Neelektrické hybridní motory

Nový druh hybridního vozidla by mohl nabídnout sníženou spotřebu paliva spotřebitelům, kteří se obávají cen plynu. Strojní inženýři ve Spojeném království vyvinuli nový druh spalovacího motoru, který je schopen přepínat mezi dvoudobým a čtyřdobým motorem. Systém podle nich dokáže snížit spotřebu paliva o 27 procent.

Nový hybrid: Tento prototyp hybridního motoru, nazvaný 2/4SIGHT, dokáže přepínat mezi čtyřtaktním a dvoutaktním režimem, čímž snižuje spotřebu paliva o více než 25 procent.

Zlepšená spotřeba paliva v podstatě pochází ze zmenšení motoru, říká Neville Jackson, technologický ředitel společnosti Ricardo UK , inženýrská firma v Shoreham-on-Sea, která vyvinula nový motor. Menší motor má menší vnitřní tření a přináší lepší spotřebu paliva, říká.

Motory malých automobilů, které jsou obvykle založeny na čtyřtaktní konstrukci, však nenabízejí mnoho výkonu. Mohou být problematické zejména při provozu v nízkých rychlostech s vysokým zatížením, například při akceleraci do kopce. Takové podmínky mohou dokonce způsobit zhasnutí motoru, pokud řidič nepodřadí.

Čtyři zdvihy jsou nejúčinnější při plném plynu; se dvěma tahy je to naopak, říká Robert Kee , strojní inženýr, který se specializuje na spalovací motory na Queen’s University v Belfastu v Severním Irsku.

Rozdíl mezi dvou- a čtyřdobými motory je v tom, že tyto motory provádějí čtyři fáze nasávání vzduchu, komprese, spalování a výfuk ve čtyřech zdvihech pístu. Naproti tomu dvoudobý motor to dělá pouze dvěma zdvihy pístu.

Dvoudobé motory jsou svou konstrukcí podstatně jednodušší a mají vyšší poměr výkonu k hmotnosti při vysokém zatížení a nízkých otáčkách, protože dostávají dvakrát tolik silových zdvihů na otáčku. Tradiční dvoudobé motory však vyžadují přimíchání oleje do paliva, a proto produkují vyšší emise. Z tohoto důvodu se běžně nepoužívají v autech. Místo toho se používají pro lehké aplikace, jako jsou řetězové pily, sekačky na trávu a některé motocykly.

Nyní však výzkumníci z Ricarda vyvinuli hlavu pístu, která funguje ve dvoutaktním i čtyřtaktním režimu a mezi těmito dvěma režimy se může automaticky přepínat v závislosti na potřebách motoru. To umožňuje menšímu motoru zvládnout nízké otáčky a vysoké zatížení bez zhasnutí.

To je zajímavý koncept, říká Martti Larmi , vedoucí Laboratoře spalovacích motorů na Helsinské technologické univerzitě ve Finsku.

Hlavní výzvou při konstrukci takového motoru je zdokonalit proces čištění, když jsou zbytkové plyny z předchozího spalovacího cyklu nahrazeny čerstvým vzduchem a palivem.

Potřebujete nějaký druh tlaku na sací straně, abyste vytlačili plyny, které již shořely, říká Larmi.

V tradičním dvoudobém motoru síla nasávání paliva a vzduchu vytlačuje výfuk. Bohužel tento proces způsobuje, že část nespáleného paliva se ztrácí jako výfuk, což má za následek vyšší emise. Čtyřdobé motory vytlačují spotřebované výpary ven z válce přes vačku ovládaný ventil pomocí zdvihu pístu směrem nahoru. Během následujícího sestupu je do válce vstřikován čerstvý vzduch a palivo, zatímco je výfukový ventil uzavřen.

Ricardův motor, nazývaný 2/4SIGHT, používá ventily jako čtyřdobý motor, ale ve dvoudobém režimu motor udržuje sací i výfukové ventily otevřené současně, takže palivo a vzduch ve válci jsou doplňovány každý cyklus, spíše než každý jiný cyklus.

O vývoj nízkoemisního dvoudobého motoru byl velký zájem. Je však obtížné zdokonalit konfiguraci, protože je málo času na to, aby se směs paliva a vzduchu dostala dovnitř a výfuk ven, říká Larmi. Nebezpečí zde spočívá v tom, že přívod čerstvého vzduchu může jít přímo ven výfukovým otvorem, říká.

Ricardo používá několik triků, jak tento problém obejít. Za prvé, konstrukce Ricardovy hlavy pístu využívá zpětné omílání, proces, při kterém je nasávání vzduchu nasměrováno pryč od výfukového ventilu, aby se snížila šance, že vzduch proudí přímo ven z válce. Ricardo také vyměnil vačkou ovládané ventily za elektrohydraulické ventily, které lze spolu se vstřikovačem paliva ovládat softwarově.

Výrobci automobilů projevili zájem o výrobu tohoto druhu hybridního motoru v minulosti, říká Kee. Ale je tu spousta výzev, říká. Toyota i Ricardo se na tento problém skutečně podívali koncem 80. a začátkem 90. let.

Ale v minulosti ta technologie prostě nebyla. Podle Ricarda je jediným důvodem, proč je společnost nyní schopna vytvořit životaschopný systém, software, který řídí výměnu plynu a režimy motoru. Řídicí systém motoru monitoruje požadavky řidiče, říká Jackson. Když je potřeba větší točivý moment, než by bylo možné ve čtyřdobém režimu, přepne se, říká. Podrobnosti o tom, kdy v cyklu motoru dojde k přepnutí režimu, však společnost neprozradí.

Prototyp Ricarda, upravený 2,1litrový motor V6, byl testován výzkumníky na University of Brighton a bylo zjištěno, že je schopen produkovat takový výkon, jaký byste normálně očekávali od tří až čtyřlitrového motoru. Na základě nového evropského jízdního cyklu, což je standardní výkonnostní test určený k měření účinnosti motoru a emisí při typickém používání automobilu, prototyp prokázal úsporu paliva ve výši 27 procent a o podobnou hodnotu snižuje emise. Další fází je pokusit se začlenit prototyp motoru do funkčního vozidla, říká Jackson.

skrýt