Technika: Vypínání válců včera a dnes

31. 1. 2012 • 17:35

Myšlenka pozastavení spalovacího procesu je stará skoro jako sám čtyřtaktní motor.

Když koncern Volkswagen na konci ledna představil v Audi A1 Sportback nový motor 1,4 TFSI COD, způsobil menší senzaci díky nové funkci – odpojování válců. Při nízké zátěži se může čtyřválcový motor dočasně proměnit ve dvouválec. Nejedná se ale o žhavou novinku, podobná technika se už roky uplatňuje u velkých motorů a VW není ani prvním, kdo by to zkoušel se čtyřmi válci.

Prapředkem této techniky jsou staré stacionární motory, anglicky označované hit and miss. Nízkootáčkové jednoválcové agregáty s těžkými setrvačníky záměrně vynechávaly zážeh v některých cyklech, což sloužilo k regulaci jejich chodu. Používaly se v první třetině 20. století, například k pohonu vodních čerpadel nebo jako generátory elektrické energie.

V motorech určených pro pohon automobilu se s odpojováním válců (tentokrát hned několika válců u víceválcových motorů) začalo experimentovat už během druhé světové války. Do sériové výroby ale tato technologie dospěla až v roce 1981 – řidiči se s ní tedy setkávají v posledních 30 letech. Nutno dodat, že ve valné většině u automobilů americké produkce.

Teorie – proč odpojovat válce?

Smyslem této funkce je úspora paliva. Velké motory dosahují při plné zátěži vysokých špičkových výkonů, v provozu ale po většinu času pracují jen s částečnou zátěží. V takových podmínkách musí být chod motoru regulován škrticí klapkou. Čím větší motor, tím více musí být přiškrcován.

Kvůli tomu však vznikají tzv. čerpací ztráty. Část výkonu motoru se zplýtvá na překonávání odporu na straně sání. Řešení tohoto problému se nabízí hned několik – optimalizace sacích kanálů, optimalizace tvaru ventilů a pístů nebo odbourání škrticí klapky při použití technologie variabilního zdvihu ventilů.

TEST Audi A1 Sportback 1,4 TFSI (103 kW): Jízda na dva válce

Při odpojení válců se uzavře přístup vzduchu, o pohon auta se stará typicky polovina válců. Díky tomu nemusí být motor k dosažení stejného výkonu tolik škrcen, a proto roste jeho účinnost. Uzavřený válec se chová jako vzduchová pružina a nepředstavuje pro motor nadbytečnou zátěž.

Cadillac V8-6-4 – neúspěšný průkopník

Prvenství patří, stejně jako v mnoha dalších inovacích, koncernu GM. Odpojování válců přenesl do sériové výroby motor Cadillac 6,0 V8-6-4, uvedený v roce 1981. Systém Modulated Displacement mohl odpojit dva, nebo čtyři z osmi válců.

Motor byl vybaven jednobodovým vstřikováním, řídící jednotkou s palubním počítačem a diagnostikou. Odpojování válců řídil počítač, který nechal u rozvodu OHV mechanicky přerušit kontakt zdvihátka s vahadlem.

Slabým místem se stala spolehlivost elektroniky. Proto byl motor po pouhém jednom roce stažen z výroby, a to bez náhrady odpovídajícího objemu. Dodával se do modelů Seville, De Ville, Eldorado a Fleetwood, déle se udržel jen v zakázkových limuzínách (do roku 1984).

Mitsubishi Modulated Displacement

Brzy následovala japonská automobilka Mitsubishi. Ta použila v roce 1982 techniku odpojování válců do čtyřválce 1,4 l – např. v modelu Colt. Automobilka tehdy slibovala úsporu paliva 16 %, novinka se ale neuchytila a pro malý zájem brzy skončila.

Druhý pokus přišel v roce 1992. Motor 1,6 MIVEC-MD přidal elektronicky řízené variabilní časování a zdvih ventilů. V modelech Colt a Lancer dosahovala atmosférická šestnáctistovka 129 kW a 167 Nm, přitom dokázala jezdit o 10-20 % úsporněji. Velká část úspor však šla ruku v ruce se samotným variabilním ovládáním ventilů.

V roce 1994 se ještě přidal větší motor 2,0 V6 MIVEC-MD (147 kW/200 Nm). Od roku 1996 ale Mitsubishi přestalo oba agregáty vyrábět, místo toho automobilka u benzinových motorů vsadila na přímé vstřikování GDI.

Mercedes-Benz ZAS

S vlastním řešením přišel i Mercedes, který svůj systém nazval ZAS (Zylinderabschaltung – vypínání válců, anglicky Active Cylinder Control). Na přání se dodával pro pětilitrový osmiválec v modelu S 500 (od 1998) a CL 500 (od 1999). Z každé řady mohly být hydraulickým zásahem do časování ventilů uzavřeny dva válce, a to v otáčkách do 3500 min^-1. Výroba tohoto motoru končí v roce 2005 s generační obměnou tříd S a CL.

