Cesta do města

iFLEET » Aktuální číslo » FLEET 2 / 2018 » Cesta do města

Cesta do města

středa, 11. dubna 2018

Okřídlené rčení všech nadšených řidičů, že „výkon ničím nenahradíš“, přestalo de facto platit krátce poté, co se spalovací motor stal běžnou součástí dopravy. Konkrétně v roce 1905, kdy si Švýcar Alfred Büchi nechal patentovat návrh pístového vznětového motoru doplněného plnicí turbínou. Základní koncept Ottova či Daimlerova motoru procházel téměř od svého vzniku neustálým vylepšováním, což platí dodnes. Vlastně dnes více než v minulosti.

Vyrobit na přelomu devatenáctého a dvacátého století funkční turbínu, to byl i pro nejlepší strojaře oříšek. A vyrobit ji tak malou, aby se dala použít v autě, bylo prakticky nemožné. Turba se proto objevila nejprve u lodních a následně leteckých motorů. O desítky let později si fandové dieselů jen zřídkakdy připustili, že na to, aby získali bez přeplňování výkon a točivý moment, jaký jim nabízí jejich TDI, CRDi, TDCi, HDI nebo dCi, by potřebovali o notný „kus“ pracovního objemu více. A tak paradoxně ti, kdo jezdili s auty, která měla objem turbem do značné míry nahrazen, nezřídka tvrdili, že objem ničím nahradit nelze...

Ano, tento článek bude o zážehových motorech, ale občasnému exkurzu do světa dnes pranýřovaných dieselů se nevyhneme. Nejsou to totiž dva světy, spíš jeden svět se dvěma světadíly.

Oběť vlastního úspěchu

Proč vlastně celý současný hon na diesely vznikl? Ano: Volkswagen a jeho kolosální průšvih jménem Dieselgate, díky kterému by se snad celé vedení automobilky nechalo doživotně přebarvit nazeleno, kdyby to pomohlo celou aféru smazat. Nejde to (ani to doživotní přebarvení, ani smazání), tak se alespoň nazeleno přebarvily plány automobilky. A nejen u Volkswagenu, zpřísněná kontrola plnění emisních limitů a snižování limitu tvorby CO2 přinutila všechny automobilky k horečnatému úsilí v oblasti snižování spotřeby a emisí.

Diesely se vlastně staly obětí vlastního úspěchu. Úspěchu, kterému dlouho nic nenasvědčovalo. Nechme stranou pokusy z třicátých let minulého století (Citroën, Mercedes-Benz) s atmosférickými diesely, ovšem jak pokročily možnosti strojírenské výroby, tak se nachýlil v šedesátých letech minulého století čas pro aplikaci patentu páně Büchliho. Do náklaďáků se turba nastěhovala v roce 1954 (Volvo a MAN), o pár let později se začala objevovat turba prakticky využitelná i pro malé motory osobních aut. Zkoušel to Rover v roce 1963, ale zůstalo u prototypu. Uspěl až Mercedes s modelem 300 SD vybaveným turbem značky Garrett. Paradoxem je, že toto auto bylo určeno pro severoamerický trh, takže prvním úspěšným evropským turbodieselem se stal o rok později, tedy v roce 1979, Peugeot 604.

Od té doby obliba turbodieselů rostla a během necelých dvou dekád se Evropa do naftových osobních aut doslova zbláznila. Jsou trhy, ba celé světadíly, kde platí, že „nafta patří do traktoru, náklaďáku nebo do kamen“. Ne tak v Evropě. Francie patřila k tahounům obliby dieselů, přesto tvořil jejich tržní podíl ještě v roce 1983 pouhého 1,6 procenta. O čtvrt století později překročilo toto číslo padesátiprocentní hranici...

Tolik dieselů se stalo problémem. Za benefit v podobě nižších nákladů na palivo jsme začali kolektivně platit příliš vysokou cenu. O snižování limitu CO2 a reálném vlivu provozu aut na klimatický systém celé planety si můžeme myslet svoje, ale problémy způsobované vysokou koncentrací oxidů dusíku a pevných částic (sazí) jsou ve městech doložitelnou realitou. A tak nám po řetězci emisních regulací poslední doby zůstaly diesely, jejichž systém čištění výfukových plynů připomíná malou chemickou laboratoř, nebo zážehové motory. Paradoxem je, že emisní limity dohnaly automobilky k takovým benzínovým agregátům, které dnes stejně jako diesely potřebují filtr pevných částic (sazí).

Odkaz páně Atkinsona

Takže už nechme diesel dieselem, jeho budoucnost není úplně černá, ale je jasné, že podíl těchto aut na celkových prodejích v Evropě bude klesat. Zejména pro menší auta jsou pro svou komplikovanost moc drahé. Je to velká příležitost a výzva pro konstruktéry, aby je nahradili k plné spokojenosti zákazníků zážehovými motory. Ale jde to vůbec? Prý ano. Konstruktér motorů, Ing. Antonín Mikulec, který pracoval dlouhá léta ve vývoji motorů Fordu přímo v USA, se domnívá, že by se účinnost zážehových motorů mohla dieselům dalším vývojem vyrovnat. „Myslím, že účinnost by se mohla přiblížit padesáti procentům jak u zážehového, tak vznětového agregátu,“ uvedl a dodal, že je otázkou, zda bude takové řešení také ekonomicky výhodné. Nejvyšší účinnosti (41 procent) mezi zážehovými motory dnes dosahuje nový atmosférický dvoulitr Toyoty pracující v Atkinsonově cyklu.

Právě Atkinsonův, potažmo Millerův cyklus je jednou z cest pro další zvyšování efektivity zážehových motorů. James Atkinson se chtěl při návrhu svého motoru v roce 1887 pouze vyhnout Ottovým patentům, podařilo se mu však přitom výrazně zvýšit termickou účinnost motoru dosažením rozdílu mezi kompresním a expanzním poměrem, byť za cenu snížení měrného výkonu motoru. Klikový mechanismus, který tento rozdíl zajišťoval, je ale příliš složitý, takže se do výroby takových motorů nikdo nehrnul. Až americký konstruktér Ralph Miller to v roce 1957 vyřešil, když požadovaného rozdílu docílil pouze úpravou časování ventilů. Sací ventily se zavírají později, část směsi se tím vrací do sání, čímž dochází ke snížení kompresního poměru.

Millerovu myšlenku navíc nedávno modifikoval Ralph Budack, motorář Volkswagenu. Na rozdíl od toho, aby motor zavíral sací ventily později, zavírá je naopak dříve, ještě předtím, než píst dosáhne během sání dolní úvrati. Tím se vytvoří ve spalovacím prostoru podtlak, který následně táhne píst nahoru. Tím se opět snižuje efektivní kompresní poměr, neboť píst kratší část svého chodu směs stlačuje a delší část urazí při expanzi. Navíc se při provozu s částečným zatížením snižují ztráty způsobované škrcením sání.

Celý článek naleznete na stránkách magazínu FLEET č. 2/2018