Downsizing

Idea jest dobrze znana, więc najkrócej jak się da: chodzi o to, by zachowując osiągi auta obniżyć zużycie paliwa. Sposób na to? Zmniejszenie liczby cylindrów, czyli pojemności silnika, przy zachowaniu albo nawet zwiększeniu jego mocy – na tym w uproszczeniu polega istota downsizingu.

W naszej grupie mamy samochody z silnikami dwu-, trzy i czterocylindrowymi. Poza jedynym turbodieslem w tym zestawieniu (250 Bluetec Mercedesa), cztery benzynowce są nieduże, turbodoładowane i skonstruowane zgodnie ze wszystkimi zasadami „pomniejszania” silników. Aut z podobnymi jednostkami jest znacznie więcej. Warto pochylić się nad tym, co potrafią i czy robią to dobrze, czy może niekoniecznie.

Na świecie jeden z najmniejszych
Silnik 0.9 TwinAir
Fiat Punto to wciąż jeden z najbardziej atrakcyjnych wizualnie maluchów. Najciekawszy i najbardziej nowoczesny z jego silników ma zaledwie 35 cm długości i pojemność poniżej 0,9 litra.

Swoją podróż zaczął jako Grande Punto, by zmienić się w Punto Evo i po latach stać się po prostu Punto. Niby ma już swoje lata, jednak włoski maluch nie przestaje zwracać uwagi wyglądem – świetne proporcje, wciąż bardzo współczesne wykończenie nadwozia i przód jak z małego Maserati.

Od niedawna w ofercie znalazł się najmniejszy z silników Fiata i jednocześnie jeden z najbardziej napakowanych nowoczesną techniką – jednostka 0.9 TwinAir. Pojemność 875 cm3 jest niemal mikroskopijna; silnik ma dwa cylindry i turbosprężarkę, a największym smaczkiem technicznym jest unikatowy dla Fiata system hydraulicznego sterowania zaworami dolotowymi. Daje on pełną dowolność otwarcia, zamknięcia i wielkości uchylenia (skoku) zaworów, dzięki czemu można się pozbyć przepustnicy i zwiększyć ilość powietrza napływającego do silnika – a to pozwala lepiej „wyrzeźbić” charakterystykę jednostki napędowej.

Na co dzień, dla kierowcy znacznie ważniejszy jest moment obrotowy niż moc – silniki turbo mają go więcej.

TwinAir rozwija 85 KM – a to już niedaleko od 100 KM z litra pojemności – oraz maksymalny moment obrotowy o wartości 145 Nm (dla porównania – wolnossący silnik 1.4 Fiata uzyskuje 129 Nm). Do współpracy ma sześciobiegową przekładnię (kolejny nieodzowny element aut z silnikami spod znaku downsizingu), która pomaga utrzymać motor w korzystnym z punktu widzenia ekonomii zakresie obrotów.

Mały, szybki, oszczędny
Z dwoma cylindrami wiąże się bardzo charakterystyczny warkot silnika, który jest jak ze starego, poczciwego „malucha”, tyle że zamiast z tyłu, dobiega z przodu. W oszczędzaniu paliwa TwinAir jest wspierany przez tryb jazdy „eko” – w którym moc silnika jest zmniejszona, a reakcje na gaz spowolnione – a także przez system start/stop.

W codziennym życiu okazuje się, że osiągi są więcej niż dobre (setka w 12,7 s), zwłaszcza podczas rozpędzania z niskich obrotów, natomiast zużycie paliwa bardzo mocno zależy od stylu jazdy. W trasie można uzyskać wynik około 4,2 l/100 km, co jest rezultatem bardzo dobrym, natomiast w jeździe miejskiej średnie zużycie da się zamknąć w 7,5 l/100 km, co jest wynikiem jeszcze lepszym. Ciekawe, że to mniej niż w wypadku Pandy, malucha przecież, z tym samym silnikiem. Jednak jakakolwiek próba dynamicznej jazdy natychmiast odbija się na zużyciu benzyny, jak na nasz gust zdecydowanie nieproporcjonalnie – silnik Fiata szybko „wskakuje” na poziom spalania charakterystyczny dla jednostki 1.4.

Seryjny zdobywca nagród
Silnik 1.0 EcoBoost
Niewiele większą jednostkę niż silnik Fiata w kompaktowym Focusie montuje Ford. Efekt – gdyby nie świadomość, że silnik ma zaledwie litr pojemności, z wrażeń z jazdy nie dałoby się tego odgadnąć.

