Harry Ricardo. Człowiek, który nauczył silnik nie stukać

Każdy, kto tankował samochód, zna jego pracę, choć nie zna jego nazwiska. Liczba 95 na dystrybutorze to daleki potomek badań, które przed stu laty prowadził w małym warsztacie na południu Anglii Harry Ricardo. Pierwszy raz przeczytałem o nim u Janusza Meissnera, we wspomnieniach. Po polsku nie napisano o nim prawie nic. Spróbuję to trochę nadrobić.

Chłopak, który budował silniki

Harry Ralph Ricardo urodził się w 1885 roku w Londynie. Ojciec był architektem, dziadek ze strony matki, Alexander Rendel, znanym inżynierem budującym mosty i porty. Z tej mieszanki wyszedł chłopak, który zamiast grać w krykieta, budował w szkole maszyny parowe.

Na studiach w Cambridge zbudował motocyklowy silnik, na którym wygrał uczelniane zawody w oszczędności paliwa. Już wtedy interesowało go to, co później stało się sprawą jego życia: co właściwie dzieje się w cylindrze w ułamku sekundy po zapłonie i dlaczego jedne silniki robią to dobrze, a inne źle.

Czołg, który dostał serce

W 1916 roku na froncie zachodnim pojawiły się pierwsze brytyjskie czołgi. Były wolne, zawodne i napędzane silnikami, które do tego zadania po prostu się nie nadawały. Ricardo dostał zlecenie zaprojektowania silnika specjalnie do czołgu.

Powstał sześciocylindrowy silnik o mocy 150 koni mechanicznych, który napędzał czołg Mark V. Był mocniejszy od poprzednika, prostszy w produkcji i przede wszystkim niezawodny, a w czołgu niezawodność silnika decyduje o tym, czy załoga wróci. Kto siedział kiedyś w czołgu, wie, że silnik to nie jest jeden z podzespołów. To jest to, od czego zależy wszystko inne.

Stuk

Po wojnie Ricardo zajął się problemem, który męczył wszystkich konstruktorów: spalaniem stukowym. Kiedy podnosi się stopień sprężania, silnik daje więcej mocy i zużywa mniej paliwa, ale w pewnym momencie zaczyna stukać. Mieszanka zamiast spalać się równo, wybucha gwałtownie, a to niszczy tłoki i łożyska.

Wtedy nikt dokładnie nie wiedział, skąd to się bierze. Ricardo zbudował silnik badawczy, w którym stopień sprężania dało się zmieniać w czasie pracy, i zaczął metodycznie testować różne paliwa. Pracował przy tym między innymi z Henrym Tizardem, późniejszym ojcem brytyjskiego radaru, a badania wspierał koncern Shell.

Wynik był prosty i przełomowy zarazem: to, kiedy silnik zaczyna stukać, zależy w ogromnej mierze od paliwa. Jedne benzyny pozwalały na wysokie sprężanie, inne nie. Z tych prac wyrosło myślenie o paliwach w kategoriach odporności na stukanie, a potem skala liczb oktanowych. Dzisiejsza benzyna to w pewnym sensie jego dzieło.

Wir w komorze spalania

Drugim wielkim pomysłem Ricardo była głowica turbulentna do silników dolnozaworowych, które dominowały wtedy w samochodach. Tak ukształtował komorę spalania, żeby mieszanka przy sprężaniu była wtłaczana w ciasną przestrzeń nad tłokiem i wirowała. Wirująca mieszanka spala się szybciej i równiej, więc można było podnieść sprężanie bez stuku.

Zysk był odczuwalny od razu: więcej mocy z tego samego silnika, mniej paliwa. Licencję na głowicę kupili producenci na całym świecie, a opłaty licencyjne pozwoliły Ricardo utrzymać niezależną pracownię badawczą.

Diesel, który mógł się kręcić

W latach 30. Ricardo zajął się dieslem. Ówczesne silniki wysokoprężne były ciężkie i wolnoobrotowe, dobre do statków i elektrowni, ale nie do samochodów. Ricardo opracował komorę wirową nazwaną „Comet”: paliwo wtryskiwano do małej komory wstępnej, w której powietrze gwałtownie wirowało, a stamtąd płonąca mieszanka przechodziła do cylindra.

Dzięki temu diesel mógł kręcić się szybko, pracować ciszej i zmieścić się pod maską autobusu, ciężarówki, a w końcu osobówki. Na tej zasadzie działały przez dziesięciolecia miliony silników, aż zastąpił je wtrysk bezpośredni.

