25.10. 2016 Tomáš Dusil Tomáš Dusil

Nejnovější trendy ve vývoji zážehových motorů: Jak se snižují emise a zvyšuje výkon?

 

Motory moderních aut produkují stále méně emisí. Zároveň jsou však výkonnější. Cest, jak toho docílit, je více. V následujícím přehledu přinášíme pět řešení, které najdete na technologicky vyspělých benzínových agregátech současnosti i blízké budoucnosti.

V prvním díle se zaměříme na zážehové motory, ve druhém přineseme obdobný přehled u dieselů. Jak jistě víte, trendem posledních let je takzvaný downsizing, tedy zmenšování objemů, případně i válců pohonných jednotek. Potřebný výkon a točivý moment je dosahovaný přeplňováním. V poslední době se objevily zprávy, v nichž se downsizing do budoucna zpochybňuje. Údajně mají být příští motory opět větší. Zatím však jde jen o první „nástřel“. Jisté je, že automobilky, které v nedávné době uvedly na trh novou generaci motorů plně v korelaci s myšlenkou downsizingu, je asi hned nevyhodí do šrotu jen proto, že někdo tvrdí, že je tato koncepce vlastně špatná.

Prodleva turbodmychadla jako záměr

Proč vlastně downsizing vznikl? Důvodem byla snaha vykázat nízké emise v evropském měřícím cyklu a z nich počítanou spotřebu paliva a při tom zachovat výkonové parametry, které jsou nezbytné u moderních rozměrných a relativně hmotných automobilů. Ve stále platném evropském homologačním cyklu je totiž motor zatěžován pouze minimálně. Běží tak většinu času v otáčkách jen lehce nad volnoběhem. V nich turbodmychadlo agregátů pod diktátem downsizingu ještě nemá dostatečné otáčky k tomu, aby motor přeplňovalo. Ten tak vykazuje hodnoty spotřeby a emisí odpovídající malému zdvihovému objemu. Novináři často zmiňovaný takzvaný turboefekt neboli prodleva turbodmychadla po přidání plynu je při jízdě sice otravný, jde ovšem o záměr. Právě z důvodu evropského měřícího cyklu.

Zdvojené vstřikování benzínu: Pracuje podle zatížení motoru

Původně používaly spalovací motory vstřikování benzínu do sacího potrubí. Jde o takzvané nepřímé vstřikování, kdy se benzin dopravuje před sací ventily. Limitujícím faktorem takto koncipovaných agregátů byl ovšem kompresní poměr. Aby bylo možné jej zvýšit, bylo zapotřebí účinně chladit spalovací prostory. Jak známo s rostoucí kompresí se zvyšuje termodynamická účinnost pístového stroje. Takové motory by v praxi měly vykazovat nižší spotřebu paliva. Netrvalo dlouho a přímé vstřikování, které zároveň chladí válce zevnitř, pracující s vysokým tlakem dnes běžně 200 barů u nejnovějších aplikací až 350 barů, začala používat celá řada motorů.

Původně myšlené dva režimy, tedy ten spalující homogenní směs a ten vrstvenou směs, vzaly brzy za své, neboť ve vrstevném režimu sice motory vykazovaly velmi nízké emise i spotřebu paliva, ovšem k tomu vyžadovaly dodatečný katalyzátor NOx s dvojicí doplňkovým snímačů. A to bylo drahé.

Již řadu let tak přímý vstřik pracuje pouze s homogenním režimem. I ten má však svá negativa. Dřívější čistící efekt benzínu, vstřikovaného do sání, v tomto případě chybí. Spolu se značným podílem recirkulace výfukových plynů to vede k zanášení sacího potrubí a zejména ventilů karbonem. Jeho úsady na ventilových talířích a sedlech způsobují podpalování a v konečném důsledku ztrátu komprese.

