DZIEDZICTWO INŻYNIERII: SILENT KNIGHT

Każdy człowiek z elementarną wiedzą na temat silników spalinowych wie, że w jednostkach czterosuwowych wymiana ładunku cylindra następuje przez zawory ssące i wydechowe, które w odpowiednich momentach otwierają się i zamykają dzięki krzywkom rozmieszczonym na wałku obracającym się dwa razy wolniej od wału korbowego. W dwusuwach z kolei tę samą funkcję pełnią okna w ściankach cylindra, zasłaniane i odsłaniane przez sam tłok.

Nie każdy jednak zdaje sobie sprawę, że kiedyś, dawno temu, istniały silniki jak najbardziej czterosuwowe, lecz pozbawione klasycznej formy zaworów, a w zamian wyposażone w okna dolotowe i wylotowe, jak w dwusuwie. No, może nie całkiem – bo istniał w nich mechanizm rozrządu, w dodatku bardzo skomplikowany.

Czterosuwowych silników z nietypowym, z naszego punktu widzenia, systemem wymiany ładunku, było w historii całkiem sporo. Po polsku zazwyczaj zwano je “bezzaworowymi” – nie jest to do końca poprawne, ale w pewien sposób akcentuje ich niezwykłość. Najważniejszą tego rodzaju konstrukcję opracował amerykański inżynier Charles Yale Knight.

Charles Yale Knight żył w latach 1868-1940. Specjalnie wrzucam tu jego portret, bo zamieszczona przeze mnie niedawno fotografia George’a Washingtona Carvera zainspirowała imć Fabrykanta do napisania aż połowy bardzo ciekawego artykułu. Nie mam zamiaru wywierać na nikim presji, ale a nuż…? 😉

Foto: public domain

Knight wyrósł z branży drukarsko-prasowej. Przez pewien czas pracował jako reporter i wtedy właśnie, by móc podróżować w poszukiwaniu materiałów, w 1901r. kupił samochód marki Knox. Jego rozrząd pracował bardzo głośno, zwłaszcza że jednocylindrowy motor chłodził się powietrzem i jego bebechy nie były niczym osłonięte (zresztą w tamtych czasach nawet przy chłodzeniu wodą wałki rozrządu często znajdowały się na wierzchu, bez izolacji akustycznej, a nawet smarowania olejem, bo nie istniało coś takiego jak jednolity blok silnika – pojedyncze cylindry przykręcano po prostu do skrzyni korbowej i ewentualnie otaczano płaszczem wodnym). Donośny chrzęst mechanizmu i generowane przezeń wibracje niepomiernie irytowały właściciela i zainspirowały do znalezienia lepszego rozwiązania. Tak bywa często w pionierskich okresach różnych dziedzin życia: w takich warunkach nawet niefachowiec, jeśli tylko ma olej w głowie, potrafi zaskoczyć specjalistów wymyślając i wdrażając coś przełomowego. W motoryzacji takimi outsiderami, którym udało się wywołać rewolucje, byli np. Emil Jellinek, Carlo Cavalli (prawnik, który w latach 20-tych skonstruował całą serię popularnych modeli Fiata), albo Paul Magès (twórca hydropneumatyki Citroëna – o nim nie można już powiedzieć, że działał w okresie pionierskim, ale też nie miał technicznego wykształcenia).

Jak można pozbyć się zaworów…? Pierwszym pomysłem Knighta był ruchomy cylinder, który poruszał się z górę i w dół – podobnie jak tłok, ale dwa razy wolniej, tak, by okna wlotowe i wylotowe trafiały w odpowiednich momentach na otwory kolektorów. Cylinder jednak, siłą rzeczy musiał być gruby i ciężki, poruszanie go stwarzało więc nie mniej problemów niż rozwiązywało. Konstruktor szybko doszedł do wniosku, że lepiej będzie zastosować dwie cienkie, ruchome tuleje, nazwane przez niego suwakami, które umieszczone pomiędzy tłokiem i gładzią cylindra spełniałyby tę samą funkcję. Po angielsku rozwiązanie zostało nazwane sleeve valve, w Polsce mówi się “rozrząd suwakowy”, lub po prostu “rozrząd Knighta”.

Mechanizm korbowy silnika Knighta zobaczycie na ilustracji tytułowej, tutaj natomiast widać przekrój całości, wraz z suwakami – dwoma na cylinder – wciśniętymi pomiędzy cylinder i tłok. Na zdjęciach zostały one przedstawione w różnych fazach (po prawej otwarte jest okno dolotowe).

Foto: materiał prasowy Daimler AG

Eksperymentalny silnik został zbudowany już w 1903r. w Oak Park, w stanie Illinois, ostateczny patent nadszedł dwa lata później. Całe prace, sponsorowane przez biznesmena z Chicago nazwiskiem L.B. Kilbourne, kosztowały 150 tys. $ – w czasach, kiedy robotnik zarabiał dwa dolary dziennie, a tani samochód kosztował około tysiąca. W 1906r. czterocylindrowy, 40-konny motor z rozrządem Knighta został włożony do konwencjonalnie zbudowanego samochodu z otwartym nadwoziem, który został zaprezentowany na wystawie w Chicago.

Nazwa auta brzmiała Silent Knight i była dowcipną grą słów. Cena, wynosząca 3.500$, nie odbiegała od porównywalnych pojazdów konkurencji

Foto: public domain

***

W pierwszych tego typu konstrukcjach suwaki wykonywano z żeliwa, z odpowiednio wyciętymi otworami. Wał rozrządu, równoległy do korbowego, kręcił się z tą samą prędkością (nie dwa razy wolniej, jak w systemie klasycznym). Na nim, na wysokości każdego cylindra, umiejscowiona była przekładnia ślimakowa napędzająca osobne, mimośrodowe wałki i spowalniająca ich obroty o połowę. Ruch obrotowy tych wałków był następnie zamieniany na posuwisto-zwrotny ruch suwaków.

