Tříválec 1,2 DIG-S, který se zanedlouho začne prodávat v novém Nissanu Micra, je technicky velmi zajímavý motor. A to nejen tím, že z objemu 1,2 litru dává výkon 72 kW (98 koní), točivý moment 142 Nm a přitom slibuje průměrnou spotřebu pouze 4,1 litru benzínu na 100 kilometrů.
Zajímavé je především to, jak motor těchto parametrů dosahuje. Je to technicky velmi pokročilý agregát, který zůstává výrobně relativně nenáročný. I proto jej Nissan chce používat jako alternativu k malým dieselovým motorům, které jsou výrobně podstatně dražší. Pro zákazníky by měl nový motor přinést tu výhodu, že jím vybavený vůz bude levnější než odpovídající vznětové modely.
A to i přesto, že motor s označením HR12DDR nemá v současné produkci obdoby. Vždyť přeplňovaných tříválců na trhu mnoho není, v podstatě takový motor najdeme jen pod kapotou smartů. Turbo tříválec chystá Ford a také BMW ve spolupráci s PSA. Žádný podobný motor ale nemá mechanický kompresor.
Na první pohled by se mohlo zdát, že k současnému atmosférickému tříválci HR12DE (59 kW a 110 Nm) přidal výrobce pouze právě onen kompresor. Ve skutečnosti je to trochu složitější. Motory jsou vlastně konstrukčně spřízněny jen částečně. Společný mají blok, řada dalších částí je odlišná. Nová je hlava válců včetně vačkových hřídelí s extrémně hladkým povrchem, zdvihátka ventilů byla potažena uhlíkem (technologie "Diamond like carbon") pro vyšší životnost a nižší tření, samotné ventily jsou duté a plněné sodíkem, což přispívá ke snižování teploty ve spalovacím prostoru.
Bonbon, který chutnáTest Nissanu Micra ČTĚTE ZDE |
Teplotu snižuje i nově instalované přímé vstřikování paliva, to při vypařování ve válci odebírá teplo svému okolí. V pístu je chladící kanál, pístní kroužky mají opět kvůli snížení tření povrch potažený uhlíkem (Diamond like carbon). K dalšímu snižování ztrát přispívá olejové čerpadlo s proměnným objemem. To vždy pumpuje jen tolik oleje, kolik je právě potřeba.
Technologie ke snížení tření pomohly k až 30% snížení třecích ztrát, chladící technologie pak umožňují použít na první pohled velmi vysoký kompresní poměr 13:1.
Pak je tu samotný kompresor. Jde o relativně nízkotlaké mechanické dmychadlo, které je k motoru připojeno přes spojku. V případě, že není práce dmychadla potřeba (v nízkých otáčkách, při nízkém zatížení motoru), spojka jej odpojí a dmychadlo tak neubírá motoru výkon, čímž opět šetří energii.
Mechanický kompresor je tu proto, aby umožnil práci v energeticky efektivním Millerově cyklu. Tento cyklus se podobá takzvanému Atkinsonově cyklu, který používá velká část hybridních automobilů. V podstatě jediným praktickým rozdílem mezi atkinsonem a millerem je právě přítomnost kompresoru u druhého jmenovaného.