V posledních letech se tak uplatňuje kombinace přímého vstřikování benzínu (FSI, GDI, JTS aj.) a nepřímé, tedy do sacího potrubí (MPI). Jako první jej uvedl Lexus v modelu 450h v roce 2005, coby systém D4-S. Dnes je známý hlavně z motorů EA888 Gen.3 koncernu Volkswagen. Ano, jde o poslední generaci čtyřválců 1.8 TSI a 2.0 TSI.

V režimu nízkého zatížení je palivo dopravováno systémem nepřímého vstřikování. Aby se směs dobře promíchala, je navíc do sání integrováno zařízení podporující víření směsi (tumble efekt). Naopak v režimu středního a vysokého zatížení se řízení motoru přepne na přímé vstřikování, tedy přímo do spalovacích prostorů, tedy až za sací ventily. Kromě snížení emisí zejména oxidu uhličitého se tímto opatřením eliminovalo výše zmíněné zanášení sání a ventilů karbonem.

Přednosti

  • Eliminace zanášení motoru karbonem, zejména sání a sacích ventilů
  • Nízké emise a spotřeba paliva, vysoký výkon ve špičce

Nedostatky

  • Cena
  • Složitost systému

Příklady použití

  • Audi/VW/Škoda – motor EA888 gen3
  • Toyota/Lexus – systém D4-S, motory 2GR-FSE, 4U-GSE (model GT-86)
  • Subaru FA20 (model BRZ)

Vypínání válců: Na kolik z nich jedete, skoro nepoznáte

Vypínání poloviny válců motoru není záležitostí posledních let. V roce 1981 to jako první nabídli Američané, konkrétně Cadillac u motoru 6.0 V8. Ten tak mohl běžet nejen na osm válců, nýbrž i na šest a dokonce i na čtyři. Šlo ale jen o výkřik, neboť následovníci to dlouhá léta neměli.

V posledních letech je však tato myšlenka živá, a to zejména díky motoru 1.4 TSI o výkonu 103 kW (CPTA) z řady EA211 koncernu Volkswagen. Konkrétně jde o takzvaný systém ACT. Volkswagen uvádí, že systém ACT dokáže uspořit v novém Evropském měřícím cyklu (NEFZ) až 0,4 l paliva na 100 km.

V určitých režimech tak motor pracuje jako dvouválcový, v jiných coby čtyřválec. Při odpojení válců sice může docházet k určité disharmonii chodu, nicméně písty neaktivní dvojice válců se stále pohybují. Navíc k odpojení dochází u dvou vnitřních válců. Děje se tak v co nejširším režimu částečného zatížení.

Technika: Vypínání válců včera a dnes

Jak samotné vypnutí probíhá? Na druhém a třetím válci se uzavřou sací i výfukové ventily. A samozřejmě nedochází ke vstřikování benzínu a současně se vypne zapalování. Aby to nastalo, musí být splněny některé podmínky.

Třeba otáčky motoru se musejí nacházet v rozsahu od 1250/min-1 do 4000/min-1. Teplota motorového oleje by měla dosahovat alespoň 10 stupňů a aktuální hodnota točivého momentu musí být nejméně 85 N.m.

K deaktivaci válců se využívají čtyři krokové motorky, jejichž výsuvný čep zajíždí do drážky tvaru šroubovice, která je součástí modulu objímky s dvojicí vačkových palců. Jeden má normální profil a tedy ventilu umožňuje určitý zdvih, druhý je kulatý, tedy s nulovým zdvihem. Vačkové hřídele se tady totiž skládají z vnitřní části, opatřené vnějším drážkováním a vždy čtyř objímkových modulů, coby vnější část. Pouze dva z nich (vnitřní) mají zmíněnou drážku tvaru šroubovice. Po vnitřní části vačkového hřídele se mohou objímky axiálně posouvat, což se děje právě při vysouvání čepů do šroubovice. Při posouvání vačkových modulů se mění ovládání ventilů. Jak se moduly posunou, namísto určitého zdvihu ventilů v režimu chodu na čtyři válce mají v danou chvíli ventily (sací i výfukové) dvou vnitřních válců nulový zdvih. Jsou tedy zavřeny.

