Doporučujeme, Horizonty

Věřím, že zdravý rozum zvítězí

11 dubna 2018   Galerie

Spalovací motor rozhodně není mrtvý. Mladé lidi začínají víc táhnout technické obory. Autonomní jízda ještě zdaleka nemá vyhráno a hned tak se jí nedočkáme. Velký rozhovor s odborníkem z Centra vozidel udržitelné mobility.

Špetka úvah, něco polemiky, drobet náhledů do budoucnosti a nejeden názor, který jde tak trochu proti současnému proudu nesoucímu se ve znamení nadšení z hybridů, elektromobilů a autonomní jízdy. Takové je povídání s Vojtěchem Klírem, vedoucím laboratoří Centra vozidel udržitelné mobility Fakulty strojní pražského ČVUT.

Podívejte se na obsáhlou reportáž s bohatou fotogalerií z tohoto pracoviště v Roztokách u Prahy. V unikátní budově se skrývá řada velice zajímavých strojů a přístrojů: dynamometry, akcelerometry, válcová brzda, laboratoře na zkoušky motorů či emisí.

Prožíváme přelomovou éru, jsme na prahu čehosi nového, co se automobilů a dopravy týká?

Z jednoho pohledu určitě. E-mobilita se může zdát jako záležitost posledních let, my technici ale víme, že to nic nového není. Tyto stroje se používaly už dávno, později se přešlo na takzvaná konvenční paliva, vyráběná především z ropy, která používáme dodnes. Pak je tu druhý pohled, jemuž napomáhá častý mediální obraz: spalovací motory jsou špatné a zásadním způsobem poškozují naše zdraví.

Nechme stranou politiku a byznys, byť i v naší technické realitě mají své místo. Z čistě technického pohledu ale říkám ano, jsme v přelomové době. Změny určitě nastávají, nicméně předvídat jejich vývoj je velice nelehké.

Mají tedy spalovací motory namále? Zmizí zanedlouho úplně?

Pragmatický, technický pohled říká, že tak zle na tom nejsou. Stroje s vnitřním spalováním nám pořád ještě mají co dát. Fakt je, že poslední dobou se nám o tom hovoří docela těžko. Když někam přijdu a začnu říkat, že spalovací motory jsou vlastně velice dobrým a účinným transformátorem energie a ta je v konvenčních palivech velice dobře uložená, považte, že tam je nějakých 43 MJ energie na kilogram, to nikde jinde tak jednoduše nezískáme , sesypou se na mě výtky, že jsme zaujatí. My také pracujeme na elektrických a hybridních pohonech, zabýváme se zefektivňováním jízdní trasy/zvyšováním dojezdu. Poznatků k této problematice máme tedy dostatek. Jen jsme prostě racionální.

Všude se hovoří o tom, co bude. Podle mne by ale technici měli víc pracovat s tím, co je teď, co máme k dispozici. Takže: myslím, že elektromobily určitou alternativou jsou, ale když se o toto téma začnete zajímat hlouběji, zjistíte, že vše směřuje k diverzifikaci vozového parku. Tedy využití daného typu automobilu pro konkrétní jízdu. Nejde ale jen o technické, nýbrž i o ekonomické aspekty. Neumím si představit moc rodin, které by měly jedno auto do města, jedno na práci a další na výlety. Přitom takové tři vozy z hlediska konstrukce vyplynou jako zcela odlišné.

Na krátké cesty na nákup či do práce elektromobil? Jistě. Plug-in hybrid? To je technologie dobrá, ale drahá. Obrovské náklady navíc se jen těžko vrátí zpět, tato auta mají čistě elektrický dojezd v řádu desítek kilometrů a svou vyšší cenu nezaplatí – respektive návratnost vynaložených nákladů je více než dlouhá.

Na střední cesty pak klasický hybrid, ať už ve spojení se zážehovým či vznětovým motorem. A na dlouhé cesty – má ještě vůbec cenu s sebou tahat těžké akumulátory? Není lepší místo toho pár desítek litrů benzinu v nádrži nebo víc zavazadel?

No a dálková přeprava? Zvykli jsme si, že všechno musíme mít hned. Daní za to jsou kamiony, železnice prostě tak pružná a rychlá být nemůže. Ano, existují pokusy o elektrické nákladní vozy, ale podle mě to není reálné. Tady spalovací motor rozhodně není mrtvý a v dohledné době alternativu pro některé aplikace jen těžko najdeme. Dobrým příkladem může být i použití spalovacího motoru v roli prodlužovače dojezdu.