Miller vs. atkinsonO rozdílech mezi Atkinsonovým a Millerovým cyklem se vedou dlouhé diskuse, jejichž výsledky jsou většinou nejasné. Dnes známe oba cykly v podstatě v totožném provedení, miller má navíc mechanický kompresor. Původ cyklů je ale trochu jiný. Pan Atinson svůj motor vynalezl proto, aby obešel Ottovy patenty na klasický čtyřtaktní motor. Speciální klikový mechanismus tak způsoboval, že všechny pracovní cykly motoru se udály během jedné otáčky klikové hřídele namísto otáček dvou. Jakýmsi vedlejším efektem atkinsonova motoru bylo prodloužení expanze oproti kompresnímu zdvihu, mohl za to právě speciální klikový mechanismus. Kratší komprese a delší expanze znamená větší termodynamickou účinnost motoru, ale také menší energetickou hustotu. Proto je motor pracující v Atkinsonově cyklu výrazně slabší než stejně objemný motor pracující v ottově cyklu, ale také výrazně úspornější. Ve své původní podobě se ale Atkinsonův motor v moderním automobilovém průmyslu nepoužívá, k dosažení efektu kratší komprese a delší expanze se používá proměnné časování ventilů, které sací ventily zavírá až teprve během toho, co píst vykonal již část své cesty vzhůru během kompresního zdvihu. Tento technický princip ale poprvé do praxe uvedla právě konstrukce pana Millera ve čtyřicátých letech. Ralph Miller se rozhodl kompenzovat nevýhodu atkinsonova cyklu tím, že vzduch do válce dodal kompresor. V podstatě tak lze zjednodušeně říci, že dnešní motory s Millerovým a Atkinsonovým cyklem využívají termodynamického principu původního atkinsonova motoru, ale technicky pracují s Millerovou konstrukcí. |
Původ Atkinsonova cyklu je ale složitější a Atkinsonův motor původně vznikl proto, aby autor obešel patenty klasického Ottova cyklu. Díky speciálnímu klikovému mechanismu proběhly všechny fáze spalovacího cyklu v jedné otáčce klikové hřídele (u běžného Ottova cyklu jsou to dvě otáčky). Jakýmsi vedlejším efektem přitom byl fakt, že kompresní zdvih je kratší než expanze. Namísto klikového mechanismu se ale k dosažení tohoto efektu dnes používá běžné variabilní časování ventilů a stejně je tomu u Millerova cyklu.
Nový motor Nissanu Micra tedy funguje tak, že se sací ventily po dokončení fáze sání nezavřou. Zůstávají otevřené i ve chvíli, kdy už píst cestuje vzhůru a měl by vzduch stlačovat, namísto toho jej ale vytlačuje ven z válce. K zavření dojde, až když píst vykoná část své cesty vzhůru, zhruba její čtvrtinu. Teprve pak se zavřou sací ventily a nastává stlačování vzduchu. Aby ho ale ve válci nebylo málo a motor tak netrpěl nedostatkem výkonu, dodává po celou dobu otevření sacích ventilů do válce přebytek vzduchu právě mechanický kompresor. Ten dodává do válce právě tolik vzduchu navíc, kolik ho píst vytlačí před uzavřením sacích ventilů. Musí to být kompresor poháněný přímo klikovou hřídelí, běžné turbodmychadlo by nebylo technicky použitelné.
Klíčem k celkové efektivitě Millerova cyklu je fakt, že předstlačení vzduchu kompresorem je energeticky méně náročné než jeho stejné stlačení pístem ve válci. Navíc prodloužená expanze oproti kompresi umožní využít více energie expandujících plynů. Přebytečný tlak plynů přichází u běžných spalovacích motorů vniveč, u turbomotorů je částečně využíván k pohonu turbodmychadla.
Vzhledem ke zkrácené fázi komprese je výrobcem udávaný kompresní poměr 13:1 na první pohled trochu nesprávný. Ve skutečnosti dochází k daleko menšímu stlačení směsi a 13:1 je vlastně expanzní poměr motoru. Jenže u nového nissaního motoru HR12DDR k dosažení kompresního poměru 13:1 přispívá právě kompresor. Jím stlačovaný vzduch přitom neprochází mezichladičem, tak jak to u jiných nuceně přeplňovaných motorů bývá. I proto je kompresní poměr 13:1 opravdu ojedinělý technický počin a jen dokazuje, jak dobře fungují chladící technologie přímo ve válci.
Sluší se dodat, že k nízké kombinované spotřebě 4,1 litru na 100 kilometrů přispívá kromě řady moderních technologií také systém stop-start a alternátor, který dobíjí baterie přednostně při brzdění motorem a při akceleraci se odpojuje.
Nový motor Nissanu Micra je technicky opravdu velmi zajímavým kouskem. Důležitý je fakt, že ani jedna z použitých technologií není kdovíjakým supermoderním výstřelkem dnešní doby. Všechny jsou už osvědčené a řadu let používané. To přispívá k tomu, že nový tříválec není výrobně příliš nákladný. Může tak být levnější než moderní vznětové motory, které prodražují speciální konstrukce bloků motorů, vysokotlaké okruhy vstřikování paliva a turbodmychadla.
Auta s motory s Millerovým a Atkinsonovým cyklemMillerův cyklus: Nissan Micra DIG-S (2011 - ) Atkinsonův cyklus: Toyota Prius (1997 - ) |
