej mocy. Przy zachowaniu zbliżonych osiągów (zdecydowanie lepszej elastyczności) silnik odznacza się mniejszym zapotrzebowaniem na paliwo, co bezpośrednio przekłada się na mniejszą emisję CO2 do atmosfery.

Tak konstruowane jednostki benzynowe sprawnością niewiele ustępują nowoczesnym turbodieslom. Są dynamiczne, oszczędne, ekologiczne, zapewniają fantastyczne wrażenia z jazdy, jednak straciły swój pierwotny urok, czyli prostotę konstrukcji. Turbosprężarki, kompresory, skomplikowane wysokociśnieniowe układy wtryskowe – nowoczesne silniki benzynowe to maszynerie równie skomplikowane, co nowoczesne jednostki wysokoprężne, a co za tym idzie, równie kosztowne w eksploatacji. Niechlubnym tego przykładem jest jednostka 1.4 TSI Volkswagena, szczególnie egzemplarze z początkowego okresu produkcji, w przypadku których ogrom niedociągnięć konstrukcyjnych (rozciągający się łańcuch rozrządu, oraz wadliwe napinacze, pękające tłoki, awaryjne sprzęgiełko magnetyczne pompy wody) sprawił, że przez wielu ten konkretny motor postrzegany jest jako jeden z najbardziej niedopracowanych silników Volkswagena ostatnich lat.