ŠKODA AUTO VYSOKÁ ŠKOLA, O.P.S. B A K A L Á Ř S K Á P R Á C E Matyáš Heuer

Transkript

1 ŠKODA AUTO VYSOKÁ ŠKOLA, O.P.S. B A K A L Á Ř S K Á P R Á C E 2014 Matyáš Heuer

2 ŠKODA AUTO VYSOKÁ ŠKOLA, O.P.S. Studijní program: B6208 Ekonomika a management Studijní obor: 6208R088 Podniková ekonomika a management provozu VLIV DOWNSIZINGU NA ZÁKLADNÍ PARAMETRY OSOBNÍHO AUTOMOBILU Matyáš HEUER Vedoucí práce: Ing. Josef Bradáč, Ph.D. 2

3 Tento list vyjměte a nahraďte zadáním bakalářské práce

4 Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci vypracoval samostatně s použitím uvedené literatury pod odborným vedením vedoucího práce. Prohlašuji, že citace použitých pramenů je úplná a v práci jsem neporušil autorská práva (ve smyslu zákona č. 121/2000 Sb., o právu autorském a o právech souvisejících s právem autorským). V Mladé Boleslavi dne

5 Děkuji Ing. Josefovi Bradáčovi, Ph.D. za odborné vedení bakalářské práce, poskytování rad a obsahovou korekturu. 4

6 Obsah Úvod Evropské normy a předpisy týkající se emisí automobilových agregátů Historie a vývoj emisních norem Evropské emisní normy Možnosti zvyšování palivové účinnosti automobilových agregátů s ohledem na snížení emisí Dodávka paliva Přeplňování Chlazení stlačeného vzduchu Downsizing a možnosti jeho využití u osobních automobilů Analýza technicko-ekonomických parametrů vybraných automobilů Porovnání vybraných modelů Výsledné zhodnocení Závěr Seznam literatury

7 Seznam použitých zkratek a symbolů ACT BMT CO CO2 EGR EHK EOBD EMP2 EU EUDC HC IAD (active cylindre technology) aktivní vypínání válců (bluemotion technology) úsporná opatření automobilky Volkswagen oxid uhelnatý oxid uhličitý (exhaust gas recirculation) recirkulace výfukových plynů Evropská hospodářská komise (european on board diagnosis) evropská palubní diagnostika (efficient modular platform) efektivní modulární platforma skupiny PSA (Peugeot, Citroën) Evropská Unie (extra urban driving cycle) mimoměstská část cyklu nespálené uhlovodíky Individuální automobilová doprava MQB (Modularer Querbaukasten) modulární platforma skupiny Volkswagen NEDC NMHC NOX PM SCR STK THC TSI UDC USA (new european driving cycle) nový evropský jízdní cyklus pro homologaci vozidel do 3,5t (non-methane hydrocarbons) nemetanové uhlovodíky oxidy dusíku pevné částice selektivní katalytická redukce stanice technické kontroly (total hydrocarbon) celková produkce uhlovodíků Turbocharged Stratified Injection (urban driving cycle) městská část cyklu Spojené Státy Americké 6

8 Úvod Stále přísnější emisní normy na produkci nežádoucích spalin osobními automobily nutí výrobce upravovat konstrukce automobilů tak, aby limitním požadavkům vyhověly. Jedním ze způsobů, jak dosáhnout emisních hodnot požadovaných vydavatelem emisních norem, je aplikace downsizingu v konstrukci nových automobilů. U výrobců automobilů je to nejčastější způsob používaný pro dosažení velice náročných požadavků na množství produkovaných emisních látek. Toto řešení je technicky náročné a mnohdy také rozporované pro velké rozdíly mezi udávanou a reálnou spotřebou automobilů s downsizingovanými motory. Bakalářská práce se proto zabývá problematikou downsizingu zážehových spalovacích motorů u osobních automobilů. Práce je zaměřena na důvody vzniku downsizingu, výhody a nevýhody jeho použití, vlastnosti downsizingových motorů a způsoby měření spotřeby a produkce emisí. Dále popisuje technická pomocná zařízení používaná společně s downsizingem ke zvýšení účinnosti spalovacích motorů. Analytická část práce se zabývá porovnáním čtyř vybraných vozů s downsizingovými motory a jedním vozem s atmosférickým motorem. Bakalářská práce je členěna do šesti kapitol, včetně úvodní a závěrečné kapitoly. První kapitola popisuje historii a vývoj evropských emisních norem a jejich vliv na konstrukci automobilů. Druhá kapitola se věnuje základním prvkům zvyšujícím palivovou účinnost spalovacích motorů, které jsou dnes používány společně s downsizingem k dosažení emisních limitů. Třetí kapitola se zabývá pojmem downsizing. Vysvětluje, co slovo downsizing znamená a poukazuje na jeho výhody a možné problémy s jeho aplikací. V analytické části je porovnáno pět vozů s motory s různým stupněm dowsizingu dle vybraných technických a ekonomických parametrů. V závěru jsou jejich výsledky vyhodnoceny dle přidělených bodů v jednotlivých kategoriích. 7

9 1 Evropské normy a předpisy týkající se emisí automobilových agregátů Při provozu silničních vozidel jsou produkovány nežádoucí emise, které mají negativní vliv na životní prostředí. Mezi produkované emise patří hlavně hluk, elektromagnetické záření, světlo, vibrace, exhalace a pevné částice a jiné nečistoty (First, 2008). Produkci těchto emisí regulují vydané normy a předpisy. Mezi ně patří i emisní normy zabývající se výfukovými plyny. Emisní normy a předpisy jsou jedny z kritérií pro homologaci a provoz vozidel osobní i nákladní přepravy na veřejných komunikacích. Tato pravidla určují množství spalin, které může daný vůz produkovat svým provozem ve výfukových zplodinách uváděných zpravidla v mg/km. V případě, že vůz nesplňuje kritéria normy, která se na něj vztahuje, nemůže být tento vůz provozován na veřejných pozemních komunikacích. U nás se kontrola provádí každé dva roky na stanicích technické kontroly (STK) (Sajdl, 2013). Emisní normy a předpisy mají za úkol regulovat množství výfukových plynů produkovaných silniční dopravou. Požadavky na plnění emisních limitů jsou pro každou kategorii vozidel stanovené velmi přísně, až na hranicích technické, technologické a ekonomické zvládnutelnosti. (Hromádko, a další, 2011) Tím přispívají vysokou měrou k ochraně životního prostředí a zvyšování jeho kvality. Emisní normy jsou rozděleny dle hmotnostních kategorií, v tomto rozdělení se norma různí jak v době účinnosti, tak i v požadovaných limitních hodnotách produkovaných emisních plynů. Je to zapříčiněno rozdílným zatížením motorů. Velký nákladní vůz nikdy nedosáhne spotřeby paliva a množství produkovaných emisí, jaké produkuje malý městský vůz vážící pod jednu tunu. Práce je zaměřena na osobní vozidla, kategorii M1, čili na vozidla určená pro osobní přepravu s celkovou hmotností do kg. (Hromádko, a další, 2011) Součástí těchto předpisů je i definice zkušebních testů ECE 15. Zkušební testy NEDC (New European Driving Cycle) se dělí na UDC (Urban Driving Cycle) a EUDC (Extra Urban Driving Cycle). Pro homologaci silničních vozidel se používá simulace jízdního cyklu na řízeném válcovém dynamometru. Zkouška zahrnuje 4x městský cyklus UDC a 1x mimo-městský cyklus EUDC. Tato měření probíhají 8

