Čínský automobilový gigant Geely oznámil vývoj sériového benzínového motoru s rekordní tepelnou účinností 48,41 %. Stojíme na prahu nové éry automobilového inženýrství, nebo jde pouze o chytrý marketingový tah?

Automobilový svět nás přesvědčil, že lídry v oblasti efektivity spalovacích motorů jsou japonské koncerny. Toyota se svými motory Dynamic Force dosahuje tepelné účinnosti na úrovni 41 % a Nissan u svých systémů e-Power deklaruje 42 %. Mezitím nejnovější jednotka 1.5 I-HEV z Číny tyto výsledky výrazně překonává a převyšuje Toyotu o neuvěřitelných 7,4 procentního bodu. V odvětví, kde zvýšení efektivity o každý další procentní bod nad hranici 40 % hraničí se zázrakem a vyžaduje obrovské inženýrské úsilí, se takový skok zdá být téměř nereálný. Abychom pochopili, zda máme co do činění se skutečnou revolucí, musíme se blíže podívat na technologické detaily této konstrukce.

Anatomie extrémního zmenšení průměru válce

Klíčem k pochopení konstrukčního základu nového motoru Geely je jeho neobvyklá geometrie. Ačkoli výrobce výslovně neuvedl oficiální rozměry, na základě zdvihového objemu, počtu válců a poměru zdvihu pístu k vrtání válce, který činí 1,39:1, lze přesně spočítat, že vrtání je 70 mm a zdvih pístu dosahuje až 97,4 mm. To znamená, že se jedná o jeden z nejvýraznějších podčtvercových (undersquare) benzínových motorů v historii masové automobilové produkce. Tento krok má velmi silné opodstatnění a přímo se promítá do snížení energetických ztrát a emisí výfukových plynů.

Malé vrtání válce drasticky zmenšuje obvod pístních kroužků, což pozitivně ovlivňuje těsnost a minimalizuje jev profukování spalin do klikové skříně (blow-by efekt), čímž se zlepšuje celkový emisní profil. Dlouhá dráha, kterou musí píst urazit směrem dolů, navíc umožňuje mnohem plnější využití energie z expanze směsi paliva a vzduchu. Než se otevřou výfukové ventily, vykonají rozpínající se plyny maximální možnou práci, což umožňuje vyždímat z každé kapky benzínu tolik energie, kolik je jen možné.

Taková konstrukce s sebou však nese vážné kompromisy. Protože píst musí překonávat dlouhou vzdálenost, jeho lineární rychlost stoupá ve vyšších otáčkách do nebezpečných hodnot, což hrozí mechanickým zničením motoru. Z toho důvodu tato jednotka není schopna pracovat ve vysokých otáčkách. Malé vrtání válce navíc omezuje množství vzduchu a paliva, které lze do komory jednorázově dostat. Výsledkem je, že jednotlivá dávka energie je poměrně malá a motor sám o sobě vykazuje nízkou dynamiku i výkon.

Agresivní marketing a vypůjčená technologie

V propagačních materiálech se čínský výrobce rád chlubí chytlavými názvy systémů, jako je spalovací systém „Fire Tornado“ nebo tvarované sání „Duckbill“. Ve skutečnosti se pod těmito barvitými označeními skrývají v oboru již známá řešení spočívající v optimalizaci geometrie sacích kanálů za účelem vyvolání silného víření vzduchu (tumble efekt). Zvýšení rychlosti a turbulence nasávaného vzduchu umožňuje lepší promíchání s palivem, což se následně projevuje v rychlejším a efektivnějším spalování směsi.

Aby Geely tento efekt maximalizovalo, použilo systém přímého vstřikování pracující pod obrovským tlakem 500 barů, což umožňuje dokonalé rozprášení paliva. Vše doplňuje extrémně vysoký kompresní poměr 15,5:1, který tuto konstrukci přibližuje moderním vznětovým motorům. V hlavě válců navíc najdeme laserem navařená sedla ventilů, která jsou pevně integrovaná do hliníkového odlitku. To radikálně zlepšuje odvod tepla ze spalovací komory a dává inženýrům větší svobodu při navrhování tvaru sacích kanálků.

