Rightsizing – na czym polega nowy trend w motoryzacji?

Co to jest rightsizing? W przeciwieństwie do downzingu, trend ten dotyczy dopasowywania pojemności skokowej silnika do danego samochodu. W rezultacie auto ma być oszczędne, a przy tym zachować wysoką dynamikę.

Downsizing to niezwykle kontrowersyjna filozofia tworzenia silników samochodowych. Polega ona na zmniejszaniu pojemności skokowej silnika w celu ograniczenia jego zużycia paliwa, przy jednoczesnym zwiększaniu mocy jednostkowej motoru dla zachowania jego parametrów napędowych (osiągów). W teorii brzmi ona dobrze, w praktyce okazuje się niezwykle trudna do zrealizowania.

Kosztowny downsizing

Producenci tworząc coraz to mniejsze silniki, zaczęli ograniczać liczbę ich cylindrów, a przez to kulturę ich pracy. Aby zrekompensować straty mocy spowodowane zmniejszeniem silników, wyposażyli je w bardziej skomplikowany osprzęt, zwiększając tym samym zakres podzespołów, które z czasem ulegną zużyciu (zwłaszcza turbosprężarki VGT, wtryskiwacze czy koła dwumasowe).

Zobacz: Jak działa turbosprężarka ze zmienną geometrią kierownicy VGT?

Duża moc z małej pojemności skokowej podwyższyła stopień zużycia silnika spowodowany jego mocnym wysileniem. W rezultacie koncerny samochodowe stworzyły nieco oszczędniejsze (choć zazwyczaj tylko w warunkach laboratoryjnych), lecz znacznie mniej trwałe silniki. To dzięki downsizingowi właściciele aut jak Volkswagen (silnik 1.4 TSI), Peugeot (1.6 THP), Mini (1.6 Turbo) przypomnieli sobie czasy, kiedy silniki trzeba było naprawiać.

Co to jest rightsizing?

Rightsizing zrywa z ideą ślepego zmniejszania pojemności skokowej silnika w celu ograniczenia ilości zużywanego przez niego paliwa. Jednostka napędowa ma być dopasowana swoją wielkością do gabarytów i klasy pojazdu, zapewniając mu przy tym niskie zużycie paliwa. W ramach tej idei do lamusa mają odejść rozwiązania pokroju 1,0-litrowego silnika w sedanie klasy średniej czy 1,5-litrowego motoru w limuzynie klasy wyższej.

Zobacz: Intercooler – główne funkcje i zadania

Rightsizing od kilku lat stosuje w swoich samochodach np. Mazda, która opracowując nowe silniki, zrezygnowała z tzw. downsizingu. Wszystkie jednostki benzynowe jakie stosowane są w najnowszych Mazdach pozbawione są turbodoładowania, a ich pojemności są znacznie wyższe niż u konkurencji.

Dla porównania limuzyna klasy średniej Mazda 6 napędzana jest wolnossącymi silnikami, z których podstawowy ma pojemność 2,0-litrów i moc 145 KM, podczas gdy jej konkurenci oferowani są w standardzie ze znacznie mniejszymi, za to mocniej wysilonymi silnikami z turbo: Mondeo 1.0 EcoBoost 125 KM, Volkswagen Passat 1.4 TSI 125 KM, Peugeot 1.6 THP 165 KM.

Mazda SKYACTIV i rightsizing

Rozwiązaniem problemu niedoboru mocy czy momentu obrotowego w benzynowych silnikach wolnossących Mazdy okazał się bezpośredni wtrysk paliwa oraz bardzo wysoki stopień sprężania sięgający wartości 14:1. W rezultacie mocno sprężona mieszanka paliwowo-powietrzna w warunkach wysokiej temperatury (powstałej na skutek sprężania) ulega samozapłonowi niczym w silniku Diesla.

Zobacz: Zawory wypełnione sodem – jakie są ich zalety i wady

Problem przedwczesnego samozapłonu mieszanki czyli tzw. spalania stukowego inżynierowie Mazdy rozwiązali za pomocą m.in. bezpośredniego wtrysku paliwa (ujednorodnienie mieszanki benzyna-powietrze), opracowaniem specjalnego kształtu denek tłoków (zapłon odbywa się w kontrolowany sposób i nie przegrzewa tłoka) oraz wydłużeniem przewodów kolektora wydechowego 4-2-1 (rozproszenie energii ciepłej z dala od silnika). Inżynierom Mazdy udało się poprawić sprawność silnika uzyskując większy moment obrotowy w średnim i niskim zakresie prędkości obrotowych oraz niższe zużycie paliwa.

Rightsizing w Audi A4

Niedawno o rozwijaniu koncepcji silników wykonanych w duchu rightsizingu poinformowało Audi. W najnowszym modelu A4 zadebiutował silnik 2.0 TFSI ultra. Mimo wysokiej mocy, sięgającej 190 KM, ma on zużywać średnio tylko 4,8 l benzyny na  100 km. Tak niskie spalanie inżynierowie Audi uzyskali stosując w silniku 2.0 TFSI udoskonalony cykl spalania Millera, co ciekawe rozwijany wiele lat temu właśnie przez Mazdę w modelach Eunos 800 czy Xedos 9 2.3.

Zobacz: Test Audi RS3 Sportback 2.5 TFSI – ogromna moc z niewielkiego silnika!

W cyklu Millera zawory dolotowe są otwarte dłużej w czasie suwu sprężania niż w tradycyjnym 4-suwowym silniku pracującym w cyklu Otta, aby ułatwić tłokowi poruszanie się ku górze, skracając tym samym czasu suwu sprężania w stosunku do suwu rozprężania (silnik wykonuje tę samą pracę ale wykorzystuje do tego 70-80%  potrzebnej energii).

Żeby  lepiej wykorzystać energię zawartą w spalinach, trzeba je rozprężać „dłużej”, czyli zwiększyć stopień rozprężania, a skrócić czas sprężania.

Żeby zrekompensować straty spowodowane wypychaniem ładunku powietrza z komory cylindra przez zawory dolotowe stosuje się doładowanie. W Mazdzie rolę tę pełnił kompresor, w Audi jest to turbosprężarka.

Czy rightsizing zastąpi downsizing?

Czy rightsizing uratuje silniki 6- i 8-cylindrowe przez zagładą? Nie ma co do to pewności, ale biorąc pod uwagę fakt, że jednostki te oferują wysoki lecz równocześnie płynnie przyrastający moment obrotowy już w najniższym zakresie prędkości obrotowych, a przy tym odznaczają się ponad przeciętną trwałością (zwłaszcza na tle jednostek turbodoładowanych) to taka szansa istnieje.

Nadal trudno jest mi bowiem wyobrazić sobie sytuację, że w reprezentacyjnej limuzynie będzie z powodzeniem pracował 3- czy nawet 4-cylindrowy silnik. Każdy, kto miał okazję prowadzić porządne auto z V8-mką pod maską na pewno zrozumie taki pogląd na sprawę. Niezwykła lekkość w nabieraniu prędkości, natychmiastowa reakcja na dodanie gazu, przyjemny dźwięk silnika, bezwibracyjna praca, świetne wyważenie – to wszystko sprawia, że tego typu motory są po prostu pożądane w najlepszych samochodach świata. A że zużywają nieco więcej paliwa niż czterocylindrowe motory z turbodoładowaniem? Co z tego, przecież mówimy o segmencie, w którym najmniejszy drobiazg do auta potrafi kosztować tyle ile miesięczny koszt paliwa do niego.