Maserati plánovalo motor se šesti ventily na válec. Nepřekvapí, že se výroby nedočkal
Motory se čtyřmi ventily na válec byly v osmdesátých letech v kurzu. Byla to jedna z cest, jak zajistit spalovacímu motoru vyšší účinnost a tedy i zvýšit měrný výkon motoru a to vše s ohledem na přísnější požadavky na čistotu spalin. Zatímco o dekádu dříve toto řešili snad jen v Kalifornii, v 80. letech už i mnohé západoevropské země začaly vyžadovat u zážehových motorů katalyzátory. Zprvu neřízené, dvojčinné, později ale již trojčinné řízené a vybavené snímačem množství kyslíku ve spalinách (sonda lambda).
Než vstoupily v platnost předpisy zpřísňující množství emisí ve výfukových plynech, byla cesta ke zvýšení výkonu motoru poměrně jednoduchá. A sice se řešila bohatší směsí v kombinaci se zvýšením otáček motoru. Nebo zvětšením objemu motoru. Pokud budeme chtít motor s nízkou absolutní spotřebou paliva a z ní pramenící absolutně nízké emise, v zásadě nejsnažším způsobem je zmenšit jeho objem. Tím však současně utrpí jeho výkonové parametry. Dnes se toto řeší doplněním takového motoru o přeplňování, navíc v kombinaci s přímým vstřikováním benzínu. Přeplňování sice již v 80. existovalo, avšak bylo používáno jen na velmi omezeném počtu motorů. A přímé vstřikování benzínu bylo sice známé ze závodních aut již z 50. let či z leteckých motorů, avšak v běžných automobilech šlo o techniku budoucnosti.
Větší otvor, snáze dýchám
Ještě před popsáním motoru se šesti ventily pro válec si nastíníme, co vůbec vedlo konstruktéry motorů k více ventilovým rozvodům. Čtyřdobý spalovací motor potřebuje ke své činnosti alespoň dva ventily na válec - po jednom sacím a jednom výfukovém. Pro dobré plnění válce jsou pak rozhodující dva faktory. Tím prvním je časování rozvodu, které bylo v polovině 80. let výhradně pevné, tím druhým pak velikost plochy, kterou směs (respektive plyny) vstupují/vystupují z válce. Obecně platí, že se zvyšováním otáček motoru se zkracuje doba otevření ventilů. To vede k plnícím ztrátám a dále ve výfukovém zdvihu nestačí spaliny opouštět spalovací prostor. Řešením mohlo být zvětšení ventilů, čemuž ovšem brání geometrické poměry ve spalovacím prostoru válce. A dále se používalo takzvané střihání ventilů. Tedy se zvětšovala doba, během níž jsou současně otevřeny jak sací, tak výfukový ventil. Toto se obecně označuje jako Scavenging. Při něm se sací ventil otevírá již během výfukového zdvihu, naopak výfukový zůstává ještě při sacím zdvihu otevřen.
Pokud opomeneme výše uvedené, jako nejschůdnější cesta se ukázal čtyřventilový rozvod. Proti dvouventilovému má celou řadu výhod. Jde zejména o celkovou plochu, kterou mohou do válce (případně z něj) proudit plyny. Tu mají dva menší ventily vždycky větší než jeden ventil o velkém průměru - vztaženo k omezené ploše, dané vrtáním válce. Velké ventily jsou rovněž nevýhodné z hlediska setrvačných hmot, což je problém, který se projevuje zejména se zvyšováním otáček motoru. Čtyři ventily také umožňují navrhnout spalovací prostor mnohem efektivněji. Jde zejména o centrální umístění zapalovací svíčky, což je u dvou ventilů problém. A dále zamezení takzvaným koutům, tedy místům ve spalovacím prostoru se zhoršeným hořením směsi. Tímto způsobem se podařilo snížit zejména emise oxidů dusíku. Současně se zvýšily výkony motorů a také špička točivého momentu.
Jak využívá palivo
Obecně vzato je ukazatelem toho, jak spalovací motor nakládá s přiváděnou energií, střední efektivní tlak. Čím je tento vyšší, tím motor vykazuje vyšší účinnost. U dvouventilových motorů je maximálně 1,0 až 1,1 MPa, u dobrých čtyřventilových motorů pak dosahuje maxima přes 1,2 MPa. Hodnota středního efektivního tlaku koresponduje s vrcholem točivého momentu. Při jeho maximu je tak střední efektivní tlak nejvyšší a tedy motor nejlépe využívá přiváděnou energii. Proto také mají motory nejnižší měrnou spotřebu paliva v otáčkách maxima točivého momentu. A tomu pak odpovídá zpřevodování.
