Revoluční pohony - který z nich uspěje?

Automobilky pracují jak na futuristických konceptech, tak na technologiích, které sníží emise CO2 již zítra. Jako bezprostřední lék na vysoké emise automobilů by mohly sloužit hlavně hybridní vozy. Jejich principem je, že s výhodou kombinují dva druhy pohonu - nejčastěji elektromotor a spalovací motor. Dělí se na paralelní, kdy kola pohánějí oba motory, a sériové, což je elektromobil s přídavným motorem k dobíjení akumulátorů. Ty sériové zatím po silnicích nejezdí, přestože právě jim nejspíš bude patřit hybridní budoucnost.Wankel, boxer... #foto10521Jako zdroj primární energie v hybridních autech, tedy pro pohon kol nebo alternátoru (či obojího) se zatím používají hlavně klasické benzinové motory. Loni se však roztrhl pytel s pokusy o využití i exotických možností.Jak se dalo čekat, se svým hýčkaným rotačním motorem (Wankel) přispěchala automobilka Mazda. Je jediná, která tyto motory používá: osazuje jimi své sportovní kupé RX-8. Současná generace rotačních motorů Mazdy nese jméno Renesis. Je to dvoukomorový nepřeplňovaný motor o objemu 1,3 litru, který dává výkon 232 k a kroutící moment 222 Nm. Má velmi kompaktní rozměry a extrémně nízkou hmotnost: pouhých 121 kg. Motor pro malý hybridní vůz by se určitě dostal pod sto kilogramů, což by byla velká výhoda. Mohla by vyvážit nevýhody Wankelova motoru, což jsou větší nároky na údržbu a mírně vyšší spotřeba.Mazda upravila motor Renesis pro spalování vodíku - a právě touto verzí svého rotačního motoru vybavila prototyp hybridního vozu na bázi MPV řady 5. Je to vlastně inovace na druhou, ale právě kvůli tomu je automobilka v podezření, že pravým smyslem představeného hybridu bylo jen vzbudit zájem veřejnosti.Další japonská automobilka, Subaru, zase vyvíjí hybridní pohon s plochým motorem (uspořádání "boxer"). Ten už tolik výhod nemá. Je sice kompaktnější a umožňuje snížit těžiště vozu, ale jinak se od řadových nebo vidlicových motorů prakticky neliší.

