Jeepnieci - Pentastar - Nowe serce Chryslera

 

 

Wstęp

W 2009 roku na targach motoryzacyjnych w nowym Jorku Chrysler wywołał burzę prezentacją swojego nowego super-silnika, który miał zastąpić w przyszłych modelach kilka silników V6 i V8 obecnych wówczas w ofercie tego producenta, stając się flagową jednostką napędową koncernu. Miał dokonać przełomu nie tylko w kwestii mocy i spalania, ale także zoptymalizować koszty. Już sam fakt produkcji jednego silnika zamiast co najmniej 7 innych jednostek jest ogromną oszczędnością, a dochodzą jeszcze oszczędności materiałowe na bardzo lekkiej strukturze - ponoć udało się zaoszczędzić ok. 20 kg aluminium w porównaniu do jednostki 3.8 znanej jeepnietym z wranglera..

Silnik natychmiast wywołał ogromną liczbę spekulacji na jego temat, zarówno pozytywnych jak i negatywnych. Które bliższe są prawdy? Spróbuję na to pytanie odpowiedzieć możliwie obiektywnie. Niestety, jak to zwykle bywa, dane stricte techniczne i schematy są praktycznie niedostępne, więc pozostaje opierać się na tym, co wyciekło do sieci, a to z kolei może powodować popełnienie przeze mnie błędów, za które z góry przepraszam. Dodam też, że wiele z przemyśleń tu zawartych to moje OPINIE, które siłą rzeczy mogą być subiektywne a nawet błędne.

Pierwotnie silnik określany był mianem Phoenix, jednak z racji na zbieżność z nazwą stosowaną przez producenta silników dla muscle-car'ów nastąpiła zmiana nazwy na Pentastar, najpewniej w nawiązaniu do pięcioramiennej gwiazdy obecnej w logo Chryslera. Tym niemniej, poszukując danych sprzed lat, warto wpisywać w wyszukiwarkę starą nazwę „Phoenix”.

Obecnie silnik produkowany jest tylko w jednym wariancie pojemnościowym (3.6 litra), jednak mówi się już o planach wytwarzania również innych pojemności.

Dane podstawowe

Silnik jest jednostką w układzie V6 o rozchyleniu cylindrów wynoszącym 60º, z aluminiowym blokiem i głowicami, kryjącymi dwa wałki rozrządu, każdy o zmiennych fazach, realizowanych przez obrót wałka względem jego rolki napędowej. Pojawiają się też spekulacje o przystosowaniu silnika do użycia fiatowskiego systemu zmiennych faz multi-air, jednak na ten temat nie ma żadnych oficjalnych informacji. Liczba zaworów wynosi 24, co oznacza użycie 4 zaworów na cylinder. Taka konfiguracja pozwala na uzyskanie 90% z momentu obrotowego wynoszącego 353Nm (przy 4800rpm) w szerokim przedziale obrotów od 1600 do 6400rpm. Jest to dokonanie, z którym do tej pory mogliśmy się spotykać głównie w turbodoładowanych dieslach.

Sam napęd zaworów odbywa się w sposób zaczerpnięty z poczciwego 4.7 V8, tzn. poprzez dźwigienki zaworowe, podparte z jednej strony na hydraulicznym kompensatorze luzu, a z drugiej na zaworze. W środku znajduje się rolka odpowiadająca za kontakt z krzywką wałka.

Na chwilę obecną zasilanie paliwem realizowane jest tradycyjnie, poprzez wtrysk pośredni do kolektora dolotowego, jednak Chrysler przyznaje, że konstrukcja silnika zakłada użycie wtrysku bezpośredniego.

Same wymiary główne silnika to 96mmx83mm, co czyni silnik dość mocno nadkwadratowym. Umożliwia to też rozwijanie wysokich obrotów- czerwone pole obrotomierza ma się zaczynać dopiero od 7.200rpm, granicy absolutnie nieosiągalnej dla dawnych konstrukcji Chryslera. Oczywiście maksymalna moc wypada niżej, jest to (zależnie od wersji) ok. 280 koni przy ok. 6400rpm.

Z jakiegoś powodu Chrysler koniecznie chce się chwalić filtrem oleju, umieszczając informacje o jego innowacyjności w każdym prospekcie. Osobiście nie uważam tego za istotne, jednak wspomnimy o tym- w silniku zastosowano filtr w formie wkładki bez obudowy, co ma być bardziej ekologiczne od stosowanych obecnie filtrów wkręcanych.

