Kompresor zkombinovaný s variátorem: Zázrak, co má přinést revoluci v přeplňování

Motory dnešních automobilů, ať už zážehové nebo vznětové, spoléhají téměř výhradně na přeplňování turbodmychadlem. Naproti tomu kompresor poháněný od motoru se stává pomalu a jistě ohroženým druhem. Pokud ještě někde je, jedná se zpravidla o výkonná auta, případně o motory, které prodělaly úpravu za účelem zvýšení výkonu a točivého momentu. Snad jedinou automobilkou, která jej dnes nabízí v „masovějším“ měřítku, je švédské Volvo. Důvodů, proč se kompresory v současnosti skoro nepoužívají, je celá řada.

Žere výkon a je drahý

Tím hlavním důvodem úpadku kompresorů je samotná podstata jejich principu. A sice fakt, že jsou poháněny od motoru. Ke svému pohonu potřebují příkon, který je vlastně úměrný úbytku výkonu motoru. Dalším problémem jsou větší prostorové nároky na zástavbu takového zařízení (včetně jeho pohonu) a k nevýhodám patří rovněž drahá výroba, zejména u systémů se složitě tvarovanými plochami výtlačné části rotoru za účelem zvýšení účinnosti přeplňování. Příkladem je přeplňování Lysholm, jehož výtlačná část (rotor) má tvar šroubovice. Také jednodušší a méně účinné Rootsovo dmychadlo potřebovalo s léty vylepšení, čímž vznikl kompresor Eaton T-VS (Twin-Vortices Series).

Multipřeplňování turbodmychadlem: Zajímavé řešení, kterého se nejspíš nedočkáme... Proč?

Jenže mechanicky poháněný kompresor v roli přeplňování motoru má i výhody. K těm nejčastěji uváděným se řadí lepší pružnost motoru v nejnižších otáčkách a tedy i jeho rychlá reakce na přidání plynu bez zbytečné prodlevy. A dále plynulý průběh točivého momentu, byť ten je při současném pokročilém stupni regulace otáček turbodmychadla dosažitelný i s ním.

Kompresor s převodovkou

Firma Torotrak, která přeplňování V-Charge vyvinula, ovšem uvádí u svého systému přeplňování další výhody. V době, kdy se stále více mluví o elektricky poháněném kompresoru, je třeba si uvědomit, že ten vyžaduje k tomu, aby pracoval efektivně, napájecí napětí 48 voltů. Jenže to znamená další techniku v autě, která je drahá a složitá a navíc má své nároky na zástavbu do vozidla. Třeba v malém autě to může představovat problém.

V-Charge si vystačí s konvenční palubní sítí 12 voltů, stejně jako jakýkoliv jiný mechanicky poháněný kompresor. Navíc oproti běžně používanému Rootsovu dmychadlu a jeho modifikacím (výše zmíněný Eaton T-VS) je systém Torotrak V-Charge s hmotností 6 kg o přibližně čtyři kilogramy lehčí a také výrazně menší.

Turbodmychadla budoucnosti: Opravdu budou elektrická? A k čemu budou elektromobilům?

Dle vyjádření firmy Torotrak údajně již nic nestojí v cestě masivnějšímu rozšíření tohoto systému. „Vyvinuli jsme technologii, která je již v této chvíli připravena pro použití v sériových vozech, přesněji v jejich motorech,“ prozradil Richard Dunne, vedoucí vývoje u Torotrak. Sama společnost Torotrak doufá, že se V-Charge dočká uplatnění v sériové produkci nejpozději v letech 2020 až 2022.

V čem tedy spočívá „ta výhoda“ oproti jiným systémům přeplňování a potažmo i běžnému kompresoru? V-Charge je v zásadě možné chápat jako „mechanicky poháněné přeplňování s variabilním převodem“. Zjednodušeně řečeno, mezi kompresor samotný a jeho pohon (řemenici) vložili konstruktéři převodovku, umožňující měnit plynule převod, přes který je kompresor roztáčen. Právě v technologii této převodovky spočívá unikum řešení V-Charge. Výrobce Torotrak to označuje jako „variabilní toroidní převodovka s teoreticky neomezeným množstvím převodů“.

Přeplňování: Pro a proti, teorie i praxe. Dýchám zhluboka, tedy jsem rychlý

Plynulou změnou převodu, přes který je od motoru poháněn mechanický kompresor, je tak možné relativně snadno měnit jeho otáčky, a to bez ohledu na otáčky motoru (klikového hřídele). To je zásadní rozdíl oproti běžnému řešení, kdy jsou otáčky kompresoru přímo vázány na otáčky motoru. Jedinou možností, jak regulovat jeho otáčky, je v tomto případě pohon kompresoru odpojit přes elektromagnetickou spojku, vloženou do řemenice jeho pohonu.

V několika krocích

Celá nekonvenčně řešená převodovka, vložená mezi hnací řemenici a samotný rotor kompresoru, upravuje převod ve třech krocích. Pokud budeme vycházet z modelového příkladu, dodaného firmou Torotrak, tak budeme uvažovat výchozí otáčky motoru (klikového hřídele) 1000/min^-1, tedy takový lehce zvýšený volnoběh zahřátého agregátu.

Řemenice pohonu kompresoru poháněná drážkovým řemenem pracuje s převodem 2,5:1, čímž zvýší své otáčky na 2500/min^-1. Za řemenicí následuje toroidní převodovka, která umožňuje měnit převodový poměr od 0,28:1 do 2,82:1. Při uvedených otáčkách motoru to znamená, že výstupní hřídel z této převodovky se točí rychlostí od 700 do 7050/min^-1. Na zmíněný hřídel navazuje rotor kompresoru, ale druhá část převodovky s konstantním planetovým převodem 12,5:1. Ten přímo svým koncem pohání odstředivý kompresor neboli radiální dmychadlo. Zmíněný planetový převod zvýší otáčky výstupního hřídele z toroidní převodovky o celý řád. V našem případě tedy na hodnoty od 8750 do 88.125/min^-1. Jak vidíte, rozsah je tedy značný, překonávající celý jeden řád. Sice i tady se používá elektromagnetická spojka, ovšem díky pohonu přes variabilní převod není třeba pohon kompresoru odpojovat zdaleka tak často.

Malý EcoBoost s velkými výkony

Společnost Torotrak zvolila pro praktické zkoušky přeplňování V-Charge vůz Ford Focus s motorem 1.0 EcoBoost (neboli tříválec „Fox“). Turbodmychadlo v něm bylo ponecháno a tudíž celé přeplňování bylo doplněno o V-Charge. Tedy podobnou koncepci přeplňování, jakou známe už z minulé generace motoru VW 1.4 TSI Twincharger, případně v současnosti z vrcholné zážehové verze již zmíněného agregátu Volvo Drive-E. Výsledné parametry motoru jsou minimálně zajímavé.

Firma Torotrak udává maximální výkon 110 kW namísto standardních 92. Maximum točivého momentu se zvýšilo ze 170 N.m při 1400 až 4000 otáčkách za minutu na 250 N.m při 3000/min^-1. Už v 1350 otáček za minutu je však k dispozici přes 240 N.m, stejně jako ve 3550/min^-1. Právě vysoká hodnota točivého momentu v nejnižších otáčkách v kombinaci s nabízeným výkonem jsou největší devízou popsaného přeplňování. Zda se ale v budoucnu uplatní, zůstává nezodpovězenou otázkou.