10 bezprostředně po sobě a začínají při studeném motoru (20 30 C). Grafické znázornění v závislosti na čase a rychlosti je zobrazeno v obr. 1 (Hromádko, a další, 2011). Zdroj: Spalovací motory. (Hromádko a další 2011) Obr. 1 Průběh zkušebního cyklu NEDC pro homologační měření emisí vozidel do 3,5t 1.1 Historie a vývoj emisních norem Problém s produkcí výfukových plynů společnost provází už od počátku využívání automobilů se spalovacími motory ve větším měřítku. S rostoucím počtem automobilů na silnicích se zvyšovalo i znečištění ovzduší a tento problém bylo potřeba vyřešit. Ideálním řešením se ukázalo být zavedení emisních norem regulujících množství škodlivých látek v produkovaných zplodinách. (Sajdl, 2013) První norma, která se zabývala množstvím výfukových plynů, vznikla v Kalifornii v roce První emisní normou v Evropě byla emisní norma EHK 15, ta vstoupila v platnost v roce Tato norma zaváděla povinnost měřit obsah oxidu uhelnatého (CO), nespálených uhlovodíků (HC) a později přibyly i oxidy dusíku (NOX). Požadavky normy se průběžně měnily a doplňovaly. V roce 1989 vstoupila v platnost nová vyhláška EHK 83, která nahradila dosavadní předpis EHK 15. Předpis definoval tři typy hodnocení. Typ A je určen pro zážehové motory bez dodatečné úpravy spalin, Typ B se používá pro vozidla se zážehovým motorem s katalyzátorem a Typ C specifikuje hodnocení vozidel se vznětovými 9

11 motory. EHK 83 prošla do roku 1992 několika úpravami, zejména zpřísněním emisních limitních hodnot. Norma EHK 83 se stala základem nových přicházejících emisních norem Evropské unie, známé pod názvem Euro. Jako první Evropská emisní norma vznikla norma Euro 1. Poté následovaly další emisní normy s označením Euro s číslem emisní revize, jejichž rozdělení následnost a doba trvání jsou patrné z obr. 2 (Hromádko, a další, 2011). Čím vyšší byla číslice, tím byla norma novější a přísnější. To mělo za následek vznik mnoha nových konstrukčních řešení na redukci výfukových plynů, které byly automobilky nuceny aplikovat na své vozy. Patří mezi ně například katalyzátor, rekuperace výfukových plynů (EGR), selektivní katalyzátor SCR nebo filtr pevných částic. V současné době existuje několik emisních norem, které jsou účinné v různých částech světa. Liší se nejen svými požadavky, ale i způsobem měření a ověřování škodlivosti produkovaných výfukových plynů. V Americe je to například norma EPA, v Brazílii OBDB a v Číně CN5 (Delphi, 2014). Všechna vozidla, která chtějí výrobci na daném trhu prodávat, musí splňovat emisní normy požadované tamní vládou. Emisní normy se různí a díky tomu můžeme v různých částech světa najít u jedné automobilky naprosto odlišné modely s rozdílnými motory. EHK 15 EHK 83 Euro 1 Euro 2 Euro 3 Euro 4 Euro 5 Euro 6 Zdroj: Delphi - Worldwide Emissions Standards Obr. 2 Časová osa vývoje Evropských emisních norem 1.2 Evropské emisní normy Evropské emisní normy musí splňovat všechna vozidla, která jsou prodávána zákazníkům na trzích Evropské unie (EU) a dalších trzích, které je převzaly. 10

12 Množství emisních výfukových plynů [t] Množství produkovaných PM [t] Evropskou emisní normu vydává EU a je závazná pro všechny členské státy. Aktualizace Euro normy na redukci výfukových plynů probíhá minimálně každé čtyři roky. Nejdříve je platná pouze pro nově vyvinuté modely a o rok později se stane platná pro všechny modely, které se prodávají v zemích EU. Cílem Evropských emisních norem je omezit znečištění, které vytvářejí silniční vozidla. Zavádí také opatření zjednodušující přístup k informacím o opravách a údržbě vozidla. Nařízení se týká vozidel, jejichž referenční hmotnost nepřesahuje 2610 kg a jsou vybavena vznětovým nebo zážehovým motorem. Nařízení limituje produkci zejména těchto látek: oxidu uhelnatého (CO), uhlovodíků (HC), oxidů dusíku (NOX) a pevných částic (PM). Normy zahrnují výfukové emise, emise způsobené vypařováním a emise produkované klikovou skříní. Kromě dodržení maximálních hodnot při homologaci vozidel uvedených emisních látek musí výrobci zajistit životnost zařízení, která regulují znečištění na celkovou ujetou vzdálenost km. Kontrola plnění shodnosti podmínek musí být provedena během 5 let nebo po ujetí km (Europa, 2013). Vliv zavedení Euro norem v ČR na produkci emisí v individuální automobilové dopravě, lze vidět v obr. 3. Hodnoty ukazují celkovou produkci v individuální automobilové dopravě v uvedených letech CO NOX HC PM Zdroj: Studie o vývoji dopravy z hlediska životního prostředí v České republice za rok 2011 Obr. 3 Vývoj produkce emisí regulovaných normami Euro individuální automobilovou dopravou v ČR. 11

13 Pro automobilky jsou tyto normy technickou a finanční komplikací, protože musí podle těchto požadavků průběžně upravovat a přizpůsobovat konstrukci motorů i ostatních částí automobilů u všech svých modelů. K úspěšnému splnění Evropských emisních norem automobilům nejvíce pomáhají prvky aplikované v motorech a na výfukových systémech. To má za následek zvýšení cen vozů (Rojík, 2014). Chce-li automobilka zůstat konkurence schopná, musí investice do snižování spalin ušetřit někde jinde, anebo sdílet svou technologii s jinými výrobci a tím rozdělit vývojové náklady mezi více vyrobených vozů. Následkem je sdílení technologií automobilek při vývoji automobilů, které prvky redukující nežádoucí emise zlevňují. Výsledkem takové sdílení je vznik automobilových koncernů, jako jsou Volkswagen Group, Fiat-Chrysler Group, TPCA a Renault Nissan. Jako první z řady Evropských emisních norem Euro vznikla norma Euro 1, která přišla v platnost v červenci 1992 pro nové modely a v lednu 1993 pro všechny vyráběné vozy. Tato norma limitovala u vznětových i zážehových motorů vypouštěné zplodiny na 0,97 g/km HC+NOX, 2,72 g/km CO a 140 mg/km PM u vznětových motorů. Životnost zařízení regulujících znečištění byla stanovena na km (Delphi, 2014). Norma Euro 2 přišla pro nové modely v platnost v lednu 1996 a pro všechna ostatní vyráběná vozidla v lednu Požadavky na maximální produkci škodlivých látek ve výfukových plynech byly zpřísněny u benzínových motorů na 0,50 g/km HC+NOX, 2,20 g/km CO a u naftových na 0,70 g/km HC+NOX, 1,00 g/km CO a 80 mg/km PM. V této normě se poprvé setkáváme s rozdílnými limity emisních plynů pro vznětové a zážehové motory (Delphi, 2014). V lednu 2000, respektive v lednu 2001 vešla v platnost norma Euro 3. V normě Euro 3 se začalo poprvé kontrolovat množství samotných uhlovodíků pro benzínové motory a samotných oxidů dusíku pro benzínové i dieselové motory. Zároveň se přestalo měřit společné množství uhlovodíků a oxidů dusíku u benzínových motorů. Dalším významným požadavkem je zavedení EOBD (European On Board Diagnosis) ve všech vozech prodávaných v EU. Euro 3 limitovala benzínové motory na 0,20 g/km HC, 0,15 g/km NOX, 2,30 g/km CO a naftové na 0,50 g/km NOX, 0,56 g/km HC+NOX, 0,64 g/km CO a 50 mg/km. Zároveň byl upraven požadavek na životnost znečištění regulujících zařízení na km nebo 5 let (Delphi, 2014). 12

