Nová jednotka Hurricane 4 ukazuje, jak daleko pokročilo současné inženýrství spalovacích motorů. Čtyřválcový motor Jeepu kombinuje řešení známá z Formule 1 s vysokou efektivitou a výkony, které byly ještě nedávno vyhrazeny pro mnohem větší jednotky. Přestože je koncepce tohoto motoru čistě evropská, vozy vybavené touto jednotkou se prodávají výhradně v Severní Americe.

Nejnovější motor Jeepu o objemu 2,0 litru dokazuje, že i maloobjemová jednotka může generovat působivý výkon a zároveň si zachovat vysokou účinnost. Hurricane 4 je konstrukce doslova prošpikovaná pokročilými technologiemi, v nichž klíčovou roli hraje způsob spalování směsi a precizní řízení procesů probíhajících ve válci.

Turbulent Jet Ignition – jak funguje spalování s předkomůrkou

Srdcem celé koncepce je spalovací předkomůrka. Je to malý prostor integrovaný v hlavě válců, do kterého se během komprese dostává část směsi paliva a vzduchu. Zážeh se iniciuje právě tam a následně skrze systém precizně navržených otvorů vznikají proudy plamene směřující do hlavní spalovací komory.

V popisované konstrukci bylo použito devět otvorů – osm radiálních a jeden centrální. Jejich průměr a rozmístění nejsou náhodné. Větší boční otvory zajišťují dodání energie spalování do vzdálenějších oblastí válce, zatímco menší centrální otvor omezuje přímé působení plamene na píst, čímž ho chrání před nadměrným tepelným namáháním.

Takové řešení zajišťuje velmi rychlé a rovnoměrné spalování. V praxi se to promítá do možnosti pracovat s vysokým kompresním poměrem (přibližně 12:1) a do omezení klepání motoru (detonačního spalování) i při vysokém plnicím tlaku.

Dvojité zapalování a dvojité vstřikování

Motor využívá dvě nezávislé zapalovací svíčky na každý válec. Jedna svíčka pracuje v předkomůrce, druhá v hlavní spalovací komoře. Klíčové je, že jejich práce není současná – zážeh je iniciován jednou z nich v závislosti na zatížení a otáčkách motoru.

Při nízkém zatížení může iniciace spalování začínat v hlavní komoře, což zlepšuje stabilitu chodu a čistotu emisí. Ve středním rozsahu přebírá větší roli předkomůrka a při maximálním zatížení je spalování realizováno prakticky výhradně prostřednictvím turbulentních proudů plamene.

Stejně pokročilý je i systém přívodu paliva. Kombinace přímého a nepřímého vstřikování umožňuje optimalizovat chod v různých podmínkách. Nepřímé vstřikování zlepšuje kulturu chodu a omezuje hluk při nízkém zatížení, zatímco přímé vstřikování zvyšuje odolnost proti detonačnímu spalování (klepání) a umožňuje dosažení vyššího výkonu.

Přeplňování, Millerův cyklus a extrémní provozní parametry

Za dodávku vzduchu zodpovídá turbodmychadlo s variabilní geometrií lopatek. To je v případě zážehových motorů stále spíše vzácné řešení. Díky regulaci úhlu lopatek je možné rychle dosáhnout vysokého plnicího tlaku v nízkých otáčkách a zároveň udržet vysokou účinnost při velkém průtoku výfukových plynů.

„Technologie turbodmychadel VTG (Variable Turbine Geometry – variabilní geometrie turbíny) od společnosti BorgWarner kombinuje vysoce účinné turbodmychadlo s pokročilou funkcí obtokového ventilu (wastegate), což se promítá jak do zlepšení emisí výfukových plynů, tak do výkonu motoru. Jde o jediné řešení tohoto typu, které integruje technologii VTG s obtokovým ventilem. Samotný obtokový ventil urychluje zahřívání katalyzátoru při studeném startu, zatímco VTG zajišťuje přesné řízení plnicího tlaku a lepší kontrolu chodu motoru,“ uvádí se v tiskové zprávě společnosti BorgWarner. „Technologie VTG navíc podporuje práci v Millerově cyklu s vysokým kompresním poměrem. To umožňuje optimalizovat výkon v širokém rozsahu otáček. V nízkých otáčkách systém zajišťuje plný kompresní cyklus při nižším plnicím tlaku, což zlepšuje palivovou účinnost a omezuje ztráty, zatímco ve vyšších otáčkách plnicí tlak zvyšuje, a umožňuje tak dosáhnout vyššího výkonu.“

Maximální plnicí tlak dosahuje přibližně 2,4 baru, což je u zážehové jednotky velmi vysoká hodnota. V praxi je tohoto tlaku dosahováno zejména v podmínkách vyžadujících kompenzaci, například při vysoké okolní teplotě nebo ve velké nadmořské výšce.

Motor pracuje v Millerově cyklu, což znamená dřívější uzavírání sacího ventilu. To umožňuje snížit ztráty a zvýšit efektivní expanzní poměr vůči kompresnímu poměru. V kombinaci s rychlým spalováním to umožňuje dosáhnout vysoké tepelné účinnosti – až 41 %!

Materiály a životnost – připraven na vysokou zátěž

Vysoké tlaky a teploty vyžadují odpovídající konstrukční řešení. U motoru Hurricane 4 byly použity válce s povrchem naneseným metodou plazmového nástřiku. Takové řešení snižuje tření, zlepšuje odvod tepla a zvyšuje odolnost proti opotřebení.

Rozvodový systém je vybaven elektricky ovládaným variabilním časováním ventilů, což umožňuje precizně kontrolovat okamžik otevření a zavření ventilů v závislosti na provozních podmínkách.

Důležitým prvkem koncepce je absence ventilu EGR. Namísto recirkulace výfukových plynů byl použit tak efektivní a čistý proces spalování, že vracení emisí zpět do spalovací komory nebylo nutné. To zjednodušuje celý systém a eliminuje jeden z potenciálních bodů poruchy.

Nový motor Jeepu ukazuje směr vývoje spalovacích jednotek. Namísto toho, aby výrobci na tuto technologii rezignovali, dále ji rozvíjejí s využitím řešení pocházejících přímo z motorsportu. Hurricane 4 je důkazem, že i v segmentu populárních vozů lze nalézt prvky, které byly ještě nedávno vyhrazeny pro ty nejpokročilejší konstrukce na světě.