Technika: Slepé uličky aneb tohle se konstruktérům nepovedlo!

Úvod

Snad každý automobilový výrobce se někdy dostal do stádia vývoje techniky svých vozů, v němž se další pokračování ukázalo jako nerentabilní. Spektrum sahá od příslušenství motorů, přes techniku podvozku až po výstroj. Všechny uvedené příklady vypadaly na začátku vývoje slibně, přesto jim za několik let začala zvonit hrana, aby následně skončily v propadlišti dějin.

Exotické přeplňování – účinné ano, složité také

K použití přeplňovaného motoru u automobilů došlo poprvé už v meziválečném období. Tehdy se jednalo výhradně o řešení s mechanicky poháněným Rootsovým dmychadlem. Později se přidaly i jiné koncepce kompresorů. Jejich úspěšnému tažení ale zabránilo nasazení turbodmychadla. To kompresory v zásadě zcela vytlačilo. Přesto se i dnes můžete s mechanicky poháněným kompresorem setkat. V otázce nabídky nekonvenčního přeplňování motoru byly v minulosti hodně invenční značky Volkswagen a Mazda.

G-dmychadlo

G-dmychadlo: Praktické využití dávného patentu

Až do začátku 90. let se Volkswagen musel spokojit výhradně se čtyřválcovými motory. Jejich výkony mohly stěží konkurovat šestiválcům jiných značek. Na přelomu 70. a 80. let přišli u VW s myšlenkou vzít stávající agregát řady EA113 a vyššího výkonu docílit přeplňováním. Ač se v té době přímo nabízelo turbodmychadlo, s nímž navíc měli Němci hodně zkušeností, padla volba na mechanické přeplňování. Konstruktéři si vzpomněli, že jistý Francouz L. Creux si nechal v roce 1905 patentovat zařízení, které stlačovalo vzduch jakousi spirálou, konající rotační a zároveň posuvný pohyb na výstředníku. Spirála svým tvarem připomínala písmeno „G“, což byl hlavní důvod pro pozdější pojmenování tohoto typu přeplňování. Předností takzvaného G-dmychadla byla vysoká účinnost přeplňování, zhruba o 15 procent vyšší než u vzpomínaného Rootsova dmychadla. Bylo to dáno velice malou vůlí mezi vnitřní plochou skříně a listy spirály coby výtlačným členem. Výhodou bylo dále výrazné zvýšení točivého momentu o zhruba 30 až 50 procent v porovnání s atmosférickou verzí motoru a také nízká hlučnost přeplňování. Existovaly dvě verze. Kromě známější G60 uplatněné na motoru označeném PG, jenž poháněl kromě Corrada také Golf GTI G60/Rallye či Passat B3, to byla ještě menší G40 známá z Pola. Číslice uváděly výšku spirály v milimetrech.

Nevýhodou G-dmychadla byly relativně nízké otáčky. Volkswagen uváděl jejich jmenovitou hodnotu 10.000/min. Na vině byl právě výstředníkový mechanismus, u něhož je kritická oblast otáček zhruba 11.000 otáček za minutu. Po jejich překročení dochází ke vzniku rezonance neboli frekvence vlastních kmitů. A ta má vždy destruktivní účinky. Z toho důvodu nebylo G-dmychadlo zrovna vhodné pro použití v závodech. Také životnost „géček“ nebyla zkraje žádným zázrakem. Větší G60 tak v tichosti skončila v kupé Corrado na podzim 1993. V malém Polu, coby G40, žilo spirálové dmychadlo ještě zhruba o rok déle.

VW 1.4 TSI Twincharger

VW 1.4 TSI Twincharger – malý rozměry, složitý technikou

Volkswagenu nekonvenční přeplňování nedalo spát. Po dvanácti letech od ukončení produkce spirálového dmychadla představili motor 1.4 TSI Twincharger. Poprvé kombinoval přímé vstřikování benzínu s přeplňováním turbodmychadlem a zároveň mechanicky poháněným kompresorem. Namísto „spirály“ se tentokrát Wolfsburg rozhodl pro konvenčnější typ - Rootsovo dmychadlo modifikované firmou Eaton se zvýšenou mechanickou účinností. Až do 2.400 otáček za minutu motor přeplňoval kompresor, poháněný řemenem pohonu příslušenství od klikového hřídele. Pracovat mohl v případě potřeby až do 3.500 otáček za minutu, kdy došlo k odpojení jeho pohonu elektromagnetickou spojkou. Současně s jeho odpojením se otevřela klapka, která jej přemosťuje.