14 Norma Euro 4 vešla v platnost v lednu 2005 pro nově vydané modely a v lednu 2007 pro všechny aktuálně vyráběné modely. Emisní limity u zážehových motorů byly zpřísněny na 0,10 g/km HC, 0,08 g/km NOX, 1,00 g/km CO a u naftových na 0,25 g/km NOX, 0,30 g/km HC+NOX, 0,50 g/km CO a 25 mg/km PM. Další změnou prošel požadavek na životnost zařízení regulujících produkované emise, který byl prodloužen z km na km nebo 5 let (Delphi, 2014). Emisní norma Euro 5 je zlomovou emisní normou evropské unie. Norma postihuje hlavně dieselové motory, jejichž limity se začínají přibližovat těm benzínovým. V USA rozdíly mezi benzínovými a naftovými motory nejsou zohledňovány vůbec. Na vině je i rozdělení trhu. V Americe tvoří naftové motory pouze 5%, v Evropě je to okolo 50%. Srovnávání emisních požadavků má největší vliv na obsah pevných částic, který je snížen na pětinu dosavadního stavu u obou typů motorů. Následkem je nasazování tolik diskutovaných a poměrně drahých PM mikrofiltrů. Norma vešla v platnost pro nově vyráběné modely v září Starší modely s dobíhající výrobou tato změna postihla až v roce 2011 (Cerman, 2008). Norma je rozdělena na dvě části Euro 5a a Euro 5b lišící se dobou platnosti a požadavkem na limit PM. Nově se měří obsah pevných částic i u benzínových motorů. Emisní limity byly stanoveny u benzínových motorů na 100 mg/km THC, 68 mg/km NMHC, 60 g/km NOX, mg/km CO, 5 mg/km PM (4,5 mg/km PM v Euro 5b) a u naftových motorů na 180 mg/km NOX, 230 mg/km HC+NOX, 500 mg/km CO a 5 mg/km PM (4,5 mg/km PM v Euro 5b) (Delphi, 2014). Zatím poslední vydaná evropská emisní norma je Euro 6. Pro nově vyvinuté modely vešla v platnost v září 2014, a pro všechny ostatní vyráběné modely bude závazná od září Emisní norma navazuje na předchozí normu Euro 5. Limity normy Euro 6 mají největší dopad na emise oxidů dusíku u naftových motorů, které mají být sníženy o více než 50% v porovnání s předchozí normou (Rojík, 2014). Požadavky na benzínové motory byly zpřísněny pouze z pohledu pevných částic. Emisní limity u normy Euro 6 požadují 100 mg/km THC, 68 mg/km NMHC, 60 g/km NOX, mg/km CO, 4,5 mg/km PM u benzínových motorů a 80 mg/km NOX, 170 mg/km HC+NOX, 500 mg/km CO a 4,5 mg/km PM u naftových motorů (Delphi, 2014). Přehled všech požadovaných hodnot norem Euro 1 6 je sepsán v tab

15 Tab. 1 Přehled emisních limitů v normách Euro 1-6 pro spalovací motory osobních vozidel Složka emisí THC [mg/km] NMHC [mg/km] HC [mg/km] NOX [mg/km] HC+NOX [mg/km] CO [mg/km] PM [mg/km] Typ motoru Euro 1 Euro 2 Euro 3 Euro 4 Euro 5a (5b) Euro 6b/6c Benzín Nafta Benzín Nafta Benzín Nafta Benzín Nafta Benzín Nafta Benzín Nafta Benzín ,0 (4,5) 4,5 Nafta ,0 (4,5) 4,5 Zdroj: Delphi - Worldwide Emissions Standards Evropské emisní normy Euro nesledují dnes tolik zmiňované emise oxidu uhličitého (CO2) nazývaného také jako skleníkový plyn. Pravidla na produkci CO2 vydává Evropský parlament separátně. Poslední úprava požadavků byla schválena s cílem snížit emise CO2 na 95 g/km od roku 2020, což představuje každoroční úsporu 50 milionů tun emisí CO2 produkovaných silniční dopravou (BusinessInfo.cz, 2014). Limitní hodnota produkovaného množství CO2 je počítána jako průměr z palety vyrobených vozů automobilkou během jednoho roku. Za nesplnění požadavků budou automobilky platit pokutu za každý prodaný vůz v závislosti na množství překročených emisí. Požadavek na omezení produkce CO2 nutí výrobce automobilů k dalším inovacím a rozšiřováním své modelové palety o vozy na alternativní paliva jako je CNG, hybridní vozy s kombinací spalovacích motorů a elektromotorů a elektromobilů, které mají množství celkově produkovaného plynu CO2 snížit. Vývoj produkce CO2 14

16 Množství produkce CO2 IAD [t] individuální automobilovou dopravou v ČR v letech můžete vidět na obr Zdroj: Studie o vývoji dopravy z hlediska životního prostředí v České republice za rok 2011 Obr. 4 Vývoj produkce CO2 individuální automobilovou dopravou v ČR. Emisní požadavky Evropské unie postupně mění celkovou konstrukci osobních automobilů. Změna se netýká pouze systémů souvisejících se spalováním paliva a výfukových systémů, ale i podvozku, pneumatik a tvaru karoserie. Tyto prvky pomáhají snížit jízdní odpory ovlivňující spotřebu paliva, se kterou souvisí množství emisí přímou úměrou. Design nově vyvíjených automobilů je pečlivě odzkoušený v aerodynamických tunelech. A celková konstrukce automobilu prochází hmotnostní optimalizací, ke které jí pomáhá používání nových materiálů a výrobních technologií. Nejčastěji se ke snížení produkovaných emisí používají technologie zvyšující palivovou účinnost motorů, proto se následující část práce na uvedené technologie blíže zaměří. 15

