Přidat EnviWeb k oblíbeným odkazům
RSS kanályMobilní verze EnviWeb.cz

Menší a úspornější

14.03.2007  |  zdroj: EKONOM  |  146× přečteno      vytisknout článek

Evropská komise vzbudila velké emoce záměrem omezit množství oxidu uhličitého z výfuků aut. Jaké technologické možnosti automobilový průmysl má, aby se s hrozící legislativou vyrovnal?

Evropská komise nastínila záměr snížit emise oxidu uhličitého do roku 2012 na 130 gramů na kilometr. Do podoby závazné směrnice mají úvahy evropských úředníků zatím daleko, ale výrobci aut zuřivě protestují. Stlačit emise na požadovanou úroveň by totiž znamenalo dosáhnout spotřeby okolo 4,8 litru na sto kilometrů.

Analýza, kterou si nechal vypracovat komisař pro životní prostředí, uvádí, že aby se automobilky dostaly do předestřeného limitu 130 g/km, musela by auta zdražit v průměru o v přepočtu téměř 100 tisíc korun. Není to tak, že autoři analýzy pořádně přestřelili? Vždyť za dvojnásobek této částky se dá koupit celé auto!

Nejmenší auta se do limitu vejdou už teď, pro auta jako je Fabia to v daném časovém horizontu nebude žádný problém - ale aby limit 130 g/km splnila i auta, jako je Octavia, znamená to snížení emisí o nějakých dvacet procent. A k tomu už budou nutné technické inovace.

INOVACE, které mají učinit auta přátelštějšími k životnímu prostředí, můžeme rozdělit na postupné a převratné.

Postupné inovace jsou například odlehčování automobilů včetně motorů, jejich zmenšování, nebo vylepšování aerodynamických vlastností (víc než o karoserii jde přitom o spodek vozu, a také například o pneumatiky).

Co se samotných pohonných jednotek týče, nejdůležitější oblastí inovací je "digitalizace" funkcí motoru. Srdcem motoru je dnes procesor, který shromažďuje informace o podmínkách provozu motoru a podle naprogramovaných algoritmů ho řídí. Ty tam jsou doby, kdy se ventily otevíraly podle jediného algoritmu vysoustruženého jednou provždy. Počítač dnes řídí nejenom načasování jejich otevírání a zavírání, ale také zdvih. Podobně je tomu i u přípravy palivové směsi a jejího dávkování do spalovacího prostoru. Všude samá čidla, data a algoritmy. Právě vyladění řídících algoritmů je oblastí, kde se mohou výrazně lišit i jinak stejné motory. Management motoru tedy představuje zásadní složku jeho úspěchu. Automobilky investují do vývoje řídícího software miliardy dolarů. Podle odhadu americké Asociace inženýrů v automobilovém průmyslu bude v roce 2010 devadesát procent automobilových inovací spadat do oblasti elektroniky a software - z čehož na software budou připadat čtyři pětiny. A u hybridních aut typu spalovací motor-elektromotor tomu tak je už teď: podle Toyoty připadá u klasických aut na elektroniku a software asi 15 % nákladů, zatímco u hybridních je to 47 procent.

DIESELY. Za nejjednodušší způsob, jak vylepšit účinnost motoru a snížit tak jeho spotřebu (a emise CO2) je už roky považováno nahradit benzinové motory naftovými. Ty mají výhodu, že pracují při vyšších teplotách, což jim dává objektivní výhodu podle fyzikálních, konkrétně termodynamických zákonů.

Před pár lety však zastánci dieselů dostali tvrdý direkt v podobě přísnějších emisních norem. Ty předepsaly tak dramatické snížení obsahu oxidů dusíku ve výfukových plynech, že výrobci začali strašit koncem dieselové technologie. Vyšší teploty ve spalovacím prostoru totiž představují lepší podmínky pro oxidaci normálně netečného dusíku.

