Današnja tema koja izaziva brojne rasprave odnosi se na najnoviji pokušaj da se 5-taktni motor pretvori u ostvarivu stvarnost. Još jedan neiskorišteni motor koji je mogao isporučiti 150 konjskih snaga iz samo 0,7 litara obujma, bio je 20 posto lakši i 10 posto učinkovitiji od svog najbližeg konkurenta.
Reklamiran kao “100 posto konvencionalan” u svojoj arhitekturi, ovaj 5-taktni motor bio je poznat po ekonomičnosti usporedivoj s turbodieselom s intercoolerom, ali bez čestica iz ispušnih plinova i bez potrebe za dodatnim kemikalijama. Prvi put predstavljen na sajmu motora u Stuttgartu 2009. godine, prototip 5-taktnog motora dobio je umjerenu količinu medijske pažnje, ali i veliku dozu skepticizma.
Duboki korijeni u svijetu utrka omogućili su tvrtkama koje opskrbljuju natjecateljske motore za Honda-u, GM i Mercedes-Benz u Indy utrkama, Formuli 1 i drugima, kao i sredstva za istraživanje neobičnih motora poput ovog modernog 5-taktnog koncepta.
To nas dovodi do dva suprotna pitanja: Je li ovaj zaboravljeni 5-taktni motor bio potpuni promašaj? Ili je jednostavno bio ispred svog vremena i trebao još malo inženjerske razrade prije nego što dobije priliku za lansiranje?
Njemački dizelski dizajni – drugačije izvedeni
Prva zabilježena 5-taktna konstrukcija pripisuje se masivnom (i masovno neučinkovitom) Daimlerovu Otto-ciklusu.
U novije vrijeme inžinjeri su mogli koristiti suvremeni računalni softver za praćenje prosječnog omjera ekspanzije svog zajedničkog projekta i usporediti ga s dizelskim motorom, kod kojeg je taj omjer obično oko 14,5:1. Budući da je bio znatno lakši i zauzimao manje prostora, dizajn motora pokazivao se kao dobra oklada nakon početnog testiranja. Nadalje, impresivne izlazne vrijednosti koncepta i dizajn niskotlačnog cilindra učinili su ovaj 5-taktni motor znatno učinkovitijim od konvencionalnog 4-taktnog, barem pri radu na maksimalnim opterećenjima.
Iako je ovaj 5-taktni koncept koristio klasični 4-taktni ciklus za rad u “visokotlačnom” (HP) dijelu, razlikovao se po tome što je imao dodatni cilindar za dodatnu ekspanziju. Uvođenjem ovog središnjeg “niskotlačnog” (LP) cilindra, ostali cilindri mogli su preusmjeriti zaostali tlak nakon takta snage u ovu “čistu komoru”. Kad bi klip došao do donje mrtve točke, ispušni ventil bi se otvorio i oslobodio brzo šireći vrući plin zajedno sa svim ispušnim otpadom koji dolazi s njim.
Umjesto da tu potrošenu energiju odmah usmjeri izravno u ispušni sustav, 5-taktni motor uzimao je te ispušne plinove i propuštao ih kroz treći, završni ciklus. Kako bi klip unutar niskotlačnog cilindra bio potisnut prema dolje, formirao se dodatni peti takt, što je omogućilo radilici dodatnih 180 stupnjeva pogonske rotacije potrebne za povećanje snage.
Istovremeno, zahvaljujući učinkovitom iskorištavanju zaostalih plinova i ugradnji malog, ali izuzetno učinkovitog turbopunjača, smanjene su emisije ispušnih plinova, a potrošnja goriva znatno je poboljšana.
Rad konceptnog motora pokazao je impresivne rezultate potrošnje goriva u vrlo širokom rasponu rada. To je zato što se, pri pojavi detonacije (knock), veći postotak korisnog rada može izvući u niskotlačnom cilindru, što motoru omogućuje određeni stupanj samokompenzacije.
Naftni motori i mali 4-taktaši – oprez!
Dakle, koliko je točno učinkovit i snažan bio ovaj mali turbopunjeni 5-taktni motor?
