Vynikajúci výkon v kombinácii s rekordne nízkou spotrebou paliva


Použitím rozličných riešení a prvkov high-tech, ako napríklad stupňovité prepĺňanie dvoma turbokompresormi, keramické žeraviace sviečky a piezoelektrické vstrekovače, sa inžinierom Volvo podarilo znížiť spotrebu paliva na rekordne nízku úroveň pre vozidlo tejto veľkosti - 6,2 litra/100 km. Emisie CO2 dosahujú 164 g/km. Takáto nízka spotreba paliva v kombinácii s výkonom 151 kW (205 k) a krútiacim momentom 420 Nm spôsobili, že Volvo S80 s motorom D5 môže súťažiť o titul najlepšieho vozidla vo svojej triede.

„Našim cieľom bolo vytvoriť moderný výkonný naftový motor, spĺňajúci emisnú normu Euro 5,“ hovorí Derek Crabb, viceprezident spoločnosti Volvo Cars pre oblasť vývoja pohonného ústrojenstva. „Predchádzajúca generácia motora prechádzala konštantným vývojom v niekoľkých etapách a dosiahla hranice svojho potenciálu. Preto sme sa rozhodli začať s čistým listom papiera a využiť všetky prvky najmodernejšej technológie, ku ktorým máme v súčasnosti prístup. Výsledok je lepší, ako sme očakávali. A navyše, tento motor bol kompletne vyvinutý výlučne u značky Volvo.“

Výkony a komfort jazdy na najvyššej úrovni
Nový motor Volvo D5 so zdvihovým objemom presne 2400 cm3 neobyčajne spontánne reaguje na dotyk pedála akcelerátora. Vysoká pružnosť a celkovo komfortný charakter motora vyniknú predovšetkým v mestskej premávke. Je to zvlášť výrazné v kombinácii so šesťstupňovou automatickou prevodovkou. Výrazný krútiaci moment v širokom rozsahu otáčok v kombinácii extrémne rýchlym preraďovaním automatickej prevodovky zabezpečujú neobyčajne komfortnú jazdu pri dramaticky zníženej spotrebe paliva v reálnej premávke.

Požiadavky na výkon a charakteristiku motora sa podarilo splniť vďaka použitiu dvoch turbokompresorov rozličnej veľkosti, ktoré zabezpečujú stupňovité prepĺňanie motora. Tým sa dá dosiahnuť zvýšenie výkonu i krútiaceho momentu v širšom rozsahu otáčok. Motor spontánne reaguje a svižne zrýchľuje v celom rozsahu rýchlostí, nárast výkonu je vždy veľmi plynulý. To je zvlášť výhodné napríklad pri predbiehaní v rozsahu rýchlostí 80 až 120 km/h – čo je jeden z typických manévrov v reálnej premávke.

Moderná technológia vstrekovania paliva využíva piezoelektrické vstrekovače, zabezpečujúce presnú dodávku dokonale rozptýleného paliva do spaľovacieho priestoru, čo prispieva k účinnému spaľovaniu a nízkej hladine emisií. Optimálne regulované horenie zmesi súčasne umožnilo vytvoriť príjemnú zvukovú kulisu motora, svojim charakterom pripomínajúcu elegantný zvuk šesťvalcového benzínového motora. Nový motor dosahuje vynikajúce výsledky v oblasti akustického komfortu, ako aj v oblasti prenosu hluku a vibrácií do karosérie vozidla.

Spotreba paliva nižšia ako bol pôvodný cieľ
„Keď sme začali pracovať na tomto projekte, našim cieľom bolo znížiť spotrebu na hodnotu 6,4 litra/100 km v limuzíne Volvo S80, čo je relatívne veľké vozidlo,“ pripomína Derek Crabb. „Ako práce na vývoji pokročili, videli sme, že môžeme prekonať tento cieľ a aktuálne sme sa dnes dostali na hodnotu 6,2 litra/100 km s manuálnou prevodovkou. S automatickou prevodovkou sme boli schopní znížiť spotrebu paliva o vyše 8 % zo 7,3 na 6,7 litra/100 km, čo je významné zlepšenie.“

Nízka spotreba paliva je výsledkom využitia najmodernejších technológií, vrátane dvoch stupňovite zapojených turbokompresorov. Táto technológia umožnila, aby motor pracoval s vyšším podielom recirkulovaných výfukových plynov (EGR) v širšom rozsahu otáčok ako v minulosti. K zníženiu spotreby paliva prispieva aj systém priameho vstrekovania s piezoelektrickými injektormi a vysoko účinným palivovým čerpadlom. Systém vstrekovania common rail umožňuje vstreknutie niekoľkých extrémne rýchlych a presných dávok paliva pod vysokým tlakom počas jedného pracovného taktu motora, čím sa optimalizuje účinnosť spaľovania zmesi.