Naproti tomu turbodmychadlo se točilo od samého začátku. V otáčkách od 2.400 za minutu do 3.500 za minutu pracovala obě zařízení současně. Od uvedené hodnoty výše už dodávalo vzduch motoru pouze turbodmychadlo.

Původně byly nabízeny dvě verze motoru: varianta BMY se 103 kW a BLG se 125 kW. Později bylo variant více, přičemž některé poskytovaly až 132 kW. Ač kombinované přeplňování nabízí z pohledu jízdy jen samé přednosti, jde o technicky mimořádně složitý celek. To byl spolu s omezenou spolehlivostí jistě jeden z důvodů, proč se u novější generace motorů TSI (řada EA211) Volkswagen rozhodl již twincharger nenabízet. Více o tomto pohonu přineseme brzy v rubrice bazar v souvislosti s recenzí na Škodu Fabia druhé generace.

Mazda Comprex

Mazda Comprex – přeplňování tlakovými vlnami

Zcela ojedinělým řešením přeplňování je to využívající tlakové vlny. V 90. letech jej použila Mazda u vznětového dvoulitru, nazývala jej RF Comprex. Poháněl kdysi populární krásně kulatou řadu 626 série GE. Vzpomínáte? Slovo „Comprex“ přímo označuje použité přeplňování. Jde o spojení slov Compresion and expansion. Základem systému je takzvané pulsní dmychadlo podle patentu Asea Brown Boveri.

U Comprexu dochází k přenosu energie tlakovými vlnami v komorách, které tvoří podélné lopatky rotoru. Ten je poháněn řemenem od klikového hřídele. K jeho skříni jsou připojeny jednak nízkotlaký vstup vzduchu na jedné straně a zároveň nízkotlaký výstup vzduchu na straně druhé. Na straně výstupu nízkotlakého vzduchu současně do skříně rotoru vstupují výfukové plyny pod vysokým tlakem. Na opačné straně z něj vychází stlačený vzduch, a to přímo do spalovacích prostor motoru. Za výhody Comprexu jsou považovány rychlá reakce na změny zatížení motoru a zároveň minimální energetická náročnost (příkon) pohonu rotoru. Samotné parametry agregátu ovšem nikterak oslnivé nejsou. Zmíněný motor Mazda 2.0 RF Comprex nabízel výkon 56 kW. Pro zajímavost, přeplňovaný agregát 1.9 TD koncernu PSA (motor XUDT9) poskytoval ve stejné době výkon 66 kW s klasickým výfukovým turbodmychadlem. Následující generace 626 (řada GF) tento systém již nepoužívala.

Vstřikování čerpadlo-tryska

Vstřikování čerpadlo-tryska motorů TDI – vysoce úsporné, ale hlučné a nekompatibilní s filtrem pevných částic

Koncem 90. let se poprvé objevil systém vstřikování vznětových motorů common-rail. Pod jeho vývoj jsou podepsány společnosti Fiat, Mercedes-Benz a Bosch. Nabízel vlastně to, co již léta vícebodové vstřikování benzínu u zážehových motorů. Tady to však muselo být vše mnohem masivnější, neboť se pracovalo s řádově vyššími tlaky. Krátce po uvedených pionýrech přispěchal s common-railem také PSA a postupně další výrobci. Zakrátko nabízeli common-rail snad všichni. Existovala však jedna výjimka. Tou byla skupina Volkswagen. Ta místo toho, aby své úžasné přímovstřikové dieselové motory z 90. let nahradila common-railem, přišla s vlastním řešením v podobě vstřikování PDE (Pumpe Düse Einspritzung), nebo-li čerpadlo-tryska. Někdy se také používá označení UIS (Unit Injection System).

Zatímco u common-railu generuje vysoký tlak nafty nezbytný ke vstřikování do spalovacích prostorů jediné společné čerpadlo, má u systému čerpadlo-tryska každý válec svoji vlastní vysokotlakou vstřikovací jednotku. Je nasazena přímo na hlavě válců, přičemž vysoký tlak až 2050 barů generuje píst stlačovaný vačkou poháněnou od vačkového hřídele motoru. Prvním agregátem VW s PD byl tříválec 1.4 TDI v roce 1999. Dobře je známý i z první generace Škody Fabia. Později se objevila známá 1.9 TDI-PD v různých verzích (motory AJM, AUY, ATJ).

