Inter-News

WARSZTAT

Druga młodość silnika spalinowego?

Prób stworzenia silnika o zmiennym

stopniu sprężania (zmiennej pojemno-

ści skokowej) było wiele. Infiniti upiera

się, że japońskim inżynierom udało się

stworzyć Św. Graala dla silnika spala-

nia wewnętrznego. Jeśli to rozwiązanie

się sprawdzi, istnienie silników spali-

nowych może się przedłużyć o dobre

20 lat.

W czasie paryskiego salonu samochodo-

wym Mondial de l’Automobile 2016 ja-

pońska marka Infiniti produkująca auta

premium w koncernie Nissana, zaprezen-

towała zupełnie nową konstrukcję. Silnik

VC-Turbo ma być pierwszą jednostką

o zmiennym stopniu sprężania, jaka wej-

dzie do seryjnej produkcji.

Wielu producentów i konstruktorów

pracowało nad podobnymi projektami.

Silnik zdolny do zmiany parametrów

pojemności skokowej i stopnia sprężania

w trakcie normalnego działania w zależ-

ności od obciążenia i warunków pracy,

rozwiązałby największe problemy związa-

ne z charakterem jednostki spalania we-

wnętrznego. Klasyczny silnik spalinowy

albo jest mocny i ma sportowy charakter,

albo jest oszczędny. Albo ekonomicznie

obchodzi się z paliwem, albo pozwala sku-

tecznie oczyścić spaliny. Czyli – po pro-

stu – albo ma wysoki stopień sprężania,

lub niski. Wysoki pozwala mu pracować

na dosłownie śladowych ilościach paliwa,

ale w jego spalinach pojawiają się bardzo

szkodliwe substancje, których zawartość

jest odwrotnie proporcjonalna do ekono-

micznej doskonałości i wydajności paliwo-

wej. Niski zaś pozwala zastosować wszel-

kie metody zwiększania mocy i momentu

obrotowego, ale kosztem zdecydowanego

obniżenia wydajności paliwowej. W spa-

linach silnika o niskim stopniu sprężania

niemal nie znajdziemy najbardziej szko-

dliwych substancji, których usunięcie jest

dla katalizatorów prawie niemożliwe, ale

w zamian za to trzeba tu wlewać bardzo

dużo benzyny.

Konstruktorzy silników od co najmniej

50 lat zdawali sobie sprawę, że gdyby uda-

ło się stworzyć silnik o zmiennym stop-

niu sprężania, który umiałby pracować

w pełni zależnie od warunków, udałoby

się rozwiązać problemy związane z zapo-

trzebowaniem na osiągi przy konieczności

redukcji zużycia paliwa i emisji szkodli-

wych substancji. Kilkakrotnie pojawia-

ły się projekty budzące nadzieje, ale tak

naprawdę tylko jeden – Saab z 1998 r.

- gdzie w silniku V6 odchylano głowice

na specjalnych zawiasach – robił wraże-

nie. Niestety szefowie firmy zrezygnowali

z kontynuowania projektu.

Ponad 20 lat pracy i ponad 100 proto-

typów

Infiniti podjęło dzieło inżynierów Saaba

dokładnie w chwili, gdy Szwedzi porzucili

swoją konstrukcję. W tym momencie roz-

wiązaniebyłoobecnenarynkujużodniemal

10 lat, ale poza Ameryką Północną marka

ta właściwie nie istniała – nawet w Japonii.

Niemniej zajmowała się nie tylko prze-

mianowaniem samochodów Nissan na In-

finiti, jak by tego chcieli hejterzy. Infiniti

było bowiem od początku traktowane

przez Nissana jako oddział, który prowadzi

projekty nie do końca „po linii” Nissana,

a później Aliansu Nissan-Renault. Infiniti

pracowało więc nad „kosmicznymi” roz-

wiązaniami elektronicznymi, nowatorski-

mi metodami sterowania i… silnikami,

które z różnych powodów nie były mile

widziane w Aliansie. Bo za duże, zbyt pa-

liwożerne, niepasujące do image’u…

Wśród tych wszystkich eksperymentów

pojawił się i ten, by zrealizować Św. Gra-

ala: silnik o zmiennym stopniu sprężania.

Prace trwały przeszło 20 lat. Przepro-

wadzono niezliczone próby, stworzono

ponad 100 prototypów, w testach drogo-

wych i laboratoryjnych pokonano prze-

szło 3 mln km. W 1998 r. powstał wstęp-

ny szkic konstrukcji wielodźwigniowej,

która okazała się najbardziej obiecująca,

jako że realizowała wszystkie niezbęd-

ne założenia. Jednak w osiągnięciu fazy

przedprodukcyjnej pomogła współpraca

Infiniti z zespołem Renault F1. Zastoso-

wanie niektórych rozwiązań konstruk-

cyjnych pochodzących z „Królowej Spor-

tów Motorowych”, pozwoliło opanować

niektóre aspekty konstrukcyjne. Mówiąc

najkrócej: technologie stosowane w For-

mule 1 w zakresie łożysk i zarządzania ter-

micznego rozwiązały największe problemy

związane z nowym silnikiem.

Stopień sprężania to stosunek objętości

cylindra w jego największym otwarciu

(kiedy tłok w jego wnętrzu osiąga najniż-

sze położenie, tzw. dolny martwy punkt –

DMP) do najmniejszej objętości, gdy tłok

osiąga najwyższe położenie (górny mar-

twy punkt, GMP). Zmiana tej relacji jest

możliwa tylko na dwa sposoby: „szwedz-

ki” (historyczny Saaba), polegający na od-

chylaniu głowicy od bloku cylindrów, lub

hipotetyczny, bo nigdy niezrealizowany,

zmieniający wysokość tłoka lub długość

korbowodu. Wynaleziony w 1998 r. przez

Infiniti sposób rozwiązywał problem

według drugiej z tych zasad, obchodząc

go dzięki zastosowaniu zespołu dźwigni

i siłowników.

Jak to działa?

Jak widać na ilustracji obok, w silniku

Infiniti VC-Turbo korbowody nie są za-

mocowane na czopach wykorbień wału

korbowego, jak to jest w każdym konwen-

cjonalnym silniku. Na czopach zamoco-

wane są za to dźwignie w formie równo-

ważnych szal, których centralne podparcie

stanowi czop korbowodu. Do jednego

końca każdej z tych dźwigni mocowana

jest stopka korbowodu, zaś drugi połą-

czony jest z siłownikiem mimośrodowym.

Każdy ruch mimośrodu powoduje prze-

mieszczenie dźwigni wobec czopu, przez