Nízke emisie a optimálna výmena zmesi
„Technické riešenia prispievajúce k nízkej spotrebe paliva súčasne pomáhajú redukovať environmentálnu stopu motora,“ vysvetľuje Derek Crabb. „Zníženie emisií plynov a pevných čiastočiek patrili pri vývoji nového motora k základným požiadavkám.“

Okrem dvoch turbokompresorov, piezoelektrických vstrekovačov a zdokonaleného systému recirkulácie výfukových plynov je nový motor Volvo D5 vybavený keramickými žeraviacimi sviečkami. Tieto high-tech sviečky sa vyznačujú extrémne rýchlym zohriatím, čo zabezpečuje vynikajúcu štartovateľnosť motora. Keramické žeraviace sviečky dosiahnu teplotu 1000 stupňov Celzia už za dve sekundy, čím sa uľahčuje štart motora a znižujú emisie. V niektorých prevádzkových podmienkach, ako napríklad pri pomalej jazde s nízkymi otáčkami po štarte studeného motora, sa keramické žeraviace sviečky využívajú na zvýšenie teploty vo valcoch, čo zlepšuje účinnosť spaľovania.

Moderný systém vstrekovania paliva umožňuje dodávať v malých, presne definovaných dávkach ďalšie palivo aj po hlavnom vstreku. Tento proces (post-injection) umožňuje vo výraznej miere zlikvidovať tuhé čiastočky (sadze) vo výfukových plynoch. Dokonalé odstránenie zvyškov sadzí vo výfukových plynoch zabezpečuje štandardne montovaný filter DPF s automatickou regeneráciou.

„Vďaka optimálnej výmene zmesi a nízkej úrovni tuhých častíc vo výfukových plynoch sme výrazne znížili emisie a preto sme mohli nové Volvo S80 D5 hrdo vybaviť dvoma koncovkami výfuku,“ povedal Derek Crabb.

Tri roky od štartu projektu po sériovú výrobu
Nový päťvalcový naftový motor je prvým motorom, ktorý vytvorila nová projekčná kancelária Volvo pre vývoj naftových motorov. „Celý proces od doručenia projektového zadania po montáž prvého motora do karosérie trval menej ako tri roky, čo považujeme za veľmi dobrý výsledok,“ hovorí Derek Crabb. „Motor budeme sledovať počas celého jeho životného cyklu, uľahčí to našu snahu o kontinuálne zlepšovanie a optimalizáciu pre ostatné modely Volvo."

Cieľom bolo vyvinúť naftový motor s výkonmi a jazdným komfortom, ktoré uspokoja náročné požiadavky zákazníkov vo vyššej strednej triede. Motor bol od začiatku koncipovaný tak, aby spĺňal budúce prísne environmentálne požiadavky. Modulárna koncepcia nového motora využíva štandardizované montážne prvky pre turbokompresory a ostatné pomocné komponenty. To uľahčuje montáž motora do ďalších modelov Volvo a vytvára priestor pre ďalší vývoj motora v súlade s požiadavkami budúcnosti.

„Modulárna koncepcia súčasne uľahčuje aj výrobu motora vo výrobnom závode,“ prezrádza Derek Crabb. „Aby sme vytvorili optimálne podmienky pre montáž, s dobrou ergonómiou pre montážnych pracovníkov a zabezpečili vysokú kvalitu výroby, implementovali sme do konštrukcie motora mnohé poznatky najskúsenejšieho tímu pracovníkov z nášho závodu na výrobu motorov.“

Technológia v skratke

Motor D5 je vyrobený kompletne z hliníka. To zabezpečuje nízku hmotnosť a dobré tepelné vlastnosti.

Priečne chladenie zabezpečuje rovnomerné chladenie hlavy valcov a bloku motora. To prispieva k optimálnej regulácii teploty motora a tým k vysokej spoľahlivosti a dlhej životnosti.

Dva turbokompresory majú rozličnú veľkosť a spoločne poskytujú extrémne vysoký prepĺňací tlak 1,8 baru (180 kPa) v zvlášť širokom rozsahu otáčok. Menší turbokompresor sa používa na prepĺňanie predovšetkým pri nízkych otáčkach motora. Reaguje oveľa rýchlejšie ako veľký turbokompresor a preto zabezpečuje bezprostrednú reakciu na zmenu polohy pedála akcelerátora. Pri vyšších otáčkach preberá prepĺňanie veľký turbokompresor, ktorý zabezpečuje vyšší prepĺňací tlak pri akcelerácii v tejto prevádzkovej oblasti motora. Okrem zvýšenia výkonu a zníženia spotreby paliva umožňuje použitie dvoch turbokompresorov v stupňovitom zapojení efektívnejšie využívať systém recirkulácie výfukových plynov (EGR).