W Epoce Mosiądzu taki układ miał szereg zalet. Po pierwsze i przede wszystkim silnik pracował znacznie ciszej i spokojniej – by docenić wagę tego atutu dobrze jest najpierw zobaczyć i usłyszeć typowy silnik spalinowy z tamtych lat. Głowica i płaszcz wodny miały prostą formę, jak w silniku dolnozaworowym, bo okna dolotowe i wylotowe umieszczano w ściance cylindra, tuż poniżej łączenia z głowicą. Mimo to sprawność energetyczna dorównywała konstrukcjom górnozaworowym, bo okna miały większą powierzchnię od grzybkowych zaworów, co poprawiało napełnianie cylindrów, a gazy poruszały się po linii prostej, nie generując zawirowań i strat. Fazy rozrządu dało się ustawić znacznie “ostrzej” niż w rozwiązaniach klasycznych, bez związanych z tym zazwyczaj kompromisów. Nie było też problemów z nadaniem komorze spalania korzystnego, półkulistego kształtu (tak, silniki hemi przed I wojną światową!!) i centralnym umieszczeniem świecy zapłonowej. Do tego dochodziła bezobsługowość: brak konieczności nie tylko regulacji luzów zaworowych, ale też zwyczajowej w tamtych czasach regeneracji lub wręcz wymiany wypalonych zaworów co 20-40 tys. km. Teoretyczną zaletą była też niezależność faz rozrządu od prędkości obrotowej (brak sprężyn zaworowych eliminował tu wpływ ich charakterystyki), tej jednak nie dało się w praktyce wykorzystać – i w ten sposób płynnie przechodzimy do wad.

Najważniejszą z nich stanowiła wysoka masa suwaków i ich napędu. Cały ich zespół ważył około 5 kg na każdy cylinder i generował ogromne siły bezwładności (mierzone w setkach kilogramów i fatalnie wpływające na trwałość łożysk i połączeń). Silniki z okresu największej popularności układu Knighta (1910-25) były wyposażone w ciężkie suwaki żeliwne i najlepiej czuły się przy 500-1.500 obr/min, jedynie te najpóźniejsze – przede wszystkim firmy Panhard – były w stanie przekroczyć 3.000. Kłopoty sprawiało uzyskanie szczelności pomiędzy tłokiem, suwakami i gładzią cylindra. Masywne elementy silnika utrudniały też odprowadzanie ciepła – by złagodzić ten problem wielu konstruktorów decydowało się po prostu pogorszyć napełnianie cylindra przez zmniejszenie okna dolotowego, co marnowało dużą część potencjału konstrukcji. Z punktu widzenia użytkownika największy problem stanowiło jednak smarowanie: współpracujące z sobą powierzchnie suwaków, tłoka i gładzi cylindra wymagały olejów jakości w zasadzie niedostępnej pierwszych dekadach XX wieku – nawet najdroższe ówczesne materiały nie zapewniały należytych warunków pracy mechanizmu, a zastosowanie jakichkolwiek innych groziło natychmiastowym zatarciem. Ponadto, ponieważ okna dolotowe i wylotowe umożliwiały przedostawanie się oleju do komory spalania (podobnie jak np. w silniku Wankla), jego zużycie dochodziło do 2l/100 km (sto, nie tysiąc!!).

Z tych też powodów rozrząd suwakowy mógł uchodzić za atrakcyjny jedynie przed I wojną światową, kiedy silniki z klasycznymi zaworami faktycznie generowały mnóstwo hałasu nie osiągając przy tym wyższych obrotów i zużywając niewiele mniej oleju. Najpóźniej od połowy lat 20-tych nie miał już szans dorównać szybkoobrotowym górnozaworowcom o wysokim sprężaniu, których projektowanie umożliwił postęp inżynierii materiałowej, technologii obróbki metali i lepsza jakość paliw (w tym ich wyższa liczba oktanowa). Nie bez znaczenia pozostało też elastyczne zawieszenie silników (które zmniejszyło pochodzące od napędu wibracje do poziomów niemal nieodczuwalnych dla pasażerów), a także schowanie wałka rozrządu do wnętrza kadłuba lub głowicy (co z kolei wyciszyło jego pracę, ułatwiło efektywne smarowanie, zabezpieczyło przed wpływem niekorzystnych czynników zewnętrznych i poprawiło trwałość).

***

Przedstawiony w Chicago Silent Knight był tylko pokazowym prototypem. Wynalazca nie miał zamiaru produkować silników ani tym bardziej samochodów, a tylko sprzedawać licencje znanym producentom aut. Plan zakładał pozyskanie po jednym, poważnym licencjobiorcy w każdym z motoryzacyjnie rozwiniętych krajów i został zrealizowany bardzo szybko: w USA prawa do wynalazku kupiła firma Willys-Overland, w Anglii – Daimler, w Niemczech… również Daimler (jak pewnie się orientujecie, te firmy nie miały nic wspólnego z sobą, ale to nie temat na dzisiaj), we Francji – Panhard-Levassor (który najdłużej obstawał przy tym rozwiązaniu), w Belgii – Minerva. Włoch w żadnym wypadku nie dało się wtedy uznać za ważne miejsce na automobilowej mapie świata.

Początkowo najbardziej zaawansowani byli Amerykanie: Willys-Overland jako pierwszy skonstruował suwakowe silniki w wersjach cztero- i sześciocylindrowej, później w tego typu konstrukcjach wyspecjalizował się angielski Daimler, MinervaPanhard, które całkowicie i na długi czas zrezygnowały z tradycyjnego układu rozrządu. Tylko te firmy – z około trzydziestu, które na jakimś etapie zakupiły patent – pozostały przy nim po 1930r. Najdłużej wytrwał Panhard – aż do wybuchu II wojny światowej.

