Automobilový konstruktér hodnotí nový zážehový motor od BMW

Sektor motorů s výkonem 130 až 200kW představuje značnou část prodejů v rámci značky BMW. Doposud byl tento sektor pokryt řadovými šestiválci s atmosférickým plněním, které měly za sebou u BMW dlouhou a úspěšnou kariéru. Jejich popularita byla zapříčiněna velice klidným chodem a lehkostí s jakou dosahovaly maximálních výkonů, ale také příznivou spotřebou paliva v porovnání s konkurencí.
Avšak v nedávné době BMW vyvinulo malé čtyřválcové jednotky pro svou značku Mini. Ty využívají přeplňování, přímý vstřik benzínu i plně variabilní ventilový rozvod a pod označením Twin Power Turbo znamenají novou kvalitu v oblasti zážehových motorů. Nový dvoulitrový motor přináší tyto technologie do hlavního segmentu trhu BMW.

Cíle vývoje
Efektivnější, lehčí, výkonnější, kompaktnější a plnící přísnější emisní normy, to je rychlý přehled hlavních cílů vývoje tohoto motoru.
Jejich podrobnější rozpis je uveden níže:
* Specifický výkon dosahující 90 kW/l
* Vysoký krouticí moment těsně nad volnoběžnými otáčkami
* Odezva na plynový pedál srovnatelná se stejně výkonnými nepřeplňovanými motory
* Nízká spotřeba paliva podle norem, ale také v reálném provozu
* Potenciál ke splnění nejpřísnějších světových emisních limitů (včetně SULEV)
* Lehká stavba s hliníkovou klikovou skříní
* Minimalizace třecích ztrát
* Zapracování motoru do koncepce BMW Efficient Dynamic
* Špičková vyrovnanost chodu docílené vyvažovacími hřídeli v rozdílné výšce
* Kompatibilita s celou paletou vozidel BMW
* Možnost pohonu 4x4
* Kompatibilita se současnou výrobní základnou BMW