#foto10527

TEST: Mazda RX-8

...Nebo turbína? #foto10522Revoluční změnou v hybridní technologii by mohlo být využití turbíny. S tímto druhem pohonu automobilky experimentovaly již od padesátých let, ale do stadia sériové výroby se nedostaly. Největší úsilí do vývoje tohoto pohonu vložil Chrysler, který se čtvrtou generací těchto vozů dokonce testoval zájem zákazníků.Chrysler vyrobil 55 kusů turbínových vozů. Byly osazeny turbínou, která při 46 tisících otáček dávala výkon 130 k a monstrózní kroutící moment 580 Nm. Oproti předchozím verzím už měla lepší spotřebu a hlavně rychlejší reakci na sešlápnutí plynového pedálu. Nekonečných sedm sekund (!) u první generace se podařilo zkrátit na méně nekonečných 1,5 sekundy.I přes technologický pokrok jsou nevýhody turbín pro přímý pohon automobilů zatím nepřekonatelné. Uplatňují se tak pouze v lokomotivách, lodích nebo v tancích. Americký tank M1-Abrams má turbínu o výkonu 1500 koní, která ho dokáže rozjet až na 100 km/h. Jen ke startu však potřebuje 40 litrů paliva...Turbína je nevhodná pro přímý pohon proto, že pracuje efektivně jen ve velmi úzkém oboru podmínek. Byť jen malá změna otáček nebo zatížení se projeví dramatickým poklesem účinnosti a naopak nárůstem emisí. V hybridním systému se však dají zajistit stabilní podmínky: sériově zapojenou turbínu akumulátory odstíní od okamžitých požadavků na dodávanou energii.Turbína, pohánějící alternátor v hybridním vozu, by po dalším vývoji mohla vážit odhadem padesát kilogramů.Dieselové hybridy už jsou, na rozdíl od futuristických vizí, ve stadiu prototypů. Příkladem je paralelní hybridní pohon, vyvinutý britskou konstrukční kanceláří Ricardo ve spolupráci s automobilkou Citroen a britským výzkumným střediskem QinetiQ.Konstruktéři vyšli z užitkového Citroenu Berlingo a mezi jeho motor 1,6 HDi a převodovku přidali elektromotor o výkonu 30 k. Systém doplňují li-ion akumulátory a elektronický řídící systém. Prototyp tohoto vozu jezdí s kombinovanou spotřebou 3,75 litru nafty na 100 km a emisemi pouhých 99 g CO2 na kilometr.Magazín AutoExpress očekává, že tento pohon se objeví v modelovém roce 2010 (tedy za dva a půl roku) v Citroenu C4. Podle vyjádření CitroĎnu by tato "hybridizace" v současné době přidala k ceně vozu v přepočtu asi 130 tisíc korun. AutoExpres však předpokládá, že v době uvedení na trh by to nemělo být víc než polovina, tedy nějakých šedesát tisíc korun.Dieselové motory často čelí výtkám, že jsou ve skutečnosti škodlivější pro životní prostředí, než jak vypadají. Důvodem je, že tyto motory jsou méně flexibilní: pracují s vyšší účinností než benzinové, ale v užším oboru podmínek. Rychlé sešlápnutí plynu pak znamená probuzení ze zeleného snu. Spřažení dieselového motoru s elektromotorem však umožní nevýhodu nižší flexibility eliminovat, protože vykrytí špičkových potřeb zajistí energie z akumulátorů. Dá se proto čekat, že diesely se v hybridních vozech začnou brzy prosazovat.

#foto10526

TÉMA: Jak funguje hybridní systém pohonu?

