Elektrické turbodmychadlo BMW: svatý grál downsizingu?

Těžko pochopitelný tlak na zmenšování „uhlíkové stopy” osobních aut nutí konstruktéry ke stále neobvyklejším řešením. Nejdále to zatím dotáhlo BMW.
  1. Autoforum.cz
  2. Rubriky a sekce
  3. Technika

Elektrické turbodmychadlo BMW: svatý grál downsizingu?

3.11.2011 | Miro Mihálik | 19 příspěvků

Elektrické turbodmychadlo BMW: svatý grál downsizingu?

/

Foto: Archiv Autoforum.cz

Těžko pochopitelný tlak na zmenšování „uhlíkové stopy” osobních aut nutí konstruktéry ke stále neobvyklejším řešením. Nejdále to zatím dotáhlo BMW.

Až dosud bylo rozdělení způsobu přeplňování poměrně jednoduché. Znali jsme turbodmychadlo, což je zařízení využívající energii výfukových plynů k roztočení lopatek turbínového kola, které na společné hřídeli zároveň roztočilo i kolo kompresoru. A ten se pak postaral o dodávku čerstvého vzduchu do spalovacích prostorů o větším objemu, než by se do válců dostalo přirozeným sáním. Na druhou stranu mechanicky poháněný kompresor (Rootsovo, spirálové, křídlové nebo lopatkové dmychadlo) zajistil to samé, jen ke svému pohonu potřeboval odebrat část výkonu z klikové hřídele motoru - odborná literatura uvádí až 20 kW. BMW nám do toho ale brzy vnese zmatek. Nechalo si patentovat klasické turbodmychadlo spojené s lektromotorem/generátorem, a to znamená něco jako dva v jednom, jen bez přímého odebírání výkonu od motoru a ještě se schopností vyrábět elektrickou energii.

Abychom snáze pochopili, jak celá ta věc funguje, pomůžeme si nákresem zařízení, který vychází ze zaregistrovaného patentu.


Elektrické turbodmychadlo BMW: svatý grál downsizingu? - 1 - BMW patent electricke turbo 01

1. systém „elektrického“ přeplňování jako celek
2. hřídel turbínového kola a turbínové kolo
3. hřídel kompresorového kola a kompresorové kolo
4. elektromotor/generátor elektrického proudu
5. hlavní hřídel turbodmychadla
6. spojka turbínového kola
7. spojka kompresorového kola
8. převod (mechanické spojení) elektromotoru s hlavní hřídelí turbodmychadla


Elektrické turbodmychadlo BMW: svatý grál downsizingu? - 2 - BMW patent electricke turbo 02

a) volnoběh nebo jízda setrvačností

Protože motor nevyprodukuje při volnoběhu dostatečný objem výfukových plynů, můžou být obě spojky (6 a 7) rozpojeny, aby se mohlo turbínové (2) i kompresorové kolo (3) volně otáčet a jejich lopatky kladly výfuku i sání co nejmenší odpor.

Při úplném ubrání plynu ve vyšších a středních otáčkách elektronika zpravidla odpojí vstřikování paliva a motor pouze naprázdno pumpuje vzduch. Je otázkou, zdali tlak takto vytvořený dokáže roztáčet turbínové kolo (2), ale pokud ano, může být rozpojena spojka kompresorového kola (3) a výkon přenášen výlučně na elektromotor (4), který v té chvíli bude pracovat jako alternátor/generátor elektrického proudu.


Elektrické turbodmychadlo BMW: svatý grál downsizingu? - 3 - BMW patent electricke turbo 03

b) změna volnoběhu nebo jízdy setrvačností na zatížení

Pokud řidič šlápne na plynový pedál, systém může okamžitě spojit spojku (7) a roztočit kompresorové kolo (3) elektromotorem (4). To eliminuje turboefekt vznikající dopravním zpožděním výfukových plynů a řidič proto nemusí čekat na reakci motoru. V momentě, kdy se k turbínovému kolu (2) dostane adekvátní objem spalin, elektronika aktivuje příslušnou spojku (6). Tím přebírá pohon celé soustavy turbína, která v závislosti na zatížení může odevzdávat výkon nejen kompresoru (3), ale i elektromotoru (4), čímž se opět mění na generátor.


