Poczekaj, zatankuję tylko trochę powietrza – czyli rzecz o nietypowych rodzajach napędu

Benzyna, olej napędowy, prąd, wodór… To wszystko już było. Wymyślenie nowej koncepcji napędu samochodu jest nad wyraz trudne, ale nie niemożliwe. Przyjrzyjmy się zatem kilku ciekawostkom z tym związanym.

Obecnie na rynku trwają przepychanki pomiędzy kilkoma rodzajami paliwa dla samochodów. Wszystko sprowadza się jednak do tego, że każdy z nas doskonale wie, czego się spodziewać po każdym rodzaju napędu – od faktu, że silnik spalinowy zwykle jest połączony ze skrzynią biegów (ew. przekładnią CVT), aż do tego, że wodór nadaje się tylko do aut z ogniwami paliwowymi. A jednak niektórzy próbują podejść do problemu w inny sposób.

Jeden bieg? Wystarczy w zupełności.

Zacznijmy od szwedzkiego Koenigsegga i jego najnowszego modelu – Regery. Samochód ten nie jest wbrew pozorom następcą Agery. Za napęd odpowiada tu układ hybrydowy złożony z 5-litrowej, podwójnie turbodoładowanej V-ósemki oraz trzech silników elektrycznych.

Dzięki Toyocie z napędem hybrydowym kojarzymy na ogół przekładnie planetarne E-CVT, choć niektórzy – jak Hyundai czy Kia – stosują w swoich hybrydach skrzynie dwusprzęgłowe. Zdarzają się też zwykłe przekładnie automatyczne czy nawet – w przypadku Hondy CR-Z – manualne. Można by się więc spodziewać, że Koenigsegg wybierze jedno z tych rozwiązań, prawda? Ano nieprawda.

Regera dysponuje czymś znanym jako KDD – Koenigsegg Direct Drive. System ten oferuje… jeden bieg o przełożeniu 2,85. Żeby ruszanie z miejsca było bezbolesne i w miarę płynne, KDD nie dość, że umożliwia ruch w trybie wyłącznie elektrycznym (z którego zresztą korzysta podczas jazdy do tyłu), to jeszcze ma wbudowane sprzęgło hydrokinetyczne.

Aż do prędkości 50 km/h umożliwia ono uślizg, żeby ruszanie było możliwie jak najbardziej efektywne. Dopiero potem sprzęgło się blokuje – silnik benzynowy kręci się wtedy z prędkością obrotową na poziomie zaledwie 1000 obr./min. A potem? Potem już mamy stałe przyspieszenie do prędkości maksymalnej przekraczającej 400 km/h. Cały czas na tym jednym biegu, czekając tylko, aż silnik osiągnie maksymalne 8250 obr./min… Efekt? Zobaczcie sami:

Koenigsegg twierdzi, że w porównaniu do klasycznego układu napędowego np. z Agery, ten z Regery waży tylko o 88 kg więcej – i to po uwzględneniu wszystkich silników elektrycznych i akumulatorów trakcyjnych. A skoro już przy prądzie jesteśmy…

Bardzo chętnie, tylko dlaczego silniki elektryczne zajmują miejsce w samochodzie?

To dopiero jest zagadka! Weźmy choćby takiego Nissana Leaf. Choć silniki elektryczne same w sobie są niewielkie, to mamy tutaj jeszcze całą stertę osprzętu, który w wielu autach elektrycznych – w tym również w Leafie – jest ulokowany w taki sposób, że otrzymujemy coś w rodzaju kanapki. Na samym dole mamy więc silnik, nad nim inwerter, a jeszcze wyżej tzw. Power Delivery Module, który odpowiada za funkcje związane m.in. z ładowaniem i ma wbudowany przetwornik DC-DC.

Mówiąc po ludzku, Nissan Leaf pod maską nie ma miejsca na nic oprócz silnika i jego osprzętu – czyli tak samo jak w niemal każdym samochodzie napędzanym benzyną czy olejem napędowym. Są oczywiście modele, w których to rozwiązano lepiej – jak choćby w Teslach – ale nadal silniki elektryczne zajmują trochę miejsca, które mogłoby być przeznaczone czy to na powiększenie kabiny pasażerskiej, czy to bagażnika (przedniego lub tylnego).