Předností motorů s více ventily na válec je také menší nárok na oktanové číslo benzinu než u dvouventilového se stejně tvarovaným spalovacím prostorem. Dle pokusů, uskutečněných v 80. Letech, vyžaduje stejně řešený čtyřventilový motor palivo o 4 až 5 oktanových čísel nižší. Tím lze současně zvýšit kompresní poměr motoru, aniž by to vedlo k samozápalům. A vyšší kompresní poměr zvyšuje tepelnou účinnost motoru - ten je tak nejen výkonnější, ale opět lépe využívá energii přiváděné směsi, takže motory o vyšším kompresním poměru jsou zpravidla úspornější.
Popsané přednosti víceventilové techniky se výrobci motorů snažili dále umocnit v 90. letech, kdy se objevily motory s pěti ventily na válec. Tedy se třemi sacími a dvěma výfukovými. Kromě Audi, které používalo pětiventilový rozvod u svých čtyř-, šesti- i osmiválcových motorů, to nabízelo také Ferrari u motoru V8 pro model F355.
U De Tomasa
Pětiventilové motory od Audi a Ferrari považujeme dodnes za skvělé. Přesto o celou dekádu dříve se italská automobilka Maserati pokusila nabídnout vidlicový dvakrát přeplňovaný šestiválec s 36 ventily. Tedy se šesti ventily pro každý válec! Abychom pochopili celou věc, musíme se na italskou značku s trojzubcem ve znaku podívat pohledem tehdejší doby. Do roku 1975 patřilo Maserati pod křídla Citroënu. Ten se však v roce 1974 sám stal obětí fůze s Peugeotem, čímž vznikl koncern PSA. O rok později byla italská značka, vyrábějící velmi drahá auta v omezených počtech, koupena argentinským podnikatelem Alejandrem De Tomasem.
Již před tím úspěšně podnikající Argentinec dodal Maserati ozdravnou kůru. V jakém stavu se značka nacházela bezprostředně po jeho převzetí, nejlépe dokumentuje dobový New York Times. V něm se De Tomaso nechal slyšet, že když vstoupil do Maserati, nebylo tam nic nového. Žádné motory, výrobní stroje, prostě nic. Vše poplatné předešlé dekádě.
Během několika let se však situace změnila. Důvodem bylo zaměření se na cenový segment sportovních vozů, v němž Maserati nikdy před tím nefigurovalo. V roce 1981 představila značka přelomový model Biturbo. Kromě toho, že se jednalo o první auto na světě s motorem se dvěma turbodmychadly, byl zároveň tento vůz velikostí i tvary podobný BMW řady 3 lacinější než předchozí modely značky. V praxi tak vyšel na přibližně polovinu ceny než někdejší modely Khamsin, Indy, Bora či Merak.
V Itálii se už tehdy platilo více za motory o objemu přesahujícím dva litry. Proto měl šestiválec objem pouhých 1996 cm3. Uspořádání přeplňování tady bylo řešeno tak, že jedno turbodmychadlo plnilo vždy jednu řadu válců, tedy tři válce. Dodala je firma IHI a motor nabízel na svoji dobu vynikajících 180 koní (132 kW). Zvláštností šestiválce byl tříventilový rozvod OHC, kdy každý válec využíval dva sací a jeden výfukový ventil.
Konečně vyděláváme!
Zásluhou modelu Biturbo začalo Maserati vydělávat. Dle dobových zpráv uveřejněných v New York Times vykázalo Maserati v roce 1983 zisk 1,6 milionů amerických dolarů. V roce 1984 se očekával dokonce dvojnásobek. Však také Chrysler následně zakoupil pět procent akcií této italské firmy.
Vydělané peníze značka investovala mimo jiné také do vývoje, ve snaze vrátit se do třídy supersportovních automobilů a konkurovat tak Ferrari či Lamborghini. Začátkem 80. let platilo, že každý výkonnější motor by měl mít čtyři ventily na válec. O výhodách tohoto uspořádání rozvodu jste si přečetli výše. Ferrari mělo svůj osmiválec 308 QV (zkratka pro Quattrovalvole, tedy čtyřventil), Lamborghini nabízelo čtyřventilový dvanáctiválec Countach LP 5000 Quattrovalvole. Aby toho nebylo málo, tak v roce 1984 představila Yamaha stroj FZ750 s motorem s pěti ventily na válec.
Když oni, tak my taky. A výš!
Více ventilů přináší motoru obrovské výhody. Zřejmě to měli před sebou motoráři Maserati, kteří se snažili vytěžit z víceventilové techniky úplné maximum. V jednom z pozdějších presskitů (podkladů pro novináře) šokovali Italové celou motoristickou veřejnost svým „Hi-Tech News“. Šestiválcovým motorem Maserati 6.36. Pod tímto označením se ukrýval základní konstrukční znak motoru, a sice šest válců, 36 ventilů. Tedy šest ventilů na každý válec!