Systém ACT je vlastně modifikací rozvodu Audi VVL (Variable Valve Lift). Původně se objevil na osmiválcích této značky, později na motoru 2.5 R5 Turbo v kupé RS5. A dále na již zmíněných agregátech EA888 gen3 tedy 1.8 a 2.0 TSI (TFSI).

Přednosti

  • V praxi skutečná úspora paliva
  • Nemá vliv na výkon motoru (je stejný u verze s i bez ACT)
  • Široká míra uplatnění (snadná modifikace na koncepci s dvoustupňově měnitelným zdvihem ventil - Audi VVL)

Nevýhody

  • Cena
  • Více pohyblivých částí

Příklady použití

  • VW 1.4 TSI ACT (EA211)
  • Osmiválce Audi
  • V modifikované podobě pak Mercedes-Benz ACC, Honda VCM, GM AFM

Aktivní řízení teploty motoru: Rychle se ohřeje i dobře uchladí

Chladicí okruh motoru pracuje vždy s termostatem. Ten nejjednodušší ve fázi ohřívání motoru uzavře cestu chladicí kapaliny přes chladič. Po dosažení určité teploty se otevře, takže voda může přes chladič protékat.

Dnes, kdy jsou značné požadavky na množství emisí, je třeba řídit teplotu motoru mnohem komplexněji. Současné nároky na termostat jsou tak mnohem vyšší než před lety. Jednou z cest, jak aktivně ovlivňovat teplotu motoru, se staly vyhřívané termostaty. Poprvé se objevily už v roce 2000 na tehdy nových motorech Ford Duratec-HE (MI5). V masovějším měřítku ovšem o dost později.

Aktivní termostat je vlastně klasickým zařízením, jak jej známe ze starých motorů. Tedy s roztažným prvkem, obvykle využívajícím parafin. Navíc je zde ale systém, který parafínovou náplň vyhřívá, čímž vlastně simuluje zvýšenou teplotu chladicí kapaliny.

Je to právě teplota chladicí kapaliny, na níž dost závisí spotřeba paliva zejména v režimech s částečným zatížením motoru. Pokud by se pouze zvýšila teplota, při níž má termostat otevřít „velký okruh“ a tedy vpustit chladicí kapalinu do chladiče, by se sice toto vyřešilo, ale pouze ve zmíněném režimu částečného zatížení. Pokud byste s takovým autem (motorem) jeli ostřeji a plně využívaly jeho výkonu, nebylo by spolehlivě zaručeno, že se motor uchladí. Spolu s rostoucí teplotou by u zážehového motoru navíc hrozilo detonační spalování. Aktivní termostat umožňuje udržovat teplotu chladicí kapaliny za normálního jízdního režimu a tedy při částečném zatížení na 98 stupních. V tomto případě se chová jako normální termostat bez aktivní regulace.

Jakmile se zvýší zatížení motoru, začne řídicí jednotka termostat vyhřívat. Během chvíle je dosažena teplota, při níž termostat otevře velký okruh - přes chladič. Tím dojde ke snížení teploty chladicí kapaliny na asi 80 stupňů.

Přednosti

  • Motor pracuje při optimální teplotě v širokém rozsahu zatížení
  • Cena
  • Snadná zástavba do okruhu chlazení
  • Rychlý ohřev motoru – rychlý náběh topení (komfortní aspekt)

Nevýhody

  • Při selhání dochází k rychlému přehřátí motoru

Příklady použití

  • Ford Duartec HE (MI5)
  • Škoda/VW 1.6 8V (verze se 75 kW)

Chlazené výfukové svody: Snižují spotřebu hlavně na dálnici

U zážehového motoru dochází při jízdě v režimu vysokého zatížení k nadměrnému ohřívání katalyzátoru. Aby nedošlo k jeho přehřátí a následnému zničení monolitu z ušlechtilých kovů, musí být účinně ochlazován.

