Umiejscowienie silnika – jak wpływa na konstrukcję, osiągi i prowadzenie samochodu?

W większości współczesnych samochodów spalinowych jednostka napędowa znajduje się z przodu. Ale zabudowuje się ją również centralnie i z tyłu. Jak umiejscowienie silnika wpływa na konstrukcję, osiągi i prowadzenie samochodu?

Aż 98% samochodów jeżdżących po drogach ma silnik umiejscowiony przy przedniej osi. Przynosi to wiele korzyści, z których najważniejsze to zwiększenie kabiny pasażerskiej, bagażnika czy obcięcie kosztów. Dlaczego? W aucie przednionapędowym nie trzeba stosować dodatkowego wału, ani innych elementów służących przeniesieniu momentu obrotowego na asfalt.

W pojazdach spalinowych wyróżniamy trzy podstawowe miejsca, w których umieszcza się silnik. Czyli przy przedniej osi, centralnie lub przy tylnej osi. Poniżej wyjaśniamy, jak umiejscowienie silnika wpływa na konstrukcję, osiągi i prowadzenie samochodu (TUTAJ poznasz podstawy aerodynamiki).

Umiejscowienie silnika z przodu

Przestrzeń

Zabudowanie silnika przy przedniej osi to ukłon w stronę uzyskania jak największej przestrzeni w kabinie, co wpływa na poprawę komfortu pasażerów. Poza tym pozwala na wygospodarowanie miejsca na bagażnik z tyłu.

Obsługa techniczna

Zaletą jednostki napędowej z przodu jest zazwyczaj łatwy dostęp do niej w przypadku czynności serwisowych. Ważne jest to szczególnie teraz, gdy współczesne samochody mają dość ciasne komory silnikowe (TUTAJ poznasz funkcje kluczyka z pilotem).

Trakcja i zachowanie auta

Większość aut z silnikami umieszczonymi z przodu ma przedni napęd (sporadycznie – 4×4). Poprawia to trakcję, ze względu na spory ciężar (silnik, skrzynia, półosie itd.), jaki spoczywa nad przednią osią. Poza tym, ze względu na niewielką odległość jednostki napędowych od kół – minimalizuje straty mocy.

Samochody z silnikiem umiejscowionym z przodu mają tendencję do podsterowności. Oczywiście, na zachowanie auta wpływa więcej czynników, czyli sposób dostrojenia zawieszenia, jednak producenci dążą do tego, aby były one delikatnie podsterowne (lub neutralne). Stanowi to ukłon w stronę bezpieczeństwa.

Dlaczego? Otóż, jeśli przednie koła zaczynają płużyć, zjawisko to bardzo łatwo kontrolować – wystarczy po prostu zdjąć nogę z gazu. W przypadku nadsterownej natury trzeba nie tylko postąpić na odwrót, ale i zazwyczaj wykonać głęboką kontrę kierownicą.

Umiejscowienie silnika centralnie

Rozkład masy

Największe korzyści z silnika umieszczonego centralnie, tuż za plecami kierowcy, to nie tyle ukłon w kierunku samych osiągów, lecz w stronę jak najlepszego rozkładu mas pomiędzy osiami. W końcu cztery równomiernie obciążone koła będą „funkcjonować” wyraźnie lepiej niż dwa z dużym obciążeniem (silnik z przodu lub z tyłu) i dwa – ze zdecydowanie mniejszym.

Przestrzeń

Ponieważ lokalizacja silnika znajduje się bezpośrednio za tylnymi siedzeniami pasażerów, można spodziewać się ograniczonej przestrzeni na nogi. Z drugiej strony, samochody o takiej konfiguracji raczej nie będą miały więcej niż dwa miejsca (TUTAJ przeczytasz o belce skrętnej).

Moment bezwładności

Aby zrozumieć o co chodzi, posłużymy się tutaj przykładem młotka. Jeśli będziesz go trzymał jedną ręką u podstawy trzonka, zauważysz, że obracanie go jest mocno utrudnione. Ale gdy złapiesz młotek tuż pod główką, wykonanie tej samej czynności okaże się znacznie łatwiejsze, a poza tym będzie odbywać się przy znacznie mniejszym niż wcześniej oporze.

Identyczna logika dotyczy samochodów. Jeśli cały ciężar zostanie umieszczony tylko na jednym końcu, auto nie będzie lekko zmieniać kierunku. Ale jeśli większość masy zostanie skupiona w okolicach osi, wokół której się obraca, taki pojazd będzie zwinniejszy i zwrotniejszy, ponieważ opór przy obrocie jest mniejszy.

Ciekawostka: amerykanie z magazynu Car and Driver podczas porównywania Porsche Caymana z 911 GT3 zauważyli, że to pierwsze auto wykazuje się o 20% mniejszym momentem bezwładności niż drugie. Powód? Cayman ma silnik umieszczony centralnie, natomiast 911 – z tyłu (TUTAJ dowiesz się, kiedy wymienić opony).

Niestety, jeśli samochody z centralnym silnikiem wymykają się spod kontroli, są trudniejsze do opanowania ze względu na nisko położony środek ciężkości.

Skuteczność hamowania

W porównaniu do auta z silnikiem umieszczonym z przodu, pojazd centralnosilnikowy ma zazwyczaj bardziej równomiernie rozłożony ciężar w trakcie hamowania. Dzięki temu, tylne opony mogą przejąć na siebie znacznie większą część hamowania, co skraca drogę niezbędną do zatrzymania się pojazdu.

Umiejscowienie silnika z tyłu

Osiągi

Auta sportowe i wyczynowe najczęściej mają napęd na tylne koła. Umiejscowienie silnika nad napędzaną osią zapewnia wysoką przyczepność podczas przyspieszenia. Poza tym pozwala także na zwiększenie progu przyczepności tylnych kół.

Skuteczność hamowania

Podczas ostrego hamowania w autach z silnikiem umiejscowionym z przodu obciążenie jest przenoszone na przednie koła. Z kolei w samochodach z jednostką napędową umieszczoną przy tylnej osi, obciążenie zostaje rozłożone znacznie bardziej równomiernie, co optymalizuje skuteczność hamowania.

Prowadzenie

Ponieważ cała masa silnika jest skupiona wokół tylnej osi, samochód staje się podatny na nadsterowność. Z tego powodu w przypadku jej wystąpienia, potrzeba sporego doświadczenia, aby nad tym zapanować.

Najdoskonalsze auto z silnikiem przy tylnej osi: Porsche 911

Tak naprawdę koncepcję samochodu z silnikiem przy tylnej osi przez lata rozwijała tylko jedna marka. Jest nią Porsche i jego dziś już perfekcyjne 911. Nie zawsze takie jednak było. Początkowo inżynierowie Porsche próbowali rozwiązać problem dalekiej od optymalnej dystrybucji masy, umieszczając żelazne obciążniki w zderzakach pierwszych egzemplarzy tego modelu.

Na początku lat 70. XX wieku w Porsche 911 pojawiły się z kolei spojler w postaci kultowego „ogona wieloryba” oraz elementy aerodynamiczne z przodu, mające utrzymać samochód przy ziemi podczas jazdy z wysokimi prędkościami.

Dzisiaj, przede wszystkim, dzięki zupełnie przekonstruowanemu zawieszeniu oraz znakomicie dopracowanej elektronice, problem ten już zniknął.