Svého vrcholu dosáhly agregáty TDI-PD v Passatu B6. Ve snaze snížit hlučnost byly původní elektromagneticky ovládané sdružené vstřikovací jednotky od Bosche nahrazeny vyspělejšími takzvanými jednotkami PPD (Piezo Pumpe Düse). Dodával je Siemens, přičemž dokázaly díky jemnější a přesnější regulaci rozdělit vstřikovanou dávku na čtyři menší. Jednodušší solenoidy to uměly pouze na dvě. Tím se snížila hlučnost, neboť se zpomalil nárůst expanzního tlaku ve válci.

Kritická hodina pro motory s technologií vstřikování čerpadlo-tryska se nachýlila v době zavádění filtru pevných částic. K jejich regeneraci je třeba vstřikovat dávku o hodně později až při výfukovém zdvihu. Jen tak může dojít k jejímu spalování ve výfuku, čímž se zvýší teplota ve filtru nezbytná k vypálení sazí. A s tím mají motory PD z principu problém, neboť vysoký tlak je u nich k dispozici jen po omezenou dobu, během níž vačka stlačuje píst. V okamžiku, kdy jej mine, dojde k poklesu tlaku, a tudíž vstřikovat naftu již efektivně není možné. Volkswagen si byl nedostatků motorů TDI-PD vědom, takže od roku 2003 až 2004 již začal nabízet masověji také common-rail, a to u nových šestiválců a osmiválce Audi TDI. Zajímavé je, že motor s common-railem mělo Audi už v roce 1999, a to v osmiválci 3,3 litru, který poháněl první generaci hliníkové A8 na sklonku jejího životního cyklu. Proč se u čtyřválců rozhodli nakonec pro alternativu v podobě sdružených vstřikovačů, zůstane asi navždy střeženo za zdmi „vlčího hradu“. Nebo to někdo z vás ví?

Aktivní řízení všemi koly

Aktivní řízení všemi koly aneb 4WS – stabilita i agilita v jednom

Aktivní řízení všemi koly neboli automobil s natáčecí zadní nápravou se poprvé objevil v roce 1987 s uvedením kupé Honda Prelude třetí generace. Systém pracoval na ryze mechanické bázi, přičemž jsme si jej popsali docela nedávno v seriálu o automobilových prvenstvích.

Netrvalo dlouho a o řízení všemi koly začaly mít zájem i jiné automobilky. Téměř výhradně šlo ale o výrobce ze země vycházejícího slunce. Evropské značky byly v tomto ohledu dost zdrženlivé. Když opomeneme současný Renault a jeho 4Control či soudobé vozy Porsche 911 případně BMW, pak jediným, kdo toto v Evropě v 90. letech nabízel, bylo BMW 850 CSi z roku 1992 (řada E31). Jednalo se o systém známý jako AHK (Aktive Hiterachse-Kinematik). Řešení BMW bylo v porovnání s pionýrskou Hondou Prelude mnohem sofistikovanější, když místo mechaniky využívalo hydrauliku. Její součástí byl zásobník tlaku a jeho zdrojem tříokruhové čerpadlo. Dále se využívaly snímače otáček předních kol (z jednotky ABS), úhel natočení volantu a snímač rychlosti jízdy. S hydraulikou pracovalo také 4WS od Mazdy, použité v již zmíněné řadě 626 GD (GV) a GE, dále v kupé odvozeném od řady 626 (GE) MX-6 a samozřejmě v luxusní Xedos9. Dalšími byl Nissan a jeho HICAS, Mitsubishi (Galant Dynamic4 či později Sigma a 3000 GT) či Toyota, která toto ovšem nabízela pouze na japonském trhu, třeba u kupé Celica páté generace.

Současné systémy jsou obecně jednodušší, neboť se obejdou bez hydrauliky. Renault 4Control, jakožto asi nejrozšířenější dnešní zástupce aktivního řízení všemi koly, si vystačí s jedním krokovým elektromotorem, který přímo ovládá spojovací tyče řízení.

Ač se systémy 4WS stále používají, k jejich masovému rozšíření vlastně nikdy nedošlo. Důvodem byla nejen cena, nýbrž zejména uvedení stabilizačního systému ESP. Ten v zásadě mnohem levněji řeší to, co dříve dokázaly efektivně systémy s řiditelnou zadní nápravou. Co neumí, je zajistit lepší manévrovatelnost v omezených prostorách.