Když však tyto inovace porovnáme s řešeními konkurence, ukáže se, že nový čínský motor v mnoha ohledech nepřináší žádnou technickou revoluci. Velmi podobná řešení – od laserem navařených sedel ventilů přes DLC povlaky snižující tření pohyblivých částí až po pokročilé tvary sání – úspěšně používá Toyota u svých pohonů Dynamic Force. Rozdíl je v tom, že Japonci místo 500barového přímého vstřikování používají kombinaci přímého a nepřímého vstřikování. Všechny tyto mechanické modifikace odůvodňují nárůst účinnosti o přibližně 1 %. Odkud se tedy bere chybějící zbytek tohoto spektakulárního výsledku?

Hluboký Millerův cyklus a filozofie obráceného hybridu

Skutečným zdrojem rekordní účinnosti je použití takzvaného hlubokého Millerova cyklu, který je v reáliích tohoto atmosférického motoru extrémní variantou Atkinsonova cyklu. Podstata tohoto řešení spočívá v záměrném a velmi pozdním zavírání sacích ventilů, a to dokonce až po proběhnutí 50 % nebo 60 % kompresního zdvihu pístu. V důsledku toho se část vzduchu vrací zpět do sběrného sacího potrubí, což znamená, že skutečný expanzní zdvih (pracovní cyklus) je mnohem delší než zdvih kompresní. To umožňuje fenomenální využití energie výfukových plynů, ale drasticky to snižuje výkon generovaný samotným motorem.

Takto hluboký posun časování ventilů způsobuje, že by motor bez vnější pomoci byl v každodenním provozu naprosto nepoužitelný a líný. Klíč k úspěchu proto leží v odlišném přístupu k samotné koncepci hybridu. V systémech Toyoty je hlavním zdrojem pohonu spalovací motor a elektrická složka mu pouze pomáhá. V případě nové konstrukce Geely se role zcela obrátily – jedná se o elektromobil, kde kola pohání silný elektromotor a velká baterie, zatímco spalovací motor plní pouze pomocnou funkci, navrženou výhradně pro optimální podmínky generování elektřiny.

Změna proporcí a sázka na větší elektrické díly umožnily nekompromisně odlehčit benzínovému motoru a donutit ho k práci v extrémně úzkém, ale ultraúčinném rozsahu. Daní za to je chování vozu po vybití akumulátorů – při dlouhých dálničních stoupáních malý motor bez elánu nestíhá současně pohánět kola a dobíjet baterii, což má za následek náhlý pokles dynamiky. Aby tomu výrobce zamezil, musel zapojit umělou inteligenci, která analyzuje trasu a s předstihem motoru nařizuje dobíjet baterii na plochých úsecích silnic.

Definitivní odpověď na otázku z titulku leží uprostřed. Z pohledu čisté teorie spalovacích motorů je účinnost 48,41 % do značné míry systémovým mistrovským kouskem založeným na radikálním posouvání hranic Atkinsonova cyklu, a nikoli na průlomových vědeckých objevech v oblasti mechaniky. Podobnou jednotku by mohly vytvořit koncerny z Evropy, Japonska nebo USA, kdyby se rozhodly pro stavbu hybridů tak silně orientovaných na elektrický pohon. To však nic nemění na faktu, že pro čínský automobilový průmysl, který se ještě nedávno učil od globálních velmocí, je to gigantický krok vpřed. Ukazuje to, že výrobci z Říše středu plně dohnali světovou špičku a dokážou chytře žonglovat s technologiemi pohonů a vytvářet rekordní konstrukce – i když ty vyžadují neustálou podporu ze strany algoritmů umělé inteligence.

Otázku kvality zpracování a životnosti čínských motorů si pro tentokrát dovolíme přejít mlčením.