Spalovací motory se ještě nevzdávají

Napovídají tomu nejnovější informace o počinech bavorské značky BMW nebo Fordu, které si nechaly čerstvě patentovat využití speciální technologie předspalování. Ta by měla přinést nižší spotřebu, méně emisí, ale i delší životnost benzínových motorů.
Předkomorové zapalování je konstrukční řešení využívané u dieselových motorů osobních vozidel až do 80. let 20. století. Jeho devizou bylo lepší spalování v nízkých otáčkách, hladší chod motoru a nižší hlučnost. Současné diesely už tuto technologii nemají, ale automobilka BMW nyní oživila tento koncept pro použití v benzinových motorech, a v upravené podobě si technologii nechala patentovat v srpnu letošního roku u Evropského patentového úřadu.

Spalování začíná v předkomoře
Zjednodušeně lze technologii BMW popsat tak, že směs již není „zapalována“ ve spalovacím prostoru nad pístem zapalovací svíčkou, ale v přední komoře. Konstrukční řešení se skládá se z předkomory s přepadovými otvory, které ji spojují s hlavním spalovacím prostorem motoru. Směs paliva a vzduchu prochází těmito otvory do předkomory, kde se zapálí svíčkou s jiskrovou elektrodou a samostatnou zemnicí elektrodou, jež je pevně spojena s hlavou válce. Toto oddělení zabraňuje nežádoucímu vznícení benzinové směsi a umožňuje nezávislou montáž i demontáž elektrod. Předkomorové zapalování zajišťuje rychlé a účinné spalování v hlavní spalovací komoře a může vést k vyšší hustotě výkonu.
Podle patentu nová konfigurace také slibuje lepší tepelný výkon pro zapalovací svíčku namontovanou nad předkomorou. Za tímto účelem je zemnicí elektroda (obvykle součástí zapalovací svíčky) trvale instalována v motoru. Vlastní zapalovací svíčka má pouze jednu zapalovací elektrodu. Toto konstrukční oddělení umožňuje lepší odvod tepla, což zabraňuje předzápalu nebo žhavení při vysokém zatížení motoru.
Mezi klíčové výhody nové technologie patří zejména nižší spotřeba paliva i emise, zvýšený výkon motoru a jeho delší životnost. Podle BMW je technologie navíc nezávislá na velikosti motoru, takže ji lze použít jak s řadovým tříválcem, tak i s velkým V8.

Šance ze zámoří
Ve vývoji spalovacího motoru pokračuje také Ford, který si nechal u Úřadu pro patenty a ochranné známky USA patentovat novou technologii spalování pro odpařené palivo, která má snížit škodlivé emise. Jde o systém předkomorového spalování profouknutých plynů, který spaluje odpařený benzín v předkomoře motoru. Vyfukované plyny vznikající v motoru jsou přenášeny do ventilace klikové skříně (PCV: Positive Crankcase Ventilation). Inženýři Fordu chtějí v nové předkomoře spalovat také výpary paliva, které vznikají z jiných míst, např. z nádrže, což má zlepšit proces spalování. Patent podrobně popisuje, jak by účinnější odvádění páry vytvořené systémem PCV do předspalovací komory mohlo snížit spotřebu paliva i emise.
Zatímco tento systém může vystopovat svůj původ do 2. světové války (původně byl navržen, aby umožňoval brodění hlubokou vodou), vylepšení systému PCV Fordu umožňuje rychlejší odvod plynů zpět do sacího potrubí, čímž se zamezuje pravděpodobnosti odvětrávání plynů bohatých na palivo do atmosféry. Toto řešení upravuje tok nespotřebovaných odvětrávaných výparů klikové skříně a dalších emisí a zachycuje jejich zbývající potenciální energii pro spalování. Koncept je podobný těm, které jsou již vyvíjeny v Mazdě a Porsche, má ale výhodu v získávání dalšího výkonu a snižování usazování karbonu na sacích a výfukových ventilech, což přispívá k vyšší účinnosti a delší životnosti.
U moderních spalovacích motorů osobních vozů je běžný systém, kdy vyfukované plyny z ekologických důvodů procházejí filtrem v uzavřeném PCE a poté se opět dostávají do sacího traktu. Systém však není považován za optimální – směs vzduchu a paliva, která je již přiváděna do motoru, se mísí s vráceným palivem, což může zhoršit účinnost spalování.
Zdá se, že Ford ve svém patentu vynechal uhlíkový filtr potřebný k zachycení palivových par, a místo toho by se měl kapalný zdroj energie shromažďovat v malé nádrži, z níž probíhá přívod do předkomorového spalování. Technologie má zvýšit účinnost celého spalovacího procesu a tím snížit celkové škodlivé emise. Efektivnější spalování by mělo vést i ke snížení uhlíkových usazenin na ventilech a tím zlepšit životnost mechanických součástí.
Na předkomorových spalovacích systémech pracuje i automobilka Porsche, která si loni nechala patentovat systém se dvěma předkomorami před hlavní spalovací komorou. Tento systém by měl díky výslednému zvýšenému podílu vzduchu ve směsi vzduch-palivo zvýšit účinnost i výkon jeho vysokovýkonných spalovacích motorů. Zda se technické úsilí spojené s předkomorovým spalováním vyplatí, zatím nebylo prokázáno, systém je stále ještě v raných fázích vývoje.

Ultralehký motor z karbonu
Nový spalovací motor si nechal patentovat také Nissan. Ovšem v tomto případě jde o speciální motor, který je z velké části vyroben z karbonu, což by mělo přinést řadu výhod. Patentová specifikace ukazuje, že skříň motoru by měla být převážně z lehkých uhlíkových vláken, zatímco vysoce namáhané části uvnitř bloku jsou stále kovové.
Aby bylo zajištěno, že karbonový plášť odolá tepelnému namáhání, k němuž dochází při spalování, byla vytvořena mezi kovovým válcem a okolním pláštěm mezera, v níž by měla neustále cirkulovat chladicí voda. Karbon tak kompenzuje oslabenou celistvost kovového pouzdra, a jak Nissan upozorňuje, pouzdro z uhlíkových vláken se tak rychle nezahřívá, při nastartování motor rychleji dosáhne provozní teploty a tím se sníží opotřebení. Vodní plášť zabraňuje nadměrnému zahřívání karbonu, neboť i přes všechny pozitivní vlastnosti materiálu je jeho teplotní odolnost nevalná: od 150 °C se začíná příliš zahřívat.
Zatímco Nissan se ve svém patentu zaměřuje na skříň motoru, jiné firmy zkoušejí písty nebo ojnice z karbonu, které jsou až o 40 % lehčí než běžné komponenty a díky nižší tepelné vodivosti zadržují více tepla ve válci, což by mělo vést k efektivnějšímu spalování, a tím i většímu výkonu.
Pro jaký model by chtěl Nissan svůj karbonový motor použít, zatím není známo, a patent nutně neznamená, že výrobce použije tuto komponentu v sériové výrobě, komentuje počin japonské automobilky magazín Auto Motor Sport. Konstatuje však, že i ve spalovacím motoru je stále velký vývojový potenciál a tyto pohonné jednotky mohou být nadále zajímavé např. pro použití ve sportovních vozech, protože umožňují velký dojezd s nízkou hmotností ve srovnání s elektromobilem.

Petr Kostolník
Foto: BMW, Ford, Nissan

Publikováno: 16. 10. 2024 | Počet zobrazení: 9 | Počet přeposlání: 0 1