Syntetizátor řeči

Syntetizátor řeči – mluvící auto

Rozvoj elektroniky v 80. letech umožnil vznik mluvícího automobilu. V roce 1983 Renault uvedl model 11 TSE Electronic, v němž se v nebývalé míře uplatnily různé elektronické systémy. Dnes bychom se jim možná i zasmáli, nicméně v době vzniku to byl neskutečný počin. A nešlo pouze o digitálně-grafický přístrojový štít z tekutých krystalů, který uměl samočinně měnit rozsah stupnice rychloměru. Při rychlosti jízdy do 85 km/h byla stupnice cejchována do 90 km/h. Při jejím překročení se rozsah změnil do 180 km/h. Zpět to šlo v okamžiku, kdy rychlost klesla na 45 km/h. Kromě popsaného a rozličných kontrolek všemožných funkcí nabídlo toto auto jedno naprosté unikum. Tím byl syntezátor lidské řeči. Vůz tak různé provozní skutečnosti nesděloval pouze obvyklými, byť v tomto případě četnými kontrolkami či displeji, nýbrž i hlasově. První verze uměla mluvit francouzsky, anglicky, německy a italsky. Později přibyla ještě španělštinu.

Před samotným sdělením provozní skutečnosti se ozval vždy výstražný tón, aby řidič začal dávat pozor. Údaje poskytované hlasem byly rozděleny na tři skupiny podle důležitosti. Jako příklad, jak to bylo komplikované, uvádíme jedno hlášení, kterým Renault 11 TSE Electronic mohl „obšťastnit“ svého řidiče. Citujeme: „Pozor, porucha elektrické instalace! Zastavte motor, jakmile je to možné! Nejdříve zkontrolujte řemen alternátoru, je-li v pořádku, jeďte do nejbližší dílny!“ Hlas nebyl generován z magnetofonového pásku, jak by se mohlo na první pohled a i s ohledem na dobu vzniku zdát, nýbrž přímo z paměti syntezátoru, kam byly jednotlivé věty uloženy v podobě binárního kódu. Šlo tedy o klasický počítač, samozřejmě s ohledem na první polovinu 80. let.

Systém obsahoval celkem 18 skupin informací, přičemž rozměry paměti přístroje činily 160 x 130 x 40 mm. Hmotnost dosahovala 500 gramů. Ještě před jízdou se mohl řidič přesvědčit, že syntezátor funguje správně stlačením tlačítka „test“. Po něm vůz řekl úplně vše, co uměl. Současně s tím se rozsvítily všechny kontrolky přístrojové desky.

V době uvedení stál Renault 11 TSE Electronic ve Francii 64.000 francouzských franků, tedy zhruba o polovinu více, než na kolik vyšla základní „jedenáctka“ TC. Samotný syntetizátor přišel na 1.200 franků.

Později mluvily i další Renaulty. Třeba velká R25 a její nástupce Safrane nebo první generace Laguny. Dále „mluvilo“ také Audi Quattro od roku 1984, o němž jsme nedávno psali, nicméně konkrétní testovaný kousek jaksi mluvit zapomněl... V 90. letech byla tato technika již považována za překonanou a dnes nic takového nenajdete ani u nejnovějšího BMW řady 7 G12.

Podélně uložený hnací řetězec

Podélně uložený hnací řetězec neznamenal vždy klasickou koncepci

Podélně uložený hnací řetězec obvykle spojujeme s klasickou koncepcí. Tedy poháněnou zadní nápravou. Naopak auta s pohonem předních kol mají motor uložený napříč před přední nápravou a převodovku vedle něj. V minulosti však existovala také koncepce, kdy byl pohon v přídi uložený podélně, a přesto byla poháněná přední náprava. Navíc i to se mohlo lišit.

Třeba u původního Renaultu 5 z roku 1972 byl motor uložený podélně za přední nápravou, ale převodovka byla před ním. U velkých Renaultů, třeba již vzpomínané R25, byla převodovka za motorem, tedy stejně jako u klasické koncepce. Úplně stejně to měla Honda Legend druhé a třetí generace. Nebo nám dobře známý rumunský Oltcit. U těchto aut byl vlastně diferenciál nápravy pod spojkovou skříní, tedy před převodovkou.

Zvláštnost představovaly vozy Saab 99 či původní 900. I ty měly motory umístěné v přídi podélně. Ale převodovka nebyla před ani za motorem, nýbrž pod ním. Přenos hnací síly z klikového hřídele na hnací hřídel skříně byl řešen, světe div, se krátkým řetězem! Ten vedl z přední strany motoru (tedy vlastně od rozvodu). Druhá generace řady 900 již měla motor napříč, stejně jako velká 9000 z roku 1984 technicky spřízněná s italskými vozy Alfa Romeo 164, Lancia Thema a Fiat Croma (projekt Tipo4). Dnes mají všechna auta s pohonem předních kol motor napříč. Je to levnější a zároveň šetrnější k obestavěnému prostoru.