Nowa jednostka Hurricane 4 pokazuje, jak daleko zaszła współczesna inżynieria silników spalinowych. Czterocylindrowy motor Jeepa łączy rozwiązania znane z Formuły 1 z wysoką efektywnością i osiągami, które jeszcze niedawno były zarezerwowane dla większych jednostek. Choć koncepcja na ten silnik jest czysto europejska, to samochody wyposażone w tę jednostkę są sprzedawane wyłącznie w Ameryce Północnej.
fot. Stellantis
Najnowszy silnik Jeepa o pojemności 2.0 litra udowadnia, że niewielka jednostka może generować imponującą moc i jednocześnie zachować wysoką sprawność. Hurricane 4 to konstrukcja naszpikowana zaawansowaną technologią, w której kluczową rolę odgrywa sposób spalania mieszanki oraz precyzyjne sterowanie procesami zachodzącymi w cylindrze.
Turbulent Jet Ignition – jak działa spalanie z komorą wstępną
Sercem całej koncepcji jest wstępna komora spalania. To niewielka przestrzeń zintegrowana z głowicą, do której podczas sprężania trafia część mieszanki paliwowo-powietrznej. Zapłon inicjowany jest właśnie tam, a następnie przez system precyzyjnie dobranych otworów powstają strugi płomienia kierowane do głównej komory spalania.
W omawianej konstrukcji zastosowano dziewięć otworów – osiem promieniowych oraz jeden centralny. Ich średnica i rozmieszczenie nie są przypadkowe. Większe otwory boczne odpowiadają za dostarczenie energii spalania do dalszych obszarów cylindra, natomiast mniejszy otwór centralny ogranicza bezpośrednie oddziaływanie płomienia na tłok, chroniąc go przed nadmiernym obciążeniem cieplnym.
Takie rozwiązanie zapewnia bardzo szybkie i równomierne spalanie. W praktyce przekłada się to na możliwość pracy przy wysokim stopniu sprężania (około 12:1) oraz ograniczenie spalania stukowego nawet przy wysokim doładowaniu.
fot. Stellantis
Podwójny zapłon i podwójny wtrysk
Silnik wykorzystuje dwie niezależne świece zapłonowe na każdy cylinder. Jedna świeca pracuje w komorze wstępnej, druga w głównej komorze spalania. Kluczowe jest to, że ich praca nie jest równoczesna – zapłon inicjowany jest przez jedną z nich, zależnie od obciążenia i prędkości obrotowej.
Przy niskim obciążeniu inicjacja spalania może zaczynać się w głównej komorze, co poprawia stabilność pracy i czystość spalin. W średnim zakresie większą rolę przejmuje komora wstępna, a przy maksymalnym obciążeniu spalanie realizowane jest praktycznie wyłącznie przez turbulentne strugi płomienia.
Równie zaawansowany jest układ zasilania. Połączenie wtrysku bezpośredniego i pośredniego pozwala optymalizować pracę w różnych warunkach. Wtrysk pośredni poprawia kulturę pracy i ogranicza hałas przy niskim obciążeniu, natomiast bezpośredni zwiększa odporność na spalanie stukowe i umożliwia uzyskanie wyższej mocy.
Doładowanie, cykl Millera i ekstremalne parametry pracy
Za dostarczanie powietrza odpowiada turbosprężarka o zmiennej geometrii. To rozwiązanie nadal rzadko spotykane w silnikach benzynowych. Dzięki regulacji kąta łopatek możliwe jest szybkie budowanie ciśnienia doładowania przy niskich obrotach oraz utrzymanie wysokiej wydajności przy dużym przepływie spalin.
Technologia turbosprężarek VTG (Variable Turbine Geometry – Zmienna Geometria Turbiny) firmy BorgWarner łączy wysokowydajną turbosprężarkę z zaawansowaną funkcją zaworu upustowego (wastegate), co przekłada się zarówno na poprawę emisji spalin, jak i osiągów silnika. To jedyne rozwiązanie tego typu, które integruje technologię VTG z zaworem upustowym. Sam zawór upustowy przyspiesza nagrzewanie katalizatora podczas zimnego rozruchu, natomiast VTG zapewnia precyzyjne sterowanie doładowaniem i lepszą kontrolę pracy silnika. – czytamy w komunikacie prasowym firmy BorgWarner – Dodatkowo technologia VTG wspiera pracę w cyklu Millera o wysokim stopniu sprężania. Pozwala to zoptymalizować osiągi w szerokim zakresie prędkości obrotowych. Przy niskich obrotach układ zapewnia pełny cykl sprężania przy niższym doładowaniu, co poprawia efektywność paliwową i ogranicza straty, natomiast przy wyższych obrotach zwiększa doładowanie, umożliwiając uzyskanie większej mocy.
Maksymalne ciśnienie doładowania sięga około 2,4 Bara, co jest bardzo wysoką wartością jak na jednostkę benzynową. W praktyce osiągane jest ono głównie w warunkach wymagających kompensacji, np. przy wysokiej temperaturze otoczenia lub na dużej wysokości.
fot. BorgWarner
Silnik pracuje w cyklu Millera, co oznacza wcześniejsze zamykanie zaworu dolotowego. Pozwala to zmniejszyć straty oraz zwiększyć efektywny stopień rozprężania względem sprężania. W połączeniu z szybkim spalaniem umożliwia to osiągnięcie wysokiej sprawności cieplnej – aż do 41%!
Materiały i trwałość – przygotowany na wysokie obciążenia
Wysokie ciśnienia i temperatury wymagają odpowiednich rozwiązań konstrukcyjnych. W Hurricane 4 zastosowano cylindry pokryte warstwą nanoszoną metodą natrysku plazmowego. Takie rozwiązanie redukuje tarcie, poprawia odprowadzanie ciepła i zwiększa odporność na zużycie.
Układ rozrządu wyposażono w elektrycznie sterowane zmienne fazy, co pozwala precyzyjnie kontrolować moment otwarcia i zamknięcia zaworów w zależności od warunków pracy.
Istotnym elementem koncepcji jest brak zaworu EGR. Zamiast recyrkulacji spalin zastosowano tak efektywny i czysty proces spalania, że zawracanie spalin do komory spalania nie było konieczne. Upraszcza to układ i eliminuje jeden z potencjalnych punktów awarii.
Nowy silnik Jeepa pokazuje kierunek rozwoju jednostek spalinowych. Zamiast rezygnować z tej technologii, producenci rozwijają ją, wykorzystując rozwiązania rodem z motorsportu. Hurricane 4 jest przykładem, że nawet w segmencie popularnych samochodów można znaleźć rozwiązania jeszcze niedawno zarezerwowane dla najbardziej zaawansowanych konstrukcji na świecie.