Logo Auto-era
Logo Auto-era

Samochody turbinowe część 1

(MM, 3 marca 2024)

Od początku rozwoju motoryzacji inżynierowie poszukiwali optymalnego źródła napędu pojazdów starając się znaleźć kompromis dla szeregu sprzecznych wymagań takich jak osiągi, niezawodność, koszty produkcji i eksploatacji. W pierwszych pojazdach eksperymentowano z napędem parowym, elektrycznym oraz rozwijano technologię silnika spalinowego o spalaniu wewnętrznym. Finalnie to właśnie tłokowy silnik spalinowy okazał się najbardziej efektywnym źródłem napędu dla pojazdów samochodowych i na kilka dekad zdominował świat motoryzacji. Na początku dwudziestego wieku równie dynamicznie rozwijało się lotnictwo, gdzie także silnik tłokowy znalazł powszechne zastosowanie do napędu samolotów, ale bardzo szybko okazało się, że ma on swoje ograniczenia techniczne, które nie pozwalały na zwiększenie prędkości, pułapu oraz masy startowej samolotów, co było kluczowe dla rozwoju lotnictwa cywilnego i militarnego. Powstała więc koncepcja wykorzystania turbiny gazowej do budowy silnika odrzutowego rozwijana równolegle w połowie lat trzydziestych dwudziestego wieku w Wielkiej Brytanii przez Franka Whittle oraz w Niemczech przez Hansa von Ohein.

Kluczowym zespołem tego rodzaju silnika jest turbina, która odbiera energię przepływającego gazu przez łopatki wirnika i zamienia ją w ruch obrotowy wału. Turbina połączona jest wałem ze sprężarką, która zasysa powietrze z zewnątrz, spręża je, a następnie kieruje do komory spalania. Tu następuje zapłon paliwa, a wylatujące gazy obracają łopatki wirnika turbiny. Część gazów spalinowych opuszczających turbinę realizuję główny cel napędu samolotu, a więc wytwarza zjawisko odrzutu nazywane ciągiem. Silnik turbinowy wykorzystuje te same procesy termodynamiczne takie jak spalanie, sprężanie, wydech, ale w przeciwieństwie do silnika tłokowego realizuje je w sposób ciągły, a nie w cyklach. Dzięki temu ten rodzaj napędu jest znacznie wydajniejszy i pod względem kinematyki prostszy w budowie.

Zdjęcie do artykułu

Silniki lotnicze wykorzystujące turbinę mają dwie zasadnicze wady, którymi są wysokie zużycie paliwa oraz koszt produkcji silnika ze względu na konieczność zastosowania drogich żaroodpornych stopów chromu i niklu oraz kosztownych procesów produkcyjnych. W samolotach bojowych nikt specjalnie na koszty nie zwraca uwagi, chyba że politycy i to tylko wtedy gdy nad danym krajem nie wisi widmo wojny. Natomiast w samolotach pasażerskich przewożących kilkuset pasażerów, wykorzystanie tego rodzaju napędu staje się ekonomicznie uzasadnione. Dlatego też całkowicie irracjonalny wydaje się pomysł użycia silników turbinowych w samochodach osobowych. Czyżby?

Silnik turbinowy, który miał zadecydować o losach II Wojny Światowej był częścią wyścigu technologicznego, ale jego pełny rozkwit nastąpił w latach pięćdziesiątych dwudziestego wieku zwłaszcza w krajach anglosaskich. Z jednej strony lata pięćdziesiąte w krajach alianckich były okresem bezprecedensowego boomu gospodarczego i wzrostu zamożności społeczeństwa, z drugiej zaś strony czasem zimnej wojny i strachu przed kolejnym światowym konfliktem zbrojnym.

Należy pamiętać, że silnik turbinowy może pracować na różnorodnych paliwach takich jak nafta, benzyna ekstrakcyjna, olej napędowy czy alkohol, a na polu walki jest to kluczowa zaleta. Dlatego też być może pod przykrywką aplikacji cywilnej podjęto szereg projektów adaptacji tego napędu do pojazdów drogowych, a może konstruktorami kierowała inżynierska wizja rozwoju i testowania tej technologii? Czas pokazał, że w obu hipotezach może być ziarnko prawdy, zważywszy, że współczesne czołgi Abrams korzystają z napędu turbinowego. Natomiast o adaptacji technologii silnika turbinowego w samochodach osobowych świadczy fakt, że obecnie tłokowe silniki spalinowe wspomagane są przez tak zwane „turbo doładowanie” czyli zespół turbosprężarki.