Spalovací motory se za posledních řekněme sto let neskutečně vyvinuly. Dosáhli jsme u nich dokonalosti? Lze je ještě někam posouvat?

Na tohle se nás lidé často ptají. Co na těch motorech pořád vyvíjíte? Proč používáte klikový mechanismus, který je dávno překonaný? Já si nemyslím, že je překonaný, podle mě jen lidstvo v této fázi dospělo k tomu, že jinak, jednodušeji motor s vnitřním spalováním udělat neumí.

Podívejte se na jiná řešení, například s krouživým pohybem pístu, tedy na „Wankel“ – jistě, technicky je to zajímavé, ale provozně nikoli. Abych tedy odpověděl na vaši otázku: myslím, že dnešní motory se už hodně blíží maximu, které jsme z této technologie schopni získat. Prostor pro další vývoj tady samozřejmě stále je.

V posledních letech motorům ohromně pomohla elektronika a pomocí ní realizované řídicí systémy. Podívejte se na konstrukci vznětového motoru s akumulačním vstřikováním neboli common-rail, jehož princip byl vyvinut v šedesátých letech minulého století – ale až vcelku nedávno jsme vymysleli, jak ho efektivně a precizně řídit. Čili velkou část pokroku má na svědomí elektronika. Samozřejmě tu roli hrají i nové materiály, například u třecích dvojic nebo u turbodmychadel, která umožňují zvýšit výkonovou hustotu spalovacího motoru.

Jeden příklad. Vznětový motor byl dlouhá léta tak trochu diskriminován kvůli absenci přeplňování. Jakmile se přeplňování turbodmychadly stalo běžným, spousta lidí tím byla najednou okouzlena. „Ten motor – lépe jede, má velkou sílu“ bylo slyšet při různých diskuzích. Díky vyšší celkové účinnosti, a tedy spotřebě paliva, se i díky poptávce ze strany zákazníků stal vznětový motor hnací jednotkou pro vozidla napříč všemi třídami. Postupem času se však z jednoduchého stroje stal složitým, a to zejména z pohledu systému pro dodatečnou likvidaci nežádoucích složek ve výfukových plynech. Jejich správná funkce je z dlouhodobého hlediska také hodně závislá na technickém stavu motoru a jeho příslušenství. Ale tak už to bývá – nic není zadarmo. Mimochodem již zmíněná nižší spotřeba paliva vznětového motoru zůstává nadále důležitým parametrem i navzdory dnes často diskutovanému emisnímu chování.

Dnes už tedy přeplňování bereme jako cosi zcela běžného i u automobilů se zážehovým motorem a situace se tak trochu obrací. Na druhé straně u maloobjemových motorů zase existuje ne zcela oprávněný strach z nižší životnosti.

Přečtěte si první i druhý díl obsáhlého rozhovoru s velkou postavou Strojní fakulty ČVUT, jejím bývalým děkanem a předním českým odborníkem na pohony Janem Mackem o tom, jestli spalovací motory vymírají, o budoucnosti elektromobilů nebo o sdílené mobilitě.

Jaké jsou novinky kolem dvoutaktního dieselu, kterému se poslední roky věnujete?

Centrum vozidel udržitelné mobility se v rámci tohoto projektu (REWARD – mezinárodní projekt financovaný z evropských fondů v rámci Horizont 2020) zabývá návrhem plnicí skupiny, extrapolací měřených výsledků na zkušebním jednoválci na dvou- a tříválec pomocí 1D simulací a dále simulací jízdy konkrétního vozidla s navrženým motorem jízdním cyklem. V tomto případě se jedná o cyklus WLTC.

