Minęło ponad 100 lat, odkąd motoryzacja zaczęła się rozwijać i praktycznie tyle samo czasu mija od dylematu: silnik spalinowy czy elektryczny? Wówczas bowiem konstruktorzy i użytkownicy borykali się z tymi samymi problemami, co dziś i właśnie dlatego do dziś jeździmy samochodami, które są napędzane silnikami spalinowymi, a nie elektrycznymi. Nie da się ukryć, że motory na paliwo płynne przez lata napędzały rozwój motoryzacji. Ich brzmienie i osiągi wciąż mają swoich wiernych fanów. Jednak w dobie rosnącej świadomości ekologicznej i technologicznego postępu, coraz chętniej patrzymy w stronę napędu elektrycznego.
Nawet najwięksi fani spalinowej motoryzacji muszą bowiem przyznać, że silnik spalinowy nie jest urządzeniem ani prostym, ani bezawaryjnym. Do tego nie jest on nawet efektywny w swoim działaniu – paliwo, które lejemy do baku, w 2/3 nie jest wykorzystywane do napędzania silnika (sprawność nowoczesnego silnika spalinowego to 30-45 proc.). Jego rozwój zawdzięczamy wyłącznie temu, że problemy z silnikami elektrycznymi były nie do rozwiązania w latach, gdy motoryzacja się rodziła.
Jeśli zagłębimy się w konstrukcję silników spalinowych, szybko dojdziemy do wniosku, że mamy do czynienia z dziełem, które na pierwszy rzut oka ciężko objąć umysłem. Teoria niby jest prosta – paliwo się spala, popycha tłok, a ten wprawia w ruch wał, który z kolei napędza koła. Rzeczywistość jednak jest zdecydowanie bardziej skomplikowana.
W silniku spalinowym jest ponad 1000 części, które nieustannie pracują
Paliwo musi przecież najpierw zostać popchnięte przez pompę paliwa, a następnie trafia do wtrysku lub gaźnika, skąd jako mgiełka dociera do komory spalania, a następnie za pomocą świecy, lub sprężania zaczyna się spalać, powodując wybuch. W tym samym momencie do komory spalania musi się dostać także powietrze, a mieszanka powinna się spalać w bardzo konkretnych proporcjach, by nie dochodziło do uszkodzeń silnika. Następnie zawory muszą się otworzyć, by wypchnąć spaliny z komory. I ten proces cały czas się powtarza miliony razy podczas życia silnika.
Z tego powodu motor spalinowy to konstrukcja z dziesiątkami ruchomych elementów – tłoki, wałki, wały, pierścienie, łożyska, świece, krzywki, sprężyny, zawory, wtryski, paski, koła... możemy tak w nieskończoność. Do tego dodajmy skomplikowane układy wydechowe, chłodzenia i konieczność wymiany filtrów i olejów.
To jednak jeszcze nie koniec, bowiem w miarę rozwoju motoryzacji zaczęły do tego dochodzić kolejne elementy. Najpierw chciano poprawić moc silnika, więc montowano turbosprężarki i kompresory, później stwierdzono, że coś trzeba zrobić ze śmierdzącymi spalinami, dlatego do zaczęto stosować katalizatory, filtry i dodatkowe zawory, które zmniejszają emisję. Nie można też zapomnieć o ogromnym niewyrównoważeniu jednostki spalinowej, które powoduje konieczność stosowania kół zamachowych, a w ostatnich latach dwumasowych kół, mających za zadanie niwelować wibracje generowane przez silnik, które są po pierwsze nieprzyjemne dla użytkownika, a po drugie niszczą sam motor. Części w silniku spalinowym jest ponad 1000, a spora ich część jest ruchoma.
Silnik spalinowy to bardzo skomplikowane urządzenieAuto Świat
W silniku spalinowym może dość do setek różnych usterek
Elementów, które mogą się zepsuć, są więc setki, jak nie tysiące. Każdą usterkę trzeba zdiagnozować i naprawić, a użytkownik musi za to zapłacić. Oczywiście, przez lata doszliśmy do dużej wprawy i odkryliśmy, jak tworzyć dobre jednostki, dlatego jeden silnik potrafi służyć przez setki tysięcy kilometrów, choć oczywiście w międzyczasie zdarzają się mniejsze lub większe usterki. Niestety, w ostatnich latach konstrukcja silnika spalinowego zaczęła się wyjątkowo komplikować, a cały jego osprzęt to źródło wielu usterek i problemów. Na początku motoryzacji silniki spalinowe były znacznie prostsze.
Silnik elektryczny jest prostszy w budowie i sprawniej pracuje
Alternatywą dla takiego napędu jest silnik elektryczny, którego konstrukcja w porównaniu do napędu spalinowego jest znacznie prostsza. Mamy w nim jedną ruchomą część, czyli wirnik, który jest obracany dzięki stojanowi, wykorzystującemu energię elektryczną do wytworzenia pola magnetycznego. Cały motor elektryczny w autach ma z kolei w sumie ok. 200 części. W dodatku najczęściej psują się w nim dwa łożyska. Nie potrzebuje oleju i praktycznie nie trzeba go serwisować, a on będzie działał bezproblemowo.