Sam jeździłem dieslowskim Citroënem C15, składanym w Nysie. Nie wiedziałem wtedy, że pod maską pracuje pomysł Ricardo. Silniki PSA XUD, które napędzały C15, Peugeota 205 i całą masę innych aut, korzystały z wersji jego komory wirowej aż do przełomu wieków, i to im zawdzięczały opinię silników, które pojadą prawie na wszystkim.

C 15 z tym silnikiem był niezawodny, jeżeli wykazać odrobinę troski o ten silnik, nie zawodził nigdy. Przez pięć lat przejechałem tym C15 300 tysięcy kilometrów. Jako ochronę stosowałem Dieselskydd. Skydd był niezawodny: Skydd to depresator, czyli środek przeciw „żelowaniu” oleju napędowego zimą. Kilka rzeczy, które można o nim napisać:

Co to jest:

• Nazwa jest szwedzka. „Dieselskydd” znaczy po szwedzku „ochrona diesla”, a preparat produkowany jest w Szwecji według receptury sprawdzonej w skandynawskiej zimie.
• Obecnie sprzedaje go w Polsce Kemetyl pod marką Black Arrow.
• Dawkowanie jest oszczędne: 1 litr preparatu na 1000 litrów paliwa, czyli pół litra na 500 litrów.

Jak działa:
Olej napędowy zawiera parafinę, która na mrozie wytrąca się w postaci kryształków. Te zatykają filtr i przewody, a silnik gaśnie albo nie odpala. Depresator nie usuwa parafiny, tylko sprawia, że kryształki są drobne i przechodzą przez filtr. Producent twierdzi, że w zależności od jakości paliwa działa nawet do minus 39 stopni. Podobne preparaty konkurencji obiecują obniżenie temperatury użytkowania paliwa o 8–15 stopni, co jest bliższe realnym możliwościom takich środków.

Uczciwie, co działa, a co jest reklamą:

• Działa: ochrona przed zatykaniem filtra na mrozie. To jest jego prawdziwe zadanie.
• Warunek: trzeba go dodać przed mrozem, do ciepłego paliwa. Kiedy parafina już się wytrąciła, depresator jej nie rozpuści, trzeba wtedy ogrzać paliwo.
• Reklama: „poprawia pracę i zwiększa moc silnika” to hasło z etykiety, którego bym nie traktował poważnie. Na moc żaden depresator realnie nie wpływa.
• Latem nie był potrzebny, ale też nie szkodził. Stosowanie go „namiętnie do wszystkich diesli” było więc raczej tanią polisą niż koniecznością.

Kontekst historyczny:
W latach 90. paliwo na polskich stacjach bywało loterią, a letni olej potrafił „dotrwać” do pierwszych przymrozków. Dla kogoś, kto jeździł C15 czy innym starym dieslem, Skydd w bagażniku był zimowym odruchem jak skrobaczka do szyb. Dziś stacje sprzedają olej zimowy i arktyczny dopasowany do pory roku, więc taki dodatek jest potrzebny rzadziej, choć nadal ratuje przy bardzo silnym mrozie albo paliwie niewiadomego pochodzenia.

Lotnictwo

Ricardo był też wielkim orędownikiem zaworów tulejowych, w których zamiast zaworów grzybkowych w cylindrze porusza się tuleja z otworami. Jego badania wykorzystano w silnikach lotniczych Bristol i w Napierze Sabre, jednym z najmocniejszych silników tłokowych II wojny światowej. Zawory tulejowe okazały się ślepą uliczką techniki, ale w swoim czasie dały samolotom moc, której potrzebowały.

Co po nim zostało

Ricardo został członkiem Royal Society, a w 1948 roku dostał tytuł szlachecki. Zmarł w 1974 roku. Jego podręcznik o szybkobieżnych silnikach spalinowych uczył kolejne pokolenia konstruktorów, a firma, którą założył, działa do dziś jako jedna z najważniejszych pracowni badawczych w branży napędów.

Najważniejsze jest jednak coś, czego nie widać. Ricardo pokazał, że silnik to nie jest wynik wyczucia i szczęścia, tylko coś, co można zmierzyć, zrozumieć i poprawić. W tym sensie siedzi w każdym silniku, który dziś pracuje, także w tym, który właśnie stoi pod twoim oknem.

Warto przeczytać (po angielsku)

• Harry Ricardo, Memories and Machines: The Pattern of My Life (1968). Autobiografia, pisana lekko i z humorem.
• John Reynolds, Engines and Enterprise: The Life and Work of Sir Harry Ricardo (1999). Porządna biografia.
• Harry Ricardo, The High-Speed Internal Combustion Engine. Podręcznik, dla ambitnych.