Jednostka 1.0 EcoBoost Forda ma wszystko zgodnie ze współczesną doktryną: mniej cylindrów, turbodoładowanie, system zmiennych faz rozrządu i wysoki moment obrotowy w szerokim zakresie obrotów. Dużym kawałem techniki są dwa oddzielne układy chłodzące – osobno dla bloku silnika i głowicy – pozwalające skrócić czas nagrzewania silnika (czyli zmniejszyć straty), natomiast wspólny odlew kolektora wylotowego z głowicą silnika to bardzo nietypowe rozwiązanie, pozwalające odebrać więcej ciepła ze spalin.

EcoBoost ma szerszy zakres użytecznych obrotów niż silniki Diesla (!) – maksymalny moment obrotowy 170 Nm jest rozwijany w przedziale od 1400 obr/min do 4000 obr/min (w wersji 125-konnej nawet do 4500 obr/min). Na drodze Focus z tym silnikiem jest znakomity – dynamika jazdy okazuje się znacznie lepsza niż sugerują to osiągi. Reakcje na gaz są wyraźnie opóźnione (przynajmniej o 0,5 s), ale ten szczegół szybko się Focusowi wybacza, bo silnik ma zaskakująco żwawy charakter. W trasie można łatwo zejść do około 4,5 l/100km, natomiast w mieście do ok. 7,5 l/100 km – obydwa wyniki są, jak na auto tej wielkości, znakomite.

Koncert na dwie sprężarki
Silnik 1.4 TSI
Jeszcze kilka lat temu pomysł zamontowania silnika o pojemności 1,4 litra w aucie wielkości VW Tiguana brzmiał jak dziwny żart. Ale nie dziś. Ciekawostką jest, że jednostka 1.4 TSI jest doładowana na dwa sposoby.

Silniki 1.4 TSI są już z nami od dobrych sześciu lat, jednak pod tym oznaczeniem kryją się dwie konstrukcje. W wersji o mocy 160 KM czterocylindrowa jednostka Volkswagena jest wyposażona w dwie sprężarki – mechaniczną i turbo.

Zależnie od prędkości obrotowej oraz ciśnienia w komorze spalania, silnik ma cztery tryby pracy – może funkcjonować jako silnik wolnossący, doładowany tylko sprężarką mechaniczną, doładowany obydwiema sprężarkami lub doładowany tylko turbosprężarką. Cała ta Ameryka po to, by przy niedużych obciążeniach i niskich prędkościach obrotowych zużywać jak najmniej paliwa, a kiedy trzeba – rozwijać maksymalny moment obrotowy o wartości aż 240 Nm w szerokim zakresie od 1500 do 4500 obr/min.

Z punktu widzenia kierowcy, 1.4 TSI zachowuje się jak silnik o znacznie większej pojemności. Siła napędowa jest rozwijana bardzo miękko, przejścia między kolejnymi trybami pracy są niewyczuwalne i jeśli kierowca z góry nie wie, że przy bardzo niskich obrotach moment obrotowy „pochodzi” od sprężarki mechanicznej (napędzanej od wału korbowego), a od ok. 3500 obr/min już wyłącznie od turbosprężarki, to zza kierownicy nie byłby w stanie tego stwierdzić. Interesuje go tylko to, że dynamika jazdy jest przynajmniej o dwie klasy lepsza niż w wypadku wolnossącego silnika 2.0 – poprzednika 1.4 TSI. W realiach naszych dróg średnie zużycie w jeździe miejskiej to ok. 10 l/100 km, w trasie zaś – ok. 6 l/100 km.

W dużym ciele mały motor
Silnik 250 Bluetec
Obok 525-konnego ML-a 63 AMG, w ofertę Mercedesa gładko wpisuje się napędzany zaledwie czterocylindrowym silnikiem ML 250 Bluetec. Coś dla tych, dla których moment obrotowy jest ważniejszy niż moc.

Duży ML z czterocylindrowym turbodieslem pod maską to przykład innego rodzaju – tu mały silnik niczego nie zastępuje, lecz po raz pierwszy pojawia się w ofercie. 2,2-litrowego turbodiesla o mocy 204 KM znamy z limuzyn klasy C i E, w ostatnim czasie Mercedes poszedł jednak o krok dalej, umieszczając tę jednostkę między przednimi kołami jeszcze większych modeli – Klasy S oraz ML-a.