Našlo se však řešení v podobě močoviny, která hned ve spalovacím prostoru reaguje s molekulami NOx za vzniku neškodného dusíku a vody. Tato metoda, kterou pod komerčním názvem AdBlue prosazuje konsorcium firem pod vedením DaimlerChrysler, sice provoz dieselového motoru zkomplikuje a prodraží, ale vyřeší jediný zásadní problém, který (po zavedení filtrů pevných částic) dieselové motory mají.

Mezi odbornou veřejností převládá názor, že již schválené budoucí limity pro oxidy dusíku nelze splnit jinak než pomocí AdBlue, popřípadě jiným chemickým čistěním výfukových plynů (ať už přímo ve válci nebo ve výfukovém systému). Výzkumníci japonské Hondy a britské konstrukční kanceláře Ricardo jsou však jiného názoru. Nezávisle na sobě (ale dost dobře možná spolu) loni v létě oznámili, že pracují na vývoji dieselového motoru s tak nízkými emisemi NOx, že vyhoví budoucím normám bez jakéhokoli speciálního čistění.

Ricardo uvádí, že prototyp vyvíjeného motoru se už teď vejde do limitu obsahu oxidů dusíku podle americké normy zvané Tier 2 i normy zvané SULEV. Ta předepisuje obsah NOx na pouhých 12,4 mg NOx na kilometr; pro porovnání, současně platná norma Euro 4 předepisuje 250 mg a obávaná norma Euro 5, která by měla platit od roku 2009 pak 170 miligramů.

Šokující je, že oběma firmami avizované (ale zatím utajované) systémy nevyužívají žádných kouzel, aby se NOx zbavily. Téměř žádný údajně nevzniká. Ricardo tvrdí, že tak závratného pokroku bylo dosaženo pouze změnou v řízení režimu motoru (mj. s využitím čidel tlaku ve válcích) a řízenou recyklací výfukových plynů. Vyvinutý motor využívá dvoustupňového přeplňování procesu přípravy palivové směsi a dává měrný výkon téměř 90 koní z litru.

LABORATOŘ NENÍ SILNICE. Velký problém s diesely je, že tyto motory vesměs plní emisní normy jen na papíře, při nejlepším ještě ve zkušebnách. Při reálném provozu však rozhodně ne. Emise oxidů dusíku z dieselových motorů, vedle sazí jejich největší problém, se totiž za posledních 13 let prakticky nesnížily - přestože aktuálně platná emisní norma Euro 4 je oproti tehdejší verzi Euro 1 víc než dvakrát přísnější. Tuto šokující zprávu loni přinesly dva renomované německé dopravní instituty. Podle jejich měření se rozevírají nůžky mezi tím, co vozy vykazují při homologaci, a tím, co pak předvádějí v reálném provozu. Historická data ukazují, že i v dobách normy Euro 1 byly emise NOx v reálném provozu vyšší než hodnoty zjištěné při testech, ale jen o necelých 15 %. Aktuálně je to víc než dvojnásobek.

Je to systémový problém: výrobci provozují sport zvaný odborně cycle beating. Jde o to, že se naučili vyladit motory speciálně pro testy. Nebo naopak: testy jsou evidentně příliš jednoduché a nesimulují dostatečně přesně reálné podmínky provozu vozidel.

I MENŠÍ STAČÍ. Důležitým nástrojem při snižování emisí je zmenšování motorů. Tento takzvaný rightsizing vychází z toho, že špičkový výkon je využit jen po krátký čas - což znamená, že motor po většinu času běží při menší než optimální zátěži.

Aby bylo možné dimenzovat motory rozumněji, musejí být dostatečně pružné. Tento požadavek splňují nejlépe přeplňované motory - a nezadržitelně vytlačují atmosférické. Mimo ty nejlevnější nebo naopak sportovní vozy nacházíme nepřeplňované motory čím dál vzácněji. Při běžném provozu stačí přeplňovanému motoru malý plnicí tlak a pracuje v úsporném oboru podmínek. Zvýšením tlaku přitom dokáže uspokojit i extrémní nároky na výkon (např. při předjíždění). Dá se zhruba říci, že místo standardního atmosférického třílitrového šestiválce stačí moderní přeplňovaný čtyřválec o objemu třeba 1,8 litru - nebo i méně.

