Wygląda na to, że mimo wprowadzania coraz to nowych elektrycznych modeli i nadchodzących zakazów, Porsche wciąż pracuje nad rozwojem silników spalinowych – i to nawet dość rewolucyjnym. W końcu cykl czterosuwowy to dziś absolutna oczywistość, a patent na silnik sześciosuwowy z nią zrywa… choć nie całkowicie.
Nie da się ukryć, że silniki spalinowe w są w sportowych autach po prostu ciekawsze niż napęd elektryczny – ten dźwięk, wkręcanie się na wysokie obroty, poczucie obcowania z czymś mechanicznym… emocji jest w tym więcej niż przy samym jednostajnym wciskaniu w fotel przy akompaniamencie szumu. Dlatego zainteresowanie takich marek jak Porsche przedłużeniem rynkowego żywota tych jednostek zupełnie nie dziwi, w końcu odpowiadają one za istotną część charakteru ich aut. Ale i tak patent na silnik sześciosuwowy zaskakuje, bo brzmi to trochę jak jeden z tych cudownych pomysłów, które mają zrewolucjonizować napęd samochodów, a są tworzone przez firmy, o których mało kto wcześniej słyszał. Oraz kończą się niczym, poza ciekawym wpisem na Wikipedii oraz paroma artykułami i filmami. Czy tak będzie i tym razem, to się okaże, ale jedno już jest pewne – ten pomysł jest równie trudny do zrozumienia, co te różne „cuda”.
Zacznijmy od podstaw – jakie suwy ma silnik sześciosuwowy?
Ssania, sprężania, pracy, sprężania, pracy i wydechu. Porsche opisuje ten układ w patencie jako dwa pod-cykle trzysuwowe, w którym każdy z nich generuje moc. Przyznam szczerze, że mimo poczytania wniosku patentowego, oraz pewnej wiedzy w zakresie różnych nietypowych pomysłów na silnik spalinowy czy też dotyczącej zasad działania takich jednostek, nie do końca zrozumiałem, jak ten wynalazek ma działać – ale postaram się jak najlepiej przybliżyć Wam to, co jednak udało mi się zrozumieć. Przede wszystkim – po co po dwa suwy sprężania i pracy? Tu zakładam podwójną motywację – po pierwsze, mogłoby to pozwolić na dopalenie resztek po pierwszym spalaniu jeszcze w cylindrze, potencjalnie redukując szkodliwe emisje – trochę jak EGR.
Wykres położenia tłoka w zależności od kąta obrotu wału, z zaznaczonymi wszystkimi sześcioma suwami (i przepłukiwaniem, o którym niżej)
Po drugie, gazy spalinowe są w stanie rozprężyć się bardziej, niż została wcześniej sprężona mieszanka paliwowo-powietrzna, tyle że w typowym silniku tłokowym nie mają na to miejsca, bo suw pracy ma tę samą długość, co suw sprężania, a więc i stopień rozprężania jest równy stopniowi sprężania. To oznacza, że część energii jest tracona w formie ciśnienia gazów w wydechu. Już teraz istnieją i są stosowane różne sposoby, by minimalizować tę stratę – najbardziej oczywistym jest wykorzystanie tej energii do napędu turbosprężarki. W innym kierunku idą cykle Atkinsona, Millera czy Budacka, które skracają suw ssania lub sprężania, w efekcie obniżając stopień sprężania poniżej teoretycznego maksimum dla danych wymiarów cylindra, a pozostawiając ten sam (wyższy) stopień rozprężania.
Tylko oba efekty to raczej za mało, żeby dodatkowa para suwów miała sens. Dlatego też…
Porsche połączyło czterosuwa z dwusuwem i dodało porty w ścianie cylindra
I tu pojawia się moja największa irytacja tym wnioskiem patentowym – nijak nie wyjaśnia, dokąd one właściwie prowadzą, i czy z zasady mają być wlotowe, wylotowe, czy dwukierunkowe. Portów miałby być, przynajmniej wg rysunków, cały pierścień, choć opisy traktują to jako jedność. Przy czym, inaczej niż w dwusuwie, nie są one odsłaniane przy każdym obrocie wału korbowego, czy też inaczej – każdym zejściu tłoka w dół. Następuje to tylko raz w całym sześciosuwowym cyklu, pomiędzy pierwszym suwem pracy a drugim suwem sprężania. Jak to możliwe? Otóż w pomyśle marki z Zuffenhausen tłok ma dwa górne punkty zwrotne i dwa dolne, i tylko osiągając ten niższy dolny odsłania dodatkowe porty. Wtedy też następuje „przepłukiwanie” cylindra, przy czym na podstawie samego patentu trudno stwierdzić, w jaki dokładnie sposób.
Tak oto tłok osiąga dwa różne dolne punkty zwrotne, odsłaniając przy tym porty. Zwróćcie uwagę na to, że w obu przypadkach wał korbowy jest w tej samej pozycji.
