Technika

Obdobně jako celý obor silniční nákladní dopravy prošly i motory nákladních automobilů dlouhým vývojem. Pokud pomineme parní pravěk, dlouho byly používány pouze motory zážehové, které dokonce i v zemích s dostatečnými vlastními zásobami ropy jen pomalu vyklízely pozice motorům vznětovým. Ještě v padesátých letech minulého století byly v USA a v tehdejším Sovětském svazu ve velkém vyráběny i těžké nákladní automobily s motory benzinovými, zatímco Evropu již ovládl „diesel“. Na počátku historie vznětového motoru stál Rudolf Diesel, který se nechtěl smířit s nízkou účinností parního stroje – pouhých osm procent – a žil myšlenkou „lidového motoru“. V roce 1892 přihlásil patent a v roce 1897 se rozběhl jeho motor s výkonem 13 kW při otáčkách 150 min-1 a měrnou spotřebou 324 g/kW.h, což představovalo účinnost 26,2 procenta (účinnost dnešních turbokompaundních motorů je až 45 procent a účinnost zážehových motorů až 40 procent). První automobilové vznětové motory Benz, Daimler a MAN pocházejí z roku 1923; o rok později se již vydaly na silnice první nákladní automobily vybavené takovými motory. Například MAN měl výkon 29,5 kW a měrnou spotřebu 272 g/kW.h. Konkurence nespala a do „naftového“ klubu vstupovali další, roku 1928 Deutz, 1932 Büssing, 1933 Magirus a v roce 1938 Saurer s prvním motorem přeplňovaným turbodmychadlem, tzv. turbodieselem. Prvním sériově vyráběným nákladním automobilem s přeplňovaným vznětovým motorem však bylo až Volvo Titan z roku 1954. Současným konstrukčním standardem se stal vznětový motor s přímým vstřikem nafty, přeplňovaný turbo-dmychadlem a s chlazením plnicího vzduchu, TDI (TurboDiesel Inter- cooler). Další, tzv. turbokompaundní motor využívá ještě lépe energii výfukových plynů. Za turbínou pohánějící dmychadlo je zařazena další turbína, spojená převodem s kapalinovou spojkou s klikovou hřídelí motoru. Výkon druhé turbíny se přičítá k výkonu motoru na klikové hřídeli. Stále postupující globalizace výroby a koncentrace výzkumu a vývoje vozidel vede ke snižování počtu výrobců, mezi kterými se odehrává naprosto nekompromisní konkurenční boj. Pokud je dnes v Evropě pouze šest významných výrobců středních a těžkých nákladních automobilů a z toho ne všichni jsou v globálním měřítku v první desítce, je zřejmé, že po technické stránce jsou si automobily konstrukčně velmi podobné a jejich technické parametry jsou na obdobné úrovni. Rozhodování jury odborných novinářů volící každoročně Truck of The Year je proto stále těžší. Výkon motoru Podívejme se na vývoj nákladních automobilů a tahačů pro mezinárodní silniční přepravu – často označovaných jako TIR (Transport International Routie`re) – za období posledního čtvrtstoletí. Pro typickou evropskou soupravu složenou z tahače 4 × 2 a třínápravového návěsu je přípustná celková hmotnost 40 tun. Před lety to bylo 38 tun a očekává se zvýšení na 42 až 44 tun. Tento ukazatel tak narůstá o 16 procent. Jinak je tomu však u výkonu a točivého momentu motoru. Výkon motoru je úměrný točivému momentu a otáčkám. Točivý moment a jeho závislost na otáčkách je proto daleko zajímavější než nejvyšší výkon motoru při otáčkách, které jsou v provozu nereálné. Tak, jak se snižuje počet evropských výrobců těžkých nákladních automobilů, snižuje se i počet výrobců velkých automobilových vznětových motorů. A lze očekávat, že dříve nebo později dojde dokonce ke stavu, jaký je dnes v Severní Americe. Podle přání zákazníka používají tamní výrobci komponenty, tedy motory, převodovky, nápravy a další od jiných samostatných specializovaných výrobců. V případě motorů to jsou například Caterpillar, Cummins či Detroit Diesel. Ostatně tento trend v oblasti převodovek a náprav je právě aktuální i v Evropě. Zajímavý je také zpětný vliv Evropy na Ameriku v podobě globálního působení některých společností, například DaimlerChrysler (Mercedes-Benz, Freightliner, Sterling) či Volvo Global (Volvo, Renault, Mack). Technický pokrok u motorů evropských automobilů pro dálkovou dopravu je zřejmý z grafu, do kterého byly pro ilustraci vybrány nejvýkonnější automobily s odstupem pěti let. Neznamená to tedy, že by i jiní výrobci, jako například DAF (Pac-Car), IVECO a MAN, neměli ve svém tehdejším i současném výrobním programu obdobně výkonné automobily. Jestliže před lety měl Mercedes 16.38 motor s momentem 1550 N.m a výkonem 275 kW (375 k) a současný silák Volvo FH16 má motor 3000 N.m a 485 kW (660 k), jde o nárůst momentu o 94 procent a výkonu o 76 procent. Zejména z důvodu snížení hlučnosti byly otáčky nejvyššího výkonu postupně snižovány z 2300 na 1900 min-1. Přeplňováním turbodmychadly s chladiči plnicího vzduchu klesla měrná spotřeba z 220 na 180 g/kWh a silniční spotřeba z 50 l/100km na 32 l/100 km, tedy o 36 procent. Zúžení rozsahu provozních otáček do ekonomické oblasti (1000 až 1500 min-1) si vynutilo zvýšení počtu rychlostních stupňů až