Maserati Nettuno to mocarne V6, które ma uratować los silników benzynowych. Jego twórca zdradza mi, jak to zrobi

Możliwości jednostki Nettuno robią wrażenie nawet w kręgach producentów supersamochodów. Osiąga ona całe 630 KM przy wysokich 7500 obr./min. - tak jak przykazują prawa aut sportowych - i 730 Nm w szerokim zakresie 3000-5500 obr./min. To wszystko z kompaktowej jednostki V6 o pojemności skokowej 3 l i wadze 220 kg. Oznacza to ponad 200 KM z litra pojemności.

Konkurenci - do wykręcenia podobnych liczb - potrzebują, mówiąc kolokwialnie, więcej silnika. Ferrari Roma wyciska 620 KM z V8 o pojemności 3,9 l. Lamborghini Huracan – 640 KM z V10 o pojemności 5,2 l. Również niemieccy producenci pokroju BMW M i Mercedesa-AMG podobne liczby osiągają z jednostek 8-cylindrowych o pojemności 4 l i więcej. Nawet słynący ze swojej kompaktowej budowy bokser w nowym Porsche 911 Turbo S jest większy: wyciska 650 KM z 3,8 l.

Maserati dokonało więc niezłego wyczynu, tym bardziej, że obyło się przy tym bez jakiejkolwiek formy hybrydyzacji. Wydawać by się mogło, że to klasyczna, widlasta jednostka benzynowa z dwoma turbosprężarkami, gdyby nie jeden bardzo głęboko schowany szczegół, który sięga aż komór spalania.

Tą przełomową innowacją jest układ spalania komorowego. W porównaniu do klasycznie zbudowanego silnika wyróżnia się on tym, że nad komorą spalania znajduje się jeszcze jedna, dużo mniejsza. To w niej następuje wstępny zapłon mieszanki, która następnie przedostaje się do głównej komory i rozprzestrzenia po niej, by doprowadzić do szybszego i bardziej wyrównanego zapłonu. Takie połączenie to święty Graal motoryzacji, bo oznacza zarówno większą moc silnika, jak i czystsze spaliny.

Pomysł ten teoretycznie nie jest niczym nowym. Z tego rozwiązania korzystała Honda już w latach 70. Na podobnej zasadzie działają również silniki w Formule 1. W 2019 roku swój układ komorowego spalania zaprezentowało też Mahle pod nazwą Jet Ignition.

Wszystkie przywołane przykłady miały wiele elementów wspólnych: obecność dodatkowej komory spalania wstępnego oraz dwóch wtrysków (jednego pośredniego, kierującego paliwo do kanału dolotowego, i drugiego bezpośredniego, zamontowanego w tej małej komorze obok świecy). Przez kanał dolotowy do komory spalania dostawało się dużo ubogiej mieszanki (dużo tlenu, mało paliwa). W mniejszej komorze wstępnej tworzyła się natomiast bogata mieszanka z niewielką ilością tlenu i względnie dużą zawartością paliwa. Jej skuteczne spalenie pociągało za sobą wydajniejszą detonację w głównej komorze spalania.

I byłoby to całkiem ekologiczne i być może nawet stosowane dziś w samochodach rozwiązanie, gdyby nie fakt, że nie jest ono do końca dopasowane do współczesnych realiów. Te są takie, że do spełnienia WLTP potrzeba jeszcze czystszych spalin, które można uzyskać dopiero przez stosowanie katalizatorów. One z kolei działają z mieszanką stechiometryczną - to znaczy taką, w której powietrze i paliwo miesza się w stosunku 14,7 do 1. W tych silnikach mieszanka była uboższa.

Jednostka Maserati pracuje na dokładnie takiej mieszance. Można powiedzieć, że cały ich wynalazek polega na dostosowaniu tego znanego od dekad konceptu do obecnych realiów. W projekcie Włochów nadal są dwa wtryski - pośredni i bezpośredni, ale obydwa skierowane są do głównej komory spalania. Wytworzona przez nie mieszanka najpierw trafia normalnie do cylindra, a dopiero stamtąd jest wypchnięta w cyklu sprężania do mniejszej komory zamontowanej powyżej.

