O snížení spotřeby paliva sní generace spořivých řidičů, to samé ale v posledních letech stále důrazněji vyžadují i předpisy. Prosté ladění technických detailů už nestačí, a tak nastupují nová opatření. Jedním z těch méně radikálních je odpojování válců, které poměrně jednoduchou cestou zlepšuje účinnost motoru při nízké zátěži.
Účinnost spalování, tedy množství energie získané z paliva, je nejlepší při jízdě „na plný plyn“, zpravidla ve středním pásmu otáček. Takový jízdní styl je ale v praxi využitelný leda při středně intenzivní akceleraci. V běžném silničním provozu obvykle jezdíme ustálenou rychlostí, kdy je k udržení auta v pohybu potřeba jen několik kilowatt, resp. pár desítek newtonmetrů.
Z těchto východisek vznikla myšlenka downsizingu, tedy zmenšení objemu motoru a doplnění turbodmychadla pro situace, kdy řidič požaduje vysoký výkon. Tento přístup však má své praktické limity a také znamená hloubkovou změnu konstrukce a charakteristiky motoru. U větších a těžších aut, např. SUV s pohonem všech kol nebo vozů střední třídy, proto už downsizing zřejmě dosáhl svých limitů. A není náhodou, že především právě zde nastupuje do praxe odpojování válců.
Uměle zmenšený motor se tolik nedusí
Díky odpojení některých válců motor při jízdě pod částečnou zátěží nevyužívá celý svůj objem. Spalování probíhá jen v některých válcích, což zběžným laickým pohledem nedává valný smysl. Podstatným rozdílem proti provozu v běžném motoru je ale to, že v takové situaci nemusí být motor tolik škrcen.
Škrticí klapka v sání reguluje množství vzduchu, které motor nasává. Když se například u čtyřválce dva válce odpojí, zbývající dva musí k dosažení stejného výkonu nasávat zhruba dvojnásobné množství vzduchu. Škrticí klapka se proto může pootevřít, a tím klesne podtlak v sání, který vytváří takzvané čerpací ztráty.
S vypínáním válců přišel koncern General Motors u značky Cadillac už v roce 1981. Motor V8-6-4 však skončil pro nízkou spolehlivost systému naprostým fiaskemEfekt tohoto opatření rozhodně není nezanedbatelný. Americké ministerstvo životního prostředí uvádí celkové snížení spotřeby o 5 %[1], Mercedes-Benz už před 20 lety, když tuto technologii zaváděl do osmiválcové třídy S, sliboval úsporu 7 % ve městě a 15 % při jízdě rychlostí 90 km/h[2].
Uvedení odpojování válců do praxe nicméně není úplně jednoduché. Jednak vyžaduje velký výpočetní výkon řídicí jednotky, aby k odpojování válců docházelo ve vhodných chvílích a plynule, jednak je náročné na přesnost ovládání všech potřebných součástí.
Kvůli nedotaženosti v těchto klíčových oblastech hned první sériový motor vybavený odpojováním válců, motor V8-6-4 uvedený v modelech Cadillacu v roce 1981, skončil pro nízkou spolehlivost systému naprostým fiaskem. Jiné řešení, se kterým přišlo Mitsubishi začátkem 90. let, zřejmě fungovalo lépe. Po čtyřech letech se ale z nabídky japonské značky odpojování válců v tichosti vytratilo, přišlo totiž v době, kdy potřeba podobných technických řešení nebyla ani náznakem tak silná jako dnes.
Motor Audi 4.0 TFSI s vypínáním válců. Při nízkém zatížení, typicky při jízdě ustálenou rychlostí, jsou válce 2,3,5 a 8 neaktivníPrůlom přinesl až již zmíněný Mercedes s osmiválcovou třídou S v roce 1998. Brzy následovala i stuttgartská V12 a od roku 2004 má odpojování válců pevné místo u osmiválcových motorů koncernů Chrysler a GM. Vlastní řešení na americkém trhu od roku 2003 nabízí Honda u motorů V6. O masové rozšíření odpojování válců v Evropě se nicméně postaral až v roce 2012 koncern Volkswagen s motorem 1,4 TSI ACT (dnes místo něj postupně nasazuje 1,5 TSI ACT), který odpojuje dva prostřední válce.
Od loňského roku standardně dodává odpojování válců také Mazda, a to u motoru 2,5 Skyactiv-G. Zajímavostí je, že na rozdíl od VW Mazda odpojuje u čtyřválce válce krajní, tedy první a čtvrtý. Nejnovějším počinem na tomto poli je pak nová generace tříválce 1,0 EcoBoost ve Fordu Focus a Fiestě. U něj se odpojuje válec jediný, a to prostřední.
Vlastně jde jen o rozšíření variabilního časování ventilů
Samotné označení „odpojování válců“ je mnohem trefnější než by se mohlo zdát. Systém totiž spočívá opravdu v odpojení válce, tedy uzavření přístupu vzduchu do něj. K tomu slouží hydraulické solenoidy. Ty buď nastaví vačku ovládající ventily odpojených válců na nulový zdvih, nebo zajistí, aby vahadlo nepůsobilo na příslušené ventily. Systém odpojování válců je tak v principu jen rozšířením variabilního časování, resp. zdvihu ventilů.
Píst v odpojeném válci se i nadále pohybuje nahoru a dolů, nevykonává však žádnou práci. V danou chvíli proto slouží jako vzduchová pružina – to se sice neobejde zcela beze ztrát, ale pozitivní efekt odpojování válců nad nimi jasně převažuje. Důležité také je, že po uzavření válce uvnitř zůstává vysoká teplota, jeden z nezbytných předpokladů pro hladký přechod na jízdu na všechny válce.
Právě rychlé přepínání mezi jízdou na některé a na všechny válce je jednou z nejtěžších úloh, které odpojování válců klade na konstruktéry. Ford tvrdí, že tento proces trvá jen 0,014 sekundy; během tohoto okamžiku se musí nejen přenastavit ovládání ventilů a škrticí klapka, ale také upravit časování ventilů a vstřikování, aby řidič pokud možno nic nezaznamenal. Dosavadní zkušenosti se všemi třemi masově nabízenými motory s odpojováním válců ukazují, že tuto výzvu automobilky naštěstí zvládají.
Sluší se nicméně připomenout, že odpojování válců do motoru přidává nové atypické součástky, které zvyšují technickou složitost pohonné jednotky. Nejsou to jen ovládací solenoidy, ale i vyvažovací hřídele, zesílené uložení motoru případně asymetrický setrvačník. Technický pokrok tedy i v tomto případě přináší větší složitost se všemi z toho vyplývajícími důsledky. Aktuální vývoj na poli legislativy však nasvědčuje tomu, že odpojování válců se v brzké době může stát další z důležitých inovací, které pomohou udržet konvenční spalovací motory v nabídce nových aut.
[1]https://www.fueleconomy.gov/feg/tech_adv.shtml
[2]https://www.wardsauto.com/news-analysis/two-four-six-eight-everyone-deactivate-cylinder-deactivation-experiences-serious-revival