A przynajmniej takich w rozumieniu geometrycznym, bo według tego pomysłu tłoki – więc i oczywiście też „cylindry” – miałyby niecodzienny kształt. Zamiast znajomego koła patent Ferrari przedstawia tłoki, których górna powierzchnia ma kształt stadionu lekkoatletycznego – dla wygody nazwijmy go umownie owalnym. Co ma to dać, i jak działać?
Włoską markę z konikiem raczej trudno wyobrazić sobie porzucającą całkiem swój ikoniczny, dwunastocylindrowy układ. Owszem, bywał on spłaszczony, bywało też – i tak też jest obecnie – że topowy supersamochód w ofercie miał mniej cylindrów. Dawno minęły czasy, gdy stanowił on trzon oferty, jeszcze dawniej – gdy stanowił całość. Ale jednak zawsze gdzieś jest, i to chyba z V12 Ferrari są najbardziej kojarzone. Głupio byłoby porzucić takie dziedzictwo.
Ferrari F80 ma tylko 6 cylindrów, ale cały układ hybrydowy generuje tu 1200 KM. Sam silnik spalinowy z 3 litrów pojemności skokowej osiąga 900 KM.
Problem w tym, że V12 to z samej swojej natury silnik bardzo długi, a do tego raczej mało wydajny energetycznie, czyli nieekonomiczny. Wprost wynika to z liczby cylindrów – więcej trących o siebie powierzchni i większa masa w stosunku do chociażby porównywalnego V8 zabierają trochę uzyskiwanej w spalaniu energii na straty. Nie stanowiłoby to raczej problemu w samochodach z najwyższej półki, gdyby nie rozmaite normy emisji. Dość oczywistym sposobem radzenia sobie z nimi jest elektryfikacja, w tym częściowa. Układ hybrydowy z V12 spali i wyemituje mniej, niż samo takie V12 – problem w tym, że całość stanie się jeszcze dłuższa, a to uciążliwe przy konstrukcji sportowych aut.
Owalne tłoki, czyli na czym oparty jest nowy patent Ferrari
Główny pomysł jest równie niecodzienny, co, w gruncie rzeczy, prosty – skoro rząd cylindrów jest uciążliwie długi, to go trochę ściśnijmy. VAG przez parę dekad skutecznie stosował tę strategię w silnikach VR6 i pokrewnych – okrągły kształt tłoka był zachowany, ale rząd zamiast prosty, był zygzakowaty, co pozwalało umieścić cylindry bliżej siebie. Jeszcze wcześniej (od lat 20. XX w.!) robiła tak Lancia w swoich jednostkach V4, gdzie kąty rozwidlenia między rzędami cylindrów wahały się między 10 a 20 stopni, zależnie od konkretnego silnika.
Ferrari podeszło do sprawy odwrotnie, i zachowało równe umieszczenie, za to, patrząc wzdłuż rzędu – skróciło i rozszerzyło kształt cylindrów. Efekt jest ten sam – krótszy, ale szerszy rząd przy tej samej pojemności. Jakby tego było mało, patent Włochów zawiera jeszcze jeden pomysł na redukcję długości silnika. Jeśli kiedyś przyglądaliście się blokowi czy układowi korbowemu dowolnego silnika widlastego czy też boksera, to zapewne zauważyliście, że rzędy cylindrów są lekko przesunięte względem siebie. Wynika to oczywiście z tego, że trudno byłoby podłączyć dwa korbowody – które przecież muszą poruszać się niezależnie – do tego samego miejsca wału korbowego.
Inżynierowie Ferrari popatrzyli, pomyśleli i stwierdzili, że tak, ale nie.
„Trudno” nie znaczy jednak „niemożliwe” – Ferrari wpadło na podłączenie jednego z korbowodów do jego sąsiada z naprzeciwka. Taki układ pozwoliłby zapewne całkowicie zlikwidować przesunięcie rzędów cylindrów względem siebie, a więc dodatkowo skrócić cały silnik. Co prawda można mieć uzasadnione podejrzenia co do wpływu takiej asymetrii na wyważenie całości, ale z drugiej strony dwunastki i tak są doskonale zbalansowane, więc zapewne minimalne zakłócenie tego stanu byłoby niezauważalne.
Kompaktowe wymiary to niejedyna zaleta owalnych tłoków
A przynajmniej potencjalna zaleta – o ile skrócenie silnika jest dość oczywiste, tak dalsze zalety to raczej sfera optymistycznych założeń. Pierwsze z nich to redukcja tarcia, czyli jednego z powodów wyjątkowej nieefektywności V12. Owalny tłok miałby bowiem wcięcie na swoim dłuższym boku, co całościowo mogłoby zmniejszyć powierzchnię możliwego kontaktu ze ścianami cylindra. Tradycyjne, okrągłe tłoki też takie mają, jednak proporcjonalnie mniejsze – ale za to, przy tej samej pojemności, mają trochę mniejszą powierzchnię boczną. Jaki jest ostateczny efekt tych zależności, to pewnie w tej chwili wiedzą tylko w samym Ferrari, albo i to niekoniecznie – patent nie musi oznaczać przetestowanego prototypu. Druga kwestia wskazywana jako możliwa zaleta to więcej zaworów lub większa ich powierzchnia przypadająca na cylinder, co pozwoliłoby na szybszą wymianę gazów, a więc, znów, wydajniejsze działanie.
Kącik historyczny – owalne tłoki to nie całkiem nowość
Stosowała je już niegdyś Honda, w swoich wyścigowych motocyklach NR500 i NR750. Tam jednak ich owalność była zupełnie innego rodzaju – kształt był ustawiony wzdłużnie względem osi silnika, a tłok był połączony z dwoma korbowodami. Cały pomysł polegał właśnie na zwiększeniu liczby zaworów – było ich aż 8 na cylinder, co miało służyć skutecznej konkurencji tego czterosuwowego silnika z konstrukcjami dwusuwowymi. Niestety, rozwiązanie miało jeden kluczowy problem, który może też grozić pomysłowi Ferrari – skuteczne uszczelnienie takiego kształtu było znacznie trudniejsze. Hondzie nie udało się go opanować w stopniu wystarczającym do zachowania tej konstrukcji na dłużej – czy uda się to Ferrari?
Czy patent Ferrari uratuje V12?
Przede wszystkim podejrzewam, że włoska marka zrobi bardzo wiele, by zachować swój ikoniczny układ – z tym patentem czy bez. Teoretyczne zalety wyglądają bardzo obiecująco – nie dość, że całość mogłaby łatwiej pomieścić się razem z układem hybrydowym, to jeszcze sama w sobie powinna być bardziej wydajna. Jednak, jak uczy historia, ten pomysł może mieć poważną wadę, utrudniającą praktyczne zastosowanie – czy dekady rozwoju materiałów i technologii produkcji wygrają? Obyśmy mieli okazję się przekonać – nie co dzień pojawiają się na rynku tak oryginalne pomysły.