By odpowiednio wypromować nowość, Daimler zorganizował w 1909r. testy silników Knighta przeprowadzone przez specjalistów z Royal Automobile Club. Pierwszym sprawdzianem była nieprzerwana praca na hamowni, pod pełnym obciążeniem, przez 132 godziny. Kolejnym – zamontowanie tych samych motorów w samochodach i przejechanie 2.143 mil na owalnym torze Brooklands (średnia prędkość wyniosła niecałe 42 mph), a następnie wymontowanie i ponowny, 5-godzinny test laboratoryjny przy zmiennych warunkach pracy. Po tym wszystkim silniki zostały rozebrane i poddane dokładnej inspekcji: nie stwierdzono żadnych śladów zużycia, a pomiar maksymalnej mocy wykazał nieznaczny jej wzrost w stosunku do wartości sprzed prób (odpowiednio 38,83 i 38,95 konia mechanicznego). Późniejsza praktyka wykazała, że taka poprawa była typowa dla silników Knighta – przypisywano ją dodatkowemu uszczelnieniu przez odkładający się na suwakach nagar. Wynik został uznany za “imponujący”, a producent otrzymał od Royal Automobile Club nagrodę Dewar Trophy, przyznawaną dorocznie pojazdowi, który wsławił się szczególnymi osiągnięciami. Całe przedsięwzięcie odniosło więc pożądany skutek – cała branża pozostawała pod wielkim wrażeniem, a kurs akcji Daimlera bardzo mocno wzrósł.

Rozrząd Knighta znalazł zastosowanie między innymi w sześciocylindrowych silnikach pierwszych brytyjskich czołgów użytych w czasie I wojny światowej (modele Mark I-IV). Tam jednak dało o sobie znać duże zużycie oleju, a raczej jego następstwo w postaci gęstego dymu zdradzającego z daleka położenie czołgów. Z tego względu od modelu Mark V zrezygnowano ze stosowania rozrządu Knighta w czołgach.

Konstruktorzy Daimlera, którym przewodził Sir Frederick William Lanchester, skonstruowali potem swój własny wariant wynalazku z tylko jednym suwakiem, który obok ruchu posuwisto-zwrotnego wykonywał również obrotowy i dzięki temu odsłaniał odpowiednie okna co drugi suw, przy zmniejszonej masie mechanizmu. Mimo tak poważnej modyfikacji silniki nadal były objęte patentem Charlesa Knighta i jako takie, w świetle umowy licencyjnej, musiały być wyraźnie oznaczone jego nazwiskiem (na marginesie można wspomnieć, że ten sam kontrakt dał Daimlerowi wyłączność na produkcję i sprzedaż silników suwakowych na terenie całego Imperium Brytyjskiego, a więc również Kanady – dlatego producenci amerykańscy nie mogli tam wprowadzać swoich produktów tego typu).

Najciekawszym zastosowaniem układu Knighta-Lanchestera był superluksusowy, 12-cylindrowy model Double Six produkowany w latach 1926-38. Jego rozrząd zawierał ponad 100 kół zębatych (!!), lecz mimo to całość uchodziła za jeden z najcichszych i najbardziej gładko pracujących silników w świecie. Prócz Daimlera suwakowe dwunastocylindrówki konstruował jeszcze francuski Voisin, który jednak nie zdecydował się wprowadzić ich na rynek.

Pojemności silników Daimlera Double Six wynosiły 3,7-7,1 litra, moce sięgały 150 KM. Obroty biegu jałowego nie przekraczały 150 na minutę, maksymalna moc była osiągana przy około 2.400. Według świadectw z epoki auta “płynnie przyspieszały na najwyższym biegu od 2 do 82 mph, również pod górę“, a jedynymi słyszalnymi na zewnątrz dźwiękami były “delikatne syczenie zasysanego powietrza oraz niemal niezauważalne tykanie styków zapłonowych“. Problemami pozostawały niedostateczne smarowanie, a po dłuższym postoju – tworzenie się na tłokach, suwakach i cylindrach olejowego szlamu, który mógł doprowadzić do uszkodzenia silnika w czasie próby uruchomienia.

Grafika: public domain

 

Foto: Curt Saunier, Licencja CC

Foto: Rex Gray, Licencja CC

 

Niemiecki Daimler – czyli marka Mercedes, ale jeszcze nie Mercedes-Benz – produkował silniki suwakowe w latach 1909-24 (inaczej niż Brytyjczycy, równolegle z klasycznymi). W ofercie znajdowały się trzy czterocylindrowe modele: 2,6-litrowy 10/30, 4-litrowy 16/40 i 6,4-litrowy 25/65 (pierwsza z liczb wskazuje każdorazowo klasę podatkową, druga – moc w koniach mechanicznych). Najpopularniejszy z nich, 16/40, został dwukrotnie zmodyfikowany zmieniając oznaczenie na 16/45 i 16/50. Ostateczna wersja dostała też pierwsze czterokołowe hamulce w historii marki (równocześnie z najdroższym ówczesnym Mercedesem – konwencjonalnie napędzanym 28/95).

Główny konstruktor firmy, Paul Daimler, przez kilka lat należał do wielkich orędowników rozrządu Knighta, ale potem zdał sobie sprawę z jego ograniczeń, a raczej zauważył, że pewne kluczowe dla dalszego postępu kwestie, jak zwiększenie prędkości obrotowej oraz stopnia sprężania, łatwiej rozwiązać przy tradycyjnym systemie zaworów grzybkowych, który w międzyczasie udało się znacznie udoskonalić.

Wystawiony w muzeum w Stuttgarcie Mercedes 16/45 Knight, który powstał w ponad 5,5 tys. egzemplarzy
Foto: praca własna
Foto: praca własna
Foto: praca własna

Dwusuwakowy (według oryginalnego patentu Charlesa Knighta) silnik Mercedesa 16/45 miał stopień sprężania zaledwie 4:1. Umożliwiał on dużemu i ciężkiemu autu osiąganie około 75 km/h, zależnie od rodzaju nadwozia i przełożenia tylnego mostu.