Silnik elektryczny jest znacznie mniejszy, niż spalinowymat. prasowe
Na jego korzyść działa również sprawność, wynosząca ok. 97 proc. To oznacza, że niemal cały prąd, za który płacimy, jest wykorzystywany do napędzania kół. Ma też bardzo korzystną charakterystykę, ponieważ pełna moc i moment obrotowy są dostępne od zera obrotów, co przekłada się na doskonałe przyspieszenie i natychmiastową reakcję na pedał gazu.
Silnik elektryczny to maszyna cicha. Fani motoryzacji tego nie lubią, użytkownicy doceniają
Poza tym dla wielu osób ogromną zaletą jest także to, że silniki elektryczne są niemal bezgłośne. Jedyny dźwięk, jaki usłyszymy, to delikatny szum podczas pracy. Brak skomplikowanych układów mechanicznych oznacza mniejsze tarcie, niższą masę, mniejsze wymiary i mniej części wymagających konserwacji. Nie ma tu skrzyni biegów w tradycyjnym rozumieniu – prosty zestaw przekładni redukcyjnych wystarcza, by przenieść moc na koła.
Jest jeszcze najważniejsza rzecz, która stała się głównym powodem dążenia do zamiany jednostek napędowych – emisja spalin. Silniki elektryczne nie emitują ani grama dwutlenku węgla i innych substancji, bo nie spalają żadnego paliwa. Oczywiście, aktualnie nie jest tak, że całość energii elektrycznej, wykorzystywanej do napędu silnika elektrycznego, jest tworzona bez emitowania trujących substancji, zatem pośrednio taka jednostka również przyczynia się do zanieczyszczenia środowiska. Tak jest na razie i w mniejszym stopniu niż silnik spalinowy.
Już 100 lat temu silnik elektryczny zyskiwał popularność, ale...
O wszystkich zaletach elektrycznego napędu wiadomo było już ponad 100 lat temu, a w pewnym momencie pojazdy elektryczne miały sprzedaż na poziomie 1/3 wszystkich aut w USA. Wszystko przez czystość i ciszę, jaką zapewniały. Były polecane szczególnie kobietom i do miast. Pamiętajmy, że wówczas nie było jeszcze kultu silnika spalinowego, popularne były maszyny parowe, a silniki spalinowe były po prostu hałaśliwymi maszynami, w dodatku brudnymi i niebezpiecznymi w swojej pierwszej fazie, gdy podczas jego rozruchu korbą można było połamać kończyny. Serwis również nie był tak łatwy, jak dziś, musiał być częsty i był sporym utrapieniem w codziennym życiu. Mniejszym jednak niż ówczesne trudności związane z używaniem silników elektrycznych.
Pope Waverley z 1901 roku. Samochód elektryczny o mocy 3 KMNewspress / mat. prasowe
...problemy były dokładnie takie, jak dziś
Były problemy z zasięgiem i możliwością ładowania, a także ze słabymi osiągami silników elektrycznych, spowodowane barierami technologicznymi. Wówczas pracowano nad rozwiązaniem tych trudności, ale w końcu to silnik spalinowy zwyciężył walkę o popularność ze względu na lepszy dostęp, tańsze paliwo i duży zasięg. Elektryczne auta zostały odstawione na boczny tor – zainteresowanie spadło, przez co również produkcja została znacznie ograniczona. Dla samego silnika elektrycznego znaleziono inne zastosowania.
Ford Model T z roku 1912Library and Archives Canada / Wikipedia (domena publiczna)
Zaczęto montować je m.in. w pociągach i tramwajach, we wszystkich mniejszych urządzeniach, które miały stały dostęp do prądu. Szczególnie w ciężkich maszynach silnik elektryczny okazywał się lepszy albo był przynajmniej wsparciem, właśnie ze względu na bardzo dobrą charakterystykę rozwijania mocy i niewielkie rozmiary. Nawet lokomotywy spalinowe są hybrydami, w których to silniki elektryczne odpowiadają za źródło napędu, a silnik spalinowy jest generatorem energii.
Pamiętajmy również, że na początku motoryzacji paliwo nie było tak łatwo dostępne i kupowało się je w... aptekach. Dziś swoje problemy przeżywa elektryfikacja, choć są one systematycznie żegnane przez inżynierów i naukowców. W końcu bowiem mamy technologiczne możliwości do tego, by tworzyć bardziej efektywne akumulatory, które są lżejsze i gromadzą w sobie coraz więcej energii. Potem oddają ją do napędzania silników.
Silniki spalinowe nie znikną, ale ich popularność będzie spadać
Historia powstawania i rozwijania silnika spalinowego jest piękna, tak samo, jak dźwięk i możliwości dostosowania do własnych preferencji. Jego zastosowania są dość elastyczne i często daje emocje, których nie sposób przeżyć w inny sposób. Największą jego zaletą jest natomiast to, że nawet w polu, jeśli mamy paliwo, to z dużą dozą prawdopodobieństwa uruchomimy go i pojedziemy dalej. Daje wolność, której od samochodu oczekujemy. Często jest to też dzieło sztuki i prawdopodobnie część producentów oraz klientów będzie z nimi tak długo, jak będzie można je produkować i użytkować.
Chociaż silniki spalinowe wciąż mają swoje miejsce w motoryzacji, trudno nie zauważyć przewagi napędów elektrycznych. Są one bardziej efektywne, tańsze w eksploatacji, cichsze i przyjazne dla środowiska.