17 2 Možnosti zvyšování palivové účinnosti automobilových agregátů s ohledem na snížení emisí. Jednou z cest jak snížit spotřebu a s tím související produkci výfukových emisí je zvýšit palivovou účinnost spalovacích motorů. Palivová účinnost automobilových spalovacích motorů je ovlivněna mnoha faktory. K nim patří hlavně otáčky motoru, zatížení, teplota motoru i jeho okolí, použité materiály, složení palivové směsi a celková konstrukce motoru a souvisejících částí. Je potřeba brát zřetel na mnoho faktorů, které mohou ovlivnit účinnost motoru a ty aplikovat tak, aby bylo zajištěno plnění emisních limitů, konkurenceschopná spotřeba, konstrukční zvládnutelnost a cenová dostupnost vyráběného vozu (Ferenc, 2004). Dříve byly tyto technologie využívány hlavně pro zvýšení výkonu spalovacích motorů, aby byly vozy výkonnější, dynamičtější, rychlejší a požitek z jízdy byl co největší. V dnešní době má zvyšování palivové účinnosti stejnou funkci, ale používá se z úplně jiného důvodu. V zásadě platí, že čím menší má spalovací motor objem, tím menší je jeho hmotnost, spotřeba a tím pádem i nižší produkce výfukových emisí. Proto jsou automobilky nuceny snižovat objem nových motorů při jejich konstrukci. Hmotnost vozů se daří snížit pomaleji a požadavky zákazníků na výkon vozů jsou stále vyšší. Tím pádem musí motory vyprodukovat stejný, ne-li větší, výkon ze stále menšího objemu. A k tomu jsou používány pokročilé technologie zvyšující jejich palivovou účinnost. Nejpoužívanějšími technickými prvky používanými v moderních motorech se budu zabývat detailněji v následujících kapitolách. 2.1 Dodávka paliva Podmínkou efektivního a plynulého chodu motoru je vytvoření správné směsi vzduchu a paliva a jeho následná distribuce do válců motoru ve správný čas a správném množství. U lehce odpařitelných paliv jako je benzín a alkoholy se palivová směs dodává do válců pomocí karburátorů, vstřikováním paliva do sacího potrubí nebo vstřikováním paliva přímo do válce motoru. Vstřikování paliva Vstřikování paliva je dnes v konstrukci motorů naprostou samozřejmostí. Tento systém dopravování palivových směsí do válců spalovacích motorů byl převzat 16

18 z leteckých motorů, kde byl používán vstřikovací systém firmy Bosch již v roce Následkem bylo, že doposud používané karburátory byly postupně vytlačovány systémem vstřikování paliva do sacího potrubí. Díky vstřikování klesla u automobilů spotřeba o 20 % a výkon se zvýšil rovněž o 20 %. Tato technologie byla neustále zdokonalována. V roce 2000 vyvinula firma Bosch systém přímého vstřikování paliva do válců, které je převážně používáno v dnešních motorech. V dnešní době lze vstřikování paliva rozdělit podle několika kritérií: Podle způsobu dávkováni paliva: Pulsní vstřik regulace dávky je prováděna dobou vstřiku. Vstřikovací ventil odměří potřebné množství paliva jedním nebo dvěma vstřiky na každý pracovní cyklus. Sekvenční vstřik vstřikovací impulsy jsou řízeny frekvencí zapalovacích impulsů. Vstřik se provádí před sací ventil jednotlivých válců. Kontinuální vstřik palivo je dodáváno do sacího systému nepřetržitě. Regulace dávky probíhá změnou tlaku nebo regulací průřezu dávkovacího zařízení. Jednobodý (centrální vstřik) palivo je dávkováno do sacího potrubí společného pro všechny válce motoru. Vícebodý vstřik Jednotlivé válce mají vlastní vstřikovací ventily. Dávka paliva se odměřuje před sací ventil nebo přímo do válce. Podle způsobu uspořádání regulačního obvodu: Otevřený Směšovací poměr je nastavován elektronickou řídící jednotkou podle okamžitého režimu otáček a zatížení Uzavřený Používá se regulační obvod s třícestným katalyzátorem a lambda sondou, která vyhodnocuje poměr směsi dle obsahu škodlivin ve výfukových plynech. Podle způsobu dopravy paliva do spalovacího prostoru: Přímý vstřik Vstřik do sacího kanálu (nepřímé vstřikování) 17

19 Vstřik do sacího potrubí (nepřímé vstřikování) V dnešní době je vstřikování paliva standardem, bez kterého se neobejde žádný moderní motor. Motory s karburátorem dnes můžeme najít snad už jen v několika motocyklech a veteránech (Hromádko, a další, 2011). 2.2 Přeplňování Zvýšit výkon spalovacího motoru lze v zásadě třemi způsoby. Zvýšení objemu a otáček motoru mají nepřekonatelná konstrukční omezení a z důvodu snižování produkovaných emisí jsou nežádoucí. Jeden z nejpoužívanějších prvků pro zvýšení výkonu (účinnosti) spalovacího motoru je jeho přeplňování. (Beroun, a další, 2001) Úkolem přeplňování je dostat do pracovního prostoru válce motoru palivovou směs přetlakem, který vytváří přídavné zařízení. Tímto procesem se do válce dostane směs s větší hmotností se zachováním jejího objemu. V dnešní době existuje mnoho typů přeplňování. Práce se bude zabývat těmi nejpoužívanějšími v osobních automobilech, dynamickým přeplňováním, přeplňováním turbodmychadlem a mechanickým přeplňováním (Ferenc, 2004). Dále je možné rozdělit přeplňování spalovacích motorů dle velikosti plnícího tlaku: Nízkotlaké jsou schopny zvýšit výkon až o 30% se součinitelem stlačení plnícího vzduchu do 1,5. U středotlakých je součinitel stlačení plnícího vzduchu mezi 1,6 2 a umožňují zvýšení výkonu až o 50%. Vysokotlaké jsou schopny vyvinout součinitel plnícího vzduchu 2,1 3,5, čímž je možné navýšit výkon až o 100%. Největší součinitel stlačení plnícího vzduchu se pohybuje u zvláště vysokotlakého přeplňování mezi 3,6 6. Tím lze výkon motoru navýšit až o 400% (Hromádko, a další, 2011). 18

20 Dynamické přeplňování Dynamické plnění motoru je vyvoláno v jeho sacím systému rezonančními jevy nasávaného vzduchu. Přeplnění zajišťují přetlakové vlny v sacím potrubí motoru, které jsou vyvolány podtlakovou vlnou způsobenou sacím pohybem pístu ve válci motoru. Vzniklá tlaková vlna se šíří sacím potrubím proti proudu vstupující náplně rychlostí zvuku. Na volném konci potrubí se vlna odrazí a postupuje zpět k sacímu ventilu. Objevení vlny na vstupu do válce ve správný okamžik tak, aby zvýšila hmotnostní naplnění čerstvou směsí, docílíme vhodnou délkou sacího potrubí. Rychlost šíření podtlakové vlny nelze měnit a proto je potřeba, pro maximální využití dynamického přeplňování, použít proměnlivou délku sacího potrubí. Z praktického hlediska je nejčastější dvoustupňová změna délky sacího potrubí. Dlouhá délka je optimální pro nízké otáčky motoru a krátká pro vysoké viz obr. 5 (Hromádko, a další, 2011). Zdroj: Spalovací motory. (Hromádko a další 2011) Obr. 5 Dvoustupňové rezonanční sací potrubí Turbodmychadlo Průkopníkem v používání turbodmychadla v běžných osobních automobilech je automobilka Saab. V běžném voze bylo turbodmychadlo poprvé použito v modelu 99 Turbo vyráběném na přelomu 70. a 80. let 20. století. (Remek, 2012). V dnešní době je přeplňováni turbodmychadlem nejčastějším způsobem přeplňování spalovacích motorů. Tento způsob má v porovnání s mechanickým přeplňováním dvě hlavní přednosti, nižší spotřebu paliva a tedy i vyšší ekonomičnost provozu, jednodušší konstrukci a menší zástavbové rozměry. Nevýhodou jeho aplikace je 19