Foto: materiał prasowy Daimler AG

Co ciekawe, silnik Knighta znalazł nawet zastosowanie… w sporcie!! Wydawałoby się, że wybitnie wolnoobrotowy motor, którego głównymi przewagami są kultura pracy i cichobieżność, nie zainteresuje konstruktorów wyścigowych bolidów, a jednak: w rozegranej w 1913r. trzeciej edycji Indianapolis 500 piąte miejsce zajął belgijski dealer Mercedesa, Theo Pilette, prowadzący zmodyfikowaną wersję przedstawionego powyżej modelu 16/45. Mimo najmniejszej pojemności w całej stawce i problemów z zakwalifikowaniem się do imprezy (trzeba było uzyskać pewną minimalną średnią okrążenia) w samym wyścigu odniósł sukces, między innymi dzięki niezatrzymaniu się w boksie ani razu na dystansie całych 500 mil, przejechanych w 7 godzin i 19 minut (średnia 68,15 mph). Przyczyniło się do tego między innymi niskie spalanie – poniżej 12 litrów na 100 km – będące wynikiem dobrej sprawności energetycznej i małej pojemności.

Theo Pilette w Indy 500 ’13

Foto: materiał prasowy Daimler AG

W 1925r. francuski Panhard z 4,8-litrowym silnikiem Knighta pobił rekord jazdy godzinnej pokonując 185,5 km. Była to próba przełamania stereotypu ślamazarności, jaki przylgnął do tego rodzaju konstrukcji. Ten sam producent wytwarzał silniki suwakowe aż do 1940r.: ostatnie takie modele, nazwane Dynamic, z pojemności 2,8 litra wyciskały do 80 KM, w czym przewyższały większość ówczesnych motorów klasycznych. Wersje rozwiercone do 3,8 litra rozwijały nawet 100 KM i 150 km/h – jak współczesne sobie, wysokiej klasy auta sportowe. Panhard Dynamic był arcyciekawym pojazdem, z wielce oryginalną stylistyką, dlatego na pewno poświęcę mu kiedyś osobny wpis.

Z francuskich producentów silników Knighta należy jeszcze wymienić marki Peugeot, Mors, oraz luksusową Voisin, która obok wspomnianej już, suwakowej V12-tki konstruowała też tego typu rotacyjne silniki lotnicze, w dodatku chłodzone powietrzem, i również kurczowo trzymała się tego patentu aż do 1938r., czyli prawie do końca swego istnienia (dopiero ostatni model, który został wypuszczony tuż przed bankructwem i nie odegrał już żadnej roli, był napędzany klasycznym silnikiem na licencji amerykańskiej).

Znacznie większą popularność motory Knighta zyskały w USA. Samych pojazdów marki Willys-Knight powstawało ponad 250 sztuk dziennie – to tyle, ile FSO wytwarzała w latach 90-tych. Najmocniejszy model, oznaczony 66 i oferowany w latach 1930-32, miał 6 cylindrów, 4,2 litra pojemności i rozwijał 87 KM. Firmę w 1933r. zmiótł z rynku Wielki Kryzys – od tego czasu w Ameryce nie produkowano już silników suwakowych (jak na ironię, dokładnie wtedy wygasły patenty Charlesa Knighta – jego wynalazek mógł więc wytwarzać każdy, tyle tylko, że nikt już nie zechciał).

Willys-Knight Great Six roadster z 1929r.

Foto: public domain

Poza marką Willys-Knight rozrząd suwakowy stosowały w Ameryce marki BrewsterColumbia, Falcon-KnightLyons-KnightMoline-KnightR&V KnightStoddard-Dayton, Stearns-Knight, Yellow Cab, oraz zapewne jeszcze kilka innych, których nie znalazłem. Ich łączny udział w amerykańskim rynku był może niewielki, ale w tak ogromnym kraju nawet śladowy odsetek sprzedaży przekłada się na całkiem pokaźne liczby bezwzględne.

***

Rozrząd Knighta nie był jedynym rodzajem “bezzaworowej” konstrukcji czterosuwowego motoru spalinowego. Na różnych etapach historii pojawiały się rozmaite patenty usiłujące wyrugować spod maski klasyczne, grzybkowe zawory. Dziś wspomnę tylko pokrótce o jednym z nich, opracowanym w firmie Itala (a jednak Włochy!!). Itala zdobyła największą sławę jako zwycięzca super-maratonu Pekin-Paryż z 1907r., ale już cztery lata później wprowadziła do produkcji unikatowy typ rozrządu z zaworami obrotowymi.

Schematy rozrządu z zaworem obrotowym Itala

Rysunek: skan z książki “The Book of the Motor Car” Rankina Kennedy’ego (1913)

W czterocylindrowym silniku zastosowane zostały dwa zawory, po jednym dla każdej pary cylindrów, obracające się czterokrotnie wolniej od wału korbowego. Każdy cylinder miał tylko jedno “okno”, służące jako dolotowe lub wylotowe, zależnie od pozycji zaworu, który kierował świeżą mieszankę do cylindrów lub gazy wydechowe na zewnątrz. Przez środek zaworu przepływała woda chłodząca (siła odśrodkowa wspomagała tu jej pompę).

Zawór był oczywiście wprawiany w ruch przez wał korbowy, za pośrednictwem pionowego wałka pośredniczącego i przekładni ślimakowej. W układzie przewidziane było specjalne zwężenie mające w zamyśle konstruktorów pęknąć w razie zatarcia mechanizmu, by zminimalizować dalsze szkody.

Źródła na temat “bezzaworowych” silników Itali są bardzo skąpe. Układ nie przyjął się na rynku i nie został zastosowany przez nikogo innego, a sam producent szybko powrócił do konwencjonalnego rozrządu. Można więc przypuszczać, że wynalazek nie sprawdził się w praktyce.

