Jak to działa? Silniki V10 we współczesnych samochodach

Od razu zastrzeżenie: tylko dwa razy w życiu jechałem samochodem z silnikiem V10. W obydwu przypadkach był to samochód niemiecki i za żadnym razem nie spowodował u mnie jakiejś gęsiej skórki. Liczyłem na brzmienie rodem z piekła, ale go nie było, w przeciwieństwie do silników amerykańskich w tej konfiguracji.

Na początek technika. Technicznie rzecz biorąc, silnik V10 to dwie rzędowe „piątki” połączone ze sobą jednym wałem korbowym. Nie jest to idealny projekt, ponieważ powstaje w ten sposób niewyważenie, które trzeba niwelować przez zastosowanie wałków wyrównoważających. Zazwyczaj występuje tu problem polegający na tym, że prędzej czy później w kolejności zapłonów dwa będą po tej samej stronie, a to spowoduje drżenie. W takim razie jaki jest sens silnika V10? Na ten temat udało mi się znaleźć starą prezentację prasową Lexusa LFA, który jest wyposażony właśnie w taki silnik. Wychodzi na to, że V10 łączy wady i zalety zarówno V8 i V12 w postaci znośnego kompromisu. Jest krótszy niż V12 i ma mniej elementów ruchomych, dzięki czemu odpowiedź na gaz jest lepsza (na tej samej zasadzie, na której silnik 3-cylindrowy „wkręca się” szybciej niż 4-cylindrowy). Z drugiej strony ma lżejsze i mniejsze tłoki niż V8 przy tej samej pojemności, przez co może wkręcać się wyżej. A wyższe obroty to więcej mocy. I tak to tłumaczyli inżynierowie z Lexusa. A że jest trochę niewyważony? Trudno, wałki wyrównoważające pomogą.

Często stosuje się 90-stopniowe rozchylenie cylindrów, wynikające z tego, że wiele jednostek V10 to wydłużone silniki V8. Jednak nie zawsze tak jest, na przykład Lexus konstruując LFA „od czystej kartki” postanowił pozostać przy 72-stopniowym rozchyleniu, co ma o tyle sens, że 360 / 5 = 72 i tym sposobem udało się uzyskać najrówniejszą pracę bez stosowania dodatkowego przesunięcia czopów korbowodów (ang. split journal crankshaft). Jak wygląda taki wał korbowy typu „split journal” – możecie zobaczyć tutaj.

Najczęściej silniki V10 były stosowane w Formule 1. Ale to temat trochę oderwany od rzeczywistości, przyjrzyjmy się samochodom seryjnym z tym silnikiem – oto najpopularniejsze modele.

To właściwie aż trzy silniki, bo najpierw był silnik Lamborghini 5.0 V10 skonstruowany jeszcze w większości przez Włochów do prototypu Cala, a potem zastąpił go 5.2 V10 stworzony już przez grupę VW. Łączy je 90-stopniowe rozchylenie cylindrów i sucha miska olejowa, ale reszta gratów jest już inna. Do tego stopnia, że mniejszy silnik ma równe odstępy między zapłonami, a nowszy – nierówne (nie doszukałem się dlaczego). Żeby było trudniej, do dwóch odmian wolnossących doszła jeszcze wersja biturbo do Audi RS6 o mocy 580 KM. W największym skrócie: Lamborghini z 5.0 V10 to jeszcze „Lamborghini”, z 5.2 V10 to już Volkswagen, a silnik biturbo z Audi jest połączeniem tych dwóch odmian.

Silnik 5.0 V10 bez doładowania osiągał od 500 do 530 KM. Wersja 5.2 ma wiele odmian, od fabrycznie osłabionej o mocy 305 KM (bazowe Gallardo z 2008 r.) aż po supermocne, 640-konne Lamborghini Huracan Performante z 2017 r. W przypadku Audi zastosowanie ograniczyło się do 5.2 w S6 C6 i S8 (435 KM), 5.0 TFSI RS6 C6 (580 KM) oraz 5.2 FSI w R8 o mocy 532 KM. Z różnic między silnikami Lamborghini i Audi można byłoby spokojnie napisać pracę doktorską.

A tu wolnossący w Lambo:

Tu sprawa jest prosta, bo BMW skonstruowało tylko jeden silnik V10 – do modeli M5 i M6 z serii E60 i E63. Jego oznaczenie to S85B50, ma 90-stopniowe rozchylenie cylindrów i tradycyjny wtrysk paliwa z dziesięcioma indywidualnymi przepustnicami. Moc to 507 KM, a pojemność skokowa – 5 litrów. Był to pierwszy benzynowy silnik V10 zastosowany w typowym sedanie, Audi ze swoim S6 odpowiedziało dopiero nieco ponad rok później. Ciekawostka: BMW kręci się do 8250 obr/min, czyli niejedna Honda może mu... pozazdrościć. Odstępy między zapłonami są nierówne i wynoszą na przemian 90 i 54 stopnie. Silnik ten został zarzucony, gdy weszła norma Euro 5. Obecnie zastępuje go V8 biturbo, już nie tak wspaniały.