Motor od 0,7 litara razvijen iz ove platforme pokazivao je specifičnu potrošnju goriva od oko 226 g/kWh, što je u to vrijeme predstavljalo poboljšanje od 10 posto u odnosu na moderne četverotaktne motore. Osim toga, 5-taktni motor nudio je razinu potrošnje goriva i emisija usporedivu s tadašnjim modernim dizelskim motorima, ali bez neugodnih čestica, NOx emisija i dodataka tipičnih za “naftaše”.
Sve to bilo je moguće zahvaljujući dodatnom cilindru koji je omogućio dodatni stupanj ekspanzije s omjerom usporedivim s dizelskim motorom – ali u minijaturnom izdanju. Taj dodatni takt omogućio je veće iskorištavanje ispušnih plinova, bolju izgaranje, višu termodinamičku učinkovitost te učinkovitiju filtraciju, što je inžinjerima dalo dovoljno podataka za nastavak ispitivanja na ispitnoj stanici (dyno testiranju).
S revidiranim 5-taktnim motorom spremnim za akciju, činilo se da je motor spreman nadmašiti sve što je u to vrijeme bilo na tržištu – sada su imali i konkretne brojke koje su to potkrijepile.
Tijekom testiranja, turbopunjeni 700cc 5-taktni Ilmor motor razvijao je 130 konjskih snaga (što je nevjerojatnih 185 KS po litri!) i 165 Nm okretnog momenta. Istina, ti su rezultati postignuti u laboratorijskim uvjetima, gdje je motor radio na optimalnim temperaturama i pod kontroliranom količinom zraka, ali svejedno – impresivno. Navodno su provedena i ograničena ispitivanja na motociklu, no rezultati tog eksperimenta nikada nisu u potpunosti objavljeni u javnosti.
Gdje je nestao 5-taktni motor?
Dakle, ako je cijela ta revolucionarna inženjerska ideja bila toliko spektakularna, zašto je danas ne vidimo u upotrebi?
Posljednje što smo čuli jest da je kako je prototip spreman za cestovna ispitivanja i da se može koristiti kao konvencionalni motor ili kao dio hibridnog pogonskog sklopa. Također nedostajali su partneri za daljnji razvoj motora i razgovori s proizvođačima automobila i dobavljačima u nadi da će osigurati investitore.
Istraživanja su nastavljena i uz pomoć francuskih inženjera razvijen je novi, pomaknuti dizajn 5-taktnog motora s integriranim wastegate ventilom i mnogim drugim poboljšanjima. Međutim, projekt nikada nije napredovao dalje od te faze, barem koliko nam je poznato.
A onda je tu bio i inženjerski projekt na jednome poljskom sveučilištu koji je pretvorio 2,0-litreni motor Volkswagen Golfa u 5-taktni dizajn. Modificiranjem i obradom središnjeg dijela bloka, inženjerski tim uspio je rekonfigurirati dva središnja cilindra tako da funkcioniraju kao jedan veliki niskotlačni cilindar. Time se dokazalo da se gotovo svaki motor s tradicionalnim dizajnom cilindra i klipa može preinačiti u 5-taktni, i to bez potrebe za velikim dodatnim dijelovima. Testiranja su također pokazala da 5-taktni motor značajno koristi od ubrizgavanja vode, jer su se u prethodnim eksperimentima s 5-taktnim motorima javljali problemi s pregrijavanjem.
Nažalost, ovaj dizajn mučili su problemi s optimalnom učinkovitošću, povećanim unutarnjim trenjem te idealnom snagom koja se postizala samo pri maksimalnom otvoru gasa. Također su postojale brige oko loše filtracije katalizatora zbog nižih temperatura ispuha, a turbo zaostajanje (turbo lag) bilo je izrazito primjetno, bez obzira na veličinu ili dizajn turbopunjača.
Svi ti dodatni pokretni dijelovi i turbopunjeni dodaci također su predstavljali problem. Ne samo da su poništavali većinu prednosti u omjeru snage i mase 5-taktnog motora, već su s proizvodnog stajališta povećavali troškove i vrijeme montaže. Cijeli agregat zahtijevao je i znatno više prostora u motornom prostoru, a zbog složenosti bio je poznat kao prilično kompliciran za održavanje i podešavanje, zbog čega nikada nije prešao fazu laboratorijskih testiranja. Kao što je jedan komentator nakon gledanja videa rekao: „Ovo je u biti turbopunjač okrenut naglavce.“
