Turba budoucnosti: nová řešení sníží spotřebu, zvýší výkon

Budoucnost aut bez turbodmychadel zřejmě neexistuje. Jejich současné neduhy ale řešit lze, vývoj může být ještě hodně zajímavý.
  1. Autoforum.cz
  2. Rubriky a sekce
  3. Technika

Turba budoucnosti: nová řešení sníží spotřebu, zvýší výkon

31.7.2017 | Marek Bednář | 4 příspěvky

Budoucnost aut bez turbodmychadel zřejmě neexistuje. Jejich současné neduhy ale řešit lze, vývoj může být ještě hodně zajímavý.

Může se nám to líbit i nemusí, ale turbodmychadla jsou realitou spalovacích motorů posledních let a výhled do budoucnosti změnu neslibuje. Turba jako taková sice nejsou ničím novým, do pozice prakticky jediného schůdného řešení pro jakkoli masověji vyráběná auta jej ale posunula až velmi přísné regulace normované spotřeby resp. emisí CO2. Vzhledem k charakteru testů je co nejmenší - a tedy místo objemu přeplňovaný - motor zaměstnávající se co nejméně svým vlastním chodem tou nejlepší cestou, jak nízkých hodnot papírové spotřeby resp. emisí CO2 dosáhnout. Realita je sice jinde, ale to nikdo moc neřeší, alespoň prozatím - vládne ruka úředníka, nikoli trhu.

Ne vše je ale černé, přeplňování přináší také výhody. Dnešní turbodmychadla nastavená obvykle tak, aby měla tlak hlavně v dolních dvou třetinách otáčkoměru, znamenají relativně vysoký výkon právě v této oblasti. Takže je motor příjemně pružný v nižších otáčkách a je schopen i reálně slušné spotřeby paliva, dokud motor nevytáčíte. Pro motoristu, jehož vůz se k červenému poli otáčkoměru podívá jen zřídka, je to i v praxi příjemné řešení.

Turba budoucnosti: nová řešení sníží spotřebu, zvýší výkon - 1 - Ferrari V8 elektricke turbo 2014 01Turba budoucnosti: nová řešení sníží spotřebu, zvýší výkon - 2 - Ferrari V8 elektricke turbo 2014 02Turba budoucnosti: nová řešení sníží spotřebu, zvýší výkon - 3 - Ferrari V8 elektricke turbo 2014 03
Atmosférický motor za přeplňovaný už vyměnilo i Ferrari, samo to komentovalo poněkud rozpačitě

Na motory s turbodmychadly ovšem přecházejí i auta, která nejsou pro takovéhoto motoristu určena. Za všechny zmiňme produkty BMW M - desetiválec v M5 E60 nebyl etalonem spolehlivosti, ale když fungoval, byl naprosto dokonalý, AMG - stačí si poslechnout 6,2 V8 s označením M159 a máte jasno, nebo Ferrari - 488 GTB nahradilo biturbem motor, který byl mezi atmosférami světově nejsilnější. Samo Ferrari přitom přiznalo, že turba jsou pro jeho auta špatné řešení, jenže ne oficiální cestou. V oficiální rovině je všechno dokonalé.

Ovšem, turbodmychadla stále procházejí vývojem a prodleva na sešlápnutí plynu, tzv. turbodíra, která je nejmarkantnější v nízkých otáčkách, se postupně zkracuje. Nikdy ji nepůjde úplně eliminovat, minimálně dokud budeme pracovat s klasickými turbodmychadly poháněnými výfukovými plyny, ale jde ji udělat vážně malou. Mizí také problém s extrémní spotřebou při vysoké zátěži, kdy je benzin více než k pohonu používán k chlazení, jedno chytré řešení má třeba VW. A budoucnost ukazuje, že to půjde ještě lépe, jak se dozvídáme od firmy Honeywell, velkého výrobce turbodmychadel, který by měl tušit, co nás čeká.

Řešení 1.: Elektrické přeplňování

Jednou z možností, jak chování turbodmychadel zlepšit, je pomoci přeplňování elektřinou.

