Samochody benzynowe
Benzynowe silniki spalinowe to jedne z najpopularniejszych konstrukcji wykorzystywanych do napędzania samochodów osobowych. Mają one bardzo bogatą historię i przez lata rozwinęły się w znaczący sposób, dzięki czemu aktualnie mogą one mieć sporą moc mimo niewielkiej pojemności, a przy tym zapewniać rozsądne spalanie.
Historia samochodów z silnikiem benzynowym
Do powstania pierwszego samochodu, który korzystał z silnika benzynowego, czyli jednostki o zapłonie iskrowym przyczyniły się dwa bardzo znane nazwiska. Mowa tu o dwóch pionierach niemieckiej motoryzacji, którzy wcześniej byli asystentami Nikolausa Otto, twórcy jednego z pierwszych silników spalinowych. Byli nimi oczywiście Gottlieb Daimler i Wilhelm Maybach. Stworzyli oni jednocylindrowy, czterosuwowy silnik spalinowy i zdecydowali, że najlepszym paliwem była benzyna, co nie było w tamtym czasie często spotykane. Daimler opatentował tę jednostkę w 1885 roku.
Pierwsze auto benzynowe jest jednak dziełem innego Niemca, a mianowicie Carla Benza. W 1885 roku stworzył on trójkołowy samochód napędzany silnikiem benzynowym, który nazwano Benz Patent-Motorwagen Nummer 1. Patent uzyskał on 1886 roku, a sam dokument patentowy jest jednym z najbardziej wartościowych dokumentów na całym świecie, dzięki czemu trafił on na listę UNESCO zajmującą się dokumentami właśnie.
W pierwszych latach samochody sprzedawały się w liczbie zazwyczaj kilkuset sztuk. Zaczynały się one jednak rozwijać i auta osobowe rozpoczęto budować również we Francji, Stanach Zjednoczonych oraz we Włoszech. W większości wspomnianych miejsc pierwsze przedsiębiorstwa powstały jeszcze w XIX wieku i wśród nich znajdziemy na przykład Fiata i Oldsmobile.
Ważnym krokiem w rozwoju silników benzynowych było stworzenie pierwszej benzynowej jednostki napędowej o spalaniu wewnętrznym. Jest to typ silnika, w którym paliwo spalane jest bezpośrednio w komorze silnika. Rozwój całej motoryzacji w ciągu pierwszych 30 lat XX wieku był niezwykle dynamiczny i został zatrzymany dopiero przez wielki kryzys z lat 1929-1933, a następnie przez II Wojnę Światową, która sprawiła, że fabryki samochodów musiały zostać przestawione na produkcję wojskową.
Bardzo ważne w kontekście historii silników spalinowych jest również to, jak dostarczane było paliwo. Wpierw tę rolę pełnił gaźnik spotykany przede wszystkim w starszych jednostkach napędowych. Gaźnik wynaleziony został w roku 1876 i jego stwórcą był Gottlieb Daimler. Z tego urządzenia, które tworzyło mieszankę paliwowo-powietrzną producenci motoryzacyjni korzystali przez ponad 100 lat i dopiero w latach 80. XX wieku gaźniki zaczęły być wypierane.
Bardzo duży wpływ na rozwój motoryzacji miało powstanie wtrysków jedno- oraz wielopunktowych. Potem zostały one w dużej mierze wyparte przez wtryski bezpośrednie oznaczane skrótem FSI lub GDI. Ich ogromną zaletą jest to, że w przeciwieństwie do wtrysku zwanego pośrednim mają one średnio 10% więcej mocy, a przy tym emitują około 20% mniej dwutlenku węgla i zużywają również około 20% mniej paliwa. Z tego powodu aktualnie z wtrysku bezpośredniego korzysta prawie każdy producent przy tworzeniu silnika benzynowego. Wyjątkiem są niektóre konstrukcje Kii, Hyundaia czy też Dacii, które korzystają z wielopunktowego wtrysku oznaczanego skrótem MPI, dzięki czemu mogą one mieć montowane instalacje gazowe za rozsądną cenę.
Samochody benzynowe - jak działa silnik benzynowy
Silnik benzynowy to silnik o zapłonie iskrowym. Oznacza to, że spalanie benzyny występuje w wyniku pojawienia się iskry elektrycznej pochodzącej ze świecy zapłonowej. Dzięki odpowiedniej koordynacji podawania mieszanki powietrzno-paliwowej i występowania iskry dochodzi do zapłonu, który z kolei wprawia tłoki w ruch, dzięki czemu silnik może pracować.
