Z czego są zrobione auta sportowe?

Popularny karbon jest materiałem, który fani motoryzacji bezpośrednio kojarzą z autami sportowymi. Wielka kariera włókna węglowego jest zrozumiała - to niezwykle wytrzymały materiał o stosunkowo niskiej masie, który do aut sportowych pasuje idealnie. W samochodach sportowych nie znajdziemy go jednak w czystej postaci. Najczęściej występuje w formie wielowarstwowej tkaniny pokrytej syntetyczną żywicą.

Właściwa nazwa tak powstałego materiału to kompozyt zbrojony włóknem węglowym, po angielsku znany jako Carbon Fiber Reinforced Plastics (CFRP). W motoryzacji karbon służy przede wszystkim do wykonywania elementów nadwozi, ale także części mechanicznych, takich jak np. wały napędowe, a nawet elementów wnętrz. Materiał wykorzystano do produkcji przeróżnych aut sportowych - od grand tourerów w stylu Lexusa LC do hiperaut pokroju McLarena Senna.

Jednym z najsłynniejszych samochodów zbudowanych z kompozytów zbrojonych włóknem węglowym jest Lexus LFA. Nadwozie samochodu zostało w 65% wykonane z CFRP. Z takiego materiału opracowano główną ramę kabiny, tunel wału napędowego, panele podłogi, dach, pokrywę silnika czy tylne słupki.

Mimo wielu zalet, z powodu wysokiej ceny produkcji włókno węglowe praktycznie nie jest stosowane w tzw. samochodach popularnych. Zdarzają się jednak wyjątki. Hybrydowa Toyota Prius Plug-in otrzymała pokrywę bagażnika z elementami z karbonu. Z podobnego materiału wykonano ściany zbiornika paliwa wodorowej Toyoty Mirai.

Włókno aramidowe, czyli kevlar to materiał szeroko stosowany w przemyśle zbrojeniowym - z kevlaru powstają np. kamizelki kuloodporne czy hełmy. Ale to też kolejny niezwykle wtrzymały materiał, który znalazł zastosowanie w motoryzacji. Kevlar może z powodzeniem służyć do produkcji elementów nadwozia i spotkał się z dużym uznaniem w sportach motorowych - używany jest przy produkcji bolidów Formuły 1, a nawet zaawansowanych aut do driftu.

Co ciekawe, włókno aramidowe znajdziemy także w samochodach drogowych, i to nawet tych popularnych. Służy do wzmacniania kluczowych elementów, takich jak węże chłodnicy, paski rozrządu czy opony. W samochodach sportowych - przede wszystkim tych tworzonych do jazdy wyczynowej - znajdziemy ponadto sprzęgła z okładzinami zawierającymi kevlar.

Włókno węglowe i kevlar to materiały syntetyczne. Ale w sportowych autach stosuje się również naturalne włókna roślinne. Najczęściej służą do produkcji elementów nadwozia. Dla przykładu nowa Toyota GR Supra w wyścigowej specyfikacji GT4 otrzymała przedni dyfuzor i tylne skrzydło wykonane z kompozytów zawierających włókna lnu i konopi.

Podobny materiał zastosowano w Porsche 718 Cayman GT4 Clubsport. W przypadku niemieckiej konstrukcji z kompozytu zwierającego włókna konopne również wykonano tylne skrzydło, a także drzwi. Materiał tego typu nie odbiega masą ani wytrzymałością od tradycyjnego włókna węglowego, a jest jednocześnie bardziej przyjazny środowisku.

Ogromną wytrzymałością i niską masą cechuje się również tytan. Ten metal jest też bardzo odporny na działanie wysokich temperatur oraz korozję, co czyni go jeszcze bardziej atrakcyjnym. W motoryzacji tytan stosuje się np. do tworzenia korbowodów. Taką strategię zastosowali inżynierowie opracowujący Lexusa LFA. Wykorzystanie tego metalu i wielu innych specjalnych materiałów pozwoliło im stworzyć silnik V10 o masie mniejszej niż typowej V-szóstki, który na dodatek osiągał maksymalną prędkość obrotową nawet w 0,6 s.

Tytan znajdziemy również w słynnych V8 Lexusa - z tego materiału wykonywane są zawory dolotowe. Z kolei nowy Lexus RC F Track Edition dysponuje wydechem wykonanym z tytanu. Tytanowe wydechy znajdziemy również w sportowych modelach BMW. Zaś w samochodach rajdowych i wyścigowych montowane są sprężyny amortyzatorów wykonane z tytanu. Innym przykładem jest marka Bugatti, która stworzyła tytanowy zacisk hamulcowy. A jakby tego było mało, w 2016 roku powstał nawet samochód niemal w całości wykonany z tego metalu - Vulcano Titanium.