Na vzduch! #foto10523Zajímavý hybridní systém používá v USA pro svou flotilu velkých dodávek balíková služba UPS. Jsou to vozy, do nichž byl při výrobě dodatečně namontován hydraulický hybridní systém. Je to paralelní systém, který pouze regeneruje energii při brzdění a uchovává ji v podobě stlačeného plynu. Při brzdění se aktivuje hydraulická pumpa, která "žene" hydraulickou kapalinu z jedné tlakové nádoby do druhé - v níž stlačuje plyn, který se v ní nachází (používá se dusík). Dodávka má pět akumulačních nádrží po 80 litrech, které mají celkovou kapacitu 0,4 kWh. V porovnání s akumulátorovými sadami v elektrických hybridech je to málo, ale smyslem tohoto řešení je pouze pomoci vozidlu při rozjezdu. V tom případě se pouze uvolní stlačenému plynu cesta ze skladovacích tlakových nádrží zpět do pomocných tanků - a z pumpy se stane hydraulický motor, který přes spojku pomáhá otáčet kardanovou hřídelí.Skladování energie v podobě stlačeného vzduchu má oproti akumulátorům dvě velké výhody. Především bez poklesu kapacity vydrží neomezený počet cyklů. A také může uskladněnou energii velmi rychle uvolnit - například dokáže dát výkon 100 k, a to po dobu asi 20 sekund. Což bohatě stačí, protože tento systém nemá jiné ambice než zachytit a krátkodobě uskladnit energii z brzdění a využít ji hned při následujícím rozjezdu.Investice do hybridního pohonu vychází na dodatečných asi sedm tisíc dolarů na jednu dodávku. Návratnost, kterou zajistí nižší spotřeba (díky menšímu motoru, navíc rovnoměrněji zatíženému) je vypočtena na tři roky, ale s očekávaným růstem ceny nafty se může zkrátit. Další výhodou tohoto řešení je, že ve spojení s úsporným motorem umožní splnit emisní normy, které začnou platit od roku 2010, a to aniž by bylo třeba využívat drahý systém pro odstraňování oxidů dusíku z výfukových plynů.Šest taktů? #foto10524Od hmatatelného pokroku zpět k revolučním inovacím: americký vynálezce Bruce Crower přišel s motorem, který pracuje v režimu šesti taktů. Vychází z běžného čtyřtaktního motoru, ale po skončení pracovního cyklu, kdy je píst v horní úvrati, vstříkne do válce vodu. Ta se okamžitě odpaří, čímž zvětší svůj objem a tlačí tak píst dolů. V následující fázi píst vodní páru vytlačí, jako při poslední fázi běžného čtyřtaktního cyklu - a následuje první fáze dalšího cyklu, tedy nasávání (vstřikování) paliva. Vzniklá vodní pára nepředstavuje významný příspěvek k hnací síle motoru - a Crower to ani netvrdí. Hlavním přínosem vloženého minicyklu má být ochlazení válce. To jednak sníží nároky na dimenzování chladiče, jednak chladnější spalovací komora umožní zvýšit kompresní poměr (údajně až na 13:1), aniž by docházelo k samovznícení palivové směsi. To vše by mělo snížit spotřebu motoru o 40 procent.Crowerův vynález nejspíš zůstane muzeální kuriozitou. Setkal se totiž se zásadními kritickými připomínkami. Nejde ani tak o spotřebu vody, takže auto by muselo vozit další nádrž. Hlavně by vstřikovaná voda vymývala ze stěny válců mazací olej. To by zhoršilo funkčnost motoru a vzniklá mlha by byla brutálním útokem na životní prostředí.Tři kola#foto10525Každé opravdu ekologické řešení individuální dopravy bude muset dostat do rozumnějších mezí poměr mezi hmotností dopravního prostředku a nákladu.Zajímavým pokusem z poslední doby jsou projekty dvoumístných tříkolek Venture One (americký start-up Ventura Vehicles) a CLEVER (evropský projekt, financovaný z fondů EU). Oba projekty jsou ve stadiu prototypu.VentureOne má mít dvě verze: plně elektrickou a hybridní. Budou se lišit jenom tím, že elektrická bude mít akumulátory s větší kapacitou, zatímco hybridní bude vybavena malým spalovacím motorem. Pohon budou obstarávat dva 25kW elektromotory, umístěné v nábojích kol. Hybridní verze má být vybavena lithium iontovými akumulátory s kapacitou 3 kWh. Energii k jejich dobíjení dodá spalovací motor typu flex-fuel (tedy na směs benzinu a etanolu v různém poměru) o výkonu 15-20 kW. Kapacita akumulátoru čistě elektrické verze má být 17 kWh, což má zajistit dojezd na 300 kilometrů.VentureOne má být ekologickým klonem sportovní tříkolky CarverOne. Ta je ve stadiu produkční verze (představena bude na Ženevském autosalónu) a letos se má dostat na trh. Kouzlo této tříkolky spočívá v hydraulicky ovládaném (a elektronicky řízeném) naklánění předního kola i celé kabiny v zatáčkách. Při nižších rychlostech (asi do 10 km/h) se naklánění neuplatňuje a vozítko je řízeno natáčením předního kola. Při vyšších rychlostech obstarává řízení zadní náprava.Na obdobném principu jezdí i vozítko CLEVER. Má jednoválcový motor o obsahu 230 ccm, navíc na zemní plyn. Dává výkon pouhých 17 koní, ale díky nízké váze (400 kg) by mělo zrychlit na 60 km/h za sedm sekund. Jeho maximální rychlost je projektována jen na 100 km/h. Při testech vycházejí emise tohoto vozítka jen na 60 g CO2/km a spotřeba na ekvivalent 2,4 litru benzinu na 100 km.