Silnik wolnossący

Silnik wolnossący to silnik spalinowy, który napełnia cylindry powietrzem, korzystając jedynie z ciśnienia atmosferycznego. Gdy tłok opada podczas suwu ssania, wytwarza częściową próżnię, a otaczające powietrze, mające na poziomie morza około jednego bara, wpada w powstałą przestrzeń. Nie ma tu turbosprężarki ani sprężarki mechanicznej wtłaczającej dodatkowe powietrze, dlatego o takich jednostkach mówi się, że nie mają doładowania.

Ponieważ ilość powietrza, a co za tym idzie paliwa, którą można zmieścić w każdym cylindrze, ogranicza ciśnienie atmosferyczne i pojemność skokowa, silnik wolnossący zwykle wytwarza mniejszą moc z danej pojemności niż porównywalna jednostka doładowana. Inżynierowie określają to mianem sprawności napełniania, a konstrukcje wolnossące tak strojy się, by ją maksymalizować, poprzez starannie ukształtowane kanały dolotowe, dobór faz rozrządu i przepłukiwanie spalin, czasem wspierane zmiennymi systemami rozrządu i dolotu poszerzającymi użyteczny zakres obrotów.

Trwały urok tych silników tkwi w charakterze przeniesienia mocy. Bez turbosprężarki, która musi się najpierw rozpędzić, zanim zacznie doładowywać, reakcja na gaz jest natychmiastowa, a relacja między pedałem a mocą liniowa i przewidywalna. Moc zwykle rośnie wraz z prędkością obrotową, co zachęca do wykręcania silnika, a wysokoobrotowe jednostki wolnossące cenione są za precyzyjną reakcję i charakterystyczne brzmienie. Ta przejrzystość ułatwia dozowanie mocy, dlatego pozostają popularne w autach zorientowanych na kierowcę i w zastosowaniach sportowych.

Historycznie silnik wolnossący był standardem w samochodach benzynowych przez większą część XX wieku, a doładowanie ograniczało się głównie do diesli, modeli sportowych i lotnictwa. Sytuacja wyraźnie się zmieniła. Zaostrzające się przepisy dotyczące zużycia paliwa i emisji sprzyjały downsizingowi, czyli zastępowaniu większego silnika wolnossącego mniejszą jednostką turbodoładowaną, dającą podobną moc z mniejszej pojemności przy niższym zużyciu paliwa podczas spokojnej jazdy. W rezultacie benzynowe silniki wolnossące były stopniowo wypierane z aut popularnych.

Istnieją praktyczne kompromisy warte odnotowania. Silniki wolnossące są zwykle prostsze i mają mniej elementów narażonych na obciążenia cieplne niż turbodoładowane, co może sprzyjać trwałości i obniżać złożoność, ale płacą za to niedostatkiem momentu obrotowego przy niskich obrotach i trudniej dorównują elastycznemu ciągowi turbiny w środkowym zakresie. Tracą też zauważalnie na mocy na dużej wysokości, gdzie rzadsze powietrze zmniejsza masę zasysanego tlenu, co doładowanie potrafi w dużej mierze zrekompensować.

Termin najlepiej rozumieć w opozycji do turbosprężarki i sprężarki mechanicznej, które istnieją właśnie po to, by przełamać ograniczenia oddychania w trybie atmosferycznym, oraz w powiązaniu z pojemnością skokową, ponieważ dla jednostki wolnossącej to właśnie pojemność jest główną dźwignią pozwalającą uzyskać większą moc.