21 vznik tzv. turboefektu, zpožděné reakce motoru na změnu polohy plynového pedálu (Hromádko, a další, 2011). Názornou ukázkou přínosu aplikace turbodmychadla je motor MPI vyvinutý automobilkou FIAT, aplikovaný například do modelu Bravo, který se prodával ve třech výkonových verzích s aplikací dvou různých turbodmychadel od roku 2007 až do Základní atmosférická verze disponovala výkonem 66 kw, točivým momentem 128 Nm a s uváděnou spotřebou 6,7 l / 100 km v kombinovaném cyklu. První přeplňovaná verze má výkon 88 kw a točivý moment 206 Nm se zachováním spotřeby atmosférické verze. Vrcholná verze vyprodukovala 110 kw a 206 Nm se spotřebou 7,1 l / 100 km v kombinovaném cyklu. V tomto případě FIAT vyrobil tři motory s různými výkony a podobnou spotřebou pouze aplikací dvou různě výkonných turbodmychadel. I vývoj těchto motorů je jednodušší, než tří různých motorů s rozdílným objemem nebo konstrukcí. Bez použití tohoto zařízení by se jinak musel navýšit objem, což by mělo za následek zvýšení váhy a spotřeby paliva. Zdroj: Spalovací motory. (Hromádko a další 2011) Obr. 6 Princip činnosti turbodmychadla. Princip činnosti turbodmychadla je patrný z obr. 6. Výfukové plyny opouštějící spalovací prostor roztáčejí svými dynamickými účinky lopatky turbíny. Na stejném hřídeli jsou umístěny i lopatky kompresoru, které jsou pomocí hřídele roztočeny a tím pumpují vzduch do spalovacího prostoru. Turbodmychadlo je díky tomu v podstatě samoregulovatelné. S rostoucím zatížením motoru roste průtok spalin do turbíny a tím se zvyšuje i množství stlačeného vzduchu v sání motoru. Z hlediska nízké spotřeby paliva je žádoucí, aby motor pracoval při nižších otáčkách a proto je potřeba aby turbodmychadlo dodávalo optimální množství vzduchu 20

22 právě v těchto otáčkách. Při rostoucích otáčkách motoru se zvyšuje množství a energie výfukových plynů. Tím se zvyšují otáčky turbodmychadla a roste tlak vzduchu za dmychadlem, až do doby, kdy je množství produkovaných spalin příliš velké a v potrubích turbíny určených pouze pro částečné zatížení by došlo ke škrcení motoru. Proto při dosažení určité úrovně tlaku dojde k regulaci pracovního režimu turbíny turbodmychadla. Ta je nejčastěji prováděna pomocí obtokových ventilů, naklápěním lopatek rozváděcího ústrojí turbíny nebo změnou šířky rozváděcího kola turbíny (Hromádko, a další, 2011). V dnešní době se začínají používat také elektrická turbodmychadla a systém vícestupňového přeplňování. Systém vícestupňového přeplňování je založen na práci více turbodmychadel. Používají se 2-3 turbodmychadla, kdy každé pracuje v jiných provozních otáčkách motoru. Malá turba se roztočí v nízkých otáčkách a velká dmychadla dodají potřebný objem ve vyšších otáčkách, kdy mají výfukové plyny dostatečnou energii k jejich roztočení. Přínosem tohoto systému je přeplňování motoru v celém rozsahu jeho pracovních otáček a eliminace turboefektu. Elektrická turbodmychadla nejsou poháněna výfukovými plyny, ale elektromotorem. To vyřeší mnoho problémů s jejich provozem. Zanikne turboefekt, protože se turbo bude točit neustále a ne až když budou mít výfukové plyny dost energie k jeho roztočení. Dále nedojde ke škrcení při nadměrném množství výfukových plynů, takže dmychadlo bude moci pracovat v širším spektru otáček. Sníží se i pracovní teplota turbodmychadla, která je navyšována horkými výfukovými plyny a při náhlém zastavení motoru dochází k zapékání motorového oleje v mazacích kanálech dmychadla a jeho následnému zadření. Na druhou stranu nebude využívána přebytečná energie produkována výfukovými plyny, ale dmychadlo bude zatěžovat už tak v dnešní době přetíženou elektrickou soustavu a dojde tak i k většímu zatížení motoru a zřejmě i větší spotřebě. 21

23 Mechanické přeplňování Mechanicky poháněná dmychadla, někdy nazývaná taky jako kompresory, jsou poháněna z klikové hřídele spalovacího motoru a odebírají tak výkon motoru ke svému pohonu. To je jejich nevýhodou oproti turbodmychadlům, která využívají nevyužitou energii výfukových plynů. Hlavní výhodou je rychlá odezva na změnu polohy plynového pedálu. Pohon dmychadel je zajištěn ozubenými koly, ozubenými řemeny a u malých dmychadel i klínovými řemeny. Vysokootáčková dmychadla je potřeba chránit před náhlými změnami otáček klikové hřídele prokluzovými spojkami. Činnost kompresoru je znázorněna na obr. 7 (Hromádko, a další, 2011). 1-vzduchový filtr sání; 2- mechanické dmychadlo; 3-pohon dmychadla od klikového hřídele dmychadla Zdroj: Spalovací motory. (Hromádko a další 2011) Obr. 7 Princip mechanického přeplňování Kombinace mechanického dmychadla a turbodmychadla Nevýhodou použití turbodmychadla je nízký točivý moment a výkon v nižších otáčkách motoru, kdy malý objem výfukových plynů nedokáže roztočit turbínu turbodmychadla. Tuto nevýhodu lze odstranit jeho kombinací s mechanickým dmychadlem, které motor přeplňuje v nízkých otáčkách. Typickým představitelem kombinace těchto technologií je motor 1,4 TSI vyrobený automobilkou Volkswagen, který je schopný vyvinout výkon 125 kw. Mechanické dmychadlo 22

24 pracuje pouze do 2400 ot./min. Od těchto otáček se zapojuje i klasické turbodmychadlo a obě dmychadla pracují současně. Od 3500 ot./min se o přeplňování motoru stará pouze turbodmychadlo. Schéma přeplňování motoru je zobrazeno na obr. 9 a součinnost obou dmychadel v charakteristice motoru je znázorněna na obr. 8 (Hromádko, a další, 2011). Zdroj: Spalovací motory. (Hromádko a další 2011) Obr. 8 Schéma přeplňování motoru Zdroj: Spalovací motory. (Hromádko a další 2011) Obr. 9 - Součinnost dmychadel 23

