Autoforum

/

Foto: Archiv Autoforum.cz

Nejvýkonnější dieselový motor dneška montovaný do osobního nevyužívá jen přeplňování dvěma turbodmychadly, přidává i třetí, elektrické. Jak přesně funguje?

Technika přeplňování je stará skoro jako spalovací motory samy a za dobu své existence zažila několik vzestupů a pádů. Teď je na vrcholu, neboť se po nesmlouvavém nástupu nejen evropských limitů normované spotřeby ukázala být pro automobilky nejefektivnější cestou, jak snížit papírovou spotřebu paliva a vozům přesto dodat stále vyšší dynamiku.

Logika stojící za tímto krokem je jednoduchá. Přeplňovaný motor je fyzicky menší, používá tedy méně a menších pohyblivých částí a sám sebe zaměstnává svým chodem méně než jakýkoli větší. A protože v testech spotřeby je jeho výkonový potenciál - ať už je jakýkoli - využíván jen ve velmi omezené míře, je právě zaměstnávání motoru sebou tím, co do značné míry ovlivňuje výslednou papírovou spotřebu. Proto má pro automobilky smysl i nahrazování motorů 1,2 za 1,0 - v testu se rozdíl mezi těmito koncepcemi pozná, v praxi obvykle nikoli.

Pochopitelně, zmenšování motorů alias downsizing nutně spojený s přeplňováním není úplně špatný a v některých případech může mít pozitivní dopady i v reálném světě, ať už jde o spotřebu paliva nebo výkon. V jednom ohledu má ale dopad vždy negativní. Pokud nejde o přeplňování kompresorem, které je vzhledem k omezené efektivitě skoro nevyužívané, znamená použití turbodmychadla hnaného energií výfukových plynů jeden podstatný nedostatek - k roztočení turba je nutné zvýšit tlak ve výfukovém potrubí, a to chvíli trvá. Říká se tomu „turboefekt“, „turbodíra“ nebo „turbolag“, jde o zpožděnou reakci motoru na sešlápnutí plynového pedálu.

Opožděné reakce na povely řidiče jsou jednou z velkých nevýhod přeplňování. I když vývojáři v průběhu let přišli s mnoha úpravami a různými variantami turbodmychadel, žádné není prosto počátečního zaváhání. Až přidání dodatečného kompresoru poháněného elektromotorem, který se stará o roztáčení lopatek turbíny včas bez nutnosti zvýšeného tlaku výfukových plynů, problém v podstatě zcela eliminuje.

Současné Audi SQ7 TDI pohání čtyřlitrový osmiválec za běžných okolností dopovaný jedním nebo dvěma turbodmychadly v závislosti na otáčkách a zatížení. Jenže i u tohoto objemného motoru v nízkých otáčkách existovala prodleva, kterou kosntruktéři nechtěli akceptovat, a tak se ji rozhodli potlačit už dříve mnohokrát uvažovaným řešením - elektrickým kompresorem zvaným též EPC. Zařízení je umístěno za jedním z chladičů stlačovaného vzduchu v blízkosti motoru a je poháněno elektromotorem, který ho dokáže během necelých 250 ms roztočit na 70 000 otáček.

Elektromotor má příkon 7 kW, elektřinu pro jeho provoz dodává nezávislá elektrická soustava pracující s napětím 48 V (v osobních vozech svého času unikát, dnes stále velmi výjimečná věc). Její součástí je generátor o výkonu 3 kW a v podlaze zavazadlového prostoru uložený Li-Ion akumulátor s nominální kapacitou 470 Wh a špičkovým výkonem až 13 kW. V motorovém prostoru navíc zůstala standardní 12V autobaterie. Důvod pro zavedení tohoto přídavného elektrického okruhu je, že běžný akumulátor s 12 V napětím by nebyl schopen poskytnout dostatečně vysoký proud. Při 7 kW a napětí 48 V jde o 145 A, což i tak představuje velký proud vyžadující mnoha opatření pro zabránění ztrát na přechodových odporech.

Elektrokompresor navíc není jedinou výjimečností motoru 4,0 V8 TDI. Je sice vybaven dvěma turby, ta ale pracují v sekvenčním módu a práci si rozdělují podle zatížení motoru. Menší pracuje při nízkých a středních otáčkách a občas mu pomáhá elektrokompresor. Hlavním cílem EPC je dopovat menší turbo v nižších a středních otáčkách, aby Audi zrychlovalo hned od startu.

Možná si říkáte, že zmíněných 250 ms, tedy celá čtvrtsekunda potřebná na plná roztočení elektrického turba není nic ohromujícího, to je pořád velká prodleva. Vtip elektrického přeplňování ale netkví v rychlosti roztočení, spočívá v jeho nezávislosti na proudění výfukových plynů. Může se tak roztáčet zcela nezávisle na tom, co v tu či onu chvíli dělá motor jako takový a záleží jen na konstruktérech, v jakých momentech jej nechají pracovat. Mohou na základě různých vstupů předpovídat, kdy řidič bude potřebovat okamžitou reakci motoru, nebo jej klidně roztáčet v nízkých otáčkách vždy, aby byl připraven motor okamžitě „nadopovat” maximálním plnícím tlakem. Kreativitě se tu meze nekladou.

Na omezení prodlevy reakcí plynového pedálu u SQ7 se vedle elektrického kompresoru podílí ještě variabilní zdvih ventilů AVS (Audi valvelift system). Na vačkových hřídelích sání a výfuku jsou pro každý ventil k dispozici vždy dvě vačky s různým účelem. Jedna vačka s podporou EPC podporuje rozjezdy, zatímco druhá vačka optimalizuje výkon ve vysokém tempu. Systém AVS na straně výfuku umožňuje následného připojení druhého většího turbodmychadla. Systém postupného přeplňování by měl zajistit bezprostřední lineární zátah od nízkých otáček.

Audi SQ7 TDI už jsme dříve vyzkoušeli a možná i od nás víte, že reakce motoru na pokyny plynem jsou na přeplňovaný agregát excelentní. Není to zadarmo, je to hodně složité řešení, kterému se právě kvůli tomu některé konkurenční automobilky brání, ale funguje. A teď už do detailu víme, jak přesně...

Přídavný elektrický okruh s kompresorem a speciální časování ventilů přináší dieselovému TDI v Audi SQ7 hlavně rychlé reakce na pokyny vydávané plynovým pedálem

Zdroj: Engineering Explained@Youtube

Mirek Mazal