Srpen 2006

Auto rozjede motor, který se netočí

Josef Matyáš

A kde to má vlastně motor? zeptal se udiveně automechanik, když zvedl kapotu. Vepředu i vzadu našel jenom „kufr“, přitom ten vůz vypadá na první pohled docela obyčejně. „V kabině pod podlahou,“ odpověděl zákazník. Podobný dialog může být za několik let realitou.

Automobil na míru

Asi deset centimetrů tam a stejnou vzdálenost zpátky kmitá mnohokrát za sekundu podlouhlý elektromagnet v kovovém pouzdru. Rychlý pohyb obstarávají dva písty upevněné na obou koncích elektromagnetu. Ten se pohybuje nad cívkami z měděného drátu, takže při kmitání vzniká elektřina. „Princip tohoto motoru, kde se nic netočí, si můžeme představit jako průmyslovou verzi ruční svítilny tak zvané „třepačky“. Aby svítila, musíme kmitavým pohybem posunovat magnetem uvnitř cívky. V cívce vzniká elektrický proud pro svícení. Princip lineárního spalovacího motoru je podobný,“ vysvětluje docent Ondřej Vysoký z Elektrotechnické fakulty ČVUT v Praze. Jeho týmu se poprvé na světě podařilo udržet lineární motor poháněný písty několik hodin v chodu. O totéž se pokoušejí vědci v USA, Švédsku, Velké Británii a Malajsii. „Za úspěch považují, když jim motor běží několik minut, náš pracoval nepřetržitě osm hodin. A fungoval by i déle, ale už jsme šli domů,“ říká docent Vysoký.

Zájem vědců o spalovací lineární motor je pochopitelný. Nepotřebuje klikovou hřídel, převodovku ani další výrobně náročné díly. Jednoduché soustrojí vyrábí elektřinu, která kabelem „teče“ do elektromotorů v kolech a částečně také do akumulátoru.

Auto bude k životnímu prostředí šetrnější než dnešní vozy. „Když na křižovatce zastaví na červenou, přestane spalovací motor pracovat. Ostatně po městě může jezdit převážně jako elektromobil. Největší zdroj zplodin je tak ze hry,“ říká Pavel Němeček, jeden z členů vývojového týmu. Díky tomu, že není nutné při jízdě řadit rychlosti a neklesají otáčky motoru, odchází z výfuku méně exhalací.

Podle docenta Vysokého bude možné, aby se vozidlo i s malým motorem chovalo jako silné auto. Například pojedete rychlostí 130 kilometrů v hodině. Ale když během předjíždění přišlápnete plynový pedál, zvýšíte automaticky dodávku energie do elektromotorů v kolech. Elektřinu si vezmou z lineárního motoru a také z akumulátoru. Auto s obsahem jednoho litru tak může po dobu několika minut jet jako vozidlo s třílitrovým motorem“. Výhodou vynálezu je i fakt, že motor může spalovat všechny typy benzinů od nízkooktanových až po vysokooktanové. Unikátní vlastností je možnost měnit kompresní poměr ve spalovacích válcích pouhým povelem z palubního počítače Podle jeho nastavení se pak dá používat různé palivo. Motor však může být poháněn také kapalným propan butanem (LPG), případně vodíkem. Srdcem celého motoru je řídící deska. Dnes se jedná o rozsáhlý počítačový systém, ale jak říká Pavel Němeček „ve finální verzi se deska s elektronikou vejde na plochu velikosti A5“.

Dva zavazadlové prostory v jednom voze

Nad novým hnacím agregátem zajásají nejen ekologové, ale pravděpodobně také konstruktéři. Elektromotory můžou umístit přímo do kol, takže pohon na všechny čtyři se stane samozřejmostí. Lineární kmitající „srdce“ nezabere příliš místa. Návrháři tak dostanou možnost umístit spalovací motor třeba pod podlahu kabiny. Vůz bude díky lepšímu těžišti dobře „sedět“ na silnici, navíc by mohl mít také dva zavazadlové prostory, vzadu i vepředu. Auto však nemusí jenom brázdit silnice. Tvůrci řízeného lineárního motoru předpokládají, že vůz by mohl posloužit rovněž jako pojízdný zdroj elektřiny. V autě může být „zásuvka“, kterou lze kabelem propojit prakticky s jakýmkoliv spotřebičem. „Ideální je tato varianta třeba pro záchranáře při katastrofách nebo pro vojáky,“ říká docent Vysoký. Ale uplatnění by mohlo takové auto najít například i na chatě, když dojde k výpadku proudu.

Dítě, které už umí chodit

Převratný motor vznikal v garáži na nádvoří ČVUT. Každý z členů výzkumného týmu na něm pracoval tisíce hodin. Michal Šindelka je autorem základní koncepce metody řízení. Pavel Němeček dokončil návrh řídící elektroniky, Pavel Deutsch se zabývá termodynamikou a řízením přípravy směsi. Všichni pod dohledem školitele docenta Ondřeje Vysokého, který je autorem mechanické konstrukce. „Vývoj motoru bych přirovnal k učení malého dítěte,“ používá metaforu profesor Michael Šebek, vedoucí katedry řídicí techniky Elektrotechnické fakulty ČVUT. Podle jeho slov se týmu podařilo zvládnout řízení lineárního spalovacího motoru pomocí počítačové techniky tak, aby pracoval bezchybně prakticky nepřetržitě. Nyní budou svoje „dítě“ učit další dovednosti. Optimalizovat spalovací proces, používat jiné palivo... „Motor je nyní ve stadiu, kdy bude vhodné prodat ho nějaké firmě, která nasadí desítky vývojářů a s našimi zkušenostmi ho dotáhne do průmyslové podoby,“ říká profesor Šebek.

Čekali jsme na vyspělou elektroniku

Pohyb pístů musí hlídat mikročipy, říká spoluautor nového typu motoru Michal Šindelka z Elektrotechnické fakulty ČVUT v Praze.

LN Kdy vznikl nápad vytvořit řízený spalovací lineární motor?

Docent Ondřej Vysoký o tom uvažoval už okolo roku 1970. Ale v té době ještě nebyla elektronika tak vyspělá, proto s nápadem přišel znovu v roce 2000 a zadal téma jako doktorandskou práci.

LN Proč musí být elektronika v motoru tak vyspělá?

Dva písty, které posunují elektromagnetem v elektromagnetickém poli, se pohybují volně, protože motor nemá klikovou hřídel. Kdyby elektronika velmi přesně nehlídala jejich pohyb, mohly by písty plnou silou narazit do hlavy motoru a v nejhorším případě rozdrtit celý válec.

LN Jaká část vývoje byla nejsložitější?

Vytvořit algoritmy na řízení pohybu pístů. Počítačový program desettisíckrát za vteřinu vyhodnocuje jejich pohyb. Když objeví příznaky možné kolize pístu s hlavou, vyšle elektronická řídící jednotka impuls, který srážce zabrání. Algoritmy také zvládají situaci, kdy třeba svíčka nehodí dost velkou jiskru a nezapálí se pohonná směs nebo se na okamžik zdrží dodávka paliva. Motor, který na rozdíl od klasických spalovacích agregátů nemá setrvačník, by se okamžitě zastavil a přestal by vyrábět elektřinu. Počítačový program proto musí vydat povel, aby se z akumulátoru uvolnila energie pro posunutí elektromagnetu.

(Lidové noviny, www.lidovky.cz)