Szczegółowa interpretacja rozwiązań

Jak na dzisiejsze czasy silnik okazuje się dość konserwatywny. Nie ma tam żadnych rozwiązań, których w silnikach europejskich czy japońskich nie znalibyśmy co najmniej od 10 lat. Pytanie brzmi, czy to źle? Moim zdaniem uproszczenie konstrukcji jest akurat zaletą. Znacznie więcej pola do fantazji zostawiają potencjalne zmiany, które zostały wstępnie zaprojektowane dla tego silnika na przyszłość. Ale po kolei.

a) Rozrząd

W obecnej konfiguracji rozrząd napędzany jest łańcuchem, a konkretnie dwoma lub trzema (przekroje pokazują układ znany już z 4.7 power-tech, nie widać jednak czy koło pośrednie napędzane jest od wału łańcuchowo czy zębatką). Taka długość łańcucha w połączeniu z wysokimi obrotami może oznaczać skrócenie jego żywotności, jednak obecnie praktycznie każda konstrukcja cechuje się takim rozwiązaniem, więc nie może to dziwić. Najpewniej zębatka pośrednia napędza również wałek wyważający, niemal konieczny przy silniku V6, jednak na ten temat panuje milczenie.

Zastosowanie hydraulicznych kompensatorów jest miłym ukłonem w stronę bezobsługowości silnika, gdyż nie wymagają one stosowania okresowych regulacji. Jest to jednak o tyle zastanawiające, że do tej pory przyjęte było, iż kompensatory hydrauliczne stają się niewydajne przy wysokich prędkościach obrotowych. Wówczas nie nadążają się one napełniać olejem powiększając luz zaworowy. Może to oznaczać (choć być może Chrysler uporał się jakoś z tym problemem) że silnik będzie cierpiał na przyspieszone zużycie przy wyższych obrotach, a zwłaszcza przy zimnym oleju.

b) Blok silnika

Tu nie ma co dyskutować- dziś silniki robi się z aluminium i koniec. Jako wielbiciel topornych silników zdolnych przetrwać niemal każde przegrzanie nie jestem zwolennikiem tego trendu, ale jest to droga rozwoju motoryzacji, z której nie ma odwrotu i musimy się z tym pogodzić. Jakkolwiek utrudni to nieco jazdę w terenie z zalepioną błotem chłodnicą, to trzeba obiektywnie przyznać, że takich warunków nie zaznaje prawdopodobnie nawet 1% wychodzących na rynek jeepów. Tymczasem aluminium pozwala uczynić silnik nie tylko lżejszym, ale także równomierniej rozprowadzać ciepło podczas nagrzewania i umożliwiać szybsze osiągnięcie temperatury pracy. To z kolei oznacza istotne w czasach ekoterroryzmu zmniejszenie spalania i emisji węglowodorów.

Ciekawostką, której możemy dopatrzyć się na przekrojach silnika dostępnych w internecie, jest to, że nie widać w nich dokładnie metody tulejowania bloku. Co gorsza, cylindry wydają się nie mieć między sobą kanału chłodniczego, za wyjątkiem samego szczytu bloku, gdzie przechodzi wąska strużka chłodziwa. Zdaje się to sugerować, że wnętrze silnika stanowią dwie potrójne, połączone ze sobą tuleje żeliwne, między którymi przestrzeń wypełnia aluminium. Jest to trend obecny już np. w kilku jednostkach Volkswagena. Rozwiązanie to pozwala znacznie zwiększyć sztywność bloku, ograniczyć masę i zmniejszyć wymiary zewnętrze silnika, jednak ma pewną istotną wadę. Brak chłodzenia w dwóch przeciwległych fragmentach ścianki powoduje nierównomierny rozkład temperatury cylindra, co z kolei powoduje jego odkształcanie się w kształt jajka. To z kolei powoduje gorsze przyleganie pierścieni do gładzi i szybsze zużycie silnika.

c) Układ korbowo-tłokowy

Na tym polu Amerykanie również nie dali ponieść się fantazji i zastosowali całkowicie klasyczne rozwiązania, rodem z Europy. Silnik ma większą średnicę tłoka od jego skoku, co wyraźnie jest ukłonem w stronę napełniania cylindrów przy wysokich obrotach (czyli mocy maksymalnej) kosztem momentu w dole. Jest to oczywiście skompensowane w znacznym stopniu przez zmienne fazy rozrządu. Zdjęcia pokazują lekkie tłoki z nacięciami na zawory, co wskazuje, że silnik ma konstrukcję kolizyjną. A to oznacza, że zerwanie łańcucha będzie już niestety oznaczać duży remont. Na fotografiach można również dopatrzeć się klasycznego dla V6 rozwiązania jakim są 4 łożyska główne wału i trzy wykorbienia, po dwie korby na każde.

d) Układ zapłonowy

W układzie zapłonowym Pentastar'a nie ma również żadnych rewelacji, wyposażony jest on w 6 niezależnych cewek montowanych bezpośrednio na świecę. Na jeden cylinder przypada jedna świeca. Świece mają być „długowieczne”, co oznacza użycie albo świec irydowych, albo platynowych (brak dokładnych danych).  Jest to rozwiązanie o tyle logiczne, że dobry zapłon jest szalenie istotny przy zasilaniu silnika etanolem E85, a do tego paliwa silnik ma być przystosowany.

