Zázračný motor zo Slovenska funguje

Slovensko-americká spoločnosť RTU (Revolutionary Technologeis United), za ktorou stojí známy slovenský výrobca malosériových automobilov Attack Dick Kvetňanský a americký vynálezca a konštruktér Alberto Solaroli, totiž vyvinula a predstavila takzvaný pseudo-adiabatický motor. Ten síce využíva princíp 4-taktného zážihového motora, ale jeho tepelná účinnosť je vraj 65 až 70 percent! To by znamenalo, že efektívna účinnosť tohto motora by bola viac ako 55 %. Len pre porovnanie, najmodernejšie zážihové motory dosahujú efektívnu účinnosť 25 % – 30 %. Všetku ostatnú tepelnú energiu „premenia“ na zbytočné odpadové teplo.

Namiesto tepla tlak

Ide o revolúciu? Podľa Jána Lešinského, experta na spaľovacie motory zo Slovenskej technickej univerzity, v podstate nie. „Princípy, na ktorých motor pracuje, sú známe už desaťročia, tím RTU je však pravdepodobne prvým, ktorý ich úspešne implantoval do jedného motora.“ O tom, že funguje, však niet pochybností. „Do skúšobne som prišiel po dlhom rozhovore s autormi projektu. A musím povedať, že som bol skeptický. To čo som však videl, považujem za jedinečný technický výsledok.“

Experimentálny motor vychádza z preplňovaného 5-valca 2.5 TFSI z kupé Audi TTRS (250 kW). Má však úplne nový sací a výfukový systém, priame vstrekovanie zmenené na vstrekovanie do plniaceho traktu, špeciálne piesty aj piestne krúžky a snaží sa dosiahnuť takzvaný adiabatický spaľovací dej. Je to pracovný obeh, pri ktorom nedochádza k výmene tepla medzi plynom, v našom prípade zapálenou expandujúcou zmesou a okolím, teda samotným sapľovacím priestorom. To znamená, že energiu rozpínajúcej zmesi premení motor na prácu (tlakovú energiu) a nie na teplo.

Aby to bolo možné dosiahnuť, motor pracuje s extrémne chudobnou zvírenou zmesou (Lambda 1,2 – o 20 percent viac vzduchu) a na turbomotor skutočne extrémnym kompresným pomerom (14,0 : 1). „Studený proces“ sa začína už pri saní, kde motor využíva turbodúchadlo ani nie tak za účelom dostať do spaľovacieho priestoru čo najviac vzduchu pod vysokým tlakom, ale ako kompresor chladiaceho systému založenom na princípe Venturiho trubice. V saní sa tak vstupujúci vzduch schladí až na –20 oC. Zjednodušene povedané, v saní prebieha efekt sódovej bombičky, ktorá sa po vypustení do fľaše prudko ochladí. Keďže zmes je podstatne studenšia ako okolie a je veľmi chudobná na palivo, motor dokáže aj napriek vysokému kompresnému pomeru odolávať nežiaducemu detonačnému horeniu. Teda neželanému samovznieteniu, ktoré vzniká kritickým zahriatím stlačenej zmesi ešte predtým, než preskočí iskra. Z tohoto dôvodu nebýva pri bežných benzínových motoroch kompresný pomer vyšší ako 11:1 (výnimkou je len motor mazda Skyactive-G).

Foto: RTU

RTU engine RTU engine

Keďže k zapáleniu zmesi prichádza vo veľmi malom priestore a pri silnej turbulencii zmesi, je samotné horenie také rýchle, že pri chemickej reakcii, ľudovo povedané, nestihne uniknúť teplo. Tak sa väčšina energie premení na tlakovú energiu tlačiacu na piest. Do výfuku uniká len toľko tepla, koľko je potrebné na prácu turbodúchadla. Teplota výfukových plynov je len okolo 400 oC. V bežnom motore je to približne 1 500. „Je to neuveriteľné, ale počas behu motora sa môžete dotknúť jeho turbodúchadla bez rizika popálenia. Na saní sa dokonca vytvára námraza,“ hovorí Kvetňanský.

Výkon bez emisií

Motor preto prakticky nepotrebuje chladiacu sústavu. Chladiaca kvapalina tu síce je, ale nie na účel chladenia a odvodu prebytočného tepla, ale len na udržiavanie rovnomernej teploty bloku. Zahrieva sa na teplotu len približne 13 °C, kým pri bežných motoroch je to 90 stupňov.

Takýto motor nepotrebuje dokonca ani katalyzátor. Nie je to „bluf“. Pri „studenej expanzii“ dochádza totiž k reakcii, kde zmes zhorí na čisté CO2 a vodu. Molekuly uhlíka a vodíka sa jednoducho definitívne zlúčia s kyslíkom. Tým, že teplota ďalej nerastie, nedostanú šancu k ďalším reakciám, ktorých výsledkom je pri bežných motoroch opäť vznik tepla a škodlivých emisií.

A výsledok? Stredný efektívny tlak motora je až 46,1 baru, čo je viac ako dvojnásobok originálneho agregátu Audi 2.5 TFSI . Tomu zodpovedajú priam zázračné parametre. Na skúšobnej motorovej brzde namerali motoru výkon 598 kW (814 k) a 1 000 Nm krútiaceho momentu. To je nárast výkonu o 320 a krútiaceho momentu o 260 percent. A k tomu všetkému mal motor prakticky nemerateľné emisie.

Neuveriteľná účinnosť znamená nielen výkon, ale aj podstatne nižšiu spotrebu. Autori projektu tvrdia, že ak by tento motor, inak postavený pre športové účely, zabudovali do bežného auta, spotreboval by na 100 km len okolo piatich litrov benzínu. Ľahko si predstaviť, o čo nižšia by bola spotreba, ak by išlo o verziu s výkonom zodpovedajúcim potrebám hromadne vyrábaných áut. Napríklad 100 kW.

Autori sa neboja ani nízkej životnosti. Keďže motor pracuje s extrémne vysokými tlakmi, je vybavený špeciálnymi piestnymi krúžkami. Zloženie materiálu je tajné, ale vraj sú také pružné, že si ich dokážete omotať okolo prsta. Tak či tak tvrdia, že najväčšou príčinou opotrebovania je pre bežný motor vysoká teplota a nie tlak či trenie. Tu by mal teda pseudo-adiabatický motor veľkú výhodu.

Zatiaľ len na okruhy

Experimentálny motor čaká ešte množstvo skúšok. Premiéru by mal mať podľa Kvetňanského v roku 2014 na niektorých vytrvalostných pretekoch. „Motor je chránený patentom, ktorý obsahuje približne pätnásť špecifických technických riešení. Pre správnu činnosť sú všetky nevyhnutné.“ O motore tiež prezradil, že je veľmi citlivý na nastavenie, najmä na tlaky a teploty v sacom a vo výfukovom systéme. Ak sa nejaký z množstva parametrov zmení, celý efekt sa stratí.“ Ján Lešinský z Katedry spaľovacích motorov a lodí STU si preto myslí, že tím čaká ešte veľa práce. „Domnievam sa, že takýto motor pracuje veľmi dobre pri vysokom zaťažení. To je ideálne pre športové účely, ale pre hromadné použitie budeme potrebovať motor, ktorý bude schopný spoľahlivej a efektívnej prevádzky aj v oblasti nízkeho a stredného zaťaženia.“