***

Długo zastanawiałem się, jak by tu podsumować historię rozrządu suwakowego i pokrewnych mu prób pozbycia się grzybkowych zaworów. Doszedłem do wniosku, że ten szatański wynalazek, który znamy pod nazwą czterosuwowego silnika spalinowego, najwidoczniej ma w sobie jakiś niewytłumaczalny pierwiastek niezatapialności. Każdy, kto przygląda się jego teoretycznej koncepcji z łatwością zauważa mnóstwo fundamentalnych wad, a poza nimi – niewiele zalet. Całość wydaje się tak pokręcona, że aż dziw, że w ogóle chce działać. Mimo to wszelkie próby głębszych modyfikacji tej idei, względnie zastąpienia jej czymś innym, spełzają na niczym, i to nieprzerwanie od kilkunastu dekad, a uzyskiwana przez nowoczesne konstrukcje sprawność przewyższa każdy silnik cieplny w historii. Cykl dwusuwowy, wirujący tłok Wankla, tłoki przeciwbieżne, rozrząd Knighta, maszyny parowe i prąd elektryczny – w teorii wszystko to powinno bić na głowę pomysł rozwijany od czasów majora de Rivaza, który obserwując pocisk wylatujący z lufy gazowo-elektrycznego pistoletu Volty postanowił zaprząc go do prostej korby i powtarzać wystrzały w nieskończoność. Co takiego jest w wynalazku, który teoretycy jednogłośnie kwitują gestem facepalmu, który od początku swego istnienia miał w społeczeństwie znacznie więcej przeciwników niż zwolenników i który nieprzerwanie od ponad stu lat zwalczają usilnie politycy, a który mimo to jest tak nieprawdopodobnie skuteczny w swojej robocie, całkowicie odporny na próby reformowania swojej istoty i po ponad stuleciu zaciekłej walki z nim oraz intensywnego wspierania wszelkich możliwych alternatyw ma się lepiej niż kiedykolwiek…? Czyżby naprawdę nie było innej drogi…? A może, po prostu, w poczciwy silnik czterosuwowy zostało już zainwestowane tak wiele, że nikt nie jest w stanie wyłożyć porównywalnych środków na odpowiednie dopracowanie konkurencyjnych opcji…?

Foto tytułowe: materiał prasowy Daimler AG

57 Comments on “DZIEDZICTWO INŻYNIERII: SILENT KNIGHT

  1. Nareszcie ciekawy, techniczny artykuł. Proszę o więcej. Może coś o dwusuwowych dieslach?

    • O dwusuwowych dieslach to tylko u Lema czytałem w “Wizji lokalnej”, kiedy to odgłos dyszącego kurdla był porównywany do dźwięków tego silnika. Notabene zapewne Stanisław Lem musiał znać ten dźwięk z autopsji (w przeciwieństwie do mnie)- pracował w czasie wojny jako mechanik.

      • Mysle ze zamiast podrozy kosmicznej ze Stanslawem Lemem, wystarczy odbyc (podobnie emocjonujaca) podroz pociagiem PKP, ciagnietym przez lokomotywe ST-44 (zwana zreszta Gagarinem).
        On ma dwusuwowego diesla.

        Dla tych co nie jechali filmik:
        https://www.youtube.com/watch?v=8SwsqQYvRV0

      • Ach! Gagarin! Dużo się ostatnio dowiedziałem o tej lokomotywie, przy okazji pisania wpisu na blogasie o Skansenie Lokomotyw Zduńska Wola- Karsznice i o Magistrali Węglowej.
        Otóż ponoć z dziesięć lat temu prawie wszystkie je usunięto ze służby, jako przestarzałe. Niestety już niedługo później się okazało że tylko Gagariny dają naprawdę radę ciągnąć potężne składy towarowe- i właśnie w ostatnim czasie wyciągnięto je ze składowisk złomu i tworząc frankensteiny (jeden z części trzech) przywrócono na Magistralę z powrotem. Podobno tzw. gniotsja- niełamiotsja.
        Do tego dowiedziałem się też że Rosjanie zaprojektowali je specjalnie dla Polski (są dużą modyfikacją jakiejś innej ichniejszej lokomotywy) i że w matuszce Rosiji w ogóle nie występują. Bardzo dziękuję za link- już teraz wiem jak dyszy kurdel.

      • a mi się wydawało, że widziałem takie w Rosji i sprawdziłem na wiki – wg nich ponad 700 było zamówione przez ZSRR, a dodatkowo ponad 150 przez armię sowiecką…

      • @ Hurgot: Te wiadomości zaczerpnąłem z jakiegoś forum kolejarskiego, ale rzeczywiście- mogą być niesprawdzone. W wolnej chwili jeszcze podrążę.
        Lokomotywy mnie dość fascynują, ale nie znam się na nich.

      • Dwusuwowe diesle stosowano w ciężarówkach holenderskiej marki FTF, wykorzystywanych głównie w transporcie ponadgabarytowym. Były to silniki Detroit Diesel serii 92 i 60 oraz pierwsze automatyczne skrzynie biegów w motoryzacji ciężkiej.

    • Problem w tym, że ja nie jestem inżynierem i taka pisanina to dla mnie stapanie po cienkim lodzie, w dodatku dość wymagajace intelektualnie 🙂 Na szczęście życzliwi Koledzy-fachowcy zawsze kulturalnie i rzeczowo poprawiaja moje błędy (Panowie ndv, Mav i wszyscy inni – dziękuję!!), ale zawsze niefajnie jest prezentować światu głupoty.

      A dwusuwowe diesle praktycznie nie występowały w samochodach osobowych, więc znajduja się w zasadzie poza dziedzina, która zajmuje się Automobilownia (być może kiedyś skrobnę coś o lekkich pojazdach użytkowych – zwłaszcza po wizycie w USA mam wielka ochotę popełnić wpis o jakichś ciekawych pick-upach, ale to raczej wyjatkowo, poza tym na pewno nie pójdę w wagę ciężką, bo też się na tym nie znam).