Samochody benzynowe - typy silników
Jednostki benzynowe można spotkać w kilku odmianach. Najbardziej popularne jednostki to silniki czterosuwowe. Oznacza to, że spalanie odbywa się w czterech fazach zwanych suwami. Są to kolejno ssanie, czyli podanie mieszanki paliwowo-powietrznej, sprężanie, czyli ściskanie podanej mieszanki, rozprężanie podczas którego dochodzi do zapłonu oraz wydmuch spalin, gdy pozwala się gazom powstałym w wyniku spalania dostać do układu wydechowego. Jednostka czterosuwowa w czasie jednego cyklu swojej pracy obejmuje dwa obroty wału korbowego. Mimo tego moc jest zaledwie niewiele mniejsza niż w silnik dwusuwowym, gdzie cały cykl pracy odbywa się podczas jednego obrotu wału korbowego.
Bardzo ciekawy typ to silnik Wankla, który jest jedynym w historii motoryzacji produkowaną seryjnie jednostką z tłokiem obrotowym. Nad benzynowym silnikiem z tłokiem obrotowym pracowano w różnych momentach, lecz przebił się jedynie ten opatentowany dwukrotnie, w roku 1929 i 1936 przez Feliksa Wankla.
Tę jednostkę spotkać można było przede wszystkim w autach Mazdy, która kupiła w latach 60. licencję na taką jednostkę od niemieckiego producenta NSU. Silnik Wankla pojawił się między innymi w Mazdzie RX-7, a jego życie zostało zakończone w 2012 roku, a dokładniej 22 czerwca 2012 roku, gdy powstała ostatnia Mazda RX-8. Do dziś jest to ostatnie seryjnie produkowane auto z silnikiem Wankla. Wynika to z faktu, iż pomimo tego, że silnik Wankla może zaoferować dużą moc przy małej masie i rozmiarach to jest on awaryjny, kosztowny w naprawach i przede wszystkim w użytkowaniu, gdyż charakteryzuje się sporym zużyciem paliwa.
Silniki benzynowe dzielimy również podobnie jak i inne ze względu na pochodzenie ciśnienia w kolektorze ssącym. Tak zwane silniki wolnossące to takie, które nie posiadają żadnego sztucznego doładowania. Drugim rodzajem są oczywiście silniki doładowane, które korzystają z takich rozwiązań jak turbosprężarka czy też kompresor albo sprężarka wyporowa. Z doładowania korzysta się, gdyż pozwala ono zwiększyć dość znacznie moc.
Zalety samochodów z silnikiem benzynowym
Samochody benzynowe dziś stanowią najczęściej spotykany typ jednostki napędowej w nowych autach z racji na coraz mniejszą ilość diesli. Wynika to przede wszystkim z pewnych przewag jednostek benzynowych nad wysokoprężnymi. Przede wszystkim są one znacznie lżejsze i oferują większą moc od diesli. Jednostki benzynowe to zazwyczaj konstrukcje niezbyt skomplikowane, które są proste w obsłudze przez mechaników. Bardzo łatwo wchodzą również na wyższe obroty, a także dość szybko reagują na dodanie gazu. Większa moc i lepsza reakcja na gaz to jeden z głównych powodów, dla których w sporcie wykorzystuje się przede wszystkim samochody benzynowe, a auta z jednostką wysokoprężną to zazwyczaj pojedyncze wyjątki takie jak na przykład Audi R10 TDI czy też Audi R15 TDI, które rywalizowały w zawodach długodystansowych w klasie LMP1.
Jedna z największych zalet jednostek benzynowych to praca w okresie zimowym. Mają one znacznie mniejsze problemy z rozruchem na nierozgrzanym silniku, co znacznie zwiększa komfort użytkowania samochodu z taką jednostką w okresie zimowym, gdy bardzo często dochodzi do sytuacji, w których właściciele starszych diesli mają spore problemy z odpaleniem swojego auta i ruszeniem w trasę.
Samochody benzynowe - wady
Największą wadą samochodów benzynowych jest przede wszystkim większe spalanie, które wynika z mniejszej sprawności energetycznej niż ma to miejsce w silnikach wysokoprężnych. Na niższym poziomie jest również trwałość, gdyż wśród silników spalinowych to głównie konstrukcje korzystające z oleju napędowego są znane ze zdolności pozwalających na pokonanie nawet ponad pół miliona kilometrów bez konieczności poważnego remontu.
Jednostki benzynowe pewne problemy generują również w kwestii przyspieszania. Efekt ten jest widoczny szczególnie w jednostkach wolnossących, gdyż najwyższy moment obrotowy dostępny jest w raczej wysokim zakresie obrotowym, co przy dynamicznej jeździe znacząco zwiększa spalanie z racji na konieczność "wkręcenia" silnika na wyższe obroty. Producenci próbują z tym walczyć szczególnie dodając do jednostek doładowanie takie jak na przykład kompresor, czy turbosprężarka, ale to z kolei może skutkować powstaniem tak zwanej turbodziury, która pojawia się zanim turbosprężarka zostanie napędzona.