Protiběžné písty v jednom válci (!), dvoutakt, minispotřeba a spálí všechno, co teče
I přes stále rostoucí počty elektromobilů a hybridních vozidel mnozí stále věří, že čas spalovacího motoru se ještě nenaplnil. Problém je, že zákonodárci ve svých požadavcích na spotřebu pohonných hmot a čistotu spalin neustále přitvrzují. Jednoho dne tak přijde doba, kdy již nebude možné stávající a tedy konvenčně řešené zážehové a vznětové motory použít. Ano, neustálým vývojem se sice daří držet krok s legislativními požadavky doby, ovšem bez potřebného náskoku.
Ten může spalovacím motorům zajistit pouze nějaká zásadní změna v konstrukci. Například spalování HCCI (Homogenous Charge Compression Ignition), které by mělo u benzinového motoru využívat k zapálení směsi vysoké teploty ve válci, vznikající stlačením směsi, případně v podání Mazdy SkyActiv-X, SCCI (Spark Controlled Compression Ignition), jež na rozdíl od ryzího HCCI počítá také se zapalovací svíčkou.
Původně pro armádu
Ford F-150 předvedený na letošním autosalonu v Detroitu má však pod přední kapotou něco úplně jiného. Na pohled běžný vůz s unikátním srdcem vznikl spojením firem Achates Power a Aramco Services. Prvně jmenovaná společnost vyvinula motor, druhá uvedená zajišťuje dopravu v rámci armády spojených států v Saúdské Arábii.
V případě tohoto vozu jde právě o jeho motor. O netypickém agregátu od kalifornské firmy Achates jsme už psali. V pick-upu F-150 nabízí z objemu 2,7 litru výkon 270 koní (199 kW) a maximum točivého momentu 582 N.m. Jeho hlavním triumfem ale nejsou poskytovaný výkon a točivý moment, nýbrž spotřeba paliva, která má být výrazně nižší než u současných, dokonce i vznětových motorů.
Předpisy plní s rezervou
Vládní regulace požadují, aby v roce 2025 činila průměrná spotřeba pohonných hmot u vozů třídy pick-up na amerických silnicích 33 mpg (miles per galon), tedy 8,6 litru na 100 km. V současné době však americký standard CAFE (Corporate Average Fuel Economy) požaduje průměrnou spotřebu ve třídě pick-upů výrazně horších 21 mpg, což je 13,5 litrů na 100 km. Za pouhých sedm let dosáhnout snížení normované spotřeby o přibližně 36 procent není vůbec jednoduché.
Jenže atypicky řešený motor od Achates slibuje spotřebu paliva dokonce 37 mpg, tedy neuvěřitelných 7,6 litrů na 100 km. Je to o 12 procent lepší hodnota, než jakou požaduje norma pro rok 2025.
Neplést se Subaru Boxer
Koncept motoru, u něhož by se ve válci pohybovala dvojice pístů proti sobě a od sebe, přičemž každý by poháněl vlastní klikovou hřídel, existuje už od konce 19. století. Jako první jej v roce 1882 popsal James Atkinson. Síla z dvou nezávislých klikových hřídelů se následně přenáší přes ozubený převod na centrální klikový hřídel.
Motor s protiběžnými písty v rámci jednoho válce v minulosti poháněl například diesel-elektrické lokomotivy, či coby letecký motor Junkers Jumo 205 také letadla. Další využití našel v pohonu vojenských vozidel, například tanků. V uvedené aplikace to využívali jak Britové, tak také stavitelé tankových motorů v bývalém SSSR.
Jak je ale možné, že motor dosahuje tak nízké spotřeby paliva? V zásadě se jedná o celý soubor opatření, prostupující konstrukcí tohoto nezvykle řešeného agregátu. Tak například nepotřebuje hlavu válců a tudíž ani nemá rozvodový mechanismus, který obecně přináší motoru mechanické ztráty. A dvojice průběžných pístů zase slibuje lepší využití energie spalování a tedy vyšší objemovou účinnost.
Navíc je to dvoutakt!
Nezvykle řešený motor je navíc dvoudobý. Obecně vzato takto řešené motory nabízejí vyšší měrný výkon v porovnání se čtyřdobými. Nevýhodou je ale nižší účinnost a obecně vzato horší emise.
Aby Achates nedostatky, pramenící z dvoudobé koncepce eliminoval, zvolil pro svůj motor spalování HCCI, tedy v zásadě vznětový princip. Navíc výrobce uvádí, že motor v F-150 může spalovat nejen benzin, ale také naftu, případně zemní plyn či biopaliva. V případě, že by spaloval naftu, výrobce udává dokonce spotřebu paliva úžasných 42 mpg, tedy 6,7 litru na 100 km.
Společnost Achates se motory s protiběžnými písty zabývá už od roku 2004. Při tom spolupracuje s výrobcem motorů Cummins Inc. Cílem je vyvinout vysoce efektivní vznětový motor, který by se uplatnil ve vozidlech americké armády. Motor pro vojenská vozidla poskytuje z objemu 14,3 litru výkon 1000 koňských sil. Jak ale uvádí Achates, lze jej upravit tak, aby mohl pohánět například těžká užitková vozidla.