Prace prowadzące do doskonalenia silników spalinowych, co kilka lat przynoszą obiecujące efekty i wydaje się, że w konstrukcji poczciwego silnika czterosuwowego jeszcze nie jedno można zmienić. Jednym z pomysłów na wyciśnięcie większej mocy, jest technologia „scavenging”, czyli wydmuchania z cylindra, spalin pozostałych po poprzednim cyklu pracy. Testy potwierdziły, że takie „oczyszczenie” przestrzeni roboczej znacznie podnosi moc silnika.

Wiadomo, że istnieje kilka sposobów na zwiększenie mocy silnika spalinowego. Najprostszy, to zwiększenie pojemności skokowej, ale takie rozwiązanie mało kogo dzisiaj zadowala, gdyż łączy się ze wzrostem masy i gabarytów jednostki napędowej i całego pojazdu, a ponadto powoduje znaczny wzrost zużycia paliwa. Drugim znanym sposobem jest podwyższenie prędkości obrotowej wału korbowego, ale tu na przeszkodzie stoją ograniczenia wytrzymałościowe materiałów. Najskuteczniejszym sposobem na zwiększenie mocy silnika bez zmiany jego pojemności i prędkości obrotowej, jest spalenie większej ilości mieszanki paliwowo-powietrznej na jeden cykl pracy. Aby to umożliwić, trzeba zwiększyć ilości powietrza dostającego się do komory spalania.

Najprościej jest podwyższyć średnie ciśnienie użyteczne zasysanego powietrza, ale właśnie w tym celu montowane są turbosprężarki i intercoolery. Niestety zastosowanie doładowania, czyli sprężanie, powoduje wzrost temperatury powietrza. Podgrzane powietrze zmniejsza swoją gęstość, a mniejsza gęstość, to mniejsza masa. To niekorzystne zjawisko ograniczają intercoolery, ale gdy zmniejsza się różnica pomiędzy temperaturą powietrza w układzie dolotowym i w otoczeniu, spada skuteczność intercoolera. Można oczywiście wstępnie sprężyć powietrze do wysokiego ciśnienia, następnie schłodzić w intercoolerach i częściowo rozprężyć przed wtłoczeniem do cylindra. Otrzymamy wówczas powietrze chłodne i pod ciśnieniem zwiększonym w stosunku do atmosferycznego. Niestety taki sposób jest kosztowny i dlatego stosowany głównie w silnikach wyczynowych.

Okazuje się, że jest jeszcze możliwość łatwego podwyższenia mocy, o której nikt wcześniej nie myślał poważnie, a technologia bezpośredniego wtrysku paliwa, pozwoliła na jej wykorzystanie. Chodzi o dokładne usunięcie spalin pozostających w cylindrze po poprzednim cyklu pracy. Po dojściu tłoka do górnego martwego punktu podczas suwu wydechu, pozostaje przestrzeń z której spaliny nie zostają usunięte, a jedynym sposobem na zastąpienie ich czystym powietrzem, jest przedmuchanie przestrzeni nad tłokiem. Można tego dokonać tylko w silnikach z bezpośrednim wtryskiem paliwa, gdyż w innych konstrukcjach podawalibyśmy znaczne ilości niespalonego paliwa do układu wylotowego. Przedmuchanie przestrzeni nad tłokiem, jest możliwe tylko wtedy, gdy zawory dolotowe i wylotowe są otwarte jednocześnie, a sprężone powietrze z układu dolotowego dostaje się do komory spalania i stamtąd wypycha resztki spalin. Oczywiście część tego powietrza dostaje się do układu wylotowego, ale to nie problem, bo jest to przecież zwykłe czyste powietrze.

Silnik wykorzystujący technologię Scavenging zastosowano już w seryjnym silniku Tbi montowanym w samochodach Alfa Romeo 159 i 159 Sport Wagon. Pierwszy z nowych silników – 1,75 Tbi jest zgodny z zasadami ekologicznymi Euro 5. Został zaprojektowany, by upamiętnić legendarne jednostki Alfa Romeo z końca lat 60-tych, które były montowane w sedanach i GT Veloce. Te historyczne silniki posiadały pojemność 1779cm3 i osiągały 118 KM, dzięki czemu były jednymi z najwydajniejszych w swojej klasie. Nowy silnik benzynowy o pojemności 1,75 osiąga moc 200 KM. Nowy komputer wyposażony w nowoczesne oprogramowanie, stale analizuje i modyfikuje parametry pracy silnika i jest w stanie w błyskawicznym tempie dostosowywać kąty otwarcia zaworów w celu dostarczenia odpowiedniej dawki powietrza do przedmuchania cylindra. Oczywiście w układzie dolotowym pracuje turbosprężarka i jak podaje Alfa Romeo, system ten działa dużo wydajniej niż tradycyjne doładowanie. Różnice są kolosalne szczególnie przy niskich obrotach wału korbowego, a to znacznie skraca czas „reakcji” samochodu na żądania kierowcy. Pozytywne doświadczenia Alfa Romeo wskazują na szersze możliwości zastosowania tej technologii w silnikach samochodów użytkowych.

Autor: Rafał Dmowski

Zdjęcie: silnik Tbi z technologią scavengingu (fot. Fiat)
Artykuł ukazał się w numerze 2/2010 „Serwisu Motoryzacyjnego”