Příkladem malého a přitom extrémně výkonného motoru je čtyřválec Volkswagen 1,4 TSI zvaný Twincharger. Z objemu 1,4 litru dává výkon 170 k a točivý moment 240 Nm, obojí v širokém rozsahu otáček. Na přidání plynu tento motor reaguje bez zpoždění typického pro turbomotory. V nižších otáčkách se totiž o přeplňování stará mechanický kompresor. Tato koncepce, kombinace mechanického a turbo přeplňování, není nová. Průkopníkem byla Lancia, pak se přidal Nissan a k dostání jsou i stavebnice pro různé typy vozů - ale ve všech případech šlo o ryze sportovní vozy. Volkswagen Twincharger dává do běžných vozů, například do Golfu nebo do miniMPV Touran. Z porovnání Golfu vybaveného tímto motorem a dvoulitrovým motorem FSI vychází, že Twincharger má navzdory menšímu objemu o 0,9 s lepší zrychlení z 0 na 100 km/h (7,9 vs. 8,8 sekundy), o 11 km/h vyšší maximální rychlost (220) - přitom o pět procent nižší spotřebu (7,2 l/100 km) i emise CO2 (173 g/km).

LEHČÍ ŠETŘÍ. Jednou z cest k úsporám paliva je snižování hmotnosti vozů. Trend je opačný: kvůli rostoucím nárokům na bezpečnost jsou vozy čím dál těžší, ale automobilky se snaží nárůst hmotnosti aspoň zpomalit, hlavně využitím nových materiálů.

Příkladem je využití hořčíkové slitiny v konstrukci motoru. Hořčíkové slitiny jsou lehčí než hliníkové (jejich měrné hmotnosti jsou 1,81 resp. 2,68 g/cm3; ocel má 7,87 g/cm3) a mají lepší mechanické vlastnosti. Bohužel, nejsou odolné k chladicím kapalinám (ani k horké vodě) a při vysokých teplotách křehnou. To jejich využití komplikuje. Prvním sériovým motorem vyrobeným s využitím hořčíkových slitin je cenami ověnčený řadový šestiválec BMW řady N52. Konstruktéři vytvořili pro skříň klikové hřídele kompozitní materiál složený ze dvou vrstev, kdy vnější, nosnou, tvoří hořčíková slitina, a vnitřní, ochrannou, slitina hliníková.
Motor N52 váží pouhých 161 kg a ze tří litrů dává výkon 272 koní. Je to atmosférický motor, takže měrný výkon 91 k na litr je skvělý parametr. Na jeden kilogram hmotnosti motoru pak vychází ještě zajímavější výkon 1,69 k.

UNIKÁTNÍ KŘÍŽENEC. I po téměř 120 letech vývoje spalovacích motorů se dají nacházet překvapivá řešení. Jedním z nich je motor, který umí přepínat mezi dvoutaktním a čtyřtaktním režimem. Vyvinulo jej konsorcium sdružené okolo již zmíněné kanceláře Ricardo a dostalo za něj prestižní cenu magazínu Autocar za inovativní konstrukci motoru.

Princip motoru s názvem 2/4SIGHT spočívá v tom, že v nízkých otáčkách pracuje jako dvoutakt, díky čemuž dramaticky naroste jeho točivý moment. Klíčová nevýhoda dvoutaktu, což je smíchání vstříknutého paliva se zplodinami hoření z předchozího kroku motorového cyklu, se při pomalém běhu tolik neprojeví. A hlavně: většinu zátěže motor stráví ve čtyřtaktním režimu, takže mírně horší emisní parametry dvoutaktního režimu celkový projev motoru tolik neovlivní.

Silný zátah již od nízkých otáček přitom konstruktérům umožní použít menší motor, aniž by se to negativně projevilo na dynamice vozu. Celková zátěž životního prostředí by se tak měla výrazně snížit.

