Motor MCE-5 - S proměnnou kompresí

Konstruktéři neustále hledají cesty ke zvýšení účinnosti spalovacích motorů. Patří k nim také proměnný kompresní poměr…

Dnešní motory jsou vybaveny řadou čidel, která informují řídicí jednotku o tom, jak jejich jednotlivé funkční celky pracují, a podle toho jsou tyto funkce optimalizovány tak, aby plnily požadavky řidiče na potřebný výkon při co nejmenší spotřebě a výfukových emisích. Řídicí jednotka tedy ovlivňuje mnoho parametrů chodu motoru, ale jeden je stále mimo její účinný dosah. Jde o kompresní poměr, který patří k nejdůležitějším údajům motoru, ale konstruktéři musí při jeho volbě přejít na kompromisní řešení. Protože je kompresní poměr konstantní, znamená to u zážehové varianty motoru nepříjemnou technickou bariéru v ovlivnění tepelné účinnosti.

Stejně jako u většiny motorových technologií je i variabilní kompresní poměr VCR (Variable Compression Ratio) záležitostí, kterou principiálně řešili konstruktéři už v minulosti, ale praxe je poněkud složitější. První patent proměnné komprese z roku 1928 se do ní vůbec nedostal, úspěšné nebyly ani další (a nedávné) návrhy automobilek Saab, PSA Peugeot Citroën nebo Volkswagen, jež lákalo snížení spotřeby až třicet procent! Jejich prototypy měly problémy s nedostatečnou životností, značnými prostorovými nároky a také vysokou hlučností, takže přednosti variability komprese přicházely zase nazmar, přičemž splněny nebyly ani nutné požadavky pro zavedení sériové výroby. Dnešní snahy po přiblížení funkce zážehového a vznětového motoru, tzn. u zážehového dosáhnout účinnosti vznětového a na druhé straně u vznětového snížit emise na úroveň zážehového, variabilitu komprese opět oživují (viz AR 1/’08). U nedávno předvedeného prototypu motoru Mercedes-Benz DiesOtto šlo kromě řady jiných opatření také o variabilní kompresi, bohužel u popisu tohoto stroje jeho tvůrci neprozradili, jak ji vlastně vyřešili.

Francouzská společnost MCE-5 Development si po jedenáctiletém vývoji s problémem variabilní komprese údajně úspěšně poradila a jako důkaz předvedla Peugeot 407, osazený zážehovým řadovým čtyřválcem MCE-5 VCRi o objemu 1,5 litru s dvoustupňovým přeplňováním turbodmychadly, přímým vstřikem paliva a proměnným časováním ventilů, který dosahuje výkonu 160 kW (218 k) při neuvedených otáčkách a točivého momentu 420 N.m při 1500 min 1. Kompresní poměr je u tohoto motoru proměnný v rozmezí od 6,0:1 do 15,0:1; spotřeba v provedení roku 2009 byla v kombinovaném provozu změřena hodnotou 6,7 l/100 km, letos po dalším vývoji by měla klesnout dokonce pod 6,0  l/100 km (emise CO2 méně než 140 g/km), přičemž výkony jsou srovnatelné s klasickým třílitrovým šestiválcem.

Prohlédneme-li si pečlivě revoluční motor s variabilní kompresí (viz naše snímky), pak uvidíme ozubený element (jeho tvůrci jej nazývají obecně ozubeným kolem), kterému je přidělena nejdůležitější role. Slouží totiž jak k přenosu točivého momentu, vyvinutého expanzí v pracovním válci, na ojnici a dále na klikový hřídel, tak k realizaci variabilního kompresního poměru. Je natáčecí a na jedné straně zasahuje do ozubené tyče (hřebenu) prodloužení pracovního pístu, na druhé straně pak do ozubené řídicí tyče, jejíž poloha je ovlivněna tlakovými poměry v motoru a určuje tak zdvih pístu pracovního válce, čímž se mění kompresní poměr. Tento přesný odlitek se musí vyrovnat nejen s mnohanásobnou změnou směru přenášené síly během jediné sekundy, přičemž silové maximum přesahuje hodnotu 550 kN (cca 5,5 tuny). Zveřejněna byla i další čísla, která tomuto členu přikládají zcela mimořádné vlastnosti. Dnes již byl vybrán odpovídající kvalitní materiál vysoké odolnosti a vyvinuta optimalizovaná technologie výroby, takže při velkosériové produkci by cena tohoto dílu nepřesáhla patnáct eur.

Francouzská vývojová společnost MCE-5 Development už má samozřejmě k dispozici prognózy o tomto motoru, na jehož vývoji, jenž dosud přišel na 30 milionů eur, se podílelo něco přes šedesát různých firem. Dvanáct evropských společností mezinárodního významu by mělo zajistit sériovou výrobu motoru v letech 2016 – 2017, a to v množství asi 2000 jednotek denně. Pokud nejsou čísla poněkud optimistická jak v dosažené úrovni spotřeby paliva, tak ve finanční kalkulaci na náročnější výrobu, pak lze uvažovat o snížení spotřeby v rozmezí 20 až 35 procent (podle velikosti vozu) a o výrobních nákladech vyšších asi o 500 eur v porovnání s obvykle řešeným zážehovým motorem (pro kompaktní osobní vůz). Proti motoru vznětovému, splňujícímu připravovanou emisní normu EU6, by se naopak údajně ušetřilo až 500 eur. Tyto výpočty ještě zmiňují, že hybridní pohon je o 3000 až 5000 eur dražší než odpovídající automobil s moderním zážehovým motorem. Necháme se překvapit, zda a jaké skutečné uplatnění tento revoluční motor s proměnnou kompresí najde v budoucnosti.

Řez motorem MCE-5:
1 – hlava válců, 2 – výfukový ventil, 3 – pracovní píst, 4 – ozubený hřeben prodloužení pracovního pístu, 5 – synchronizační člen, 6 – ojnice, 7 – klikový hřídel, 8 – ozubené natáčecí hnací kolo, 9 – ozubená řídicí tyč, 10 – blok válců, 11 – regulační píst s pohybem závislým na podmínkách chodu motoru, 12 – sací ventil

Zdroj: Automobil 02/10
Autor: Pavel Biskup

Fotogalerie