Rewolucja – jak działa pięciosuwowy silnik, w którym cylinder nie zużywa paliwa?

Co rusz na rynku pojawiają się nowe koncepty, które mają zrewolucjonizować świat. Jednym z takich produktów był pięciosuwowy silnik autorstwa firmy Ilmor Engineering, która jest przekonana, że to kolejny poziom zwiększenia wydajności dotychczasowych jednostek napędowych.

Są już takie na świecie rozwiązania, z którymi spotkał się niemalże każdy, a nawet jeśli nie jest tego świadomy, to spotyka się z nimi każdego dnia. Śmiało możemy do tego grona zaliczyć jednostki dwu- lub czterosuwowe, które towarzyszą nam już od wielu lat. Możemy je znaleźć w najróżniejszych pojazdach oraz urządzeniach, a one same udoskonalone przez lata zbliżyły się niemalże do ideału. Nadal jednak tęgie głowy prężnie pracują i są przekonane, że stworzyć można coś jeszcze bardziej doskonałego.

Dotychczas na rynku prym wiodą dwa rodzaje silników – dwusuwowy i czterosuwowy. Każdy niby coś tam wie, coś kojarzy, jednakże pytając o zasadę działania z pewnością byłoby problem. Przyjrzyjmy się zatem obu jednostkom.

Najważniejsze informacje:

1. Silniki dwu- oraz czterosuwowe zna już chyba każdy i towarzyszą nam niemalże we wszystkich pojazdach. A co gdyby tak połączyć obie technologie?
2. W 2009 roku firma Ilmor Engineering zaprezentowała jednostkę pięciosuwową, która miała zrewolucjonizować motoryzacyjny świat.
3. Pięciosuwowy, doładowany, trzycylindrowy silnik o pojemności zaledwie 700 cm3 generował moc maksymalną 130 KM oraz moment obrotowy na poziomie 166 Nm.
4. Czy w dobie szalejących norm emisji spalin taka jednostka ma szansę dłużej utrzymać przy życiu motocykle spalinowe?

Silnik czterosuwowy

To jednostka spalinowa, którą spotkać możemy chociażby w motocyklach, samochodach osobowych, statkach, samolotach, lokomotywach czy agregatach prądotwórczych. Ich nazwa jest bezpośrednio powiązana z czterema fazami działania, do których zaliczamy wpływ powietrza lub mieszanki paliwowo-powietrznej, sprężenie, praca i wydmuch spalin. Cykl obejmuje dwa obroty wału korbowego, co jest równoważne czterem ruchom posuwisto-zwrotnym tłoka w jednym cyklu roboczym. Zasada działania tego silnika oparta jest na cyklu Otta:

1. Suw ssania – tłok przesuwa się w dół z górnego do dolnego martwego punktu wytwarzając we wnętrzu cylindra podciśnienie. W tym czasie zawór ssawny jest otwarty, dzięki temu z kanału dolotowego, znajdującego się za zamykającym go zaworem ssącym, wciągnięta zostaje z układu dolotowego silnika mieszanka paliwowo-powietrzna lub w przypadku wtrysku bezpośredniego zostaje zassane samo świeże powietrze.
2. Suw sprężania – tłok przemieszcza się w górę cylindra ściskając mieszankę paliwowo-powietrzną. Oba zawory są wówczas zamknięte. Celem jest doprowadzenie do spalenia całej mieszanki w chwili, gdy tłok przekroczył GMP i może zostać odepchnięty przez rozprężające się gazy spalinowe rozpoczynające suw pracy.
3. Suw pracy – tłok zostaje odepchnięty z dużą siłą, gdyż we wnętrzu komory spalania po zapłonie powstaje ciśnienie o wartości do 100 barów. Takie siły muszą być przeniesione z denka tłoka przez korbowód na wał korbowy. Wymusza to ruch tłoka do DMP. Z tego jednego suwu pracy silnik musi uzyskać wystarczającą energię, by zrealizować pozostałe trzy suwy.
4. Suw wydechu – przemieszczający się w górę tłok aż do osiągnięcia GMP, gdy zawór wydechowy jest otwarty, wypycha z cylindra resztę gazów, a po osiągnięciu GMP następuje tzw. “wahnięcie”, czyli zamknięcie zaworu wydechowego a otwarcie zaworu ssącego i cykl rozpoczyna się od początku.