25 2.3 Chlazení stlačeného vzduchu Při přeplňování spalovacích motorů dochází ke stlačování vzduchu. Vzduch se tímto procesem zahřívá, zvětšuje svůj objem a tím pádem je přiváděn do válce motoru vzduch s menší hmotností, než kdyby byl vzduch studený. Tím se snižuje účinnost aplikovaného dmychadla. Proto se zvláště u vyšších stupňů přeplňování, se součinitelem stlačení plnícího vzduchu nad 1,5, používají mezichladiče stlačeného vzduchu, jehož zapojení do sacího ústrojí je zobrazeno v obr. 10. Tento systém je v dnešní době hojně využíván, protože je nejjednodušší a nejúčinnější cestou ke zlepšení parametrů vznětových i zážehových přeplňovaných motorů. Zdroj: Spalovací motory. (Hromádko a další 2011) Obr. 10 Přeplňování s mezichladičem stlačeného vzduchu Výše ochlazení plnícího vzduchu mezichladičem je závislá především na velikosti chladiče, vstupní teplotě chladícího vzduchu, poměru chlazeného a chladícího média a na druhu a účinnosti chladiče. Výhodami chlazení stlačeného vzduchu je, že se zvýší hustota plnícího vzduchu při nepatrné ztrátě tlaku v chladiči, sníží se teplota i tlak celého tepelného oběhu motoru a tím i maximální spalovací tlaky a teploty při stejné dávce paliva. Sníží se tepelné a následně i mechanické namáhání motoru a díky tomu je možno zvýšit výkon motoru. Sníží se i teploty výfukových plynů a tím pádem teplotní namáhání turbodmychadla, nižší závislost výkonu motoru na teplotě okolí a podle výše chlazení plnícího vzduchu se sníží spotřeba paliva o 3 5 % a zároveň lze dosáhnout zvýšení jmenovitého výkonu o %. Z ekonomického hlediska je aplikace chlazení stlačeného vzduchu vhodná až při snížení teploty plnícího vzduchu o 20 % (Hromádko, a další, 2011). 24

26 3 Downsizing a možnosti jeho využití u osobních automobilů. Downsizing je pojem převzatý z angličtiny a znamená zmenšování. V automobilovém průmyslu se používá pro zmenšování objemů spalovacích motorů se zachováním stejného výkonu motoru a hlavně snížení produkovaných emisí. Díky neustálému zpřísňování emisních limitů je downsizing společně s aplikací přeplňování pro většinu automobilek základním kamenem jak dosáhnout požadovaných hodnot spotřeby a množství emisí v testech NEDC. Downsizing v dnešní době zasáhl především zážehové motory kvůli jejich produkci emisního plynu CO2. U vznětových motorů proběhla obdoba downsizingu s nástupem emisní normy EURO 3. Následkem byl rozmach a nárůst oblíbenosti přeplňovaných naftových motorů jako jsou TDI, TDCi, atd. Rozdílem bylo, že v případě vznětových motorů nedošlo ke snižování objemu, ale použitím přeplňování se zvýšila jejich efektivita, výkon, zlepšil se projev a celková použitelnost naftových motorů v provozu a jejich použitelnost v osobních automobilech (Stýblo, 2013). Výhody a nevýhody Downsizing motorů nepřináší jen snížení emisí, ale má pozitivní vliv na celkovou hmotnost motoru. Následkem je snížení setrvačných a třecích odporů a tím pádem i celkové spotřeby paliva. Díky snížení hmotnosti motoru lze zjednodušit i konstrukci a hmotnost celé karoserie, která nemusí být tak robustní. Což má pozitivní vlivy na jízdní vlastnosti vozu a rozložení celkové hmotnosti na obě nápravy. Motor je menší, což umožňuje vzniklý prostor vytvořený použitím menšího motoru využít pro zvýšení komfortu posádky vozidla a zároveň lze v menších vozech použít výkonnější motor. S použitím přeplňování se maximální výkon a hlavně točivý moment posunul do nižších pracovních otáček motoru a omezila se potřeba vytáčení motoru do vysokých otáček pro dosažení maximálního výkonu. Následkem je opět snížení spotřeby. Výhody těchto motorů jsou i v jejich výrobě. Díky nižší hmotnosti a velikosti není jejich konstrukce tolik náročná na spotřebu surovin, lze je konstruovat na menší ploše s použitím menších strojů. To vede k úspoře nákladů na výrobu a její celkové zlevnění. 25

27 Na druhou stranu, s použitím downsizingu vznikají nové problémy v konstrukci motorů. Výroba takového motoru je technologicky náročnější, zvláště použitím přídavných komponentů, jako jsou turbodmychadlo, vysokotlaké vstřikování paliva a mezichladič stlačeného vzduchu. Tyto prvky zvyšují cenu a složitost motoru, zvyšují pravděpodobnost poruchy a prodražují případný servis. Je třeba počítat i s vyšším mechanickým a teplotním namáháním. Dalším diskutovaným tématem downsizovaných motorů je jejich spotřeba a produkce emisí v reálném provozu. Automobilky ve svých reklamních materiálech uvádějí výrazné snížení spotřeby oproti jejich atmosférickým protějškům se srovnatelným výkonem. V reálném provozu se ale udávané spotřeby podaří dosáhnout jen málo komu. Tento rozdíl mezi udávanou a reálnou spotřebou je mimo jiné způsoben stanoveným procesem homologování nového vozidla, konkrétně testy v cyklu NEDC, které jsou zastaralé a neodpovídají zatížení dnešních motorů v reálném provozu (Stýblo, 2013). Dalším důvodem je jízdní styl. Výhodou downsizovaných motorů je dvojí charakter jejich projevu. S motorem 1,4 TSI s výkonem 110 kw lze při ekonomické jízdě jezdit se stejnou spotřebou, která je rovna atmosférickým motorům s objemem 1,4 litru. Ovšem při větším zatížení motoru je potřeba vyvinout více energie. Ta je u spalovacích motorů uložena v palivu. V tomto případě se spotřeba naopak vyrovná jejich atmosférickému protějšku s výkonem 110 kw, což jsou motory s objemem okolo 2 litrů. Chceme-li z přeplňovaného motoru o objemu 1,4 litru dostat stejný výkon jako z atmosférického motoru s objemem 2 litrů, budeme potřebovat stejné množství paliva, nezávisle na objemu. Rozdíl je v různém tlaku plnění válců. Významný vliv má i využití motoru v otáčkách s největší efektivitou. U atmosférických motorů jsou efektivní otáčky poměrně vysoko, mezi ot./min. U downsizovaných motorů se tyto otáčky posunuly mnohem níž a tyto motory není potřeba tolik vytáčet. Řidiči zvyklí na atmosférické motory tento fakt neznají nebo na něj zapomínají a zbytečně tyto motory vytáčejí do otáček, které už ale pro nárůst výkonu motoru mají pouze malý přínos (Stýblo, 2013). Zavedení downsizingu má, tak jako každá nová technologie, své příznivce i odpůrce, jako nástup přímého vstřikování a turbodieselových motorů. Přitom vozy s těmito motory jezdí dodnes a dosahují vysokých hodnot v počtech najetých kilometrů bez větších poruch. To bude zřejmě platit i u downsizingu. Na 26

28 nepovedené konstrukce bude zapomenuto a ty povedené budou vylepšovány k dokonalosti. Konstrukce motorů se mění a zastaralé technologie pomalu končí a jsou nahrazovány technologiemi novějšími. Je to stejné jako s parním strojem, který už dnes najdeme snad jen v muzeu. Na začátku 20. století býval vrcholem techniky a základem všech velkých strojů a výrobních zařízení. Postupem času byl však vytlačen modernější technologií a dnes ho zastupují dieselové agregáty, lodní motory na mazut a silné elektromotory. 27