Teoretycznie różne punkty zwrotne powinny też dawać temu układowi możliwość pracy ze zmiennym stopniem sprężania – podobnie jak w silniku Nissana o zmiennej kompresji, zwanym VC-Turbo – ale wykres obrazujący pozycję tłoka w czasie i odpowiadające jej suwy sugeruje raczej pomijalne różnice w tej kwestii – a przynajmniej dla podstawowej wersji tego rozwiązania. Bo tak, jest jeszcze bardziej zaawansowana, ale zanim o niej, to warto wyjaśnić, jak w ogóle możliwe są różne punkty zwrotne, bo to też ciekawe. Inaczej niż we wspomnianym rozwiązaniu Nissana, korbowody nie są połączone z wałem systemem przypominającym dźwignie, a raczej kołami zębatymi osadzonymi w pierścieniu zębatym. Wygląda to trochę jak przekładnia planetarna, a w efekcie sprawia, że środek czopu korbowego porusza się nie po okręgu, a po… zresztą sami zobaczcie, na tym wykresie:
OT to górne punkty zwrotne, UT to dolne.
Przyznam, że sprawia to w mojej opinii prostsze i solidniejsze wrażenie niż system Nissana – ale w tej formie jeszcze nie umożliwia kontrolowanej zmiany kompresji. To daje dopiero dodatkowy mechanizm wymyślony przez Porsche, który miałby obracać pierścieniem zębatym, a w efekcie zmieniać tor ruchu korbowodu, pozycje punktów zwrotnych i, co za tym idzie, stopień sprężania. A to oczywiście daje możliwość lepszego dostosowania procesów zachodzących w cylindrze do aktualnych warunków jazdy, czytaj – zwiększenia mocy i/lub zmniejszenia emisji. Niektórzy również przypuszczają, że mogłoby to pozwalać na tryb czterosuwowy, ale mi wydaje się to trochę wątpliwe z racji dostosowanego do 6 suwów rozrządu – przy 4 suwach wałek musiałby nie tylko mieć inny profil (to łatwe, w końcu od wielu lat istnieją silniki z więcej niż jednym profilem rozrządu), ale też obracać się z inną prędkością – a to już trudne.
Wspomniany mechanizm pozwalający na zmianę kompresji.
W dodatku, jak dwusuw, silnik sześciosuwowy częściej oddaje moc
Skoro w jednym cyklu następuje to w dwóch suwach na sześć, to teoretycznie w porównaniu ze standardowym silnikiem czterosuwowym daje to o 1/3 częstszy puls (4/12 suwów dla sześciosuwa, 3/12 dla czterosuwa). Tylko że, znowu wracając do dwusuwów, na ich przykładzie widać, że taka matematyka jest trochę myląca – mimo dawnego marketingu DKW 3 nie równało się 6 – model 3=6 uzyskał swoje nietypowe oznaczenie od pomysłu, że dwusuwowe 3 cylindry są równoważne czterosuwowym sześciu, co oczywiście nijak miało się do rzeczywistości. Podejrzewam, że i tak będzie w tym przypadku, i o ile pewnych wzrostów mocy można oczekiwać, tak na pewno nie spodziewałbym się tak spektakularnych wartości, choćby z racji tego, że w drugim suwie pracy prawdopodobnie dopalane są resztki po poprzednim.
Tu wracamy do kwestii trochę zagadkowych portów – podejrzewam, że jeśli, z ewentualną pomocą zaworów, są one w stanie zapewnić znaczne przepłukanie cylindra (trudno byłoby o pełne przy braku pełnoprawnego suwu ssania i co za tym idzie „pomocy” tłoka), to dodatkowy suw pracy byłby w stanie wygenerować moc zbliżoną do pierwszego, a co za tym idzie zysk w tym względzie byłby dla całego pomysłu bliższy tym teoretycznym 33%. Jednak biorąc pod uwagę czas otwarcia portów w porównaniu do czasu właściwego suwu ssania to zdecydowanie bym się tego nie spodziewał. W każdym razie…
Sześciosuwowy patent Porsche jest fascynujący, choć trudno stwierdzić, skąd miałyby wynikać jego zalety
Dlatego liczę na to, że firma nie zrobiła go „do szuflady” jako pobocznego efektu pracy inżynierów, i jednak zobaczymy go przynajmniej w jeżdżącym prototypie, wraz z dokładnym wyjaśnieniem, jak ta cała niezwykła maszyneria działa. I wtedy nawet jeśli żaden silnik sześciosuwowy nigdy nie trafi na drogi czy choćby tory, to pozostanie wspaniałą ciekawostką w historii spalinowej motoryzacji – ale trzymam kciuki za to, by była czymś więcej.
Wszystkie grafiki poza zdjęciem tytułowym pochodzą z opublikowanego wniosku patentowego. A zdjęcie tytułowe oczywiście przedstawia czterosuwowe Porsche.
