Na długo przed erą trzycylindrowych jednostek z turbodoładowaniem w Stanach Zjednoczonych powstał silnik, który realizował ideę downsizingu. Cobra, znana jako Tin Block, charakteryzowała się niewielką masą, którą zawdzięczała innowacyjnej technologii. Co wyróżniało tę niewielką jednostkę?

Wojenne narodziny lekkiej konstrukcji

Historia silnika Cobra zaczyna się latem 1943 roku, gdy Powel Crosley Jr. zetknął się z koncepcją stalowego bloku silnika lutowanego miedzią. Autorem rozwiązania był Lloyd M. Taylor z Kalifornii. Wysoka moc, niskie zużycie paliwa i bardzo mała masa zrobiły na Crosley Motors tak duże wrażenie, że firma wykupiła wyłączną licencję na patenty.

Jeszcze przed zakończeniem II wojny światowej konstrukcją zainteresowała się marynarka wojenna USA. Powstały zestawy prądotwórcze, w których silniki pracowały z prędkością obrotową około 5000 obr./min i rozwijały moc 26 kW. Próby trwałości były wyjątkowo surowe, jeden z silników pracował nieprzerwanie przez około 1200 godzin.

Po przejściu testów Cobra została wdrożona do zastosowań wojskowych, m.in. w generatorach zrzucanych z powietrza, na kutrach torpedowych oraz w pojazdach amfibijnych. Wszędzie tam, gdzie liczyła się niska masa zespołu napędowego, Tin Block okazywał się rozwiązaniem bezkonkurencyjnym.

Zaawansowana technika i nietypowe rozwiązania

Silnik był czterocylindrową jednostką o pojemności skokowej około 0,72 l. Średnica cylindra wynosiła 63,5 mm, a skok tłoka 57,2 mm, co zapewniało krótkoskokową charakterystykę i ograniczało średnią prędkość tłoka przy wysokich obrotach. W wersji wojskowej stopień sprężania sięgał 9:1, a maksymalna moc wynosiła około 26,5 kW przy 5600 obr./min, co przekładało się na bardzo wysoką jak na lata 40. gęstość mocy.

Napęd wałka rozrządu zrealizowano za pomocą pionowego wału z przekładniami stożkowymi zamiast klasycznego łańcucha. Rozwiązanie to umożliwiało jednoczesne doprowadzanie oleju pod ciśnieniem do łożysk wałka rozrządu. Dolna część silnika opierała się na aluminiowej skrzyni korbowej z pięcioma łożyskami głównymi wału korbowego, co zapewniało wysoką sztywność całej konstrukcji.

Najbardziej niezwykły był jednak sam blok cylindrów. Składał się on z około 125 stalowych wytłoczek, łączonych wciskowo, zgrzewanych punktowo lub zagniatanych, a następnie lutowanych miedzią w specjalnym piecu o długości około 18 metrów, w temperaturze przekraczającej 1100°C. Gotowy blok ważył zaledwie 6,4 kg.

Choć nazwa silnika może kojarzyć się ze sportowymi modelami Forda, to pochodzi ona od zastosowanej technologii lutowania. CoBra = Copper Brased co oznacza „lutowany miedzią”.

Downsizing po amerykańsku i skala redukcji masy

Porównanie z wcześniejszym, przedwojennym dwucylindrowym silnikiem Crosleya dobrze obrazuje skalę zmian. Masa zespołu napędowego spadła z około 85 kg do 60 kg, a moc wzrosła z 9,2 kW do 19,5 kW w wersji cywilnej. Był to downsizing, realizowany przez drastyczne obniżenie masy i pracę przy wysokich obrotach.

Warto spojrzeć na Tin Block w szerszym kontekście historycznym. Typowy czterocylindrowy silnik z lat 40., wykonany z żeliwa, ważył zwykle 140–180 kg. Nawet małe jednostki o pojemności około 1,0–1,2 l rzadko schodziły poniżej 120 kg. Na tym tle Cobra była lżejsza ponad dwukrotnie, mimo że oferowała porównywalną, a czasem wyższą moc.

Zestawienie z nowoczesnymi konstrukcjami również wypada zaskakująco. Współczesne trzycylindrowe silniki benzynowe o pojemności około 1,0 l, z aluminiowym blokiem i głowicą, ważą zwykle 90–110 kg w komplecie z osprzętem. Nawet najbardziej odchudzone jednostki rzadko schodzą poniżej 80 kg. Tin Block, przy masie około 60 kg całego silnika, pozostaje więc lżejszy niż większość dzisiejszych konstrukcji, mimo że powstał osiem dekad temu.

Eksploatacja, problemy i koniec eksperymentu

W warunkach cywilnych silnik ujawnił swoje słabe strony. Konstrukcja opracowana do pracy ze stałą prędkością obrotową, typową dla generatorów, gorzej znosiła dynamiczne zmiany obciążenia w samochodzie. Wczesne wersje charakteryzowały się ograniczoną trwałością, a największym zagrożeniem okazywał się niedobór płynu chłodzącego, prowadzący do przegrzewania i deformacji bloku.

Istotnym problemem była również korozja płaszcza wodnego, spowodowana reakcjami elektrolitycznymi po degradacji wewnętrznych powłok ochronnych. Zjawisko to potęgowały stosowane wówczas płyny chłodnicze na bazie soli. Około 1947 roku konstrukcję dopracowano na tyle, że przy prawidłowej obsłudze silniki osiągały przebiegi rzędu 100 tys. km.

Na początku 1949 roku Crosley zrezygnował z Tin Blocka, zastępując go silnikiem CIBA z klasycznym, żeliwnym blokiem. Zachowano tę samą pojemność i moc, kosztem wzrostu masy o około 14 kg. Decyzja ta zakończyła jeden z najbardziej radykalnych eksperymentów w historii amerykańskiej motoryzacji: downsizing zrealizowany poprzez inżynierię materiałową.