První cestou je, že mezi turbínu a kompresor vetknete malý elektromotor, který turbo v případě potřeby roztočí mnohem rychleji, než by to trvalo výfukovým plynům. Elektromotor přitom nemusí elektrickou soustavu vozu vůbec zatěžovat, může využívat elektřinu generovanou rekuperací vlastní kinetické energie, která se uschová v kondenzátoru. Popř. může využívat rekuperované kinetické energie samotného auta či jeho hybridní soustavy. Při příštím zadupnutí plynu do koberečku tak turbo zareaguje prakticky okamžitě, aniž by v tu chvíli kladlo na vůz jakékoli nároky. Zní to zajímavě, má to ale samozřejmě své nevýhody - cenu, složitost a do jisté míry také hmotnost.

Druhou alternativou jsou ryze elektrická turbodmychadla, tedy v podstatě dmychadla, kde je turbína nahrazena elektromotorem. To znamená kromě zrychlení odezvy na plyn také to, že ve výfukovém systému nejsou obstrukce a ten tak může být stejný jako u atmosférického motoru se všemi zvukovými výhodami, které z toho plynou.

Tohle řešení už se dostalo do sériové výroby, ale v jediném autě - Audi SQ7 TDI. Nikdo jej zatím nenásledoval, obecně se ale počítá s tím, že elektrické přeplňování je budoucnost. Audi kvůli němu muselo vyvinout elektrosoustavu s napětím 48 voltů, čtyřnásobkem běžné 12V soustavy, což je změna, do které se jiným výrobcům z mnoha důvodů nechce. Jakmile se ale stane rozšířenějším kvůli tzv. mild hybridům, přijde nejspíše i rozmach tohoto druhu přeplňování.

Turba budoucnosti: nová řešení sníží spotřebu, zvýší výkon - 4 - Audi 40 V8 TDI 2016 435 PS zive 03Turba budoucnosti: nová řešení sníží spotřebu, zvýší výkon - 5 - Audi 40 V8 TDI 2016 435 PS zive 04Turba budoucnosti: nová řešení sníží spotřebu, zvýší výkon - 6 - Audi 40 V8 TDI 2016 435 PS zive 05
Motor 4,0 V8 TDI v Audi SQ7 je vybaven elektrickým přeplňováním, jeho široké nasazení v nejbližší době je ale přesto nepravděpodobné

Řešení 2.: Proměnná geometrie u benzinů a vyšší plnící tlaky

Další způsob, jak se vypořádat s „turbodírou”, jsou turbodmychadla s proměnnou geometrií lopatek. Ta v sobě mají lopatky, které usměrňují proud výfukových plynů na turbínu. V nízkých otáčkách motoru jsou přivřené, což znamená tenčí průchody pro plyny a jejich vyšší tlak - a s tím i rychlejší roztáčení turba. Ve vysokých otáčkách jsou zase otevřené. Výsledkem také je, že křivka točivého momentu může být plošší v širším spektru otáček.

Tohle řešení známe, dnes snad už není dieselu, který by jej nepoužíval. U benzinových motorů je ale aplikace složitější kvůli vyšší teplotě spalin. Používají jej tedy některá výjimečná a velmi drahá auta jako Porsche 911 Turbo. Očekává se však, že turba s variabilní geometrií lopatek budou stále levnější a najdou si tak cestu i do obyčejných benzinových aut. U těch by pak měla dále zlepšit už dnes leckdy snesitelné chování relativně malých přeplňovaných jednotek.

Pochopitelně, řešením téhož může být více „přeplňovadel”, dobře známé řešení - např. malé turbodmychadlo pro nízké otáčky, které se roztáčí rychleji, a velké turbo pro vysoké otáčky, které nabídne větší tlak. Menší turbo lze také nahradit kompresorem, jak to dělala např. Lancia Delta S4 nebo, blíže běžnému smrtelníkovi, motor 1,4 TSI v někdejším Golfu V GT či poslední Škodě Fabia RS. Ovšem, nevýhodami těchto řešení je další hmotnost navíc a hlavně cena, proto se od nich v poslední době paradoxně ustupuje. Můžeme zmínit případ BMW, který znamenal i žaloby na automobilku za matoucí označení TwinPower Turbo - u relativně dostupných aut je dnes zkrátka vícenásobné přeplňování raritou, v budoucnu má jeho místo zcela zastoupit variabilní geometrie lopatek.