Koncepce motoru
Dvoulitrový čtyřválec bude k dispozici ve výkonovém rozpětí od 135-ti do 180-ti kW, přičemž všechny verze budou sdílet stejné hlavní komponenty. Charakteristickými pro konstrukci motoru jsou extrémně kompaktní rozměry, nízká hmotnost a vysoká tuhost. Srdcem motoru jsou spalovací prostory se čtyřmi ventily a centrálně umístěným vstřikovačem a svíčkou. Kromě vodní pumpy je veškeré příslušenství motoru na levé sací straně motoru, což ponechává maximální prostor pro optimální pozici turbodmychadla a katalyzátoru na pravé výfukové straně.
Rozteč válců činí pro BMW typických 91mm a objem jednoho válce je 0,5l. Motor je optimalizován pro spalovací tlaky 130 bar, což ponechává prostor pro zvyšování výkonu během života této motorové řady.
Blok Motoru
Celohliníkový blok motoru je dělen v ose klikového hřídele a je vyztužen pomocí tzv. bedplate, což je rám spojující spodní domečky hlavních ložisek. V tomto případě jsou tyto ložiskové domky z oceli a do rámu jsou zality. Blok motoru i bedplate jsou vyrobeny jako kokilové odlitky.
Hlavní ložiska jsou přesazena oproti osám válců o celých 14mm za účelem snížení tlaků na bok pístu. To v důsledku snižuje třecí ztráty a opotřebení pístu a stěny válců. Ta je navíc opatřena nástřikem ocelolitiny v tloušťce pouhých 0,3mm. Jedná se o první uvedení této technologie ve stavbě sériových motorů.
Hlava válců
Gravitačně litá hlava válců z hliníkové slitiny je tepelně zpracována pro zvýšení pevnosti. Konfigurace a většina dílů rozvodového mechanismu včetně VVT servomotorů, vstřikovačů a zapalovacích svíček byla převzata z již vyráběného přeplňovaného šestiválce.
Skládané vačkové hřídele pohánějí kromě ventilů též vysokotlaké palivové čerpadlo a podtlakovou pumpu. Hydraulický systém umožňuje měnit časování ventilů natáčením sací vačky o 70° a výfukové o 55°.
Vstřikovací systém pracuje s maximálním tlakem 200 bar a jeho vstřikovače jsou elektromagneticky ovládané s šestiotvorovými tryskami (průměr otvoru 0,2mm).
Klikový mechanismus
Pětkrát uložený kovaný klikový hřídel má průměr hlavních i ojničních ložisek 50mm a všechny jeho čepy jsou indukčně kaleny. Také ojnice jsou kovány se za studena lisovanými pouzdry pro pístní čep.
Odlévané písty mají anodyzovanou drážku prvního pístního kroužku. Pro snížení tření je předpětí pístních kroužků optimalizováno na nutné minimum a pláště pístů jsou opatřeny kluzným povlakem. Existují dvě varianty kompresního poměru, 1:10 (pro vyšší výkony) a 1:11. Tedy dosti vysoké hodnoty pro přeplňovaný motor.
Mazání motoru
Tlakový olej je do mazacího okruhu dodáván prostřednictvím olejového čerpadla s regulovatelným objemem, které zajišťuje jen potřebné průtokové množství pro daný provozní režim a tím šetří příkon čerpadla, potažmo palivo. Z čerpadla umístěného v olejové vaně proudí olej skrz tepelný výměník olej-voda a poté do olejového filtru umístěného na začátku hlavního olejového kanálu. Hlavní olejová galerie rozvádí olej dále do motoru. Mimo jiné k tryskám ostřikujícím dna pístů, což je u vysoce výkonného přeplňovaného motoru nutnost.
Tlak a teplotu oleje v hlavní galerii sledují čidla a předávají informaci dále pro řízení olejového čerpadla a pro integrovaný termo-management motoru. Hladina oleje v motoru je hlídána čidlem umístěným na čerpadle a v případě poklesu pod dovolenou mez je řidič varován kontrolkou v přístrojovém štítu.
Odvětrání klikové skříně
Špatná funkce odvětrání klikové skříně a odlučovače oleje již zabila nejeden turbomotor. Proto je potřeba konstrukci tohoto poněkud podceňovaného systému věnovat náležitou pozornost. U BMW integrovali odvětrání s odlučovačem do plastového víka hlavy motoru. Plyny z klikové skříně míří v částečném a nízkém zatížení přímo do sacího potrubí před ventily, zatímco při plném zatížení před kompresor turbodmychadla. Stálý přísun dostatečného množství čerstvého vzduchu do klikové skříně zabraňuje kondenzaci a nadměrné degradaci mazacího oleje a zajišťuje tak jeho kvalitu mezi výměnami nezávisle na provozním režimu motoru a klimatických podmínkách (a to i na trzích s horší kvalitou paliva).
Chlazení motoru
Také chladicí systém je elektronicky řízen tak, aby jeho výkon reagoval na konkrétní požadavky motoru, a to prostřednictvím řídící jednotky motoru, která ovládá elektrické vodní čerpadlo, termostat a ventilátor chladiče. Termostat je umístěn na vstupu chladicí kapaliny do motoru, což zajišťuje rychlé reakce na změny provozního režimu. Čerpadlo může být po studeném startu motoru úplně vypnuté pro urychlení fáze ohřevu a na druhé straně může běžet i po vypnutí motoru a dochladit turbodmychadlo po vysokém zatížení, což předchází jeho nadměrnému opotřebení.
Turbodmychadlo a výfukový systém
Konstrukce turbodmychadla a výfukového potrubí je klíčem k rychlým reakcím na polohu plynového pedálu. BMW řeší tento úkol separováním navzájem interferujících výfukových větví a jejich svedením do komory turbíny odděleně (twinscroll turbine). Svody výfukového potrubí tvoří plechový výlisek s dvojitou stěnou, kde vzduchová mezera mezi stěnami poskytuje výbornou tepelnou izolaci a maximum energie výfukových plynů tak doteče do turbínového kola.
Velice krátký kanál obtoku turbíny (wastegate) umožňuje rychlé prohřátí katalyzátoru po studeném startu motoru, což je důležité pro plnění nejpřísnějších exhalačních limitů. Bypass kompresoru naproti tomu zabraňuje pumpáži při přeběhových otáčkách turbodmychadla.
Akustika a vibrace
Řadové šestiválce jsou pověstné svým klidným během a nový čtyřválec měl tak na poli vibrací a hluku co dohánět. Vývojáři nové pohonné jednotky použili dvojice vyvažovacích hřídelů, které plně vyvažují volné síly. Rozdílné umístění vyvažovacích hřídelů ve svislé rovině pak pomáhá eliminovat nevyvážené momenty. Jelikož je však možné výškové přesazení hřídelů limitováno stavebními rozměry, použili mnichovští konstruktéři trik v podobě asymetrických nevývažků na jednotlivých hřídelích, což umožnilo další redukci volných momentů.
Výkonové parametry a spotřeba paliva
Twin Power Turbo technologie se podepisuje pod extrémně vyplněnou křivkou krouticího momentu. Vždyť jeho maxima 350Nm dosahuje motor již v 1250 otáčkách za minutu a tato hodnota klesá až těsně před pětitisícovou hranicí! V pěti tisících otáčkách se dostavuje výkonové maximum 180kW (pro vrcholnou verzi).
Především s osmistupňovou automatickou převodovkou a dlouhým stálým převodem je, díky dostatečnému krouticímu momentu, možno jezdit s vozem ve velice nízkých otáčkách a s pomocí variabilního ventilovému rozvodu a absenci řízení škrticí klapkou motor vykazuje nízkou spotřebu paliva. Ta je oproti předchozímu šestiválci nižší zhruba o 15%.

Čtyřválec ve skutečném provozu dokazuje, že nemalé cíle konstruktérů byly dosaženy. Motor nevykazuje žádný turboefekt a síla dostupná již lehce nad volnoběžnými otáčkami je ohromující. Motoru chybí sportovní gradace předchozích šestiválců, což je typické pro motory s plochou momentovou křivkou. Naproti tomu medvědí síla motoru je dostupná v širokém spektru otáček a vozidla osazená novým čtyřválcem dosahují skvělých hodnot zrychlení a především pružného zrychlení. Motor se také podepisuje pod lepším vyvážením vozů, jelikož se pyšní hmotností pouhých 138kg!
Dosahovaná spotřeba je výrazně závislá na jízdním stylu. Při dodržování rychlostních limitů a s rozumným využíváním akceleračního potenciálu není problém jezdit s trojkovým BMW se spotřebou kolem 7mi litrů. Pokud se necháte zlákat stádem plnokrevníků pod kapotou, spotřeba se přehoupne přes 9 l/100km, což je ovšem vzhledem k výkonnosti motoru, stále velice dobrá hodnota.

Zdroj: MTZ