      • nieobojętny nikomu redaktor R.A. Ziemkiewicz twierdzi, że im więcej namęczy się autor, tym mniej namęczy się czytelnik 😉

    • Dwusuwowe diesle to są cały czas stosowane na statkach. I są nawet nawrotne. To znaczy jak chcesz płynąć do tyłu to musisz zatrzymać silnik i uruchomić go w drugą stronę. 🙂

      • Możliwość obracania się w obie strony to jedna z cech dwusuwa.

        W niektórych dawnych mikrosamochodach, oczywiście dwusuwowych, rozrusznik miał odwracane bieguny – mógł uruchomić silnik w dowolna stronę. Tak było taniej niż dorabiać wsteczny bieg w przekładni. Czasami też ludzie robili sobie dowcipy odpalajac takie wehikuły na pych w przeciwna stronę – wtedy autko miało cztery biegi do tyłu i jeden do przodu, a co mniej wyedukowany właściciel nie wiedział, co jest grane 🙂

    • Jeśli już to dwusuwowy silnik wysokpreżny ! Nie diesel, bo te tak jak je wymyślił, zaprojektował i stworzył Pan Diesel, były czterosuwowego:)

      • Chodzi bardziej o zapłon samoczynny versus iskrowy. Pan Otto też wymyślił czterosuwa, a Niemcy mówią powszechnie Zweitakt-Ottomotor, dlatego dla mnie określenie “dwusuwowy diesel” ma sens (po prostu tak jest prościej powiedzieć niż “silnik o zapłonie samoczynnym”).

  2. Dziękuję za podsunięcie, a jeszcze bardziej za podlinkowanie.
    Wydaje się że na tle innych wynalazków silnik spalinowy jest mimo wszystko stosunkowo jednak prosty w konstrukcji (może za wyjątkiem silników elektrycznych, ale te cierpią na problem zasilania do dzisiaj), dość szybko stworzono sprawny schemat w jakim wszystkie spalinówki były budowane i okazywało się to dostępne nawet dla bardzo małych manufaktur. Popularność tej techniki (nie technologii- thx mr. Mav) przełożyła się na środki jakie w nią inwestowano. Problemy jakie miały w założeniach inne, konkurencyjne rozwiązania okazały/ okazują się jednak znacznie większe, niż te, które ma silnik tradycyjny. Skoro nawet Mazda nie dała rady w XXI wieku uszczelnić Wankla, to prawdopodobnie nie da się go jednak uszczelnić 😉 .
    Silniki Knighta pokazują mi jednak, że każde trudne zadanie inżynierskie da się jakoś rozwiązać i wdrożyć do produkcji- czy będzie konkurencyjne, to już inna rzecz.
    Ciekaw jestem czy pan Knight dobrze wyszedł na sprzedaży tych patentów i czy mamony nie przehulał.

    • Bardzo słuszne uwagi.

      Co do Wankla, to w podobnym tonie pisałem przy okazji testu Mazdy RX-7 (jedna z pierwszych przejażdżek w historii bloga): mozliwe, że z problemami wankli nie da się wiele zrobić, a nawet jeśli, to nic nie uzasadnia ponoszenia zwiazanych z tym, ogromnych kosztów, bo wyraźnych przewag, niby ewidentnych w teorii, dotychczasowa praktyka nie potwierdza.

      Dokładnego zyciorysu pana Knighta niestety nie znam – może warto pogrzebać w tym kierunku, ale tym razem skonentrowałem się na samym wynalazku.

  3. Czyli generalnie sam Knight odniósł sukces, tak ?

    PS, ja jestem za powrotem silników parowych. Wytwornice pary, jak w Doble na przykład, zasilane paliwem odnawialnym (wodorem, drewnem 🙂 ) lub gazem ziemnym…

      • No proszę, jakie deklaracje na Automobilowni 🙂

        Ja nigdy nie byłem kibicem piłkarskim, poza tym muszę uważać, co mówię, bo mieszkam na osiedlu znanym z wyjatkowo zaciekłych walk kibiców 🙂 Chociaż tak naprawdę, to ta epoka skończyła się już dobrych naście lat temu.

      • To był jednak dowcip. Na pytania kiboli “Za kim jesteś?!” należało szybko odpowiadać “Nie interesuję się sportem”. Potem się dostawało po mordzie.
        Jeżeli komuś kibicuję to tak naprawdę Łukaszowi Kubotowi (nr 1 światowych deblistów) i Agnieszce Radwańskiej.

      • Tak, wyłapałem ten dowcip (o dziwo – bo nie jest to łatwe w Internecie, który ucina cała niewerbalna część komunikatu) 🙂

        Po mordzie na szczęście nigdy nie dostałem, co jest pewnym osiagnieciem dla człowieka, który mieszka na Kurdwanowie już 27-my rok. Ale też nigdy nie szlajałem się po ulicach o późnych porach.

        Przy okazji przypomniał mi się offtopowy, żydowski dowcip:

        “Icek, słyszałem, że przedwczoraj dostałeś po mordzie pod lasem…?”
        “Eee taam… Taki las… Ledwie cztery drzewa…”

      • ŁKS pastuje buty pastą do zębów!
        A Widzew nosi rajtuzy!

      • A ŁKS Gdynia, k.. świnia, chciało by się dopisać 😛

  4. No a jak jest z silnikien w Kamaz , czy to dwusow? Benny wypowiedz sie. Bo odglos ma oryginalny.

    • Nie jestem specjalista, ale wydaje mi się, że odgłos silnika Kamaza (tego klasycznego, spotykanego u nas jeszcze w czasach PRL) wynika z tego, że to jest V8-mka – większość porównywalnych ciężarówek ma układ R6.

    • Silnik KamAZ 740 (bo to o nim mowa) ma układ V8, ale poza tym jest po prostu zwykłym wysokoprężnym czterosuwem. Dwusuwowe to były diesle Detroita np.