Zvýšenie objemu chladiča recirkulovaných výfukových plynov a jeho vybavenie účinnejšími chladiacimi rebrami umožnilo zvýšiť účinnosť chladenia až o 25 %. To umožnilo výrazne znížiť teplotu výfukových plynov, vracajúcich sa do nasávacieho potrubia, a tým znížiť emisiu oxidov dusíka (NOX) na úroveň s rezervou spĺňajúcu požiadavky budúcej emisnej normy Euro 5. Práve oxidy dusíka NOX spôsobujú tvorbu prízemného ozónu a sú príčinou okyslenia pôdy a vody. NOX tiež dráždi dýchaciu sústavu.

Piezoelektrické vstrekovače paliva sa používajú v kombinácii s vysoko účinným vysokotlakovým palivovým čerpadlom, ktoré dosahuje vysoký vstrekovací tlak až 1800 barov.

Dýza piezoelektrického vstrekovača reaguje dvakrát rýchlejšie ako konvenčná dýza s elektromagnetickým ovládaním. Preto môže byť množstvo vstrekovaného paliva dávkované oveľa presnejšie a tým lepšie prispôsobené momentálnym prevádzkovým podmienkam. Tým sa zvyšuje účinnosť spaľovania, znižuje spotreba paliva a znižuje emisia škodlivých látok vo výfukových plynoch.

Vďaka svojej vysokej rýchlosti môže piezoelektrický vstrekovač počas jedného pracovného taktu motora uskutočniť až sedem vstreknutí. Vysoká rýchlosť injektorov a veľký vstrekovací tlak umožňujú ešte aj pri otáčkach motora prevyšujúcich 3000 za minútu realizovať krátky pilotný predvstrek, ktorý zaručuje neobyčajne pokojný beh motora.

Piezoelektrické vstrekovače môžu realizovať aj extrémne krátke následné vstreknutia po hlavnej sekvencii vstrekovania. Výsledkom je, že filter tuhých častíc (sadzí) sa môže automaticky regenerovať aj keď motor beží v nízkych otáčkach.

Systém vstrekovania paliva common rail využíva spoločné palivové potrubie z ušľachtilej ocele, konštruované pre vysoký prevádzkový tlak. Preto môže vstrekovací tlak dosahovať až 1800 barov.

Vysokotlakové palivové čerpadlo má dva čerpadlové elementy namiesto troch pri predchádzajúcej generácii motora D5. Tým sa znižuje odpor čerpadla a zaťaženie jednotlivých komponentov. Nižšia spotreba energie prispieva k zníženiu spotreby paliva.

Keramické žeraviace sviečky sú high-tech komponenty, zabezpečujúce vynikajúcu štartovateľnosť motora. Zohrievajú sa extrémne rýchlo a už dve sekundy po studenom štarte dosahujú teplotu 1000 stupňov Celzia. Maximálna prevádzková teplota je 1300 stupňov, čo je o 30 % viac ako pri konvenčných žeraviacich sviečkach. S keramickými žeraviacimi sviečkami môže motor štartovať okamžite bez predhrievania, a to aj pri teplote mínus 30 stupňov Celzia.

Namiesto mechanickej mierky oleja vodiča upozorní informačný displej, kedy je potrebné doplniť olej. Elektronická mierka presne informuje, koľko oleja je potrebné doplniť do motora.

Montážne úchyty motora boli zdokonalené a prispôsobené vysokému krútiacemu momentu. Klasické úchyty dopĺňa tretia momentová vzpera, ktorá stabilizuje motor v karosérii pri intenzívnej akcelerácii.

Špecifikácia motora D5, Euro 5 (Volvo S80)

Počet valcov	5
Objem (cm3)	2400
Vŕtanie (mm)	81,0
Zdvih (mm)	93,15
Počet ventilov	20
Počet vačkových hriadeľov	2 v hlave valcov (DOHC)
Kompresný pomer	16,5:1
Voľnobežné otáčky (min-1)	700
Max. otáčky (min-1)	500
Max. výkon (kW/min-1)	151/4000
Max. výkon (k/min-1)	205/4000
Max. krútiaci moment (Nm/min-1)	420/1500-3250
Systém manažmentu motora	Elektronicky riadené priame vstrekovanie paliva common rail
Vstrekovací tlak (bar)	1800
Prepĺňací tlak (kPa)	180
Filter tuhých častíc	so samočinnou regeneráciou

„Nový 5-valcový naftový motor dokumentuje ďalší krok v našom úsilí znižovať dopad spaľovacích motorov na životné prostredie, jeho zavedením súčasne poskytujeme zákazníkom modelu Volvo S80 dokonale kultivovaný a sofistikovaný motor s vynikajúcimi výkonmi,“ rekapituluje Derek Crabb.