Krzem, w połączeniu z włóknem węglowym, jest wykorzystywany do tworzenia węglowo-ceramicznych tarcz hamulcowych. Ich obecność we współczesnych samochodach sportowych zawdzięczamy przede wszystkim Ferrari Enzo, chociaż za pierwsze auto wyposażone w to rozwiązanie uznaje się francuskie Venturi Atlantique 400 GT.

Tarcze węglowo-ceramiczne są bardziej odporne na ścieranie, a więc trwalsze. Co nie mniej ważne, zdecydowanie lepiej znoszą wysokie temperatury, zapewniając wydajne hamowanie nawet pod bardzo dużym obciążeniem. A przy tym mają wyraźnie niższą masę od typowych tarcz hamulcowych. Dlaczego zatem nie znajdziemy ich w zwykłych autach? Stosunkowo wysokie koszty produkcji sprawiają, że są bardzo drogie. Za wybór takiej opcji producenci każą sobie zapłacić zwykle kilkadziesiąt tysięcy złotych.

Dlatego węglowo-ceramiczne tarcze hamulcowe znajdziemy głównie w ekstremalnych autach sportowych, takich jak Nissan GT-R Nismo, Audi R8 czy Lexus RC F w wersji Track Edition. Ale niekiedy trafiają również do samochodów bardziej przystępnych cenowo — na przykład Porsche 718 Cayman.

Wyjątkowo niska masa to istotna cecha magnezu. Nie dorównuje on tytanowi jeśli chodzi o wytrzymałość, ale stopy wykonane z jego użyciem okazują się wystarczająco mocne, a przede wszystkim na tyle lekkie, by znaleźć zastosowanie w przemyśle lotniczym, kosmicznym i motoryzacji. Dodatkowo są też stosunkowo łatwe w obróbce. Magnez jest kolejnym materiałem, który znajdziemy w najlepszych autach sportowych. Wyjątkowo niską masę V-dziesiątki legendarnego Lexusa LFA udało się osiągnąć m.in. dzięki zastosowaniu pokryw głowic wykonanych właśnie ze stopu magnezowego.

Podobny materiał wykorzystano do stworzenia zdecydowanie bardziej powszechnego, 6-cylindrowego silnika N52 BMW. Użycie magnezu sprawiło, że w momencie premiery motor ten był najlżejszym silnikiem tego typu na świecie. Dzięki stosunkowo przystępnym kosztom produkcji materiał znalazł zastosowanie również w popularnych samochodach — z magnezu wykonywane są konstrukcje kierownic czy szkielety foteli. A na drugim biegunie znajdują się samochody rajdowe i wyścigowe, które często dysponują obręczami kół ze stopów magnezu.

Na tle tak egzotycznych i wytrzymałych materiałów, jak kevlar czy tytan, aluminium może nie robić wrażenia. W motoryzacji ten materiał, zwany też technicznym glinem, jest stosowany niemal od samego początku i znajdziemy go nawet w samochodach popularnych. Ponadto aluminium samo w sobie jest stosunkowo miękkie, co z pozoru nie czyni go materiałem pożądanym w świecie samochodów sportowych. Ale producenci szybkich aut bardzo je cenią, bowiem w połączeniu z innymi substancjami, takimi jak magnez, krzem czy miedź, aluminium tworzy wytrzymałe i jednocześnie lekkie stopy.

I tak, z materiału zwierającego aluminium często odlewane są elementy silników. Słynne silniki V8 z serii LS produkowane przez General Motors dysponują blokami wykonanymi z żeliwa lub właśnie aluminium. Z tego lekkiego materiału zrobiono też blok i głowice silnika V10 Lexusa LFA. A legendarny silnik 2JZ Toyoty, choć dysponujący żeliwnym blokiem, był zamknięty od góry głowicą z aluminium.

2JZ trafił m.in. pod maskę Toyoty Supry poprzedniej generacji, a techniczny glin wykorzystano też do stworzenia innych elementów samochodu, w tym dachu czy miski olejowej skrzyni biegów. Chodziło oczywiście o obniżenie masy. W nowej GR Suprze Toyota zdecydowała się na podobne zabiegi — z aluminium wykonano chociażby elementy zawieszenia, maskę czy drzwi. Zawieszeniem z podobnego materiału dysponował także legendarny McLaren F1.