Elektrické turbodmychadlo BMW: svatý grál downsizingu? - 4 - BMW patent electricke turbo 04

c) režim částečného zatížení

Částečně jsme si jej popsali v závěru bodu b, ale fungování bude o něco složitější. Chování turbodmychadla bude v tomto režimu nejkomplikovanější a bude závislé především na potřebě výkonu pro řidiče. Elektronika zde bude řešit zejména dvě přechodové stupně. Výkon bude pokaždé zajišťovat turbínové kolo (2) a pomocí přepínání spojky č. 7 se bude rozhodovat o jeho variabilním přerozdělování mezi generátorem (4) a kompresorovým kolem (3) v nasávací větvě.


Elektrické turbodmychadlo BMW: svatý grál downsizingu? - 5 - BMW patent electricke turbo 05

d) režim vysokého a maximálního zatížení

V tomto případě musí výroba elektrické energie stranou. A to znamená, že elektromotor (4) musí zůstat buď výkonově pasivní a přenechat starost o pohon kompresoru (3) výlučně na turbíně (2), anebo se při náběhu do otáček spolupodílet na roztáčení hlavní hřídele (5).

Výhody a nevýhody této technologie jsou zřejmé. Pozitivní je, že zařazení elektromotoru do systému výrazně zrychlí reakce přeplňování a elektrické turbodmychadlo se v tomto směru pravděpodobně vyrovná nebo dokonce předčí klasické mechanicky poháněné kompresory. Pokud bude všechno fungovat podle výše popsaného, také zcela odpadne potřeba mít ve voze tradiční alternátor. Ten rovněž odebírá část výkonu motoru, kdežto zde je k jeho pohonu využíváno odpadní teplo. Elektromotor a spojky by kromě toho mohly regulovat i otáčky hlavní hřídele turbodmychadla a kompresoru, takže z konstrukce by vypadl obtokový ventil (tzv. wastegate).

Hlavní nevýhodou elektrického turbodmychadla je také evidentní - jeho komplikovanost. A znáte Murphyho... Spojky, mechanický převod mezi hlavní hřídelí a elektromotorem a nakonec i samotný elektromotor se budou muset vypořádat nejen se šílenými otáčkami (moderní turba točí přes 200 tisíc), ale rovněž vysokými teplotami výfukových plynů. Jistě, existuje keramika, titan, materiály a slitiny, které možná ani neznáme anebo větší turbíny s menšími otáčkami. A především nevíme ani to podstatné, zdali se tato technika objeví již v nové generaci BMW M3 (F80) nebo jde o hudbu vzdálené budoucnosti.

Podle neověřených informací se v příští M3 má objevit šestiválec (snad řadový, i když BMW si nechalo patentovat také V6) s trojicí turbodmychadel, takže značná složitost je zajištěna i bez elektrické podpory.

Otázkou ale zůstává nejen spolehlivost a životnost takových systémů, ale hlavně jejich smysl. Přeplňování existuje především jako náhražka objemu motoru, takže i menší agregát může nabídnout vyšší výkon. Pokud by se argumentovalo snížením hmotnosti pohonných jednotek, bylo by to ještě pochopitelné. Srozumitelné by bylo i to, kdyby se automobilky hnaly za nižší spotřebou. Jenže skutečnost je taková, že se vše podřizuje lživé teorii o oteplování, zákonům omezujícím neškodný oxid uhličitý, pokutám za jeho nadprodukci a normovaným testům spotřeby vytrženým z reality. Jak dokazuje BMW, můžou díky tomu vzniknout pozoruhodná technická dílka, která možná budou i funkční, to ale problém vylhaných příčin jejich vzniku neřeší.

Miro Mihálik

Diskuze 19 příspěvků

Živá témata na fóru

zobrazit vše

Autobazar

zobrazit vše