Podobný systém ZAS měl i krátce vyráběný atmosférický 5,8litrový V12 z let 1999 až 2002 (S 600 a CL 600), resp. jeho 6,3litorvá AMG verze (S 63 AMG, CL 63 AMG a G 63 AMG). V otáčkách do 3000 min^-1 dokázal motor pracovat jen s polovinou válců – levá řada se odpojila poté, co hydraulicky ovládaná zdvihátka uzavřela ventily.

Výfuk od firmy Eberspächer pomocí klapek zajišťuje, aby odpojení válců nezměnilo zvuk motoru.

Návratem k odpojování válců je u Mercedesu atmosférický osmiválec v nové generaci SLK 55 AMG.

Chrysler Multi-Displacement System

Od roku 2004 dodnes nabízí odpojování válců i Chrysler. Zařízení MDS se dodává pro motor 5,7 V8 Hemi, který má rozvod ventilů OHV. Čtveřici válců ve vhodných okamžicích odpojí solenoidy na zdvihátkách, které zaručí uzavření válců. Na rozdíl od motoru Cadillac V8-6-4- se jedná o plně hydraulický systém. Chrysler stejně jako Mercedes využívá výfukové klapky od Eberspächeru.

TEST Jeep Grand Cherokee 5,7 V8 – Náčelník Ševelící hemisféra

V českých podmínkách můžeme tento motor znát z Jeepu Grand Cherokee nebo staršího Jeepu Commander a Chrysleru 300C.

GM Active Fuel Management

Koncern General Motors se k vypínání válců vrátil na začátku tisíciletí. Systém původně označovaný Displacement on Demand debutoval v konceptu Cadillac Cien s dvanáctiválcovým motorem 7,5 litru, záhy následoval další koncept Opel Signum² s 4,3litrovým osmiválcem.

Sériové nasazení ale následovalo až v roce 2004, po Chrysleru – nejprve ve velkých SUV Chevrolet TrailBlazer a GMC Envoy s motorem 5,3 V8 Vortec. Postupně se přidaly i další modely, včetně osobních, s motory 5,3 V8 a 3,9 V6 – vždy s rozvodem OHV. Dnes se systém Active Fuel Management dodává do modelu Chevrolet Camaro s motorem 6,2 V8.

Technicky se řešení GM podobá Chrysleru. Ve srovnání s původním motorem Cadillac V8-6-4 je systém díky násobně většímu početnímu výkonu rychlejší a spolehlivější.

Honda Variable Cylinder Management

Japonská Honda dopřává odpojování válců zatím jen americkým zákazníkům – je totiž dostupné jen pro americké šestiválce. Systém Variable Cylinder Management u motoru 3,5 V6 SOHC využívá variabilního časování ventilů i-VTEC. Při nízké zátěži jsou uzavřeny ventily na třech z šesti válců. Při jízdě na tři válce vydává audiosoustava frekvence, které vyrovnávají nelibozvučné tóny motoru.

Audi & VW Cylinder on Demand

Po Mercedesu druhou evropskou automobilkou je koncern Volkswagen. První vlaštovkou se stal luxusní model Bentley Mulsanne 6,75 V8, masovějšího rozšíření se ale vypínání válců dočká až ve vozech Audi – s motory 4,0 TFSI a 1,4 TFSI.

Přeplňovaný osmiválec 4,0 TFSI bude v prodeji od jara 2012. Vypínání válců vychází z technologie variabilního zdvihu ventilů Audi valvelift, v případě uzavření ventilů se nastaví nulový zdvih ventilů. Na osmiválci se to týká dvou vnitřních válců v jedné a dvou vnějších v druhé řadě. Podobně jako Honda, i Audi k novému osmiválci instaluje systém aktivního potlačování akustických vibrací.

Audi slibuje u modelů S6, S7 Sportback a S8 úsporu v průměru 5 % paliva, při plynulé jízdě mimo město až 12 %. S vývojem pomáhali i inženýři Bentley, kteří mají zkušenosti s Mulsanne. Motor 4,0 TFSI se bude od letoška nabízet i pro menší řadu Bentley Continental.

Krokem k masovému rozšíření systému je nový čtyřválcový motor 1,4 TFSI COD. Agregát o výkonu 103 kW využívá stejný princip jako osmiválec, uzavírají se dva vnitřní ze čtveřice válců. Nejprve se začne prodávat v Audi A1 Sportback, postupně se rozšíří do všech kompaktních modelů značek Audi, VW a Škoda.