e) Układ paliwowy

Na chwilę obecną Pentastar zasilany jest klasycznie za pomocą wtryskiwaczy montowanych przed zaworami dolotowymi. Jedyny ukłon w stronę panujących obecnie trendów stanowi przystosowanie silnika do spalania mieszanki E85 (85% etanolu i 15% benzyny). Docelowo planowany jest wtrysk bezpośredni. O ile nie wiemy dokładnie jak wtrysk ten ma być realizowany, możemy napomknąć „po co to w ogóle”. Wtrysk bezpośredni pozwala dozować paliwo znacznie precyzyjniej. Po pierwsze, wtryskujemy je od razu do ciepłej komory spalania, eliminując zjawisko skraplania paliwa w dolocie. Po drugie, wtryskujemy paliwo po zamknięciu zaworów, co z kolei uniemożliwia jego ucieczkę zarówno do dolotu jak i do wydechu, jak to ma miejsce w klasycznym wtrysku pośrednim. Co nam to daje? Precyzyjny dobór mieszanki nie tylko obniża spalanie i emisję szkodliwych substancji (wodorowęglanów i tlenków azotu), ale też umożliwia uniknięcie spalania stukowego przy wyższych ciśnieniach sprężania i/lub większym wyprzedzeniu zapłonu. Czyli po prostu daje więcej mocy. Skoro więc jest to takie czyste i wydajne, to dlaczego wywołuje u mnie mieszane uczucia? Ano dlatego, że jak zawsze, jest to dodatkowa komplikacja, kolejny relatywnie drogi element. Pocieszające jest jednak to, że ciśnienia panujące w takim wtryskiwaczu są wielokrotnie niższe niż we wtryskiwaczach dieslowskich, więc najpewniej nie będzie to ani tak drogie, ani tak awaryjne jak nasze kochane CRD.

f) Inne

Istotną nowością w Pentastarze jest zastosowanie elektronicznej przepustnicy. Jakkolwiek gadżet ten dał się poznać ze złej strony dzięki Toyocie i jej samo-przyspieszającym samochodom, to w kwestii spełniania norm emisji i układu kontroli trakcji ma on swój duży udział. Elektroniczna przepustnica pozwala wyliczyć mieszankę paliwową jeszcze przed podaniem większej objętości powietrza. To znaczy, że silnik nie jest zaskakiwany zmiennymi warunkami, jest zawsze gotów na podanie optymalnej ilości paliwa. W przepustnicy mechanicznej takiego luksusu nie ma, więc przy każdej minimalnej zmianie obciążenia mamy do czynienia z mieszanką minimalnie za ubogą lub za bogatą. W pierwszym przypadku oznacza to emisję tlenków azotu, w drugim marnowanie paliwa i wyrzucanie w powietrze węglowodorów.

Ponadto, komputer może sterować tym samym mocą silnika, usprawniając bardzo działanie układu ESP. Udało się też wyeliminować silnik krokowy w formie jaką znamy z przepustnic tradycyjnych, więc w gruncie rzeczy stopień komplikacji nie zmienia się, koszt również pozostaje zbliżony. Mało tego, umożliwia to wprowadzenie specjalnych programów np. do jazdy w terenie czy zimą, w których przepustnica reaguje mniej agresywnie na działania kierowcy, dostarcza bardziej płaski moment obrotowy itd.

W przyszłości planowana jest wersja podwójnie turbodoładowana, która ma dostarczać nawet 400HP.  Krążą słuchy, że ma być ona produkowana z pojemnością skokową 3.0l, co tłumaczę sobie dwojako- po pierwsze wysokie ciśnienia pracy wymagać będą grubszych ścianek cylindrów, po drugie wreszcie można spodziewać się, że ogromna ilość ciepła będzie wymagała odseparowania tulei cylindrowych, by poprowadzić między nimi kanały chłodnicze. Czekam z niecierpliwością, choć jestem jednak tradycyjnie zwolennikiem silników wolnossących.

Podsumowanie

Reasumując, Pentastar jest silnikiem nowoczesnym i już na wejściu posiada duży potencjał rozwojowy. Jest to ewolucja, którą możemy jedynie zaakceptować, gdyż innej drogi nie ma. Nie jest to silnik, który wytrzyma milion kilometrów, nie należy też spodziewać się możliwości naprawienia go we własnym garażu. Nie jest to być może rozwiązanie dobre dla terenowych wyjadaczy, ale wielki koncern nie może niestety patrzeć na tak niszowe działania jak jazda offroad. Do tego, do czego silnik ten został stworzony z pewnością nadaje się dobrze i powinien okazać się wielkim sukcesem.

Trzymajmy więc kciuki za sukces tego silnika, bo włożono w niego naprawdę dużo pracy, a zachowane namiastki prostoty mogą pokazać konstruktorom europejskim, że naprawdę można prostymi sposobami osiągnąć dobry efekt, bez angażowania ekstremalnie drogich i awaryjnych rozwiązań.

 

opracował: mendelmax