29 4 Analýza technicko-ekonomických parametrů vybraných automobilů. V následující části práce budou porovnány vybrané parametry aktuálně vyráběných vozů s různým stupněm downsizingu, které využívají ke svému pohonu nejmodernější dostupnou techniku. Pro porovnání jsou vybrány vozy nižší střední třídy s karoserií hatchback, manuální převodovkou a benzínovým motorem s výkonem 90 kw a 130 kw. Výbavové stupně byly vybrány s ohledem na množství a typ výbavy tak, aby zatížení vozů touto výbavou bylo podobné. Prvním zástupcem je Ford Focus s nejmenším motorem o objemu 998 cm 3 a s výkonem 92 kw, pro porovnání je vybrána i výkonnější pohonná jednotka s objemem 1499 cm 3 a výkonem 110 kw. Dalším zvoleným vozem je Volkswagen Golf s motorem o objemu 1395 cm 3, výkonem 110 kw a technologií vypínatelných válců ACT. Čtvrtým vybraným automobilem je Peugeot 308, jehož motor má objem 1598 cm 3 s výkonem 115 kw. Posledním vozem k porovnání je Mazda 3 s atmosférickým motorem o objemu 1998 cm 3 a výkonem 121 kw využívající technologii Skyactiv. U zvolených automobilů budou porovnány technicko-ekonomické parametry dle uváděných hodnot podle následujících kritérií: Objem motoru součet pracovního prostoru všech válců v motoru. Výkon maximální výkon motoru, kterého je možno v daném voze dosáhnout. Točivý moment - maximální točivý moment motoru dosažitelný v daném voze. Hmotnost vozu provozní hmotnost vozu se sledovanou motorizací Výkon na jeden litr objemu motoru maximální výkon motoru přepočtený na jeden litr objemu motoru. Výkon na jednu tunu hmotnosti automobilu maximální výkon motoru přepočtený na jednu tunu hmotnosti vozu. Spotřebu paliva kombinovaná spotřeba paliva sledované motorizace udávaná výrobcem. 28

30 Množství produkovaných emisí CO2 množství produkovaných emisí CO2 uváděných výrobcem. Cena vozu ceníková cena vozu se zvolenou motorizaci a výbavou Hodnoty porovnávaných parametrů jsou získávány z oficiálních informačních materiálů, vydávaných výrobci vozidel. Ford Focus Ford Focus je nejnovějším modelem z výběru. Jeho už 3. generace prošla modernizací v první polovině roku 2014, která byla poprvé představena na ženevském autosalonu. Podoba vozu je zobazena na obr. 11. Ford použil nejmodernější technologie pro zvýšení hospodárnosti a bezpečnosti při jízdě v novém Focusu. Tím se dostal vůz mezi technologicky nejpokročilejší vozy ve své třídě. Velký zřetel byl brán na nové moderní motory, které budou níže porovnány s jejich konkurencí. Zdroj: Obr. 11 Ford Focus Ve Fordu Focus je uložen také jediný tříválcový motor z vybraných vozů. Jedná se o tříválcový motor 1,0 EcoBoost s objemem 998 cm 3, který je schopný vyvinout výkon 92 kw a točivý moment 170 Nm. Automobil s tímto motorem má provozní hmotnost 1280 kg ve výbavě Titanium, udávanou kombinovanou spotřebu 4,7 l/100 km a splňuje emisní normu Euro 6. Dle těchto údajů lze říct, že jeden litr objemu tohoto motoru může vyprodukovat výkon přibližně 92 kw. Na jednu tunu celkové hmotnosti vozu je motor schopný vyprodukovat přibližně 72 kw. Produkce CO2 má hodnotu 108 g/km. Cena tohoto vozu uváděná výrobcem je Kč. 29

31 Ford Focus je nabízen i s úplně novou pohonnou jednotku 1,5 EcoBoost, která je v nabídce až od poslední modernizace. Skutečný objem agregátu je 1499 cm 3. Tento motor je schopný vyvinout výkon 110 kw a točivý moment 240 Nm. Provozní hmotnost vozu je ve výbavě Titanium 1325 kg. Výrobce uvádí průměrnou kombinovanou spotřebu 5,5 l/100 km a 127 g/km vyprodukovaných CO2. Jeden litr objemu motoru je vyprodukuje 73 kw. A na jednu tunu vyvine motor 83 kw. Takto vybavený vůz stojí Kč (Ford, 2014). Volkswagen Golf Volkswagen Golf je zakladatelem třídy hatchbacků nižší střední třídy a stále je v této kategorii nejprodávanějším vozem na evropských trzích. První generace Golfu se prodávala už v roce Současný model je již sedmou generací, která byla představena v druhé polovině roku Jeho podoba je zobrazena na obr. 12. V současné době je Golf jediným vozem na světě, který využívá všechny dosud známé druhy pohonu, využívané v automobilovém průmyslu. V nabídce jsou klasické benzínové (TSI) a naftové agregáty (TDI), dále zážehový agregát spalující zemní plyn CNG (TGI), čistě elektrický pohon (e-golf) a plug-in hybrid kombinující zážehový agregát s elektromotorem umístěným v převodovce (GTE). V listopadu 2014 byla představena varianta s palivovými články, které pracují s vodíkem (HyMotion). Nejpokročilejší benzínovou jednotkou, kterou lze v Golfu pořídit je čtyřválcový motor 1,4 TSI 110 kw BMT ACT. Jedná se o motor přeplňovaný turbodmychadlem s technologií vypínatelných válců, která při nižším zatížení odpojí dva válce. Díky tomu se sníží objem motoru a jeho spotřeba. Motor má objem 1395 cm 3, výkon 110 kw, točivý moment 250 Nm s uváděnou Zdroj: Obr. 12 Volkswagen Golf 30

32 kombinovanou spotřebou 4,7 l/100 km a 109 g/km vyprodukovaných CO2. Provozní hmotnost vozu je 1270 kg ve výbavovém stupni Highline. Výkon přepočítaný na jeden litr objemu je 78 kw a na jednu tunu váhy připadne 86 kw. Agregát splňuje emisní normu Euro 6. Volkswagen Golf ve výše uvedené specifikaci stojí Kč (Volkswagen, 2014). Peugeot 308 Aktuální Peugeot 308, viz obr. 13, je pro automobilku pokrokovým vozem. Je představitelem nového designového směru příštích modelů Peugeotu a jako první byl postaven na nové modulární platformě, která byla vyvinutá společně s automobilkou Citroën. Platforma má označení EMP2 a je určena pro vozy nižší střední třídy. Použity byly i moderní materiály jako vysoko pevnostní ocel a kompozity, což umožnilo snížit hmotnost oproti předchozí generaci až o 140 kg. Vůz je nabitý moderními technologiemi, které mají řidiči usnadnit cestování. Poprvé jsou u Peugeotu použity ve voze nižší střední třídy přeplňované downsizingové motory. Vybraný motor 1.6 THP, jehož skutečný objem je 1598 cm 3, byl vyvinut ve spolupráci s automobilkou BMW. Agregát je schopen vyvinout výkon 115 kw, točivý moment 240 Nm s kombinovanou spotřebou 5,4 l/100 km a produkcí 134 g/km CO2. Celková provozní hmotnost vozu je ve výbavě Allure 1375 kg. Z těchto údajů vychází přepočítaný výkon 71 kw na jeden litr objemu motoru a 84 kw na jednu tunu váhy vozu. Agregát bude zřejmě v příštím roce třeba modernizovat, protože splňuje pouze normu Euro 5. Peugeot 308 s motorem 1.6 THP a ve výbavě Allure stojí Kč (Peugeot, 2014). Zdroj: Obr. 13 Peugeot