U dvoudobého motoru je zapotřebí kladného tlakového spádu (vyšší plnicí tlak než protitlak ve výfuku), který zajistí dostatečné vypláchnutí spalovacího prostoru čerstvou směsí. U automobilního motoru pracujícího v širokém spektru otáček nelze požadavky splnit pouze turbodmychadlem, jako je tomu například u velkých lodních motorů. Je třeba zapojit mechanicky hnané dmychadlo odebírající potřebný výkon z klikového hřídele motoru. Dřívější řešení, tedy využití spodní strany pístu u vznětového motoru, splňujícího současné přísné emisní normy, nepřipadá v úvahu. Plnicí skupina motoru se tedy navrhla jako dvoustupňová s turbodmychadlem a Rootsovým dmychadlem. Během optimalizací se zkoušela různá pořadí obou strojů. Nejlepší řešení představuje varianta turbodmychadla v prvním stupni, Roots ve druhém. Je to dáno především potřebou menšího Rootsova dmychadla zpracovávajícího ve druhém stupni menší objemový tok, nikoli však hmotnostní, a tedy omezením jeho příkonu, který na rozdíl od čtyřdobého motoru nelze „rekuperovat“ zpět na klikový hřídel v nízkotlaké fázi pracovního cyklu motoru. Další výhodou tohoto uspořádání je potřeba přibližně stejně velkých oběžných kol turbíny a kompresoru turbodmychadla, což usnadňuje výrobu a dostupnost stroje. Každý stupeň plnicí skupiny je opatřen mezichladičem stlačeného vzduchu. Součástí plnicí skupiny je smyčka vnější recirkulace chlazených výfukových plynů, která byla rovněž optimalizována.

Naši partneři ze zahraničí pak optimalizovali tvar a velikost plnicích kanálů tohoto souproudově vyplachovaného dvoutaktu stejně jako vačkové hřídele pro výfukové ventily uložené v hlavě válce. Pro tento koncept dále navrhli soustavu filtrů a katalyzátorů pro následné zpracování výfukových plynů.

Projekt ještě probíhá, finální výsledky budou prezentovány v průběhu měsíce května.

Je dnes „v kurzu“ ještě jiná technologie minulosti, na niž se třeba trochu pozapomnělo a dnes se s ní opět pracuje?

Zajímavé třeba je, že některé automobilky nešly při vývoji moderních zážehových motorů cestou přímého vstřikování (případně kombinace obou způsobů) a zachovávaly pouze to vícebodové. To bylo řešení, které vypadalo, že zcela vymizí, a to z části i kvůli legislativě.

À propos legislativa. Ta do vývoje aut promlouvá víc, než si řada lidí myslí nebo uvědomuje. Ale zkrátka to tak je. Pak se lidé diví, že když jedou padesátkou na třetí rychlostní stupeň, motor běží ve vysokých otáčkách, když pak přeřadí na vyšší, dostává se motor do otáček, kde je akustický projev hnacího ústrojí často velmi nepříjemný. Odstupňování převodovky je mnohdy přizpůsobeno více jízdnímu cyklu pro homologace než pro běžný provoz. Z pohledu výrobců je však tento postup zcela přirozený a nezbývá než s ním souhlasit.

Samotného mě někdy napadá, jaké by to bylo být konstruktérem a technikem před čtyřiceti padesáti lety. Tehdy inženýři skutečně šli více tím přirozeným, technickým směrem vývoje. Aby auta lépe jela, lépe se ovládala, „vylepšovala“ se. Když se ale zamyslíte nad tím, kam vývoj za posledních řekněme dvacet let šel, auta se z uživatelského pohledu zase tak moc nezměnila. Stalo se z nich vcelku spolehlivé spotřební zboží. To je na jedné straně dobře, na druhé ale mizí individuální duch jednotlivých značek a modelů.

Co se u aut dnes nejvíc řeší? Konektivita. Infotainment. Kohokoliv se zeptám, zda v autě chce mít upatlaný dotykový displej, řekne, že ne. Jestli chce hledat v několika úrovních nabídek, když si chce změnit teplotu. Nechce. Proč to tam tedy je? Protože to je levné. A to dnes velkou měrou rozhoduje.

Velkou část vašeho pracovního času zabírá akademický svět. Učíte už nějakých patnáct let. Setkáváte se s nastupující generací, vnímáte u mladých slábnoucí zájem o techniku?

U mých studentů to tak necítím, ostatně sami si technický obor vybrali a zájem o něj mají. Baví je to, mají nastudovanou i historii včetně toho, co se týká různých výrobců a modelových řad. Těchto lidí je pořád zhruba stejně. K tomu se přidávají mladí, které to zajímá z jiných pohnutek – vysoká pravděpodobnost dobrého zaměstnání v oboru kupříkladu. On ten náš obor je velice multidisciplinární: zahrnuje mnohé od různých typů převodů přes termodynamiku či aerodynamiku po elektronické systémy řízení. Člověk si tam to své vždycky najde.