To oznaka trendu – wielu kierowcom nie jest potrzebny duży silnik, a tylko taki, który zapewni przyzwoite osiągi oraz niższe koszty eksploatacji. Jednak zwyczajny, około dwulitrowy, czterocylindrowy turbodiesel byłby dla pojazdu wielkości ML-a za słaby. Stąd właśnie silnik oznaczany jako „250”, z doładowaniem dwustopniowym, a mówiąc po ludzku – z dwiema turbosprężarkami. To pozwala znacznie poszerzyć zakres użytecznych obrotów – maksymalny moment obrotowy 500 Nm jest co prawda rozłożony wąsko, bo między 1600 a 1800 obr/min, jednak w przedziale 1300–3500 obr/min jednostka ta wytwarza siłę napędową o wartości przynajmniej 400 Nm.

Podczas miejskiej jazdy nie ma żadnego znaczenia, czy pod maską ML-a pracuje turbodiesel V6 czy czterocylindrowa „250”. Osiągi są bardzo dobre, a jedyna różnica jest taka, że przy mocniejszym gazie czterocylindrowa jednostka jest częściej zapędzana na wyższe obroty – bo nie ma takiej rezerwy osiągów, jaką dysponuje V6. Natomiast spora różnica pojawia się przy kasie, kiedy okazuje się, że czterocylindrowiec zużywa o 2–4 litry paliwa mniej na każde 100 kilometrów. Rocznie daje to 2–4 tys. złotych. Przy aucie takim jak ML niby nie jest to dużo, jednak skoro w ofercie pojawił się ML 250 Bluetec, coś chyba musi być na rzeczy.

Rzędowe „szóstki” to już historia
Silnik „28i”
BMW jest jednym z liderów w kategorii „eko”, a pod względem kombinacji osiągów i ekonomii – prawdopodobnie liderem. Ma to jednak efekty uboczne: dziś BMW nie ma już wolnossących benzynowych silników.

Efekt jest taki, że 328i – przez lata symbol „trójki” napędzanej przez sześciocylindrową, wolnossącą, rzędową „szóstkę” – dziś ma silnik... czterocylindrowy. Pojemność dwóch litrów plus turbosprężarka brzmi, co tu dużo mówić, jak na BMW po prostu biednie, i to pomimo całej techniki zastosowanej w konstrukcji silnika.

A jest tego sporo: bezpośredni wtrysk benzyny, turbosprężarka typu twin-scroll (spaliny są doprowadzane dwoma kanałami, co poszerza zakres najbardziej efektywnej pracy sprężarki), system Double Vanos (zmienne fazy rozrządu) oraz zawory dolotowe o zmiennym skoku (system Valvetronic pozwalający wyeliminować przepustnicę), supernowoczesny, ośmiobiegowy automat, odzysk energii hamowania i kilka drobnostek w postaci na przykład trybu jazdy „eko”.

Świetne osiągi, niskie spalanie
Parametry silnika 328i nie mogą nie imponować. Moc 245 KM to sporo, jednak ten silnik „jedzie” maksymalnym momentem obrotowym wynoszącym 350 Nm w zakresie od 1250 obr/min (a więc niemal od obrotów biegu jałowego!) aż po 4800 obr/min. Praca turbosprężarki jest praktycznie niewyczuwalna, poza tym, że żaden wolnossący silnik o pojemności mniejszej niż 4 litry nie mógłby tak „ciągnąć” już od najniższych obrotów. Podczas zwyczajnej, codziennej jazdy nie ma potrzeby przekraczać 2000 obr/min. Kiedy trzeba, silnik kręci się wysoko, a o osiągach wszystko mówi przyspieszanie do setki w 6,1 s (wersja z mechaniczną przekładnią robi to w 5,9 s).

Na dodatek BMW świetnie zdaje egzamin z niskiego zużycia paliwa, chociaż podobnie jak w wypadku Fiata w bardzo dużym stopniu zależy ono od stylu jazdy. Przy oszczędnej jeździe można w mieście zmieścić się w 11–11,5 l/100 km, w trasie zaś zejść do 6 l/100 km – jak na auto o tej mocy oraz tej wielkości co 328i, to świetny wynik.