Dříve za tímto účelem používaly automobilky software řídicí jednotky, jenž dodatečně vstřikoval palivo ve výfukovém zdvihu, což katalyzátor chladilo. Takto to měl vyřešeno třeba motor Škoda 1.2 HTP. To je také důvod, proč se při běžné jízdě choval úsporně, avšak pokud to někdo hnal po dálnici, „žral“ jak pominutý, klidně k 10 litrům na 100 km.

U novějších motorů, plnících přísnější emisní normu, řekněme od Euro 4 výše, začaly výrobci zavádět takzvané chlazené svody. Zní to sice honosně, ovšem jde o docela jednoduché, ale v praxi dost účinné opatření. Jde o to, že svody výfukového potrubí jsou z části vedeny už v hlavě válců, kde jsou omývány chladicí kapalinou. Efekt je tady i obrácený, a sice, že se studená chladicí kapalina po nastartování motoru ohřívá od výfukových plynů.

Pokud jsou výfukové svody chlazeny, není třeba katalyzátor dodatečně ochlazovat v režimu zatížení motoru, čímž klesá spotřeba paliva a samozřejmě emise, byť ty v tomto jízdním režimu nikdo neměří a měřit ani nebude. Pro uživatele jde však o dost podstatnou záležitost.

Přednosti

  • Levná cesta ke snížení spotřeby na dálnici
  • Rychlejší ohřev motoru (obrácený efekt)

Nedostatky

  • Žádné

Příklady použití

  • VW/Audi EA211, EA888 Gen.3 a jiné motory pro Euro 5

Elektromechanické ovládání turbodmychadla: Pro přesnější regulaci

Z našich dřívějších článků o přeplňování už víte, že každé turbodmychadlo potřebuje mít účinnou regulaci jeho otáček. V opačném případě by došlo k jeho zničení v okamžiku, kdyby se dostaly přes kritickou mez. Současně se regulací jeho otáček omezuje plnicí tlak, tedy přeplňování motoru. Pokud by se tak nedělo, motor by se brzy dostal do oblasti detonačního spalování a došlo by k poškození jeho pohyblivých částí.

K regulaci takzvaným obtokem, kdy klapka otevře kanál, čímž vlastně přemostí turbínu, se vždy využívalo podtlakového členu. Později přišla aktivní regulace, kdy podtlak byl do pneumatického ovladače vpuštěn takzvaným taktovacím elektromagneticky ovládaným ventilem. Do hry už vstupovala elektronika. Samotné ovládání klapky obtoku turbíny ale bylo stále pneumatické.

Nejmodernější motory vyměnily podtlakový člen za krokový elektromotor (servomotor), který přímo tahá za ovládací tyčku a tedy otevírá klaku obtoku (wastegatu). Regulace otáček a tedy i plnicího tlaku turbodmychadla je přesnější. Popsané řešení má ovšem i některé nevýhody. Turbodmychadlo tím, že je poháněno výfukovými plyny, produkuje hodně odpadního tepla. Přitom vysoká teplota si s elektronikou zrovna dvakrát nerozumí. Za občasná selhání regulace a tedy padání motoru do nouzového režimu může právě značná teplota okolí, které jemnou elektroniku servomotorku poškodí. A u některých výrobců není možné servomotor objednat coby samostatný díl. To se pak může oprava výměnou turbodmychadla dost prodražit.

Výhody

  • Přesnější regulace plnicího tlaku a tedy i otáček turbodmychadla
  • Plynulejší průběh točivého momentu motoru

Nevýhody

  • Cena
  • Značná choulostivost ovládání, zejména citlivost na teplotu panující v okolí
  • Při selhání nutnost vyměnit celé turbodmychadlo (u některých značek)

Příklady použití

  • VW/Audi EA888 Gen.3
  • Škoda/VW 1.2 TSI (obě generace)
  • Víceválcové motory prémiových výrobců (Mercedes-Benz, BMW aj)

Spolupracujeme s TipCars.com
Státní podnik spravující sítě pro policii i hasiče bude hledat šéfa Státní podnik spravující sítě pro policii i hasiče bude hledat šéfa