Da się inaczej? Tak. Kilku producentów pracuje nad rozwiązaniem, w którym silniki elektryczne byłyby ukryte w kołach. Ponieważ akurat koła to taki element, który będzie z nami zapewne jeszcze długo (chyba że od przyszłego wtorku zaczniemy korzystać z napędu antygrawitacyjnego, czego raczej się nie przewiduje), to jest to całkiem niezłe miejsce na upchnięcie w środku czegoś, na co nie chcemy tracić miejsca gdzieś indziej.

Naturalnie, wtedy wielu z nas przypomni sobie, że istnieje coś takiego jak układ hamulcowy i zasadniczo jest to coś, co od czasu do czasu przydaje się podczas prowadzenia. Jest to oczywiście całkowita racja, tyle tylko, że silniki elektryczne też potrafią całkiem skutecznie zatrzymywać samochód. Wykorzystuje się to zresztą chyba w każdym dostępnym obecnie na rynku aucie elektrycznym czy hybrydowym – choć mają one konwencjonalne układy hamulcowe, to za zwalnianie po lżejszym naciśnięciu pedału hamulca odpowiada tylko napęd elektryczny – klocki hamulcowe w ogóle nie są wtedy dociskane do tarcz. No i mamy jeszcze bonus – odzysk energii, którą można wstrzyknąć z powrotem do akumulatorów trakcyjnych.

Poza tym wbudowanie silników elektrycznych w koła wcale nie oznacza, że trzeba pozbywać się hamulców w tradycyjnym rozumieniu. Badania nad podobnymi projektami prowadzą m.in. firmy Elaphe Propulsion i doskonale nam znane Brembo. Obaj producenci w swoich wizjach ujęli też konwencjonalne hamulce tarczowe.

Lubię alternatywne źródła energii, ale nie chcę ogniw paliwowych. Jak żyć, panie premierze?

Na to pytanie starały się w swoim czasie odpowiedzieć m.in. BMW i Mazda. Obaj ci producenci zainteresowali się zastosowaniem wodoru do napędzania swoich samochodów. Rzecz w tym, że wodór kojarzy nam się raczej z ogniwami paliwowymi – i słusznie. Z takiego rodzaju napędu korzysta m.in. Toyota Mirai, Honda FCV Clarity czy Hyundai ix35 Fuel Cell.

Takie auta są jednak w zasadzie… elektryczne. Wodór służy w nich bowiem do tego, by ogniwa paliwowe mogły wytworzyć z niego prąd elektryczny. Pozbywamy się więc co prawda problemu wielogodzinnego ładowania akumulatorów trakcyjnych, a produktem reakcji jest czysta woda, ale nie oczekujmy wyjątkowych wrażeń z jazdy pojazdem z ogniwami paliwowymi.

W BMW 7 Hydrogen oraz Mazdach RX-8 Hydrogen RE i Premacy Hydrogen RE Hybrid również za paliwo służy wodór, tyle że jest on używany… zamiast benzyny. Okazuje się bowiem, że silnik spalinowy jak najbardziej da się dostosować do spalania wodoru, co wydaje się być rewelacyjną informacją dla osób, które przedkładają prawdziwy dźwięk silnika ponad ten emitowany z głośników systemu audio. Niestety, tutaj rewelacyjne informacje się kończą.

Po pierwsze, tak jak w modelach z ogniwami paliwowymi, potrzebujemy dużych, solidnych i ciężkich zbiorników na wodór. Cierpi więc dynamika jazdy i przestrzeń w kabinie czy bagażniku. No i wodór używany w taki sposób nie pozwala na osiągnięcie nominalnej mocy silnika, gdyby porównać te parametry z uzyskanymi podczas pracy na benzynie. Przykładowo Mazda RX-8 Hydrogen RE podczas pracy na wodorze osiągała zaledwie 109 KM, podczas gdy na benzynie było to już 210 KM. W Premacy sytuacja wyglądała lepiej, ale nawet jej nowsza wersja z 2007 roku nie przekraczała na wodorze 150 koni. W BMW nie było lepiej. 6-litrowe V12, które podczas pracy na benzynie w zwykłej Siódemce osiągało 445 KM, przy zasilaniu wodorem potrafiło osiągnąć zaledwie 260 KM. Ale i tak bym jeździł.