Silnik dwusuwowy

To także jednostka spalinowa, w której cały obieg pracy następuje co drugi suw tłoka, a więc za każdym obrotem wału korbowego. Silniki dwusuwowe teoretycznie mogą osiągać dzięki temu wyższą moc jednostkową, niż czterosuwowe, jednakże w praktyce jednak przyrost mocy jest nieznaczny.

1. Suw sprężania – w pierwszej fazie suwu sprężania następuje płukanie przestrzeni roboczej silnika. Wtedy to spaliny powstałe w poprzednim cyklu pracy są wytłaczane przez kanał wydechowy napływającym świeżym ładunkiem.
2. Suw pracy – przed dojściem do górnego martwego położenia tłoka następuje zapłon paliwa, które gwałtownie rozprężając się powoduje ruch tłoka w dół do dolnego skrajnego położenia. W końcowej fazie tego suwu może mieć miejsce początek cyklu płukania.

Silnik pięciosuwowy

W 2009 roku na rynku zadebiutował silnik pięciosuwowy, który został zaprezentowany przez firmę Ilmor Engineering. Wbrew pozorom nie jest to żaden garażowy warsztat, a przedsiębiorstwo, które od 25 lat jest w rękach Mercedesa i w 2008 roku odpowiadało za silniki pracujące bolidach Formuły 1. Od wielu lat z sukcesami projektuje też silniki do wyścigów z serii Indy.  Pierwsza wersja tej doładowanej, trzycylindrowej jednostki miała pojemności 700 cm3 i legitymowała się mocą 130 KM (przy 7000 obr./min) oraz maksymalnym momentem obrotowym na poziomie 166 Nm (dostępnym przy 5000 obr./min). Inżynierowie za cel postanowili stworzyć silnik, który będzie spalał tak niewiele paliwa, jak nowoczesne diesle, a przy tym ograniczona do minimum zostanie emisja do atmosfery cząstek stałych i tlenków azotu.

Jego budowa jest niezwykle ciekawa, gdyż posiada dwa cylindry wysokiego ciśnienia, które pracują w klasycznym, czterosuwowym cyklu. Rozdziela je natomiast dodatkowy, trzeci cylinder, pracujący w dwóch suwach, przy niskim ciśnieniu. Jest on niejako magazynem dla gazów wylotowych, które naprzemiennie trafiają do niego z dwóch pozostałych cylindrów. Pozwala on odzyskać część energii spalin, a przy tym dzięki niskiemu ciśnieniu obniża ich temperaturę. Jego działanie można niejako porównać do systemu recyrkulacji spaliny zamiast ponownie trafiać do cylindrów z wysokim ciśnieniem trafiają do dodatkowego, który pracuje jedynie w dwóch suwach, a dzięki ubiegłej w tlen atmosferze, paliwo spala się znacznie gorzej i wolniej niż w pozostałych. Śmiało można powiedzieć, że dodatkowy cylinder ogranicza pracę dwóch, ale gdyby nie jego obecność, pozostałe nie mogłyby pracować przy tak wysokim ciśnieniu.

W początkowej fazie projektu wielu sceptycznie do niego podchodziło, jednakże wraz z coraz bardziej zaostrzonymi normami emisji spalin możemy być niemalże pewni, że z pewnością będzie o nim jeszcze głośno. Pozwala on przecież w bardzo prosty sposób ograniczyć emisję spalin, a także poprawić osiągi. Cała jego konstrukcja oparta jest na znanych już od lat rozwiązaniach mechanicznych, dlatego jego konstrukcja nie jest tak naprawdę niczym nowym, a jedynie połączeniem dwóch technologii.

Szalejące normy i wkraczającą elektromobilność może sprawić, że już za kilkanaście lat niezwykle trudno będzie dostosować czterosuwowe jednostki do kolejnych przepisów. Czy ratunkiem dla pojazdów spalinowych będzie zatem silnik pięciosuwowy? Czas pokaże.