Účinnost klasického spalovacího motoru je velmi malá. Benzinové a dieselové motory dosahují účinnosti kolem 25 procent, přeplňované motory mají účinnost kolem 35 procent. Nový vynález slibuje účinnost skoro dvojnásobnou.
Účinnost motorůVinou omezení teplot a tlaků, kterých je možno technicky u spalovacího motoru dosáhnout, je jeho účinnost menší než u motorů používajících přímo jiné druhy energie než tepelnou, jako je elektromotor nebo vodní motory. Na mechanickou práci je ve spalovacích motorech přeměněno 10–50 procent chemické energie paliva. Zdroj: wikipedia.cz |
Viceprezident pro výzkum a vývoj koncernu GM Alan Taub prohlásil na nedávné konferenci DEER 2011 (Direction in Engine-Efficiency and Emission Research) v Detroitu, že technologie motorů s oddělenými cykly vypadá pro budoucnost velmi slibně a jeho společnost se momentálně v laboratořích těmito motory intenzivně zabývá, aby zjistila, jak se dají využít v praxi. Nepřímo tím potvrdil, že se General Motors zajímá o technologii firmy Tour Engine Inc., která svůj motor s oddělenými pracovními cykly na konferenci prezentovala ve vylepšené verzi.
Principiálně není Tour Engine žádnou revoluční novinkou, veškeré postupy, kterých využívá, jsou už delší dobu známy. Zajímavé je ale především technické řešení, které má přinést vysokou reálnou účinnost při poměrně jednoduché konstrukci samotného motoru. Z laického hlediska může být motor Tour jakousi kombinací již dříve popisovaných netradičních motorů – OPOC a Scuderi.
Od prvního ze zmiňovaných si bere uspořádání s protilehlými písty a válci. Písty motoru tak proti sobě běží v jedné ose jako u motorů typu boxer, oproti nim je tu ale zásadní rozdíl v tom, že "hlava" válce se vlastně nachází uprostřed. Motor Scuderi pak připomíná díky filozofii, která je základem tohoto druhu motorů. Jeden válec tedy slouží pro sání a kompresi, druhý pro práci a výfuk.
Oproti Scuderi se ale Tour liší tím, že prakticky zcela eliminuje mrtvý objem přepouštěcích kanálů, který zbytečně snižuje účinnost. Toho motor Tour dosahuje právě protiběžným uspořádáním válců. Představte si to tak, že z klasického motoru uříznete dva válce a svaříte je hlavami k sobě. Vznikne tak jedna integrovaná hlava uprostřed a dva hřídele na stranách – přesně tak vlastně Tour Engine vypadá.
Praxe ale vyžaduje trochu detailnější vysvětlení. Jednotlivé válce k sobě nepřiléhají přesně v ose, jsou trochu přesazené. To aby se vždy na kraj hlavy vešel ventil. Jeden z válců má pouze sací ventil, druhý válec pak zase jenom ventil výfukový.
Pracovní cyklus je následující: první válec nasaje vzduch a stlačí jej s kompresním poměrem 8 : 1. Během stlačování se asi ve třech čtvrtinách zdvihu otevře plochý přepouštěcí ventil a stlačený vzduch začne proudit do druhého, pracovního válce. Asi při čtyřech pětinách kompresního zdvihu je do pracovního válce vstříknuto palivo, které se mísí se vzduchem díky vysoké turbulenci. Po dokončení kompresního zdvihu zůstává ventil stále otevřen, stlačený vzduch nadále proudí do pracovního válce. V tuto chvíli je směs paliva se vzduchem zažehnuta. Přepouštěcí ventil se zavírá až chvíli po zážehu, kdy už je veškerý vzduch vpuštěn do pracovního válce a za vysokých tlaků probíhá expanze.
Expanzní poměr druhého válce je v případě prototypu 16 : 1, tedy dvakrát větší než poměr kompresní. To podobně jako u motorů s Atkinsonovým cyklem pomáhá lépe využít veškerou energii spalované směsi a více z ní přetvořit v energii kinetickou – tedy energii pohybu pístu. Během expanze pracovního pístu už kompresní píst opět nasává vzduch a připravuje se na další cyklus.
V současné konfiguraci má motor tepelnou účinnost asi 50,6 procenta, což je v porovnání se zhruba maximálně 40 procenty u běžných spalovacích motorů výrazný nárůst. Simulace přitom prý ukazují, že při zvětšení expanzního poměru na trojnásobek poměru kompresního (tedy v případě prototypu na 24 : 1) by účinnost měla stoupnout na zhruba 55,6 procenta.
Výhodou motoru Tour je také poměrně jednoduchá konstrukce. Jedinou komplikací je vlastně nutnost propojení výstupní klikové hřídele pracovního válce s hřídelí válce kompresního. Technici také pracují na dokonalejším přepouštěcím ventilu, který se musí otevírat a zavírat co nejrychleji a nemá působit jako nežádoucí škrticí prvek. Ventil má být také co nejmenší co se zástavbových poměrů týče, čímž se dosáhne minimalizace mrtvého objemu.
Tour Engine také velmi zjednodušuje chlazení. Kompresní válec nemusí být chlazen vůbec, nároky na chlazení válce expanzního pak nejsou tak vysoké jako v případě běžných motorů. Díky výrazně větší expanzi se totiž válec ochladí sám.
Podle autorů jde motor snadno přizpůsobit téměř jakémukoli palivu a podle potřeby se kompresní poměr může pohybovat i třeba na úrovni 20 : 1. Tour Engine tedy může fungovat i jako vznětový motor, což by opět mohlo zvýšit celkovou účinnost.
Nevýhody příliš autoři nezmiňují, ale jistě jich bude také řádka. Téměř jistě nebude podobný motor žádný vysokootáčkový stroj, takže je otázkou, jak moc vhodný bude pro přímý pohon automobilu. Tour Engine by ale díky vysoké účinnosti a naladění na ideální otáčky mohl fungovat jako jednoduchý a spolehlivý generátor v takzvaných elektromobilech s prodlouženým dojezdem.
Právě v takovém případě by se asi nejvíce projevila úspora paliva, snížení emisí CO², ale i emisí nespálených uhlovodíků a oxidu uhelnatého a oxidů dusíku. O snížení spotřeby se stará především vyšší účinnost. Emise CO² a nespálených uhlovodíků klesají i díky dokonalejšímu spálení směsi díky prodlouženému expanznímu zdvihu a emise oxidů dusíku by měly klesnout oproti běžným spalovacím motorům díky nižším teplotám spalování.
Společnost Tour Engine Inc. momentálně jedná s řadou automobilek o možnostech využití a společného vývoje jejího vynálezu.