Již podruhé za necelý rok se bude řešit, kdo povede…

Ekonomický paradox. V komunistické Číně panuje vysoká příjmová nerovnost Ekonomický paradox. V komunistické Číně panuje vysoká příjmová nerovnost

Příjmová nerovnost se zvyšuje. V Číně téměř čtvrtinu…

Kmoníček: Návštěva Zemana u Trumpa se odsouvá, může za to severokorejská krize Kmoníček: Návštěva Zemana u Trumpa se odsouvá, může za to severokorejská krize

Návštěvu prezidenta Miloše Zemana u amerického prezidenta…

 

Štítky Technika

 

Přidat názorDiskuse: Nejnovější trendy ve vývoji zážehových…







Doporučujeme
Špatné držení volantu vás může přijít draho. Podívejte se, jak je to správně! Špatné držení volantu vás může přijít draho. Podívejte se, jak je to správně!

Správné držení volantu je pro bezpečné řízení automobilu…

Vodík kontra akumulátor: Proč je vodík na ústupu? Vodík kontra akumulátor: Proč je vodík na ústupu?

Ještě před deseti lety byl vodík coby palivo v kurzu.…

 

AutoRevue
12 úžasných aut, která dokazují, že 90. léta patřila japonským výrobcům 12 úžasných aut, která dokazují, že 90. léta patřila japonským výrobcům

Devadesátá léta minulého století platí za nejlepší, ale…

Jsou SUV vážně pomalejší? Porovnání jejich dynamiky s příbuznými kombi Jsou SUV vážně pomalejší? Porovnání jejich dynamiky s příbuznými kombi

Potřetí srovnáváme příbuzná kombi s SUV a zjišťujeme,…

 






 
VIN čísla. Víte, co znamenají a k čemu slouží? A kde je najdete?

VIN čísla. Víte, co znamenají a k čemu slouží? A kde je najdete?

Včera

Automobily lze identifikovat nejen podle značek a názvů modelů, ale především pomocí tzv. VIN čísla, kódu skládajícího se ze 17 znaků.




Blesk.cz

Chat s odborníkem: Jak je to s návratem do práce po rodičovské dovolené?

Chat s odborníkem: Jak je to s návratem do práce po…

Můžete si na rodičovské dovolené přivydělat? A je třeba dávat pozor na výši výdělku? Jak je to s návratem zpátky…

Nestihli jste Ženevu? Bratislava vám to vynahradí! Ukazuje záplavu novinek i luxusu.

Nestihli jste Ženevu? Bratislava vám to vynahradí!…

Slyšeli jste někdy o Bratislavském autosalonu? Už  27. ročník ukazuje, že tuhle výstavu si do kalendáře musí…

 

iSport.cz

Chelsea přestřílela Southampton 4:2, poprvé od února hrál Terry

Chelsea přestřílela Southampton 4:2, poprvé od února…

Fotbalisté Chelsea zvítězili v anglické lize nad Southamptonem 4:2, odčinili předchozí porážku 0:2 od…

Slavia - Zlín 0:1. První prohra pod Šilhavým, favorit v poháru končí

Slavia - Zlín 0:1. První prohra pod Šilhavým,…

V semifinále MOL Cupu došlo k překvapení. Fotbalisté Zlína porazili Slavii Praha na jejím hřišti 1:0 a…

 

Reflex.cz

Je tohle ještě móda? Modelka pózovala v „plavkách“ ze zlaté izolepy

Je tohle ještě móda? Modelka pózovala v „plavkách“…

Se zvláštním nápadem přišel umělec, který si říká Joel Alvarez a je součástí The Black Tape Project. Ten spočívá…

Smutný příběh fotbalisty Rajtorala: uvězněný v depresích, propadl hazardu

Smutný příběh fotbalisty Rajtorala: uvězněný v…

Uzamčený ve vlastním světě, kde se dveře na svobodu hledají strašně obtížně. Svázaný ošklivými démony, jež bez…