Tam z kolei czeka już sama świeca (bez dodatkowego wtryskiwacza) i dochodzi do zapłonu. To prowadzi do bardzo szybkiej detonacji na obszarze całej komory spalania, bez występowania efektu spalania stukowego. Ten nowy rodzaj pracy silnika nazywany jest przez Maserati spalaniem komorowym pasywnym, w przeciwieństwie do już znanego (choć niestosowanego w autach drogowych) spalania komorowego aktywnego.

Przy niskim obciążeniu system ten może wspierać druga świeca, która jest zamontowana już w typowej komorze spalania, ale nietypowo, bo z boku (nie jest to więc Twin Spark). Obydwie świece mogą pracować synchronicznie, ale też nie muszą. Detonacje mogą następować w krótkim odstępie, zależnie od tego jak szybko powinno nastąpić spalenie mieszanki w danych okolicznościach. Spowalnia się je na przykład wtedy, gdy silnik jest zimny i trzeba szybko rozgrzać katalizator.

Jak duża jest ta dodatkowa komora spalania wstępnego? Bardzo mała. W projekcie Maserati ma od 0,3 do 0,5 proc. pojemności skokowej cylindra. Jeśli więc w Nettuno cylinder ma pojemność 0,5 l, to ta dodatkowa komora liczy sobie 15 cm3. Do dużej komory mieszanka przedostaje się z niej przez 6 dysz o średnicy około 1 mm każda.

W praktyce wynalazek Maserati daje efekt porównywalny z tym, jak gdyby 1,5-litrowy, 3-cylindrowy silnik miał osiągi 4-cylindrowego, 2-litrowego. Albo, przekładając to na przykład Maserati, gdyby 3-litrowe V6 miało osiągi 4-litrowego V8. I tak dokładnie jest.

Pracownicy Maserati nie kryją dumy z faktu, że to rozwiązanie zostało opracowane właśnie u nich. Nie w Japonii, Niemczech czy USA, ale w sercu Modeny, przy via Cirro Menotti. To tam znajdują się historyczne, wybudowane tuż po II wojnie światowej, centralne zakłady Maserati. Oprócz linii produkcyjnej nowego MC20 mieści się również dział rozwoju technicznego nowych silników oraz, po sąsiedzku, ich linia produkcyjna.

Podczas naszego wywiadu – przeprowadzanego ze względu na nadal obowiązujące obostrzenia pandemiczne w formie wideokonferencji – Włosi pokazują mi klinicznie czystą, białą halę, którą widziałem na żywo parę miesięcy temu podczas premiery MC20. Teraz wypełniają ją już mechanicy, którzy budują silniki Nettuno do produkcyjnych egzemplarzy tego modelu.

Zbudowanie jednego motoru trwa tutaj blisko dobę. Po procesach produkcyjnych następuje jeszcze długi czas badania jakości każdej ukończonej jednostki. Każda zaczyna życie od 40 minut morderczego testu na hamowni.

O kulisach powstania tej historycznej jednostki opowiada mi inżynier Matteo Valentini, który był głównym kierownikiem jej projektu. – Pracę nad własnym silnikiem rozpoczęliśmy w 2015 roku. Zaczynaliśmy od pustej kartki papieru, więc dużo czasu zajęło nam dojście choćby do konfiguracji, którą mieliśmy podążać. Myśleliśmy o wszystkim, włącznie z bokserem o kącie rozwarcia cylindrów 180 stopni. To pożądane rozwiązanie z punktu widzenia nisko położonego środka ciężkości, ale zajmuje za dużo miejsca. Ostatecznie zdecydowaliśmy się na jednostkę V6 o kącie rozwarcia 60 stopni. Z naszej perspektywy to optymalne rozwiązanie dla MC20 - tak pod względem rozłożenia wagi, jak i aerodynamiki – opowiada pracownik Maserati.