Zdvihový objem dva litry zůstal zachován z motoru biturba, stejně jako dvě vodou chlazená turbodmychadla s maximálním plnicím tlakem necelých 80 kPa. Výkon se ovšem zvýšil zásluhou dvojnásobného počtu ventilů na famózních 257 koní při 7200 otáčkách za minutu. Uvedené tiskové podklady udávaly, že přidáním tří ventilů na každý válec se zvětšila plocha potřebná pro vyplachování válců oproti výchozímu tříventilovému motoru o značných 34 procent.
Překvapivá jednoduchost…
Šest ventilů na válec zavání složitým rozvodem, či přesněji ovládáním ventilů. Na rozdíl od výchozího tříventilového motoru Biturba, který měl rozvod OHC (s jednou vačkovou hřídelí v hlavě) dostala hlava motoru 6.36 rozvod DOHC. Tedy dva vačkové hřídele v každé z obou hlav válců. Celé to však bylo až neuvěřitelně jednoduché, když na tři sací ventily stačila jediná vačka, stejně jako na trojici výfukových ventilů. Ta ovládala ventily přes jednoramennou páku se třemi vrcholy, každý pro jeden ventil. Na nich našly své místo šrouby pro vymezování ventilové vůle. V místě styku palce vačky s jednoramennou pákou byla ta opatřena speciální plochou.
Celé uspořádání bylo navíc vyřešeno tak, že oba krajní ventily - sací i výfukové, byly v hlavě vedeny pod poněkud menším (ostřejším) úhlem než oba prostřední. Ty byly téměř rovnoběžné s osou souměrnosti spalovacího prostoru. Svíčka našla své místo uprostřed. Toto řešení mělo zlepšovat plnění tím, že nasávaná zápalná směs při vstupu do válce mírně rotovala (swirl efekt).
Otázkou je, zda ne až příliš…
Jednoduché řešení slibovalo vysoký výkon a zároveň spolehlivost. Nabízí se však otázka, zda se podařilo opravdu splnit všechny cíle. Celé to mohlo být ještě lepší, kdyby třeba Maserati použilo dva rozdílné palce na tři sací ventily. Dva ventily by měly stejný menší zdvih, třetí by měl zdvih o něco větší. Tímto by se ještě více podpořil vířivý efekt (swirl) nasávané směsi. Jde o řešení později známé z motorů Hondy. V tomto případě ve spojení s proměnným časováním VTEC.
Maserati sice oznámilo příchod nového 36ventilového šestiválce 6.36 o objemu dva litry s tím, že bude velice brzy použit pro pohon dvoumístného sportovního vozu, stále však probíhala výroba stávajícího tříventilového motoru se dvěma turbodmychadly. Když pak zvýšili jeho objem ze dvou litrů na 2,8 litru, čímž se výkon zvýšil na 285 koní (tedy o 28 koní více než u šestiválce 6.36), bylo jasné, že na sériovou výrobu motoru s šesti ventily na válec nikdy nedojde.
Na sklonku 80. let Maserati uvedlo čtyřvetilovou verzi svého šestiválce, označenou 6.24, která poskytovala v nejostřejší verzi ze dvou litrů objemu výkon 283 koní. Ukázalo se, že čtyři ventily na válec jsou plně dostačující. Při tom motor 6.24 již pracoval se vstřikováním benzínu a samozřejmě řízeným katalyzátorem. Poprvé se objevil v modelech 2.24 a 4.24. V tomto případě ale označení udávalo sice 24ventilový motor, ovšem v karoserii se dvěma dveřmi (2.24), respektive se čtyřmi dveřmi (4.24).
Mimochodem o motor se šesti ventily na válec se pokoušela také výše zmíněná Yamaha. Ani ta však vývoj do sériové podoby nedotáhla. Japonci si tak stejně jako Italové záhy uvědomili, že šest ventilů na válec je až moc velkou komplikací. Také je otázkou, jak bylo vyřešeno chlazení takto uspořádané hlavy. Hlavně se však ukázalo, že čtyři (případně pět ventilů) je plně dostačujících. Dnes, kdy se musí do spalovacího prostoru vejít ještě vstřikovač benzínu, jsou čtyři ventily na válec skutečně na samé hranici prostorových možností motorů s normálním vrtáním.
Škoda
Volkswagen
Cupra
Mercedes-Benz
Ford
BMW
Audi
Opel
Renault
Toyota
Mazda
Fiat