A co odklon od technických oborů obecně? Máme se bát?

Myslím, že to není tak zlé. Naopak spíš vnímám jakýsi návrat k technice, takovou obrodu těchto oborů. Mladí lidé si uvědomují, že nemůžeme být všichni právníci, ekonomové a manažeři. Samozřejmě (s trochou nadsázky) se pak musejí smířit s tím, že tito lidé jim budou šéfovat a jejich práci hodnotit. To už ale odbočujeme do sociologie.

Tak zpět k autům. Co soudíte o autonomní jízdě?

Často se v této souvislosti zmiňuje infrastruktura, s níž budou autonomní vozy komunikovat. Já to teď otočím: často, když jezdím po silnicích Středočeského kraje, říkám si, v jakém století to jsme. Na to jedenadvacáté to totiž nevypadá. Takže: chvíle, kdy budou autonomní auta moci být vpuštěna do provozu na všech komunikacích, je podle mě opravdu ve hvězdách.

Má to jako všechno svá pro a proti. Autonomní jízda nám může pomoci v eliminaci nehod a zmenšování zácp. Významně také ve zvyšování plynulosti dopravy – každý den potkáváte lidi, kteří v obci pro jistotu jedou 35 kilometrů za hodinu a mimo obec po okresce pak sto třicet. A čím dál větší množství lidí se nevěnuje řízení…

No a teď je otázka. Až jednou nastane ta chvíle, kdy lidstvo řekne dobře, už řídit auta nechceme, už nestojíme o tu určitou nezávislost a svobodu, nechceme si to užívat, začneme jezdit roboty. Nebo řekneme naopak, že si nějakou určitou míru zdatnosti chceme zachovat. Pak by se měla začít dělat nějaká osvěta, co musíme a nesmíme v autě dělat. Například telefonování, kde podle mě nepomáhá ani hands-free – ani s ním se na řízení nesoustředíme.

Lidstvo současnosti má tak zoufale málo času, pořád spěcháme. Proč jsme si to tak udělali, nechám na filozofech. Ale proč bychom proboha nemohli mít alespoň trochu toho času sami pro sebe?

Považte i tohle: když dva lidé chtějí, vždycky se na té silnici nějak dohodnou. Dva stroje? Ty se domluvu musí učit a je otázka, jaký algoritmus na to učení tady bude. Ne vždy všechno lze vyřešit striktně pouze podle předem daných pravidel. A takové situace nastávat budou, byť se o tom málo mluví. A může jít o banalitu, třeba když na nerozlišené křižovatce přijedou auta ze všech směrů najednou. Lidé na sebe případně mávnou a je to; ale jak to vyřeší stroje? Ten algoritmus nebude úplně jednoduchý.

Zásadní je i ta zmíněná infrastruktura. Ta je problémem už dnes, například v možnosti využití alternativních paliv. A pro autonomní jízdu bude naprosto klíčová. Lidi nahradí sofistikované soustavy nejrůznějších snímačů, nic víc, nic míň. A ty potřebují nějakou tu čáru na silnici, mít zmapovaný terén. A další věc: jak se budou autonomní vozy vyhýbat případným výmolům na vozovce?

Podle mého by nebylo špatné jít zlatou střední cestou. Jak jsem říkal, je velká skupina lidí, kteří se dnes na řízení téměř nesoustředí. Auta berou jako spotřební zboží. Rozhlédněte se kolem sebe, jakým stylem se poslední dobou někteří lidé naučili jezdit. Až překvapivým způsobem. Přemýšlejí o jízdě, tuší, jaké fyzikální zákony panují a jestli se třeba nedostávají na jejich hranu? Spoléhají slepě na auto nabité asistenčními systémy? Nechybí právě tady ona osvěta?

Vzpomeňme na dobu před sto, ale i padesáti nebo třiceti lety. Napřed byl řidič spíš strojník, o svém autě věděl všechno do posledního šroubku. Ale i naši rodiče svá auta znali, rozuměli jim, chápali je. Dnes už je to jen to spotřební zboží, lidé – a čest výjimkám – svá auta znají jen pramálo. Nevím, jestli je to dobrá cesta.

A ještě jedna poznámka k autonomním vozům: jak to bude s jejich souběžným provozem se starými auty? Půjde o politické rozhodnutí, kdy se „shora“ nařídí „tak a odteď už jen moderní autonomní vozy“? To si neumím představit. A přirozená obměna bude velice pomalá, vždyť například u nás jezdí i třicetiletá auta. Z technického pohledu je samozřejmě daleko snazší mít sto procent autonomních aut. Ale to pak ze dne na den ta stará zakážeme?

