Historia z silnikiem w tle

Silniki mogą być różne – parowe, elektryczne, spalinowe, wysokoprężne i z wirującym tłokiem. Są różne, działają w różny sposób, ale każdy z nich ma to samo zadanie – wprawiać w ruch pojazdy. Problemem jest ich umieszczenie. Jak wiadomo – silnik (lub silniki) muszą znajdować się wewnątrz pojazdu. Gdzie? Właśnie to jest temat, który chcemy rozwinąć. W historii motoryzacji znajdziemy wiele nietypowych rozwiązań umieszczenia napędu pojazdu. Każde było wyjątkowe – nie zawsze było właściwe. Co to znaczy właściwe umieszczenie silnika? To takie, które gwarantuje idealny rozkład mas.

Idealny rozkład mas to 50:50 czyli pół na przód i pół na tył. Najlepiej aby silnik znajdował się również 50:50 w stosunku „lewa-prawa”, czyli po środku. Z perspektywy inżynierii projektowania pojazdów takie umieszczenie silnika jest idealne, ale nie zawsze jest możliwe. W pojazdach przewożeni są ludzie i towary a zatem potrzeba pogodzenia przestrzeni dla pasażerów, przestrzeni ładunkowej i dla mechanizmów napędowych. Silnik idealnie na środku pojazdu jest możliwy w pojazdach autonomicznych, które nie służą do transportu ludzi –  bomba na kołach, odkurzacz, wózek transportowy? Tak, ale nie pojazd dla ludzi.

Pierwsze pojazdy miały silnik umieszczony… No właśnie, gdzie? Cofnijmy się do ciągnika parowego Cugnota. Tam maszyna parowa i kocioł były umieszczone z przodu. To był trójkołowiec a zatem wyważenie konstrukcji było … tragiczne. Tylko na podstawie rysunków można wywnioskować, że nawet 3/4 masy własnej przypadało na przód i na jedno koło. Tył zdawał się być lekki. Kocioł był przed kołem co dodatkowo pogarszało właściwości jezdne. Czy te mają znaczenie przy prędkości idącego człowieka? Mają – co z pewnością wpłynęło na prowadzenie i efektowny dzwon prosto w mur. Józef Bozek miał inny pomysł.

Pojazdy Cugnota i Bozka (poniżej)

Źródła: MeisterDrucke, Radio Prague International

Maszyna parowa znajdowała się wewnątrz podwozia pojazdu. Maszyna parowa była mniejsza, cylindry były z przodu a kocioł znajdował się pod ławką, na której siedział kierowca. Najcięższy element znajdował się z tyłu. To było lepsze rozwiązanie niż pomysł Cugnota, ale przez to pojazd był wysoki. Pół wieku później pojawiły się pojazdy na paliwa płynne dzięki czemu nastąpił postęp w dziedzinie miniaturyzacji napędu. Z przodu pusto, pod kanapą z tyłu umieszczono cały osprzęt i silnik. Lekki przód? Gdy pojazd miał 4 koła oznaczało to problemy z utrzymaniem pożądanego kierunku jazdy. Silnik z przodu? To starsze od samochodu.

Lokomotywy takie posiadały. Maszyna i kocioł były z przodu, ale lokomotywa zwykle ma dociążony tył gdyż ciągnie wagony. Tymczasem samochód już nie. Silnik pomiędzy kołami jednej osi to optymalne rozwiązanie. Nie nad, ale umieszczony nisko. Silnik jest ciężki – im jest niżej tym lepiej dla prowadzenia pojazdu. Pierwsze silniki spalinowe umieszczone z przodu pojawiły się na początku lat 90-tych XIX wieku. To było optymalne rozwiązanie. Przód dociążał silnik, tył pasażerowie i ich bagaże. Proporcje mas były różne – zwykle od 40/60 do 60/40 (w proporcji przód/tył). Silników może być kilka co komplikuje proces konstrukcji pojazdów.

Lohner swoje hybrydy wyposażał w silnik spalinowy i dwa elektryczne w piaście kół. To było niemal idealne rozwiązanie.  Jeszcze lepiej gdy pojazd posiadał 4 silniki – po jednym na każde koło. Taki pojazd doskonale prowadzi się i można było wygospodarować dowolną przestrzeń dla każdego pasażera. Dowolne nadwozie – nic nie ograniczało przestrzeni dla pasażerów. Ideał, ale drogi w produkcji. W czasie, gdy większość pojazdów miała silnik z przodu, Rumpler zrobił samochód, który miał nietypowy układ elementów – silnik umieszczono z tyłu. Fatalny rozkład mas w połączeniu z dużymi prędkościami? O bezpieczeństwie wtedy nie myślano.

Lohner-Porsche Mixte i Rumpler (poniżej)

Źródła: Porsche, DesignMag.cz

Centralne umieszczenie silnika w Auto-Unionie pozwalało na to aby nie było zbędnej masy przed i za osiami. Problemem było to, że „centralny” oznaczało umieszczenie silnika przed tylną osią. Pojazd szybko tracił pożądany tor jazdy. Lepiej sprawdzał się ten sam układ, ale z silnikiem bliżej przedniej osi. Wyścigowe Mercedesy prowadziły się pewniej niż „Cztery Zera”. Fiat Topolino nie musiał być szybki, ale w jego przypadku umieszczenie silnika nie było optymalne. Lepsze, ale i jednocześnie gorsze, miał Garbus. Z przodu bagażnik, za nim przestrzeń pasażerska, za tylną kanapą miejsce na małą walizkę a pod nim umieszczono silnik. Fiat z tyłu miał tylko silnik.