      • Radziecki Kamaz to klasyczny 4-suwowy diesel, jeśli się nie mylę to opracowany razem z amerykańskim Fordem.
        Podobno to Kraz (ciężka wywrotka 6×6 do tej pory wykorzystywana w kamieniołomach) miał diesla 2-suwa. Ktoś potwierdzi?
        Z resztą wysokoprężne 2-suwy to nie tylko statki. Występują jako duże silniki stacjonarne, kolejowe czy czołgowe. A dawno dawno temu, gdzieś tak w latach 50-tych takie silniki napędzały też traktory czy walce. Były też konstrukcje w których jeden wielki cylinder działał jako kafar https://www.youtube.com/watch?v=yZcxZl5dR-4

      • jak wyżej napisałem wczesny KrAZ 214 miał dwusuwa, wierną kopię Detroit Diesel Series 71

      • Co do Diesli czołgowych, dwusuwowych- z okresu IIwś kojarzę właśnie silniki należące do rodziny Detroit Diesel Series 71. Jeden taki silnik był w brytyjskim wozie Valentine, a dwa takie silniki (no dobra, niektórzy piszą że był to jeden silnik bazujący na dwóch) były w “dieslowych” wersjach czołgu średniego M3, średniego M4 (Sherman, wersja M4A2) i niszczyciela czołgów M10. Ten ostatni pojazd jest zresztą niezwykle ciekawy- otóż Amerykanie w wojskach lądowych używali czołgów z silnikami benzynowymi (miało to swoje zalety, choćby kompatybilność paliwa z paliwem stosowanym do ciężarówek), ale jednocześnie wojska lądowe miały niszczyciele czołgów z Dieslami.

        Jednocześnie w czasach zimnej wojny mam wrażenie że wysokoprężne dwusuwy czołgowe to były przede wszystkim silniki dwutłokowe- dwa tłoki na jeden cylinder. Nie jestem zresztą pewien czy przypadkiem układ dwutłokowy nie wymusza (albo choćby zachęca) do robienia silniki dwusuwowego. Wiem że zarówno T-64, jak i T-80UD, jak i brytyjski Chieftain, miały dwutłokowe Diesle i silniki te były jednocześnie dwusuwami.

        Wiem, offtop czołgowy, ale tym razem to Szczepan zaczął swoim tekstem odnośnie rozrządy Knighta w brytyjskich romboidalnych “Tankach” 😉

    • Michal: juz sie inni wypowiedzieli bardzo fachowo 🙂 ale dzieki 🙂

  5. Ja też przeczytałem z otwartą gębą.
    Przy okazji – choć to nie obszar zainteresowania Autora – rozrząd suwakowy był szeroko stosowany w tłokowych silnikach lotniczych, zwłaszcza przez Brytyjczyków (Bristol, Napier, Rolls-Royce), i to w najróżniejszych, często zupełnie wariackich konfiguracjach: chłodzenie powietrzem i cieczą, układy gwiazdowy, X czy H, a nawet dwusuwowy silnik z rozrządem suwakowym i bezpośrednim wtryskiem (niewdrożony ostatecznie do produkcji Rolls-Royce Crecy).
    PS. Gratuluję bloga. To mój pierwszy komentarz, ale czytam od pewnego czasu i dla mnie to najlepszy kawałek motoryzacji w polskim internecie.

  6. No i teraz do późnej nocy będę się zastanawiał co było nie tak z rozrządem Itali. Nie słyszałem wcześniej o tym rozwiązaniu, a bardzo mi się podoba. Już kombinuje jakby to wyglądało doładowane i z bezpośrednim wtryskiem 🙂 . Dzięki Szczepanie.

  7. Dwusuwy ciągle mają przyszłość przed sobą. Dużo wojskowych dronów lata na dwusuwach.

    • Jeśli chodzi o drony powoli dwusuwy będą wypierane na rzecz silników elektrycznych (szczególnie w większych BSL gdzie będzie stosowany napęd tzw. rozproszony), wankli ewentualnie małych silników przepływowych. W dwusuwie największy problem oczywiście stanowią spaliny… Konstruktorzy dalej walczą o utrzymanie dwutaktów z racji ich charakterystyk pracy i możliwościach drzemiących w nich. Próbuje się stosować wtrysk do skrzyni korbowej, lub dzielone tj, 60% paliwa do skrzyni korbowej reszta kolejnymi wtryskiwaczami bezpośrednio do cylindrów. Nie eliminujemy przy tym wady dwusuwa jaką jest wypychanie spalin przez świeżą mieszankę.Są tez plany/badania nad takimi silnikami z zaworami i miską olejową ale stopień ich komplikacji wskazuje, że to chyba ślepa uliczka.

      • Evinrude stosuje bezposredni wtrysk benzyny i wtrysk oleju od kilkunastu lat (pierwszy przeglad po 3 lstach). Ktoras z firm olejowych (belray?) pokazala kilka lat temu olej do beltania w proporcji 100:1. Rozwiazania z roznymi przeslonkami zmniejszajacymi czasy wydechu to +- lata 80 – to daje 2-3 zskresy obciazen/predkosci wydajnej i czystej pracy. Do samolotu czy statku moze wystarczyc, silniki samochodowe na ogol pracuje przy kombinacji wysokich zmiennych predkosci i niskiego obciazenia.

        Problemem dwusuwow sa odksztalcenia w okolicy okien – pewnie podobny problem wystepowal przy suwakach.

        Co do odpalania dwusuwa wstecz-silniki nawrotne sa do tego przystosowane, ale w “jednokierunkowych” m.in. ze wzgledu na minimalizacje sil tarcia w ukladzie korbowo tlokowym os cylindra/sworznia tlokowego czesto jest przesunieta wzgledem osi walu – na biegu wstecz uzyskamy wiec wieksze drgania i szybsze zuzycie.