Jedyny diesel w tym zestawieniu. Występowanie ograniczało się do Touarega i Phaetona. Nie ma zbyt dobrej opinii. Z jednej strony to bardzo mocny i trwały silnik, mający też wielki potencjał na podnoszenie mocy za pomocą tzw. chiptuningu. Z drugiej – już w momencie debiutu w 2002 r. nie należał do technologicznej awangardy. Zarzucano mu dość słusznie, że stanowi połączenie dwóch 5-cylindrowych silników z samochodów dostawczych VW, na co wskazuje też niecodzienny rozrząd na kołach zębatych, typowy dla busa a nie sportowego SUV-a. Miał tylko dwa zawory na cylinder i zasilanie pompowtryskiwaczami, podczas gdy od pięciu lat na rynku były już nowocześniejsze silniki z common rail (Volkswagen zresztą skonstruował pierwszego diesla common rail w 1999 r. – był on jednak nieudany). Za sprawą dwóch turbosprężarek miał niezwykle rozbudowany osprzęt, był ciężki i trudny w serwisowaniu. Bez żalu pożegnano go w 2010 r., zastępując dużo lepszym pod każdym względem 4.2 TDI V8 z common rail. Takim to bym mógł jeździć.

Tego silnika raczej nie posłuchacie na żywo w codziennym ruchu, a jeszcze mniej osób będzie miało szansę przejechać się autem z taką jednostką. Carrera GT to nie był jedyny na świecie samochód z V10 i ręczną skrzynią biegów, ale w Europie taka konfiguracja jest bardzo rzadko spotykana. Powstało ok. 1300 sztuk 10-cylindrowego Porsche, a jego 5,7-litrowa jednostka ma niecodzienne rozchylenie cylindrów wynoszące 68 stopni. Z ciekawostek to mamy tu odcięcie dopiero przy 8400 obr/min, co pozwoliło na uzyskanie mocy przekraczającej 600 KM - Porsche podaje 603 KM, na hamowniach wychodziło różnie. Jest też sucha miska olejowa. No ale najwięcej dobrego robi tu wielka pojemność skokowa. Dziś nikt z europejskich producentów nie zrobiłby supersamochodu, który ma 5,7 l pojemności.

4,8-litrowy silnik V10 skonstruowany od podstaw – nie jest to wydłużone V8 ani pocięte V12. Założenie było proste: silnik miał być jak najlżejszy i brzmieć jak w Formule 1, stąd rekordowo wysokie odcięcie przy ponad 9000 obr/min. Moc to aż 560 KM, moment 480 Nm – typowo dla silników wysokoobrotowych moc przewyższa moment obrotowy, tak też jest zwykle w motocyklach. Silnik V10 w Lexusie LFA waży mniej niż jednostka 3.5 V6 stosowana np. w Camry czy SUV-ach. O rozchyleniu 72 stopnie wspominałem już na początku. Nie ma bezpośredniego wtrysku paliwa. Prawdopodobnie najbardziej imponująca V-10tka czasów współczesnych.

Jedyny w tym zestawieniu silnik nie stworzony z myślą o sporcie. Pojemność 6,8 litra, 10 cylindrów, rozchylenie 90 stopni i jedno założenie: ma przeciągnąć najcięższą przyczepę przez całe Stany Zjednoczone i się nie zagotować w połowie drogi. Stąd dość prymitywna konstrukcja z jednym wałkiem rozrządu na głowicę (nie centralny wałek jak w starych V8) i tylko dwa lub trzy zawory na cylinder. Zastosowanie ogranicza się do pickupów serii F250 i ich zamkniętej odmiany pod nazwą Excursion oraz do vanów E-line. Ford E350 to jedyny znany mi samochód dostawczy z V10-tką pod maską. Nie znalazłem innego. Sprawdziłem dopuszczalną masę przyczep dla tej linii modeli i wynosi ona od 9 do 11 ton w zależności od przełożenia i wersji silnika (2V/3V). Czyli zasadniczo można tym ciągnąć mały domek.

Drugi amerykański silnik V10, a przy okazji największy w tym zestawieniu. Istne monstrum, które w swojej największej i najmocniejszej odmianie miało 8,4 litra pojemności (początkowo 8 litrów). Pochodzi z tej samej linii silników co Magnum 5.9 V8, ma więc także 90-stopniowe rozchylenie cylindrów. Moc maksymalna wynosi 640 KM. Oprócz Vipera, ten silnik napędzał także pickupa o nazwie Dodge SRT-10, czyli najmocniejszego i najszybszego pickupa w historii (przegonił GMC Syclone). Jest to też najstarszy silnik V10 z opisywanych, ponieważ jego produkcja zaczęła się równo 26 lat temu, a zakończyła zaledwie rok temu. Z technicznego punktu widzenia jest to zupełny dramat. Ma centralny wałek rozrządu w kadłubie między głowicami i dwa zawory na cylinder. Sucha miska olejowa? Zapomnij. To trochę silnik z ciężarówki wpakowany do coupe o wyglądzie drogowego zabójcy, a jego główną wyróżniającą cechą jest gigantyczna pojemność. Finezji technicznej próżno tu szukać.

A tak to chodzi: