Jest rok 1970. Komuna w pełni. Nie ma internetu, Discovery, czy Galileo. Dostęp do nowinek technicznych tylko za pomocą Młodego Technika, szczątkowych audycji telewizyjnych lub prywatnymi kanałami. Naście lat na karku, ogólniak, marne kieszonkowe, to bariery nie do przeskoczenia na drodze do zakupu wymarzonego pierwszego motocykla. Starsi koledzy jeżdżący MZ-kami, czy Jawami jawili się niemalże jak bogowie...
Jacek Majewski
W miejscowym Automobilklubie zawiązywała się właśnie sekcja kartingowa. Po zapisaniu się do sekcji, ja i mój starszy brat otrzymaliśmy „w depozyt”, czyli do naprawy, dwa kompletnie zdezelowane karty. Nie jeździły, ale były kompletne. Rozklekotane do cna, ale z fajnymi silnikami, od SHL 150. Dźwignię zmiany biegów trzeba było przytrzymywać, bo biegi wyskakiwały, a z gaźnika paliwo lało się strumieniami. Jako uczeń II klasy ogólniaka oczywiście nie miałem zielonego pojęcia o silnikach, nie mówiąc już o całej reszcie mechaniki. Trzeba było podjąć męską decyzję – albo wziąć się za naukę mechaniki i spróbować własnych sił, albo się poddać.
Autor z wrakiem Harleya, rok 1974
Miałbym zrezygnować z takiej szansy? Ze wspaniałej jazdy kartem, z uznania w oczach kolegów? Nigdy. Razem z bratem, zawzięliśmy się. Całe dwa lata grzebaliśmy po łokcie w smarach, uczyliśmy się naprawy silników i jeździliśmy kartami po miejscowej, wyłączonej z ruchu szutrówce, po której od czasu do czasu przejeżdżały czołgi na miejscowy poligon. Zabawa była nie z tej ziemi. Ale cóż, kartem nie można było jeździć po ulicach. Kupiłem pierwszy motocykl, Jawa 175. Niestety, jazda nim nie dawała pełnej satysfakcji, bo po kartingowych szaleństwach, silnik motocykla wydawał się być zbyt słabym. Zamiana na Jawę 250 też niczego nie poprawiła. Przyspieszenia mizerne, prędkość w granicach niecałej setki, a i wygląd jakby nie ten. Ponieważ na zakup motocykla wydałem ostatnie oszczędności, więc o zakupie lepszego nie miałem co marzyć. Postanowiłem więc sam zabrać się za jego przeróbkę. Szczęście mi sprzyjało, bo właśnie w tym czasie ukazała się książka prof. Kordzińskiego o zwiększaniu osiągów silników do samochodów i motocykli. Przeczytałem ją z zapartym tchem, choć większość zawartej tam teorii była dla mnie kompletnie niezrozumiała. Na szczęście jednak był tam dokładny opis podrasowania silnika Jawy 250. Zabrałem się do roboty. Rezultaty przeróbek przeszły moje najśmielsze oczekiwania. Wysokie obroty silnika jawiły się jak najwspanialsza muzyka, motocykl przyspieszał momentalnie i błyskawicznie osiągał 140 km/h. Niestety, cała reszta konstrukcji motocykla nie była przystosowana do takiej mocy silnika, co niemal natychmiast zaowocowało całym festiwalem awarii. A to opona przekręcała się na tylnej feldze wyrywając wentyl, a to napinacze łańcucha zwijały się „w trąbkę”, a to „ogoliło” wielowypust wałka skrzyni biegów. Miałem dość awarii, ale nie dość motoryzacji.
Pierwsza wesja choppera
Zakupienie przeze mnie angielskiego Matchless’a 500 spowodowało również przyrost ambicji mego brata i pragnienie współzawodnictwa. Kupił Junaka i postanowił z 350 ccm zrobić 500. Rozwiercił blok silnika i dopasował cylinder od zabytkowego „Sarolea” 500, do którego pasował płaskodenny tłok od starej Warszawy. Aby osiągnąć stopień sprężania 1:15, trzeba było odlać i dokręcić do denka tłoka „czapkę”. Po zmontowaniu przerobionego silnika jego wału korbowego nie dało się jednak obrócić, gdyż uniemożliwiał to ogromny stopień sprężania. Po przedłużeniu dźwigni nożnego rozrusznika, silnik wreszcie odpalił. Jego obroty i moc były niesamowite, ale z powodu niewyważenia układu korbowo-tłokowego pojawiły się olbrzymie wibracje. Jazda okazała się niemożliwa, wibracje drażniły całe ciało, doprowadzając nadgarstki niemalże do utraty czucia. Drgania kierownicy i podnóżek przekraczały wszelkie granicę, a koledzy śmiali się, że gdyby ktoś chciał jechać tym motocyklem w kaloszach, to one od wibracji obracałyby mu się na nogach. Poza tym, podobnie jak w przypadku Jawy, rozpoczęły się nie mające końca awarie. Koło zębate pierwszego biegu rozprysło się przy pierwszym ostrym ruszeniu, jakby wykonane było ze szkła, odłamała się wskazówka szybkościomierza, tylna lampa odpadła po 20 km, tylny błotnik popękał i został na ulicy, za chwilę cała rura wydechowa, a na końcu pękło zamocowanie silnika.
Model wału korbowego
W roku 1974 byłem już studentem wydziału Technologii Budowy Maszyn Politechniki. Za jakieś grosze kupiłem resztki zardzewiałego, wyciągniętego z błota Harley’a WLA 42. Panowała wówczas moda na choppery. Postanowiłem zbudować go od początku do końca, wykorzystując jedynie przerobioną przeze mnie ramę, silnik i skrzynię biegów. Oryginalny silnik, to silnik wojskowego motocykla, który przeznaczony był raczej na pole walki, a nie do wychromowanego, smukłego choppera. Widlasty, dolnozaworowy, 750 ccm. Toporny, ociekający olejem, powolny i jakby „zamulony”, z trudem wykręcał 3500 RPM, okropnie przy tym strzelając i wypluwając olej przez dolne odpowietrzenie. Jego moc i przełożenia pozwalały osiągnąć ledwie 100-110 km/h. Ponieważ miałem już trochę doświadczenia, postanowiłem spróbować nieco go ożywić. Znaczne podniesienie stopnia sprężania, odpowiednie wyprofilowanie głowic, dołożenie po drugiej sprężynie do każdego zaworu, poszerzenie i wypolerowanie kanałów, zmiana gaźnika i filtra powierza, czasów krzywek rozrządu, aparatu zapłonowego, dołożenie odśrodkowego i podciśnieniowego przyspieszacza zapłonu, wstawienie rozdzielacza zapłonu, dodanie wolnego wydechu i zmiana przełożenia przyniosły zamierzony rezultat. Efekt był niesamowity, a prędkość maksymalna motocykla przy zmienionym przełożeniu podskoczyła do 150 km/h. Oczywiście nikt w to nie chciał uwierzyć. Dopiero jazda samochodem obok przekonała niedowiarków, a w szczególności największego spośród nich – mego brata. Zabawa była tym większa, bo podczas nocnej jazdy z krótkich, uciętych na ukos jak kiełbasa kolanek wydechowych, oprócz niesamowitego dźwięku, niczym jak z palnika acetylenowego, wydobywały się języki czerwono-niebieskiego ognia.
Kiedy ukończyłem Politechnikę i zacząłem coraz częściej jeździć samochodami, gdy wraz z kolegami zaczęliśmy startować w okolicznych rajdach samochodowych, zacząłem bardziej dostrzegać wady współczesnych silników. A to brak właściwego momentu obrotowego, szczególnie w dolnym zakresie obrotów, a to brak mocy wynikający ze zbyt niskich obrotów, a to niewłaściwa charakterystyka silnika. Już wtedy wiedziałem, że silniki dwusuwowe mają wyższą dynamikę i bardziej korzystną krzywą mocy i momentu. Już wtedy też zastanawiałem się jak zbudować silnik dwusuwowy, który pozbawiony byłby wszelkich dotychczasowych jego wad; silnik, który musiałby posiadać wymuszone ciśnieniowe smarowanie, komorę wstępnego sprężania o bardzo niskiej szkodliwej pojemności, musiałby mieć asymetryczne, niezależne od siebie czasy ssania, dolotu i wydechu, ciężarowe napełnianie cylindrów, nie mniejsze od ich pojemności itp. Jak zrobić, żeby podczas przewietrzania komory spalania paliwo nie uciekało do kanału wydechowego, a podczas ssania nie cofało się do kanału ssącego? Na wszystkie te pytania nie miałem gotowych odpowiedzi. Pojawienie się elektronicznego wtrysku paliwa pozwoliło na oddzielenie powietrza dostającego się do silnika od paliwa, które mogło być wtryśnięte w odpowiednim momencie. To zdopingowało mnie do szukania rozwiązań, które pozwoliłyby wykorzystać ten doskonały wynalazek. Brak jednak było podstawowej, zupełnie nowej „bazy” takiego silnika, a więc rozwiązania smarowania, budowy i uszczelnienia komory wstępnego sprężania, czy konstrukcji wału. Najważniejszym zadaniem stało się znalezienie odpowiedzi na pytanie, jak oddzielić komorę wstępnego sprężania od komory korbowej.
Wpadłem na pomysł, aby zamiast tradycyjnego korbowodu zastosować suwak, który zastąpiłby wahliwy ruch korbowodu posuwisto-zwrotnym ruchem suwaka, który przechodziłby przez szczelną tuleję, oddzielającą komorę wstępnego sprężania od komory korbowej. Ta myśl dojrzewała we mnie przez kilkanaście lat. Niestety życie nie dawało mi szans na zajęcie się tym pomysłem. Zawsze były ważniejsze sprawy. A to ślub, a to dziecko, a to wyjazd do USA „za chlebem”, potem jakieś firmy, budowa domu itp. Kiedy wreszcie się jakoś urządziłem, kiedy zacząłem korzystać z internetu, kiedy opanowałem AutoCAD’a, powróciłem do rozważań o silniku. Cały czas ta myśl nie dawała mi spokoju. Jak to możliwe, że w niezmienionym od stulecia silniku nie dało się ulepszyć jego podstawy? Wielki szacunek należy się tu konstruktorom za dopracowanie do perfekcji całego oprzyrządowania silnika, jak wtryski czy zmienne czasy rozrządu, ale niestety, sam jego trzon, czyli podstawowa zasada działania tkwiła nadal w mrocznym przełomie XIX i XX wieku. Sprawność na poziomie 30-40%? To przecież totalna porażka. Na komputerze zacząłem tworzyć pierwsze wizje nowego silnika, zaczynając od wału korbowego. Rozwijałem je, krytykowałem, wprowadzałem poprawki i znowu je krytykowałem. Po jakimś czasie powstała pierwsza namacalna koncepcja. Była dość toporna i niestety tylko teoretyczna. Trzeba było sprawdzić, jak to się ma do rzeczywistości. Zbudowałem prymitywny model z plexi i aluminium. Zadziałało. Koncepcja była słuszna. Wał miałem, ale co dalej? Jak poradzić sobie z kanałem dolotowym i smarowaniem? Przecież nie da się smarować pierścieni w cylindrze pełnym otworów. Postanowiłem więc pierścienie i cylinder zostawić w spokoju, a komorę spalania zasilać przez kanał w tłoku. Potem w tym kanale umieściłem zawór i zaprojektowałem sposób jego sterowania. Do tego wtrysk i właściwie taki silnik teoretycznie mógłby już działać. Oddzielona komora wstępnego sprężania od komory korbowej i brak bocznych nacisków tłoka to już było coś. Teraz wystarczyło smarować same pierścienie. Do dopracowania zostały drobiazgi: jak doprowadzić i odprowadzić olej, jak pokonać bezwładności słupa oleju w poruszającym się tłoku itp. Takiej „kosmetyki” było sporo, ale jakoś dawało się to uporządkować. Byłbym prawie zadowolony z siebie, gdyby nie drobne wady. Ot chociażby wysoki poziom ciśnienia powietrza w komorze wstępnego sprężania, czy konieczność zastosowania wtrysku paliwa bezpośrednio do komory spalania. Szukałem więc dalej. Jak zmniejszyć ciśnienia w komorze wstępnego sprężania, jak najefektywniej napełnić komorę spalania, jak zmienić położenie wtryskiwacza na wtrysk do kanału dolotowego, jak zrobić, żeby przedmuchiwanie komory spalania odbywało się czystym powietrzem, bez udziału paliwa itd., itp. Znowu nowe pomysły i ich bezlitosna autokrytyka. Mijały miesiące rysowania i kombinowania. Gdyby nie fakt, że ta praca sprawiała mi wiele radości i świetnie się przy tym bawiłem, to pewnie już dawno bym się zniechęcił. Zazwyczaj najpierw powstaje genialny pomysł. Potem się okazuje, że brakuje mu pewnych elementów, więc się go udoskonala i rozbudowuje. Powstaje nowe, duże, prawie gotowe rozwiązanie. Niestety, skomplikowane, ogromne, „przeinżynierowane”, jak polska biurokracja, i ...zupełnie nie do przyjęcia. Trzeba je uprościć. Zaczyna się praca jakby w odwrotnym kierunku, której końcowym efektem okazuje się bardzo proste rozwiązanie. Proste rozwiązania są najlepsze. Problem w tym, że aby to proste rozwiązanie osiągnąć, trzeba najpierw stworzyć potwora. Do prostych rozwiązań zazwyczaj dochodzi się najdłużej. Dopiero, kiedy już one są gotowe, pojawia się refleksja: jakie to proste, dlaczego wcześniej na to nie wpadłem?
Po szczegóły techniczne moich silników nowej generacji zapraszam za miesiąc, do następnego wydania „Projektowania i Konstrukcji Inżynierskich”.
Jacek Majewski
artykuł pochodzi z wydania 1/2 (88/89) styczeń-luty 2015