        Ponoc Oplot M ma diesla z przeciwbieznymi tlokami, moze SMKA cos dopisze.

        Jak sie wyspie moze jeszcze cos dopisze 🙂

      • Co do czołgu Opłot-M, zauważmy że wcześniejsze czołgi z tych “rejonów” (zakłady, biuro konstrukcyjne) też miały dwutłokowe dwusuwowe Diesle- takie silniki to też cecha T-80UD (nie mylić ze “zwykłym” “turbinowym” T-80) i T-64.

        Zresztą, 5TDF (silnik z T-64, to samo tyczy się chyba 6TDF z T-80UD) ma pewną ciekawą cechę. Otóż w nim zastosowano turbosprężarkę która w niektórych stanach (nie wiem jak to inaczej określić) może pełnić rolę sprężarki napędzanej mechanicznie. https://bashny.net/t/en/279453

    • NDV.
      Masz racje celnie zdefiniowałes różnicę pomiędzy silnikiem tłokowym samochodowym a lotniczym. W samolocie w locie ustalonym śmigło jest tak dobrane by silnik pracował w swym najbardziej optymalnym zakresie obrotowym tj.odpowiadajacym kompromisowi pomiedzy najmniejszemu jednostkowemu zużyciu paliwa i najwyższej mocy jednostkowej. Dodatkowo silniki lotnicze są bardzo konserwatywne w konstrukcji. Wiele silników produkowanych obecnie swój rodowód mają w latach 50tych. Do tej pory można zamawiać silniki gaźnikowe. I jeszcze moja prywatna opinia: boksery i wankle bardziej nadają się do samolotów niż samochodów:-)

  8. Co do odpalania benzynowca w dowolną stronę: nie było to takie proste, bo wyprzedzenie zapłonu robiło się opóźnieniem zapłonu.Wiem z autopsji, sam ujeżdżałem Rometa za dzieciaka, tam(silnik Dezamet)wyprzedzenie zapłonu było stałe i wynosiło 8 stopni przed GMP, może coś było z nim (tym egzemplarzem) nie tak, ale na pych w przód odpalał bez problemu a na pych w tył nie chciał za żadne skarby (też chciałem sprawdzić wtedy tę miejską legendę).

    • Być może to jest kwestia ustawień w konkretnym modelu…? Z tymi mikrosamochodami to nie jest ściema, one naprawdę miały dwustronny rozrusznik (nie pamiętam teraz marki, ale kiedyś poszukam i wspomnę przy okazji mikrosamochodów ogólnie). Witold Rychter pisał też, że w warsztacie znajomego na Alejach Jerozolimskich odpalili tak raz silnik kumplowi dla żartu, a że on był nieogarnięty technicznie, to zostawił na miejscu pojazd do naprawy, bo nie chciał jechać w przód…

      • Ja oprócz Rychtera czytałem o takim dowcipie także we wspomnieniach Jerzego Zaruby- zdaje się że było to odpalenie do tyłu P70 Zwickau, ale pamiętam że była też mowa o uprzednim przestawieniu zapłonu pod nieobecność właściciela.

      • A co tu dużo mówić- sam niechcący odpaliłem motorynkę Romet do tyłu. A raczej ona sama odpaliła. Nie chciała długi czas zagadać, kopaliśmy ją na zmianę z kolegą (nie mając pomysłu na nic lepszego, jako młodzieńcy nieopierzeni) przez pół godziny i w pewnym momencie kopajka jakby “odbiła” i pojazd zaczął pyrkać. Ino miał dwa biegi do tyłu. Tata mi potem wytłumaczył (jak już naprawił) że mocowanie zapłonu było luźne i się przestawił.
        To mi się młode lata przypomniały! Chciałem powiedzieć- młodsza część młodości.

      • np. Messerschmitt KR200 – proszę bardzo 😉

      • “Hurgot broni, Hurgot radzi, Hurgot nigdy was nie zdradzi” – dziękuję!!

  9. Dwusuwów jest mnóstwo tylko ich nie zauważamy bo są przeważnie małe ale pilarki wykaszarki świdry spalinowe agregaty prądotwórcze i takie tam różne .W dwusuwach też jest postęp https://www.youtube.com/watch?v=IY7zQKw4qsQ
    i tak sobie myślę że za szybko to się ich nie pozbędziemy

  10. W jakiejś książce (“Samochody od A do Z”?) widziałem jeszcze opis rozrządu stosowanego przez Triumpha – nie wiem jednak, czy seryjnie, czy prototypowo. Był to rozrząd, zdawałoby się, najbardziej oczywisty – czyli obracający się poziomo wałek (a może dwa wałki?) w głowicy z otworami. I w zasadzie nie wiem, co z nim mogło być nie tak…

    • Zużywałby się na znacznie większej powierzchni niż zwykły zawór i ciężko byłoby zapewnić mu smarowanie w miejscu okien zaworowych. To tak tylko intuicyjnie oceniając.

      • ale mogl by byc nieco stozkowy (zawor i gniazdo) i ze sprezyna dociskajaca, to by minimalizowalo problem 🙂

  11. A propos dwusuwu chodzącego w drugą stronę – w mikrosamochodach z dwusuwem odpalanym w drugą stronę była dźwigienka do włączania wstecznego – przytłaczała rozrusznik ( a w zasadzie prądnico rozrusznik) do pracy w drugą stronę i przestawiała zapłon.

  12. Przypomnniało mi się jak kiedyś ruszyłem wsk 175 do tyłu.
    Nadmienie że bardzo energicznie. 😉

  13. swietny, super ciekawy artykul! dlugo az tak ciekawego nie czytalem, super! i komentarze tez swietne, dopiero teraz przeczytalem bo w szwecji jestem i malo czasu a duzo roboty..

  14. ps. swietna gra slow 🙂 dodatkowo premiera powinna byc w wigilie 🙂 koleda “cicha noc” w amerykanskiej wersji nuci mi sie podswiadomie 🙂