33 Mazda 3 Jediným vozem s atmosférickým motorem ve výběru je Mazda 3, viz obr 14. Automobilka Mazda se rozhodla nejít masovou cestou downsizingu, ale vyvinula vlastní technologii Skyactiv, která nesouvisí pouze s úsporami na motoru vozidla, ale na celém vozidle. Technologie využívá větší podíl vysoko pevnostní oceli na konstrukci karoserie, mezigenerační nárůst je z 40% na 60%. Zároveň byly použity nové technologie pro svařování karoserie. Výsledkem je karoserie s vysokou tuhostí a nízkou hmotností, která dokáže ochránit posádku při nehodě. Výrobce se celkově chová hospodárněji k používaným materiálům na karoserii, podvozku, převodovce i motoru. Zdroj: Obr. 14 Mazda 3 U motoru rodiny Skyactive-G se konstruktéři zaměřili hlavně na zvýšení tepelné účinnosti, snížení vnitřního tření a hmotnosti agregátu, ideální kompresní poměr, poměr paliva a vzduchu ve směsi, správné načasování a délku fáze hoření směsi. Kombinací aplikovaných řešení bylo dosaženo, že Mazda 3 s atmosférickým čtyřválcovým benzínovým motorem Skyactiv-G165 s objemem 1998 cm 3 váží s výbavovou Revolution 1295 kg. Motor dokáže vyvinout výkon 121 kw a točivý moment 210 Nm s průměrnou kombinovanou spotřebou 5,8 l/100 km a vyprodukovanými 135 g/km CO2. Díky takovým parametrům dokáže Mazda 3 vyvinout 93 kw na jednu tunu váhy vozu a 60 kw na jeden litr objemu motoru Takto nízká hodnota je dána absencí přeplňování. Motor splňuje emisní normu Euro 5. Výše specifikovaná Mazda 3 stojí Kč. (Mazda, 2014). 32

34 Objem motoru [cm 3 ] 4.1 Porovnání vybraných modelů V následující kapitole budou porovnány a vyhodnoceny parametry vybraných vozů podle zvolených kritérií, kterými jsou objem motoru, výkon, točivý moment, hmotnost, výkon na litr objemu motoru, výkon na tunu váhy vozu, spotřeba paliva, produkce CO2 a pořizovací cena. Objem motoru Objem motoru je dán jeho konstrukcí a má vliv na výkon a celkovou hmotnost vozu. Výhodou malých motorů je nižší povinné ručení, což umožní majiteli ušetřit další finance z provozu osobního vozidla. Nejmenší objem má motor 1.0 EcoBoost ve Fordu Focus, poté následuje 1.4 TSI ve Volkswagenu Golf, třetím nejmenším je 1.5 EcoBoost aplikovaný do Fordu Focus. Druhým největším testovaným agregátem je v Peugeotu 308 motor 1.6 THP. Motorem s největším objemem je motor Skyactiv-G165 v Mazdě 3. Objem motorů je zobrazen v obr. 15. Ford je průkopníkem v aplikování motorů s malým objemem do větších vozů. I proto je zatím jedinou automobilkou, která nabízí v hatchbacku nižší střední třídy o váze přes 1200 kg motor o objemu do jednoho litru. Motor 1.0 EcoBoost o výkonu 92 kw bude dokonce nabízen i v novém voze střední třídy Ford Mondeo Ford Focus 1.0 EcoBoost Ford Focus 1.5 EcoBoost Volkswagen Golf 1.4 TSI Peugeot THP Mazda 3 G165 Zdroj: Oficiální technické údaje uváděné výrobci vozidel Obr. 15 Porovnání objemu motoru 33

35 Výkon motoru [kw] Výkon Z vybraných vozů dosahuje nejvyššího výkonu Mazda 3 s dvoulitrovým atmosférickým motorem G165. Druhým nejvýkonnějším je Peugeot THP, který má zároveň i druhý největší motor. Třetím v pořadí jsou dva vozy, Volkswagen Golf 1.4 TSI a Ford Focus 1.5 EcoBoost. Nejslabším motorem je 1.0 EcoBoost ve Fordu Focus. Všechny hodnoty jsou graficky znázorněny v obr. 16. V tomto případě platí pravidlo, čím větší objem, tím větší výkon. Je to tím, že všechny vybrané motory používají moderní technologie a různými způsoby získávají ze svých motorů maximální výkon s nízkou spotřebou. Jediným, kdo vybočuje z řady je Volkwagen Golf, který dokázal s objemem 1395 cm 3 vyvinout stejný výkon jako Ford Focus s motorem o objemu 1498 cm 3. Ovšem i porovnávaný motor 1.5 EcoBoost existuje také v silnější variantě, která dokáže vyvinout až 134 kw. Ford ho zatím v tomto voze nenabízí, a proto není ve výběru zařazen. Nelze proto říci, že by motory Volkswagen dokázaly vyvinout větší výkon než motory značky Ford. Největší rozdíl by nastal, kdybychom porovnali vybrané motory s jejich atmosférickými předchůdci. Ty jsou ale v dnešní době již zastaralé a aktuálně se v Evropě nenabízejí Ford Focus 1.0 EcoBoost Ford Focus 1.5 EcoBoost Volkswagen Golf 1.4 TSI Peugeot THP Mazda 3 G165 Zdroj: Oficiální technické údaje uváděné výrobci vozidel Obr. 16 Porovnání výkonu 34

36 Točivý moment [Nm] Točivý moment Točivý moment je síla motoru, kterou je schopen působit na hnací hřídel. Jednoduše řečeno je to vlastnost, která má vliv na dynamiku jízdy, čili na zrychlení automobilu. Největší točivý moment je schopný vyvinout Volkswagen Golf 1.4 TSI. Jen o trochu nižší hodnoty jsou uvedeny u Peugeotu THP a Fordu Focus 1.5 EcoBoost. Kvůli absenci turbodmychadla je až na třetím místě Mazda 3 s motorem G165. A nejnižší hodnotu točivého momentu má Ford Focus s agregátem 1.0 EcoBoost. Přehled všech hodnot je zobrazen v obr. 17. Na hodnotu točivého momentu nemá vliv pouze konstrukce motoru, ale celé hnací ústrojí. Nejvíce omezujícím prvkem bývají převodovky, které jsou konstruovány na určité hodnoty točivého momentu, z hlediska požadavků na snížení komplexity a úspory při vývoji automobilu. Převodovky jsou dnes součástí modulárních platforem, to znamená, že jsou použity pro různé motory s odlišnými hodnotami výkonu. Proto se konstruují optimální převodovky, které nejsou moc těžké pro slabší motorizace a zároveň jsou schopny přenést odpovídající hodnotu točivého momentu u silnějších agregátů. U silnějších motorů jsou v kombinaci se slabšími převodovkami omezovány hodnoty točivého momentu. To je důvod, proč můžeme najít stejnou hodnotu např. u motorů 1.4 TSI a u silnějšího 1.8 TSI. Dynamika jízdy bude díky tomu u obou motorizací velmi podobná Ford Focus 1.0 EcoBoost Ford Focus 1.5 EcoBoost Zdroj: Oficiální technické údaje uváděné výrobci vozidel Obr. 17 Porovnání točivého momentu Volkswagen Golf 1.4 TSI Peugeot THP Mazda 3 G165 35