Koniec pewnej epoki
Uprzemy się, że sentyment gra tu jednak rolę i bez względu na to jak bardzo byłby dobry – a rzeczywiście jest dobry – dwulitrowy 28i nie jest w stanie zapełnić luki po sześciocylindrowej jednostce 3.0. Osiągi mogą być niemal identyczne, jednak kultura pracy oraz sposób rozwijania mocy są już kompletnie różne, a odgłos wydechu jednostki 2.0 turbo mógłby do dźwięku trzylitrowej „szóstki” co najwyżej zwracać się per pan. Akurat w wypadku BMW ogromnie szkoda żegnać się z sześciocylindrowymi „wolnymi ssakami” na rzecz czterocylindrowych silników turbo, ale takie czasy. Jak napisał klasyk – trudno, żyć jakoś trzeba.

Downsizing wyjaśniony
Idea
Całą ideę downsizingu można przedstawić w skrócie: chodzi o przesunięcie punktu pracy silnika w kierunku niższych obrotów. Z tej zasady może korzystać każdy kierowca w każdym aucie, ale współczesne silniki są specjalnie tak konstruowane, aby to ułatwić. Do porównania silników o różnych konstrukcjach służy tzw. jednostkowe zużycie paliwa. Mówi ono ile gramów paliwa trzeba spalić, żeby silnik pracował z mocą 1 kW przez godzinę – pokazuje, który silnik potrzebuje mniej paliwa na wytworzenie jednostki mocy, czyli który jest bardziej sprawny i ekonomiczny.

Najniższe zużycie jest oznaczone jako 100 procent i w naszym przykładzie osiągane przy około 2600 obr/min oraz z przepustnicą otwartą na 80 procent. Aby samochód poruszał się np. ze stałą prędkością, silnik musi pracować z określoną mocą. Identyczną moc może rozwinąć przy różnych kombinacjach obrotów i otwarcia przepustnicy. Przykładowo, tę samą moc silnik osiągnie w punkcie A (3600 obr/ min, przepustnica uchylona na 35%) oraz w punkcie B (2200 obr/min, przepustnica otwarta na 60%). Podczas jazdy efekt będzie ten sam. Jednak w punkcie B zużywamy tylko o 5% więcej paliwa niż wynosi najniższe jednostkowe zużycie (105%), podczas gdy w punkcie A zużycie jednostkowe jest o 25% wyższe od minimalnego (125%). Downsizing to taki sposób budowy silników, który umożliwia uzyskanie tej samej mocy przy obniżonej prędkości obrotowej. Dzięki temu można w najbardziej powszechnych warunkach pracy obniżyć jednostkowe zużycie paliwa.

Technika
W konstrukcji silnika chodzi o redukcję tarcia wewnętrznego, co uzyskuje się poprzez zmniejszenie liczby ruchomych elementów, a mówiąc obrazowo – zmniejszenie liczby cylindrów. Dodatkowa korzyść jest taka, że jednostka o mniejszych gabarytach traci mniej ciepła. Kolejnym elementem jest bezpośredni wtrysk paliwa – sam on pozwala obniżyć spalanie o 10–20 procent. Praktycznie wszystkie silniki spod znaku downsizingu mają układy zmiennych faz rozrządu. Dodatkowo, są przystosowane do pracy przy wyższych temperaturach – nawet rzędu 110–115C – i mają bardzo zaawansowane układy chłodzenia; w niektórych podczas pracy blok i głowica mają utrzymywane różne temperatury. Natomiast turbodoładowanie pozwala przy niskich obrotach wprowadzić do komór spalania odpowiednią ilość powietrza, co przekłada się na wyższy moment obrotowy. Z kolei pieśnią przyszłości będzie zmienny stopień sprężania.

Obawy
Wielu klientów oraz mechaników podchodzi do „pomniejszonych” silników z rezerwą, jako do rzekomo mniej trwałych niż te o bardziej tradycyjnej konstrukcji. Jednak jednostki, o jakich mówimy są na rynku już od niemal ośmiu lat i nic nie wskazuje na to, by ich żywotność była niższa. Owszem, są bardziej czułe na jakość paliwa, chodzi głównie o zanieczyszczenia; wystarczy tankować na markowych stacjach. Nie powinno się do nich stosować instalacji gazowych i zdecydowanie trzeba używać oleju zalecanego przez producenta. Ważne też, by rozpoczynać jazdę natychmiast po rozruchu, by jak najszybciej silnik się nagrzał – bo do takiej pracy jest skonstruowany. To nie są specjalnie wysokie wymagania.