Autoforum

/

Foto: Archiv Autoforum.cz

Zapomeňte na „diesel na benzin” i na další nápady přetřásané v poslední době, tohle je ještě něco jiného. A efektivitu spalovacích motorů to vážně může dále zvýšit.

Mnozí se tváří, že jedinou možnou budoucností pohonu aut jsou elektrické motory, ale nemusí to tak být. Ani ty spalovací neřekly poslední slovo a existují řešení, které jejich efektivitu dokážou dále zvýšit. V poslední době se mluví hlavně o „dieselu na benzin” od Mazdy, který je na prahu sériové výroby, vývoj světa aut ale může změnit i jiné, do jisté míry podobné řešení - motor na benzin i naftu.

Říká si RCCI (Reactivity Controlled Compression Ignition, řekněme Reaktivitou řízené kompresní zapalování) a skutečně využívá dvě rozdílná paliva - jedno s nízkou reaktivitou, druhé naopak s vysokou. Technologie byla vyvinuta pod hlavičkou Univerzity Wisconsin-Madison v oddělení Engine Research Centre a je jakousi pokročilejší variantou homogenního kompresního zážehu (to je ono „mazdí” HCCI), která poskytuje větší kontrolu nad procesem spalování a má potenciál dramaticky snížit spotřebu paliva a emise.

Nezvyklý systém využívá směs nejméně dvou paliv s různou reaktivitou, které do válce dopravují dva různě umístěné vstřikovače. Nejprve je v průběhu sání do válce dodáno nízkoreaktivní palivo. Následně je ve dvou krocích přidáno vysokoreaktivní palivo. První dávka se jen přimíchá do již přítomné směsi, druhá ji pak zapaluje. Příkladem párování paliv pro RCCI je zmíněná kombinace benzín-nafta, ale nemusí zůstat jen u toho. V úvahu připadá třeba také ethanol-nafta.

S podrobnějším rozborem fungování varianty benzín-nafta přichází náš přítel Jason Fenske z Engineering Explained, který je konstrukcí motoru RCCI bez přehánění fascinován. Zásadním prvkem motoru je první vstřikovač, který je umístěný před sacím ventilem a vstřikuje palivo s nízkou reaktivitou (benzín) do nasávacího potrubí. Druhý vstřikovač přivádí vysokoreaktivní palivo (nafta) rovnou do válce, tímto vzniká kombinace systému nepřímého a přímého vstřikování.

Jak už zaznělo, dodávka paliva zde probíhá v několika postupných krocích. Ve válci tak vzniká stratifikovaná směs, kde na vnějšku najdeme směs benzínu a vzduchu, uprostřed směs obou paliv a zcela uvnitř, okolo přímého vstřikovače čistou naftu. Zde také začíná spalovací proces. Oblast s čistou naftou po vznícení hoří tzv. studeným plamenem, při kterém vzniká velmi málo tepla a nedochází ani k zásadnímu zvýšení tlaku ve válci. Jeho hlavním úkolem je zapálení směsi ve zbytku válce.

Ta opět hoří ve dvou zřetelně oddělených etapách. Nejdříve shoří směs nízko a vysoko reaktivního paliva, teprve od ní se pak zapaluje směs čistého benzínu. Složitá soustava řízených postupů znamená tepelnou účinnost až 60 procent, která byla zjištěna při laboratorním testování. To je pozoruhodné mnoho - dnešní nejúčinnější benzínové motory dosáhnou tepelné účinnosti 42-43 procent (dieselové cca 50 %).

Pokusy byly dělány na jednoválci o objemu 2,4 litru s kompresním poměrem 16,1:1 pracující při 1 300 ot./min. To je motor určený pro průmyslové využití, v běžných autech jej nenajdete. Při testech byly udržovány konstantní otáčky a jen měněna zátěž. Při nízké zátěži musí motor běžet primárně na naftu, benzínu se při vysokých poměrech se vzduchem nechce hořet. S rostoucí zátěží roste užití benzínu a klesá množství nafty, při nejvyšší zátěži pak motor spaluje 90 % benzínu Během celého testu při různé námaze v nejhorším případě účinnost klesla na 49 procent, v maximu stoupá na 56 procent.

V kontextu dnes nejefektivnějších agregátů používá RCCI to nejlepší ze všech, aby se dosáhlo snížení spotřeby a emisí bez dopadu na výkon. Správným výběrem reaktivity palivových náplní lze jejich relativní množství, časování a spalování přizpůsobit tak, aby bylo dosaženo optimálního výkonu při řízených teplotách s ideálním poměrem ekvivalence.

Mezi hlavní výhody strategie RCCI patří nízké emise NOx a pevných částic. Výfukové plyny v jejich případě nepotřebují žádné další úpravy a přímo plní požadavky emisních norem EPA 2010. Motor se tak obejde bez drahého systému SCR. Další výhodou je vysoká efektivita, tedy nízké nároky na množství paliva. Spotřeba má být o 10 - 15 % nižší než u srovnatelného dieselu. Mezi nevýhody primárně patří technická složitost, motor potřebuje dva zcela oddělené palivové okruhy.

To se vědci snaží vyřešit hledáním speciálních přísad, aby stačilo jediné palivo. Druhým problémem je vývoj, který zatím není dostatečně daleko. Technologie RCCI je velmi komplikovaná a tento článek odhaluje jen základní principy, které je potřeba lépe sladit, abychom mohli začít uvažovat nad datem ostrého uvedení do provozu. Dojít k němu ale může, jak ostatně vidíte, funkční prototypy už existují...

Zdroj: Engineering Explained@Youtube

Mirek Mazal