Budoucnost je podle Petera Daviese, globálního ředitele pro pohonná ústrojí u Honeywellu, také ve vyšším plnicím tlaku, jehož použití bude s variabilní geometrií též možné snáze. Dnes je dvoulitr M133 např. v Mercedesu A 45 AMG unikátní tím, že dává skoro 400 koní. Tolik z dvoulitru ještě před pár lety doloval tak možná Lancer Evo VIII FQ400 a ten byl nepoužitelný, pokud jste nebyli ve správných otáčkách. Turbo v Mercedesu A 45 AMG dává maximum cca 1,8 baru a na produkční auto to je docela hodně. Podle Daviese bude za pár let zcela běžný tlak 2,1 - 2,5 baru. To si vyžádá odolnější motory, což bude znamenat jistě nárůst ceny a pravděpodobně také hmotnosti. Efektivitu motorů to ale pochopitelně zvýší.

Turba budoucnosti: nová řešení sníží spotřebu, zvýší výkon - 7 - budoucnost turbodmychadel 04 vnt
Proměnná geometrie lopatek turba je u dieselů starým známým, u benzinů na svůj rozmach teprve čeká

Řešení 3.: Nové mezichladiče a vstřikování vody

Změny čekají také mezichladiče, ať už jako médium při chlazení používají cokoli. Ty dnes stlačený vzduch chladí po opuštění turbodmychadla a i když se jim říká „mezichladiče” (intercooler), z pohledu samotného turba jsou to spíše „pochladiče” (aftercooler). Jejich úloha je jasná - zchladit co nejvíce vzduch, který je po opuštění turba velmi horký, což by neprospívalo efektivitě spalovacího procesu. Teploty turb dnes překračují i hranicí 1 000 °C a i samotný kompresor má teplotu přes 400 °C.

V budoucnosti by tak mohlo dojít k aplikaci dvou dmychadel s mezichladičem umístěným mezi nimi. Druhé by tedy tlačilo do spalovacích komor již zchlazený vzduch. Tím by také zvýšilo jeho teplotu, ale už pravděpodobně ne tolik, jinak by nad touhle technologií nikdo neuvažoval. Nevýhody jsou také jasné, je to složitější řešení se vším, co z toho plyne, jakkoli efektivitu samotného spalování by to zvýšilo.

Jednodušší cestou chlazení nasávané směsi se zdá být vstřikování vody. Tím disponuje nové BMW M4 GTS a také jím byl vybaven Oldsmobile Cutlass Jetfire v roce 1962, první silniční auto světa s turbodmychadlem. Vstřikování vody pomáhá proti detonačnímu hoření, takže můžete zvýšit kompresní poměr a tím dostat z motoru ještě víc výkonu. Také to pomáhá proti tvorbě oxidů dusíku, alespoň u benzínových motorů. Má to ale pochopitelně též své limity, však vstřikování vody bylo používáno už za druhé světové války v letadlech a v autech se přesto od té doby neuchytilo. Až nejnovější experiment BMW ukáže, zda jej lze současnými technologiemi řešit opravdu efektivně. Takový Mercedes tomu nevěří a „hrátky s vodou” si odpustí.

Turba budoucnosti: nová řešení sníží spotřebu, zvýší výkon - 8 - BMW M4 MotoGP Safety Car 2015 11Turba budoucnosti: nová řešení sníží spotřebu, zvýší výkon - 9 - BMW M4 MotoGP Safety Car 2015 14Turba budoucnosti: nová řešení sníží spotřebu, zvýší výkon - 10 - BMW water injection 22
Voda se do motoru hodí více, než si leckdo pomyslí, alespoň podle BMW

Turba zatím nejsou dokonalá, prostor ke zlepšení je ale i jinde

Vrátíme-li se na začátek a vzpomeneme na fakt, že moderní turboéra je hlavně odpovědí na požadavky na co nejnižší spotřebu paliva, pak je třeba říci, že praxe zatím za teorií pokulhává. Nejde tu ale jen o spotřebu, nepovedených downsizingů je spousta a jejich nedostatky tkví často také v ovladatelnosti a uživatelské přívětivosti, občas i ve výkonovém projevu a dalších aspektech. Jeden příklad za všechny - BMW 328i F30, které projevem, zvukem i efektivitou prakticky dokonalý řadový šestiválec modelu 330i E90 vyměnila za často až nepochopitelně „užraný”, bezcharakterní, nezvučící a uživatelsky značně nepřívětivý čtyřválec s turbem. Podobnou proměnu ale zažilo více aut.

