Snižování emisí si vyžádalo downsizing
V poslední době se ve světě automobilů stále skloňuje slovo downsizing. O co se vlastně jedná? Toto slovo můžeme přeložit jako zmenšování a týká se motoru.
Výroba motorů
Vývoj spalovacího motoru směřuje ke zmenšování počtu válců a zdvihového objemu, a to vše při současném vylepšení točivého momentu a výkonu motoru, případně jejich zachování na hodnotách motorů s větším objemem.
Proč to všechno?
Současná legislativa nutí výrobce komponent, motorů i automobilů ke snižování emisí u motorových vozidel. To je pak v přímé úměře ke spotřebě paliva. Nejpřísnější požadavek se rýsuje pro evropské nové vozy v roce 2020. Tehdy by vozy ve flotilovém průměru výrobce měly produkovat 95 gramů emisí oxidu uhličitého na kilometr. K tomuto cíli vede několik cest, jednou z nich je zvýšení efektivity motoru. A zde jsme u již zmíněného downsizingu.
Motor 1.0 EcoBoost z produkce Ford Motor Company je držitelem titulu „International Engine of the year 2013“ (Mezinárodní motor roku 2013)
Zvýšení efektivity motoru souvisí se snížením spotřeby paliva, a tím také emisí ve výfukových plynech. U atmosférických motorů, pokud potřebujeme dosáhnout určitého výkonu, potřebujeme motor o určitém objemu. Jeho objem je pak synonymem množství směsi, kterou takový motor dokáže nasát během každého sacího zdvihu. U nových motorů s nižším objemem je tento problém řešen pomocí turbodmychadla. Zvýšení tlaku vzduchu na vstupu do motoru umožní nasát větší množství směsi.
Dalším důležitým prvkem je přímé vstřikování paliva, které umožňuje přesné řízení spalování směsi ve válci. Vše, co pak odchází ve výfukových plynech, je dále čištěno v katalyzátorech, filtrech pevných částic a podobně.
Downsizing je hospodárný
Downsizing je tak rozhodujícím krokem ke splnění stále přísnějších požadavků na zvyšování hospodárnosti a snižování emisí. V tomto procesu hraje klíčovou roli přeplňování motoru turbodmychadlem, a to jak u vznětových, tak i u zážehových motorů. Analytici počítají do roku 2016 se zdvojnásobením počtu dvouválcových a tříválcových motorů přeplňovaných turbodmychadlem. Výroba vysoce účinných čtyřválců se pak pravděpodobně zvýší o 20 procent, a to na více než 20 milionů agregátů. Musíme tak počítat s tím, že se s downsizingovými motory budeme setkávat prakticky každý den.
Zatímco turbodmychadlo je již standardem u vznětových motorů pro osobní a lehké i těžké užitkové vozy, u zážehových motorů ještě existuje velký prostor pro další rozvoj. V blízké budoucnosti bude přeplňované zážehové motory nabízet prakticky každý výrobce automobilů a poptávka po turbodmychadlem přeplňovaných motorech vzroste v této oblasti o více než 130 %.
Co nás čeká?
Například odborníci od společnosti Bosch, která je jedním z největších světových výrobců dílů a komponent pro automobily, hovoří o tom, že ve třídě malých vozů bude možné připravit zážehové a vznětové motory tak hospodárné, že požadavek na emise CO2 v roce 2020 dokážou splnit. V kompaktní třídě bude využíván modernizovaný vznětový motor. U vyšších tříd vozidel se pak již požadovaných hodnot dosáhne pouze jejich hybridizací. Tedy, čím větší vozidlo, tím pravděpodobně větší bude elektrifikace jeho budoucího pohonu.
Motor Ford 1.0 EcoBoost je tak malý, že se vejde do stropní schránky v dopravním letadle a jeho půdorys nepřesáhne rozměry papíru A4
Odborníci mluví i o tom, že vývoj spalovacího motoru není ještě zdaleka u konce, ať z ekonomického, nebo z technického hlediska. Pokud vyjdeme z parametrů nejhospodárnějších vozidel segmentu malých automobilů z roku 2012, nacházejí zde konstruktéři další potenciál pro úspory ve výši až 20 procent.
Například nejpokrokovější vznětové motory mají v současnosti emise CO2 pouhých 81 g na kilometr. Nejvyspělejší současný zážehový motor pak dosahuje emisí 99 g CO2 na kilometr. U těchto typů motorů je dále možné připravit technická řešení zaměřená na optimalizaci konstrukce, díky kterým se emise, a tedy i spotřeba, ještě dále sníží.