Garbus prowadził się stabilnie, ale przy większych prędkościach tracił stabilny tor jazdy. Silnik umieszczono za tylną osią co powodowało „efekt wahadła” – o obrót wzdłuż własnej osi było łatwo. Silnik umieszczony z tyłu w samochodzie był normą aż do lat 70-tych. Nie tylko wśród pojazdów małolitrażowych. W przypadku Tatry silnik był cięższy – z przodu bagażnik, za nim przedział pasażerski a z tyłu oddzielony przedział na ciężkie V8. To nie mogło się udać i nie udało się. Tatry – czy to te z lat 30-tych czy te z lat 80-tych – każda miała problemy z utrzymaniem pożądanego toru jazdy. Znacie historie o wypadkach nazistowskich oficerów? Podobnie jak VW Transporter.

W przypadku pojazdów dostawczych i ciężarowych rewolucją było przesunięcie przedziału pasażerskiego do przodu nad (lub tuż za) przednią oś. Załadowanie towarów nisko na podłodze poprawiało rozkład mas. Prowadzenie? Należało o tym zapomnieć. Choć prawie całą długość pojazdu została wykorzystana nie poprawiły się właściwości jezdne. Na pusto 70% masy własnej przypadało na tył pojazdu. Dopiero dociążenie przodu pojazdu wyrównywało masy do wartości bliskiej ideału. Co stanie się gdy silnik w samochodzie umieścimy za przednią osią, ale z przodu i nie będzie to Ferrari?

COE

Źródło: Ford

W przypadku pojazdów dostawczych od lat 50-tych podwozia projektowano tak aby wysunąć kierowcę przed przednią oś a silnik umieszczano na osi lub tuż za nią. Układ COE w wersji mini wymuszał umieszczenie silnika nie pod fotelami a pomiędzy lub tuż za nimi. Układ ten jest stosowany aż do dziś – od mikrobusów z „Demoludów” aż po japońskie nowoczesne mikrobusy od segmentu Kei-van po duże. Czy to układ idealny? Z pewnością lepszy niż silnik za tylną osią. Problem takiego umieszczenia silnika to problemy z bezpieczeństwem podczas zderzenia czołowego. Silnik w wypadku pełni ważną rolę – pochłania energię uderzenia. To znaczy pochłaniał.

Jeszcze na początku XXI wieku uważano, że długi przód i wielki silnik to gwarancja bezpieczeństwa przy zderzeniu czołowym. To był mit, ale dopiero gdy opracowano strefy zgniotu. Wcześniej to ilość „żelastwa” z przodu była uważana za poziom bezpieczeństwa. To miało potwierdzenie w praktyce – Porsche 911 z pustym przodem nie gwarantowało nawet minimalnego bezpieczeństwa. W połączeniu z silnikiem za tylną osią oznaczało to jedno – powiększenie „Grona Aniołków” na najbliższym drzewie. Rozkład masy był fatalny a moc silnika zabójcza. Obecnie Porsche ucywilizowało model, ale silnik pozostał we właściwym (dla Porsche) miejscu.

Na początku XXI wieku elektryfikacja przybrała na sile a silnik elektryczny o znacznej mocy można było umieścić w kuli o średnicy bębna pralki. Konstrukcja pojazdów elektrycznych nowej generacji umożliwiała umieszczenie jednego silnika w tylnym moście napędowym, drugiego z przodu pomiędzy kołami oraz baterii w podłodze. Zaoszczędzona przestrzeń z przodu i z tyłu umożliwiała wygospodarowanie dwóch przestrzeni bagażowych. Tak osiągnięto idealny rozkład mas. Dwa silniki i baterie pomiędzy nimi obniżały środek ciężkości poprawiając prowadzenie. Elektryki to jednak ułamek sprzedaży. Podobnie jak „wynalazki” z nierównym obciążeniem stron pojazdu.

Silniki elektryczne w MG

Źródło: MG

Historia zna motoryzacyjne wynalazki, w których silnik znajdował się po lewej lub po prawej stronie pomiędzy osiami. Tak jest m.in. w kilku kei-vanach. W większości współczesnych samochodach popularnych klas silnik umieszczony jest z przodu bliżej prawej strony pojazdu. Z lewej strony znajduje się osprzęt silnika i akumulator. W większości, to znaczy nie we wszystkich. Większe silniki rzędowe zwykle znajdują się z przodu idealnie na środku szerokości pojazdu. To nic niezwykłego gdy przez środek pojazdu przechodzi wał napędowy przenoszący moc z silnika na tylne koła pojazdu. Takie rozwiązanie pozwala dociążyć tylną część pojazdu.

Nie każdy ma BMW. We współczesnych konstrukcjach można znaleźć takie, w których z tyłu znajdują się trzy silniki – BMW i3 może mieć dwa silniki w piastach kół i trzeci z motocykla umieszczony pod bagażnikiem. Nowoczesne hybrydy z napędem 4×4 mają również 3 silniki – spalinowy i elektryczny z przodu oraz drugi elektryczny z tyłu do napędu tylnej osi. Takie rozwiązanie ogranicza przestrzeń dla pasażerów, ale powoduje dociążenie tylnej osi poprawiając prowadzenie. Co jeszcze wymyślą inżynierowie? Tego nie wiemy, ale przez kilkaset lat wypróbowano już wszystkie możliwe konfiguracje. A … napęd WOM raczej nie sprawdzi się w samochodach osobowych.

Tekst: Maksymilian Wójcicki

Redakcja tekstu: Zbigniew Kluczkowski