Wydawać by się mogło, że jedyną drogą rozwoju dla aut wchodzących na rynek jest już hybryda. Choćby w miękkiej formie. Był czas, kiedy kierowany przez Valentiniego zespół też tak myślał. – Pierwszym pomysłem była sprężarka napędzana elektrycznie. Nasze testy wykazały jednak, że to zbyt skomplikowane i drogie rozwiązanie. W 2018 roku poczuliśmy, że obowiązujące trendy kierują nas w stronę układu spalania komorowego – wspomina Włoch.

– Doszliśmy do wniosku, że z jego pomocą możemy poradzić sobie z podstawowym problemem nowych silników o wysokich osiągach, jakim jest odpowiednie chłodzenie. Przy naszym pomyśle nie potrzebowaliśmy większych turbosprężarek, bo większa moc wynika z wydajniejszego spalenia samej mieszanki. W ten sposób turbosprężarki mogły zachować niewielkie rozmiary, co daje nam szybkie reakcje na gaz bez efektu turbodziury. Do tego zastosowaliśmy zarówno wtryskiwacz pośredni, by dać mieszance wystarczająco dużo czasu na wymieszanie, jak i bezpośredni, by precyzyjnie dozować ilością paliwa – opisuje Valentini.

– Nad układami spalania komorowego pracuje obecnie kilka podmiotów, ale my go poprawiliśmy i jako pierwsi wprowadziliśmy do samochodu produkcyjnego. To kolejny wyścig, który wygrało Maserati, choć już na innym polu – mówi górnolotnie, jak na Włocha przystało. Pytam go, na czym polegała główna trudność w prowadzeniu takiego silnika do produkcji. – Na tym, by ta nowa technologia działała w każdych warunkach, w każdym przypadku i działała jak najdłużej – odpowiada.

– Ostateczna decyzja pójścia tą drogą rozwoju była motywowana przede wszystkim nie nowymi normami spalin, tylko faktem, że to naprawdę najlepszy wybór dla silników sportowych. W końcu układy spalania komorowego znajdziemy nawet w Formule 1 – mówi szef projektu Nettuno.

Rzeczywiście, gdyby Włosi skorzystali z hybrydy, nie utrzymaliby charakteru prawdziwego silnika Maserati. A tutaj jego obecność, mimo mniejszej pojemności skokowej, nadal jest oczywista. Trzylitrowe V6 ryczy niczym klasyczne V8. Rozwija przy tym moc jak wysokoobrotowa jednostka wyścigowa. Kręci się do aż 8000 obr./min. Tłoki są stosunkowo szerokie (88 mm średnicy), za to ich skok dość krótki (82 mm). Stopień kompresji wynosi 11 do 1. Zapowiada się naprawdę wspaniały silnik.

Na koniec pozostaje oczywiście pytanie: gdzie jest haczyk? Zastanawiam się, jaka będzie żywotność takiej jednostki, a dokładniej – czy drożność niewielkiej komory i tak mikroskopijnych dysz, przez które mają przechodzić spaliny, nie będzie się z czasem ograniczała. Twórcy silnika zapewniają mnie, że nie, ponieważ przez cały czas części te pracują pod ogromnym ciśnieniem i przy wysokiej temperaturze.

Nie można jednak ukryć faktu, że chociaż Maserati uniknęło zastosowania osprzętu hybrydowego, to stworzony silnik to skomplikowana i droga jednostka. Nie spodziewajcie się więc, ze nagle pojawi się w popularnych autach i na dobre odgoni widmo samochodów elektrycznych.

Valentini jest pewny, że w najbliższych latach Maserati będzie w stanie spełnić wszystkie wymogi ekologiczne, korzystając tylko z tego rozwiązania. Silnik Nettuno jest zarezerwowany co prawda tylko dla modelu MC20 i nie pojawi się w żadnym innym samochodzie, ale układ spalania komorowego już jak najbardziej zagości również w kolejnych jednostkach Maserati.