Pierwszy prototyp samochodu wyposażonego w silniku turbinowy został skonstruowany przez firmę Rover, która w czasie II Wojny Światowej była zaangażowana w rozwój silników lotniczych. Rover Jet 1 będący modyfikacją seryjnego modelu P4 75 "Cyclops" ujrzał światło dzienne w 1950 roku. Dwu wałowy silnik o mocy 230 KM zamontowany nad tylną osią składał się z odśrodkowej sprężarki i dwóch jednostopniowych turbin osiowych. Jedna z turbin napędzała sprężarkę, a druga poprzez przekładnię koła tylne. Pierwszy silnik tego typu nie był jeszcze wyposażony w wymiennik ciepła schładzający gazy wydechowe, dlatego też mówiło się że ten pojazd zostawia za sobą spaloną ziemię, gdyż płomienie gorących spalin wydostawały się bezpośrednio na zewnątrz. Jet 1 rozpędzał się do maksymalnej prędkości 137 km/h, osiągał prędkość 97 km/h w około 14 sekund i zużywał 47 litrów paliwa na 100 kilometrów.

Zdjęcie do artykułu

W 1956 roku powstał drugi prototyp o nazwie T3, który był od podstaw skonstruowany pod aplikację silnika turbinowego. Samochód posiadał dwudrzwiowe atrakcyjne stylistycznie nadwozie typu coupe wykonane z kompozytu wzmocnionego włóknem szklanym, turbinowy silnik umieszczony z tyłu oraz napęd na cztery koła.

Zdjęcie do artykułu

Udoskonalony silnik z Jet 1 również składał się ze sprężarki odśrodkowej oraz dwóch turbin jednoosiowych, ale tym razem wyposażono go w wymiennik ciepła, który schładzał spaliny, a jednocześnie podgrzewał powietrze, które trafiało do komory spalania, co podwyższało efektywność silnika. W porównaniu do Jet1 udało się zredukować zużycie paliwa o połowę, do około 20 litrów na 100 km oraz podwyższyć osiągi uzyskując prędkość 97 km/h w czasie 10,5 sekundy.

Prototypem, który był najbliżej realizacji jako komercyjnego samochodu drogowego z napędem turbinowym był Rover T4 z 1961 roku. Tym razem silnik był umieszczony z przodu i napędzał koła tylne zawieszone na osi typu De Dion. Niestety ze względu na wysoką prognozowaną cenę nie zdecydowano się na wprowadzenie tego samochodu na rynek. Natomiast sam T4 zmaterializował się 2 lata później w postaci seryjnego modelu P6, ale z konwencjonalnym silnikiem tłokowym.

Ostatnim samochodem Rovera z silnikiem turbinowym był wyścigowy Rover BRM zaprojektowany specjalnie do wyścigów 24 godziny Le Mans, w których zajął 8 miejsce w 1963 roku oraz dziesiąte w 1965 roku. BRM posiadał zmodyfikowany silnik z modelu T4 o mocy 150 KM.

Również Fiat pracował nad sportowym samochodem o napędzie turbinowym. W 1954 roku na targach w Turynie zaprezentowano prototyp Fiata Turbina z nadwoziem wykonanym z tworzyw sztucznych i silnikiem turbinowym o mocy 300 KM. Nie zdołano jednak rozwiązać problemów z przegrzewaniem się turbiny i projekt ostatecznie wstrzymano.

Także Francuzi próbowali swoich sił eksperymentując z silnikami turbinowymi w motoryzacji.

W 1952 roku firma Socema zaprezentowała prototyp pojazdu turbinowego o nazwie Gregoire (od nazwiska konstruktora) z nadwoziem wykonanym z aluminium o współczynniku Cx 0.19 oraz silnikiem turbinowym o mocy 100 KM. Tymczasem Renault w 1956 roku przedstawiło specjalny pojazd do bicia rekordów prędkości Renault Etoile Filante z silnikiem o mocy 270 KM i prędkości maksymalnej ponad 300 km/h.

W drugiej części artykułu samochody turbinowe przeniosą nas do Stanów Zjednoczonych, gdzie równie intensywnie pracowano nad implementację napędu turbinowego w samochodach Wielkiej Trójki.

Wszelkie prawa zastrzeżone - AUTO-ERA - 2002-2024