Peter Davies ale varuje, abychom nevinili jen turba, ta sama o sobě efektivní i jinak dobře fungukící být dokážou. „Musí být sladěny všechny systémy auta. Můžete něco dokonale vyladit v laboratoři, co pak nefunguje na silnici. Tohle je výzva, které teď průmysl čelí,” konstatuje trefně Davies v narážce na to, že v normovaných testech fungují všechna turba skvěle, v praxi jsou ale některá snesitelná podstatně více než jiná. A to vším od spotřeby až po průběh výkonu. I pouhým vývojem současných řešení tedy lze učinit krok kupředu, a to jsou tu ještě chystané inovace popsané výše.

Neberte tedy naši skepsi jako odsudek turbodmychadel. Známe i dobrá turba, mnohé konkrétní aplikace ale zkrátka stále nedokážou před kritickým okem obstát. Zejména pak jako lepší řešení než to, které nahrazují. Turba jako taková ovšem mají své výhody i potenciál. Mají před sebou ještě spoustu vývoje, jehož tempo bude udávat technologická náročnost jednotlivých řešení a jejich cena. Právě tyhle překážky budou muset být překonány, než ze sebe turba vydají to nejlepší, co mohou nabídnout...

Turba budoucnosti: nová řešení sníží spotřebu, zvýší výkon - 11 - Test BMW 328i F30 01Turba budoucnosti: nová řešení sníží spotřebu, zvýší výkon - 12 - Test BMW 328i F30 04Turba budoucnosti: nová řešení sníží spotřebu, zvýší výkon - 13 - Test BMW 328i F30 02Turba budoucnosti: nová řešení sníží spotřebu, zvýší výkon - 14 - Test BMW 328i F30 05Turba budoucnosti: nová řešení sníží spotřebu, zvýší výkon - 15 - Test BMW 328i F30 06Turba budoucnosti: nová řešení sníží spotřebu, zvýší výkon - 16 - Test BMW 328i F30 16Turba budoucnosti: nová řešení sníží spotřebu, zvýší výkon - 17 - Test BMW 328i F30 23Turba budoucnosti: nová řešení sníží spotřebu, zvýší výkon - 18 - Test BMW 328i F30 25Turba budoucnosti: nová řešení sníží spotřebu, zvýší výkon - 19 - Test BMW 328i F30 35Turba budoucnosti: nová řešení sníží spotřebu, zvýší výkon - 20 - Test BMW 328i F30 42Turba budoucnosti: nová řešení sníží spotřebu, zvýší výkon - 21 - Test BMW 328i F30 45Turba budoucnosti: nová řešení sníží spotřebu, zvýší výkon - 22 - Test BMW 328i F30 46Turba budoucnosti: nová řešení sníží spotřebu, zvýší výkon - 23 - Test BMW 328i F30 74Turba budoucnosti: nová řešení sníží spotřebu, zvýší výkon - 24 - Test BMW 328i F30 75Turba budoucnosti: nová řešení sníží spotřebu, zvýší výkon - 25 - Test BMW 328i F30 76
BMW 328i F30 je jedno z těch aut, které o vhodnosti použití menšího přeplňovaného motoru místo větší atmosféry nepřesvědčilo ani náhodou. Jádrem problému ale nemusí být ani tak samotné přeplňování jako neschopnost BMW jej správně použít

Zdroj: Honeywell

Marek Bednář

Další zajímavé články:

Diskuze 4 příspěvky

Živá témata na fóru

zobrazit vše

Autobazar

zobrazit vše