Precz z paliwami kopalnymi. Moje auto powinno jeździć na powietrze.

Pomysł w pierwszej chwili wydaje się być kompletnie absurdalny, ale… ktoś już to zrobił, i to bynajmniej nie jedna firma. Ba – polski inżynier, Ludwik Mękarski, tworzył nawet eksperymentalne linie tramwajowe dla pojazdów napędzanych powietrzem.

Pomysł obecnie nie jest wspominany zbyt często, ale czasem się do niego wraca – przykładowo indyjski koncern TATA planował, że w 2011 r. rozpocznie produkcję samochodu napędzanego silnikiem pneumatycznym francuskiej firmy MDI, do czego jednak nie doszło. Próby przeprowadzał także koncern PSA, tworząc m.in. Peugeota 208 i Citroena C3 w spalinowo-pneumatycznych wersjach Hybrid Air.

Konstrukcja samochodowego silnika pneumatycznego, pomijając brak układu paliwowego czy zapłonowego, nie różni się istotnie od zwykłego silnika spalinowego. Mamy więc cylinder, tłok czy wał korbowy. Układ korbowy ma jednak zmodyfikowaną konstrukcję ze specjalnym zawiasem w połowie korbowodu. Dzięki temu tłok pozostaje w górnym położeniu znacznie dłużej niż w dolnym. Ponadto ruch tłoka do góry jest szybszy niż ruch w dół, a z cylindra nigdy nie ucieka całe powietrze z poprzedniego cyklu – dzięki temu nowa jego porcja może się ogrzać od tej już raz sprężonej, co pozwala na zwiększenie siły rozprężania. To wszystko sprawia, że sprawność takiego silnika jest około dwukrotnie większa od sprawności typowego silnika benzynowego.

Dodatkową zaletą jest możliwość tankowania na dwa sposoby – albo do zbiornika wtłacza się gotowe sprężone powietrze, co zajmuje kilka minut, albo… podłącza się auto do prądu. Wtedy do głosu dochodzi silniko-alternator zamontowany przy łączeniu ze skrzynią biegów; działa on jako motor elektryczny napędzający silnik pneumatyczny. Ten ostatni działa wtedy w odwrotnym kierunku i pełni rolę sprężarki, wtłaczając tym samym powietrze atmosferyczne do zbiorników pojazdu. Ta metoda zajmuje jednak kilka godzin.

Głównym zarzutem podnoszonym swego czasu w odniesieniu do samochodów pneumatycznych było ich bezpieczeństwo w razie wypadku. Mówiono, że uszkodzenie zbiornika pełnego sprężonego powietrza może doprowadzić do utraty słuchu (czasowej lub trwałej) osób będących w pobliżu wypadku, oczywiście ze szczególnym uwzględnieniem kierowcy i pasażerów auta.

Paliwa kopalne są jednak fajne. I wszystko inne co da się spalić też jest fajne.

Jeśli mamy podejście podobne do tego wyżej, pozostaje nam jedynie wybór silnika wielopaliwowego. Jest ich zaskakująco wiele rodzajów. Wiele bazuje na koncepcji czterosuwowego silnika wysokoprężnego z różnymi modyfikacjami, choć mamy też pracujące na różnych paliwach dwusuwy i turbiny gazowe. Takie jednostki napędowe znajdują zastosowanie między innymi w helikopterach, czołgach czy lokomotywach. Albo… w motocyklu MTT Y2K, który wyposażono w turbinę gazową Rolls-Royce’a. Osiąga ona około 320-350 KM przy skromnych 52 000 (pięćdziesięciu dwóch tysiącach) obr./min. i podobno pozwala na rozpędzenie się tym sprzętem do okolic 400 km/h.

Do napędzania niektórych turbin można stosować paliwa zbliżone do mazutu, niektóre działałyby bez problemu np. po użyciu do tego celu perfum Chanel. W motocyklu Y2K stosuje się naftę lotniczą lub olej napędowy. Wyobraźcie to sobie: podjeżdżacie motocyklem na stację, tankujecie olej napędowy, po czym uruchamiacie silnik, który brzmi tak:

Dodge Tomahawk z 8,4-litrowym silnikiem Vipera wydaje się być przy tym całkowicie normalnym, grzecznym motocyklem.

A wy już wiecie, która opcja najbardziej wam odpowiada?