Výhody downsizingu…
Výhodami motorů po downsizingu jsou tedy především jejich menší rozměry, nižší hmotnost, srovnatelný nebo větší výkon a točivý moment a nižší spotřeba (a tedy i emise) dosahovaná v předepsaných testech. Díky menším rozměrům je na výrobu takovýchto motorů rovněž potřeba méně surovin, energie a plochy pro výrobní zařízení. Tím pádem je i jejich výroba u některých operací levnější. Samotný automobil pak má díky menšímu motoru nižší hmotnost, jsou zde menší nároky na prostor pro zástavbu ve voze, a také jízdní vlastnosti mohou být lepší.
…a jeho nevýhody
Nevýhodou downsizingu je větší náročnost na pracnost a přesnost výroby. Motor musí být vybaven celou řadou přesných součástek, jako je turbodmychadlo, mezichladiče, vysokotlaké vstřikování, speciální ventily na recirkulaci výfukových plynů apod. To vše vyžaduje nejen přesné konstrukční a výrobní řešení, ale opět trochu zvyšuje hmotnost, může se stát potenciálním zdrojem poruch a vyžaduje také pravidelnou údržbu. Motor je také více tepelně i mechanicky namáhán. V konečném důsledku se to může projevit na náročnějších požadavcích na servis, a tudíž i na cenách za opravy.
Výroba motorů
Již bylo zmíněno, že vše se točí kolem spotřeby paliva a emisí škodlivin. V poslední době se objevují informace, že výrobci dosahují uváděných hodnot v předepsaných testech, ale ve skutečném provozu je pak situace poněkud jiná. Je pravda, že se málokomu podaří v běžném denním provozu dosáhnout deklarovaných hodnot spotřeby paliva. Vždy záleží na stylu jízdy a také na okamžitých podmínkách v provozu. Řidiči se musejí s přeplňovanými motory (hovoříme především o těch benzinových) naučit jezdit, protože vyžadují malinko jiné návyky.
Na druhou stranu výrobci vozidel opravdu vše zkoušejí a testují prakticky v laboratorních podmínkách, aby vyhověli někdy až přehnaným požadavkům. Moderní malé turbomotory jsou konstruovány tak, aby drasticky snižovaly emise CO2 v určeném spektru otáček. V rozsahu nižších a středních otáček je pak také k dispozici dostatečný točivý moment. Mimo tento rozsah, například v případě, že se řidič rozhodne pro sportovnější jízdu, tomu začne odpovídat také výrazný nárůst spotřeby paliva. Tím pak dochází k ovlivnění skutečné hodnoty spotřeby a emisí ve skutečném provozu. A protože se předpisy stále zpřísňují a hovoří se i o dalších omezeních, nezbývá nám řidičům nic jiného než se s tím nějak vyrovnat.
Co budoucnost?
Mezinárodní motor roku 2013 v kategorii motorů o objemu 1,4 - 1,8 l pochází z dílen skupiny PSA Peugeot Citroën
Aby se dosáhlo požadovaných limitů, připravují pro nás konstruktéři další technická řešení, a tak nás čekají například automatizované převodovky, kdy elektricky ovládaná spojka nechává běžet motor na volnoběh, pokud řidič nepřidává plyn. Systémy start/stop jsou již pomalu skutečností v nových vozech, budou ale dále doplněny o vypínání motoru ještě za jízdy před úplným zastavením a při setrvačné jízdě. Při tom budou spolupracovat také s navigačním systémem, který bude předvídat omezení rychlosti a topografii trasy, aby došlo k uvolnění pedálu plynu například před vjezdem do obce nebo před zatáčkou.
Vypínání jednotlivých válců při jízdě, pokud nejsou zrovna potřeba, se dnes používá i v motorech pro Formuli 1 a čím dál tím více je najdeme i u sériově vyráběných motorů, a to dokonce i u těch čtyřválcových. Mnohem více bude rovněž využíváno rekuperace kinetické energie apod. A také se častěji hovoří o využití zemního plynu jako paliva pro stávající spalovací motory. Při spalování zemního plynu lze totiž ušetřit až 25 procent emisí CO2 v porovnání se spalováním benzinu. A tak se tedy máme ještě na co těšit.
text: JIŘÍ SVOBODA
foto: ARCHIV AUTORA
Snižování emisí si vyžádalo downsizing
Snižování emisí si vyžádalo downsizing
