Čistá koncepce

PETR TOMEK  |  
Ondřej Vysoký

O novém druhu spalovacího motoru, ale i o tom, jaké vlastně budou automobily budoucnosti, jsme si povídali s doc. ing. Ondřejem Vysokým, CSc. Před několika lety začal na katedře řídicí techniky FEL pražské ČVUT vznikat lineární spalovací motor. Dnes už po mnoha testech skutečně funguje, přesto je od tohoto prvního funkčního exempláře ke skutečnému využití ještě dlouhá cesta.

Proč vás tak zaujala myšlenka lineárního spalovacího motoru?

Chtěli jsme vytvořit jednoduchý stroj, který by chemickou energii paliva přímo převedl na elektrickou energii s využitím známých termodynamických principů. Současně jsme chtěli, aby takový stroj měl co nejméně mechanických součástí a měl i malou hmotnost. A z toho vychází myšlenka, že přímočarý pohyb pístu spalovacího motoru není pro výrobu elektrické energie třeba měnit na pohyb rotační za předpokladu použití lineárního elektrického generátoru.

Jak to ve skutečnosti vypadá?

Pohyblivá část je složená ze dvou pístů, které jsou spojené proti sobě pístnicí nesoucí zároveň pohyblivou část lineárního elektromotoru či generátoru. Protože ta elektrická část funguje buď jako motor, když se celý systém startuje, nebo jako generátor, když to potom pracuje. Aby mohl takový systém fungovat, musí být vybavený složitým řídicím systémem, který zaručuje přesné parametry pohybu pístové skupiny vůči nepohyblivému šasi. Výhody jsou v tom, že můžeme pouhým softwarovým příkazem definovat kompresní poměr. Nebo když se po explozi ve válci kinetická energie začíná pohybovat pohyblivou částí, můžeme účinným elektrickým brzděním změnit účinnostní parametry stroje. To jsou klady toho motoru, které v nás vyvolávají euforii.

To si ale říká o to, abyste řekl také ty zápory…

Byli jsme přesvědčeni, že získáme větší výkon na kilogram paliva, a to z toho důvodu, že odpadly všechny setrvačníky, kliková hřídel, samostatná skříň pro motor a pro generátor. Jenže se ukázalo, že hustota výkonu není tak velká, a to z toho důvodu, že nedosahujeme nijak převratných pístových rychlostí. Zatím dosahujeme zhruba třetinové pístové rychlosti oproti klasickému motoru.

Jak jste si představovali využití?

Začnu trochu zeširoka. Podívejte, když udělali koncem osmnáctého století Watt a Newcomen svoje parní stroje, tak to bylo něco tak nádherného, že celé devatenácté století nikomu z obecenstva nevadilo, že se 95 % energie vyfouká pánubohu do oken. Ale ve dvacátém století už byly znalosti termodynamiky takové, že těch pět až sedm procent účinnosti začalo být málo. A po celé 20. století byl fenoménem termodynamický oběh spalovacího motoru, což bylo 25 až 30 % účinnosti. A já mám takový dojem, že se historie opakuje. Určitě je na spadnutí myšlenka, že by se měl termodynamický proces nějak zmodernizovat. A teď mi řekněte jak?! U systémů s nezávislou trakcí, jako je doprava, samozřejmě není problém vyrobit něco v laboratořích, ale dát to k používání technické veřejnosti, to možná bude ještě 10 nebo 20 let trvat. Člověka napadá vodíkové hospodářství…

Přiznám se, že na vodík příliš nevěřím.

Já také ne, protože vodík neřeší základní věc, a tou je vypouštění CO2 do ovzduší. V tuto chvíli se 90 % výroby vodíku dělá petrochemickými metodami. Vzniká čistý vodík a CO2, který se spotřebuje nebo vypustí, ale v podstatě při výrobě vodíku CO2 většinou opět vzniká. Ale i kdyby se to vyřešilo, je to stále hudba daleké budoucnosti. Já nevěřím tomu, že by to byla nějaká převratná věc, protože vodík je v podstatě umělé palivo, které se v takovém stavu nikde v přírodě nevyskytuje. Takže uhlovodíková paliva budou asi ještě nějaký čas mít v energetice svoje místo.

Takže jak jste to vymysleli?

Naše futurologická představa byla systémově čistá konstrukce auta. To už není auto, jak ho známe teď, kde je motorová skupina pevně spojena s hřídelemi a s nápravou, ale je to energetický systém, který se elektronicky řídí, a výsledek se potom přenáší na kola podle ovládací aplikace. A to všechno může být v podvozku. Čili všechny pedály a takové věci jsou vlastně fly-by-wire jako v letadle. Když se dnes podíváte například na mechanickou koncepci Toyoty Prius, uvidíte nesmírně komplikovanou převodovku, systém spojek atd. Proti ní je tu naše čistá koncepce, která rezignuje na menší celkovou účinnost přenosu z důvodu několika energetických přeměn, ale díky systémové čistotě může statisticky dosáhnout stejných úspor. Přitom by takový vůz mohl být zároveň výrobně levnější. Kromě úspor daných používáním motorgenerátoru systémem on-off může také počítat s trasou, po které auto jede ve spolupráci například s GPS napojeným na řídicí systém auta. Takže když to auto čeká na trase nějaký kopec, může prediktivně řídit energetický systém tak, aby nashromáždil více energie do dočasného elektrického zdroje. A naopak před cestou z kopce může počítat s dobíjením rekuperací a nespouštět zdroj. To všechno v souhrnu může dohromady udělat z auta nové generace přitažlivý vůz, který by měl minimální spotřebu.


Ondřej Vysoký
Absolvent Fakulty elektrotechnické ČVUT v Praze, obor technická kybernetika (1967). Pracuje na katedře řídicí techniky FEL ČVUT. Zabývá se problematikou řízení spalovacích motorů, je autorem 3 patentů, navrhl několik generací mikroprocesorových řídicích jednotek pro motory Tatra 613 a jednotky pro plynové motory městských autobusů. V současné době se zabývá řízením motorů s volnými písty a přednáší o aplikované elektronice.

Nejčtenější