Vraťme se k elektrickým pohonům. Je podle vás vodík dobrá cesta?

Z technického pohledu jistě je. Problémem jsou naše omezené možnosti, jak ho vyrobit, opět z hlediska poměru ceny k výkonu. Je nutné ho skladovat v tlakových nádržích nebo zkapalněný, dobře ho tedy izolovat. Takže se zase dostáváme k výrobě a infrastruktuře. Výhodou vodíku je, že se dá vcelku jednoduše a dobře spálit i v téměř „konvenčním“ spalovacím motoru, navíc díky absenci uhlíku je to palivo „čisté“.

Co se týká vodíkových článků, je to podobné: v ideálním světě to funguje moc hezky, v tom našem narážíme na chatrnou infrastrukturu. Přitom poměr výkonu a energie v moderních systémech tohoto typu vychází překvapivě dobře.

Asi hodně půjde o politické rozhodnutí, jestli vodík prosazovat, nebo ne. Přirozenou cestou se to podle mne nestane. Je to podobné jako se stlačeným zemním plynem, který je rovněž velice dobrým a slibným palivem. Ale infrastruktura v požadovaném rozsahu stále není – a to u CNG nejde o posledních pár let.

Kam se bude ubírat zmenšování zdvihového objemu současných motorů? Je vůbec ještě prostor? Například Renault nedávno ohlásil, že většinu svých agregátů přepracuje a zvětší.

Opět musím zmínit, že toto téma je hodně ovlivněné legislativou. Tedy podmínkami, za nichž se předpokládá, že konkrétní technologie bude úspěšně schválena. Měli jsme tu jízdní cyklus, který nebyl nijak zvlášť dynamický, takže byla snaha se mu přizpůsobit a motor adekvátně naladit. A teď máme jízdní cyklus dynamičtější, není v něm ani tolik prostojů, kdy se vůz nepohybuje – což se myslím dotkne například start-stop systému, jsem zvědavý, zda se udrží, nebo zmizí. Jen na okraj, dobrá věc na tomto systému určitě je, můžete si být jistí spolehlivostí startéru. (Smích.)

Ale zpět k otázce. Jelikož tedy v novém cyklu bude motor zase o něco víc zatěžován, není důvod, proč se nevrátit k vyššímu objemu válců. Myslím, že tento trend zanedlouho zřetelně uvidíme. Další věc, se kterou se budeme setkávat, bude snaha upravovat převodové poměry, a to ve snaze dále snížit spotřebu paliva. Bude velmi záležet, jakým způsobem se tento přístup projeví při běžném užívání vozidla v reálném provozu.

S tím souvisí neodbytná otázka: jsme jako lidstvo na konci éry, kdy si užíváme řízení?

Já doufám, že ne. Věřím, že i tady nakonec zvítězí zdravý rozum. Sami víte, že různých mezníků ve vývoji aut byla celá řada. Přecházelo se na vstřikování a říkalo se, kolik bude potíží a poruch. A vždy se to překonalo. Ještě jednou zopakuji úvahu: záleží, jakou cestou se lidstvo vydá. Zda se udělá politické rozhodnutí a ustanoví se autonomní jízda – anebo se energie investuje do jakési osvěty pro lidi, kteří auta používají. Vlastně řidiče znova naučit pořádně řídit, protože poslední dobou to tak trochu zapomínají, zdá se mi.

Na závěr otázka na vaše automobilové srdce. Představte si, že máte relativně neomezený rozpočet. Které auto by vám zvedlo puls a náladu?

Pokud by tato krásná situace někdy nastala, nejvíc by pro mě znamenalo asi Porsche 911 z devadesátých let.

 

, , , ,



Napsat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *

Anti SPAM *

Newsletter přihlášení

Nejzajímavější články z webu ve vašem e-mailu. Nechcete přijít o zajímavé články? Přihlaste se k odběru newsletteru, který vás upozorní na nové články a diskuze na vvautomotive.cz

Buďme v kontaktu

Sledujte SWELL na síti LinkedIn a na Facebooku – buďte v kontaktu s profesionály z oboru. Odebírejte aktuální informace a rozšiřte komunitu odborníků.