Konsorcium již vyrobilo funkční prototyp tohoto motoru. Je to dvoulitrový vidlicový šestiválec. Bude se teď testovat jak v laboratoři, tak po osazení do vozidla v reálném provozu. Cílem je ověřit, zda se podařilo dosáhnout vytčeného cíle: aby tento motor nahradil 3-4litrový osmiválec. Další vyvíjenou verzí motoru 2/4SIGHT je litrový čtyřválec pro rodinné vozy. Ten by měl nahradit 1,8-2litrové motory. Projekt s rozpočtem v přepočtu 85 milionů korun (polovinu financovalo britské Ministerstvo dopravy) má skončit v říjnu 2007.

BIOPALIVA. Jak benzinové motory, tak diesely se dají "ekologizovat" použitím biopaliv. V případě benzinu se jako přísada nebo i jako náhrada používá etanol, k naftě se přidává řepkový olej. Platí, že přísady do zhruba pěti procent mohou spalovat motory bez jakýchkoli úprav. Hlavně etanol se však začíná prosazovat i v koncentrovanější podobě; v tom případě musí být motor mírně upraven a hlavně speciálně naladěn.

V Evropě je využití biopaliv ještě v plenkách, stejně jako v USA. Třeba v Brazílii už ale etanol nahradil 40 procent celkové automobilové spotřeby benzinu.

Technologickým lídrem ve využití etanolu je koncern Ford, konkrétně automobilka Saab. Ta v únoru přišla s motorem upraveným pro spalování čistého etanolu. Je to přeplňovaný motor a při provozu na etanol má dokonce lepší parametry, než když jede na benzin. Díky vyššímu oktanovému číslu etanolu (a tedy vyšší odolnosti k samozápalům) totiž motor může pracovat s vyšším kompresním poměrem. Výsledkem je, že na etanol dává měrný výkon 150 koňských sil z litru, což je skvělý parametr. Dvoulitrový čtyřválec tak bez problémů nahradí benzinový šestiválec, což umožní snížit spotřebu.

AUTOR: PETR BLAŽEK


Související články


Poslední diskuse k článku - 0 příspěvků celkem

přidej nový příspěvek

Zatím žádný příspěvek
můžete na tento článek reagovat jako první...


EnviWeb s.r.o. neručí a nenese zodpovědnost za obsah diskusních příspěvků, diskuse nemoderuje ani nerediguje. Diskusní příspěvky vyjadřují názor jejich autorů. EnviWeb s.r.o. si vyhrazuje právo odstraňovat diskusní příspěvky, a to zejména takové, které odporují dobrým mravům, porušují platné zákony ČR, poškozují dobré jméno serveru nebo obsahují neplacenou reklamu. Diskuse NEJSOU určeny pro dotazy na autory článků nebo redaktory EnviWebu.



Search
Partneři
Regitas s.r.o.
ZmapujTo.cz
Fandíme EnviWebu
Výrobky a služby pro životní prostředí
Výrobky a služby pro životní prostředí
Partnerské časopisy
<< Předchozí Následující >>



Doporučujeme: Ekologove.cz - ekologie v každodenní praxi, EnviMarket.cz - nabídka výrobků a služeb, ZmapujTo.cz - hlášení podnětů od občanů, Nazeleno.cz - úspory energie, Inspirace v bydlení, Cena elektřiny, Dřevěné brikety, Palivové dřevo, Palivové dřevo, Palivové dřevo, Palivové dřevo, Palivové dřevo, Palivové dřevo


Enviweb s.r.o. využívá zpravodajství ČTK, jehož obsah je chráněn autorským zákonem.
Přepis, šíření či další zpřístupňování tohoto obsahu či jeho části veřejnosti,a to jakýmkoliv způsobem, je bez předchozího souhlasu ČTK výslovně zakázáno.
Copyright (2008) The Associated Press (AP) - všechna práva vyhrazena. Materiály agentury AP nesmí být dále publikovány, vysílány, přepisovány nebo redistribuovány.
Toplist