Porażka piątego zaworu. To miała być technologia przyszłości
Pod koniec XX w. technologia 5 zaworów na cylinder wydawała się przyszłością. Dlaczego została zarzucona i dziś nikt jej już nie stosuje? Korzyści da się osiągnąć prościej.
Obecnie w większości silników stosuje się tylko 4 zawory na cylinder, chociaż są wyjątki w których jest ich o połowę mniej - na przykład Small Blocki Chevroleta. Ale nikt już nie robi silników z 5 zaworami na cylinder. Co więc było w tej technologii takiego, że na przełomie tysiącleci stosowało ją Ferrari, VAG, Bugatti i Toyota, a obecnie wszyscy od niej odeszli?
Co robią zawory w silniku?
Zawory w silniku spalinowym można podzielić na dwa rodzaje. Pierwszym z nich są zawory dolotowe, którymi do komory spalania dostaje się powietrze lub mieszanka paliwowo-powietrzna w silnikach z wtryskiem pośrednim. Drugim są natomiast zawory wydechowe, które odprowadzają spaliny z komory spalania.
Zawory co do zasady sterowane są przez krzywki wałków rozrządu - im większe krzywki, tym szerzej i dłużej otwierają się zawory. Krzywki o bardziej łagodnym profilu pozwalają na bardziej ekonomiczną jazdę kosztem mocy maksymalnej, a bardziej agresywne krzywki dają więcej mocy w górnym zakresie obrotów.
Ile powinno być zaworów w silniku spalinowym?
Co do zasady w silniku czterosuwowym, czyli takim jak w większości aut spalinowych, minimalna ilość zaworów to dwa - jeden dolotowy i jeden wydechowy, proste. Ale jeśli gdzieś można coś poprawić, to inżynierowie wymyślą sposób jak to zrobić. I tak zaczęto multiplikować zawory na różne sposoby. Ford w swoich silnikach Modular (np. 4,6 V8 w Mustangu), lub Mercedes w niektórych ze swoich V8, stosowali po 3 zawory na cylinder - dwa dolotowe i jeden wydechowy. Zdecydowanie bardziej popularnym rozwiązaniem są 4 zawory na cylinder stosowane właściwie wszędzie, każdy producent miał co najmniej jeden silnik z takim układem. Właściwie na tym moglibyśmy ten wpis zakończyć, bo 4 zawory na cylinder to układ optymalny pod względem kosztów, efektywności i skomplikowania konstrukcji.
Inżynierowie kombinowali dalej
W pogoni za efektywnością inżynierowie Peugeota wymyślili głowice pięciozaworową już w roku 1921, ale nic z tego nie wyszło oprócz zastosowania w jednej z wyścigówek francuskiej marki. Technologia powróciła dopiero w roku 1988, gdy Audi użyło w eksperymentalnym 200 Turbo Quattro służącym do bicia rekordów prędkości na włoskim torze Nardo. Pierwszy produkcyjny samochód z technologią pięciu zaworów na cylinder pojawił się dopiero rok później w roku 1989, gdy na rynek weszło Mitsubishi Minica Dangan ZZ.
Warto w tym miejscu wspomnieć o Maserati, które w roku 1985 pracowało nad 2-litrowym silnikiem V6 z turbo i sześciu zaworach na cylinder. Nic z tego nie wyszło, ale był to niezły dzik produkujący aż 265 koni.
Wtedy 5 zaworów na cylinder wydawało się przyszłością, kolejną opcją na poprawienie efektywności silnika spalinowego. Niestety rozwój tej technologii zatrzymał się stosunkowo szybko, bo w roku 2010 - od tego momentu na rynku nie ma już żadnego samochodu z silnikiem o 5 zaworach na cylinder.
Dlaczego już nie stosuje się 5 zaworów na cylinder?
Teoria była taka, że dzięki poprawieniu przepływu gazów w komorze spalania silniki z 5 zaworami mogły generować większą moc i kręcić się wyżej. Praktyka jest taka, że owszem, to prawda, ale konstrukcja rozrządu uniemożliwia wykorzystania w pełni zalet tego rozwiązania. Efekt jest taki, że piąty zawór dodaje 2-3 proc. efektywności, czyli właściwie tyle co nic - podobny efekt można uzyskać zwiększając delikatnie średnicę cylindra i skracając skok tłoka.
Dodatkowym gwoździem do trumny w silnikach o pięciu zaworach na cylinder było turbodoładowanie - delikatne podkręcenie ciśnienia doładowania dawało więcej korzyści niż piąty zawór kiedykolwiek miał szansę dawać. Owszem, były silniki, które łączyły 5 zaworów na cylinder - na przykład V12 w Bugatti EB110 lub 1.8T grupy VAG - ale co do zasady takie połączenie nie jest opłacalne ani pod względem efektywności, ani pod względem kosztów.
Biorąc pod uwagę, że obecnie większość silników jest wyposażona w turbo i rozwija moc w niskim lub średnim zakresie obrotów, to dodatkowy zawór w każdym cylindrze poprawiający efektywność w górnym pułapie prędkości obrotowej silnika jest po prostu zbędny.