na osmnáct, přičemž nejběžnější jsou převodovky šestnáctistupňové (4 × 2 × 2), tedy osm celých a osm tzv. půlených stupňů. Není proto divu, že začínají převládat mnohostupňové automatizované převodovky, které řidiči významně ulehčují jeho práci. O snížení vnější hlučnosti, jmenovitě pod hranici 80 dB, již zmínka padla. K radikálnímu snížení hodnot však došlo za uvažované období i u exhalací všech plynných škodlivin a pevných částic ve výfukových plynech a plnění jejich limitů podle předpisu Euro. Protože i legislativa platí pro všechny stejně, nejsou v ekonomice i ekologii provozu takřka všech současných vozidel zásadní rozdíly. Limity škodlivin jsou stanoveny, užitkovost vozidel jedné kategorie, tedy užitečné zatížení a provozní spotřeba, jsou obdobné. Zbyl však ještě určitý prostor pro redukci nákladů na servis vozidel v provozu. Exhalace škodlivin Nedokonalým spalováním ropného paliva v motoru vznikají plynné i pevné škodliviny. Nejzávažnější jsou oxid uhelnatý – CO, oxidy dusíku – souhrnně NOx, nespálené uhlovodíky – HC a částice – PM (saze a jiné). Nepřímo, vzhledem k poškozování atmosféry (skleníkový efekt), je škodlivinou i oxid uhličitý – CO2. Ve výfukových plynech vznětových motorů jsou nejvíce zastoupeny oxidy dusíku a částice. Problém oxidů síry byl vyřešen odsiřováním nafty. Státy Evropské unie se proto v oblasti emisí sjednotily a první předpisy Euro 0, respektive Euro 1, vstoupily v platnost v roce 1988 a 1992. Následovaly Euro 2 (1996), Euro 3 (2000) a současně platné Euro 4 (2005), stanovující limity škodlivin po-dle předpisu EU č. 94.12 a podle revidovaného předpisu EU č. 91.542. Známé jsou dnes již také limity Euro 5 – 2008 (2009). Pro postupný náběh nových předpisů se stanovují vždy dvě data. První platí pro homologace nových typů motorů, respektive vozidel s novými motory, druhé platí pro přihlašování vozidel do provozu. V tomto mezidobí (1. října až 30. září následujícího roku) se proto mohou prodávat a přihlašovat do provozu vozidla s motory podle staršího předpisu. Z tabulky znázorňující limity exhalací je naprosto zřejmý dramatický pokles současných, respektive připravovaných limitů škodlivin oproti výchozímu stavu roku 1988. Vozidla s výkonnými motory Euro 5 jsou totiž již dnes ve standardní nabídce některých výrobců. U nejstarších vozidel v provozu jsou platné pouze obecné limity. V průběhu doby se měnily jak limity, tak metody měření. Pro měření se dnes používají metodiky ESC (European Steady State Cycle), ELR (European Load Response test) a podle ETC (European Tran-sient Cycle) se měří i v přechodových režimech (akcelerace, decelerace). Ekonomika silniční dopravy Z praktického hlediska je nejzajímavější měrný výkon, tedy výkon připadající na jednu tunu hmotnosti soupravy. Zde je nárůst z hodnoty 7,24 kW/t na 12,13 kW/t (o 67 procent) při celkové hmotnosti 40 tun. Z hlediska dynamiky jízdy tento nárůst umožňuje dosáhnout větší rychlosti, a to především ve stoupáních. Tam, kde se před dvaceti lety jezdilo v běžném dálničním stoupání do 4 % rychlostí 30 až 40 km/h, není dnes problémem přiblížit se až k nejvyšší povolené rychlosti 80 km/h, a to i s plně naloženou soupravou. V praxi to znamená, že jedna souprava dopraví větší náklad, a navíc rychleji a s menší spotřebou. Nicméně cena spotřebovaného paliva tvoří jen zhruba třetinu provozních nákladů. Pevné náklady (odpisy, daně, pojistné, mýtné a pod.) provozovatel vozidla ovlivnit nemůže. Vyšší investice do nového výkonného vozidla jako výrobního prostředku se však dopravci rozhodně vyplatí. A to i vzhledem k zásadnímu zvýšení spolehlivosti a životnosti vozidel. Například v těžké dálkové dopravě je dnes standardem servisní interval až 120 tisíc kilometrů, což znamená, že při ročním proběhu nejméně 240 tisíc kilometrů (20 tisíc kilometrů za měsíc) musí vozidlo pouze dvakrát na necelý den do značkového servisu k provedení všech potřebných kontrolních a seřizovacích úkonů a výměně oleje v motoru, případně i dalších provozních hmot. To, co se děje v intervalu šesti měsíců normálního provozu, je již ovlivnitelné pouze dopravcem, a především jeho řidičem. Jestliže se tedy daří udržet vysokou provozní spolehlivost nejméně do ujetí 1,2 milionu kilometrů, může být vozidlo po dobu pěti let v každodenním mezinárodním dálkovém provozu. I při nižší spolehlivosti však může být využíváno denně přinejmenším po stejně dlouhé období, ale v méně náročném vnitrostátním denním provozu. Budoucnost je v elektronice Elektronické řízení činnosti motoru a převodovky přináší nejen snížení spotřeby paliva, ale i další možnosti, například udržování stálé rychlosti vozidla nebo jízdní soupravy na rovině a ve stoupání, a dokonce ve spojení s integrovanou brzdovou soustavou (provozní brzda, motorová brzda, zpomalovací brzda – retardér) i v klesání. To mimo jiné umožňuje i vytváření tzv. silničních vlaků, kdy několik jízdních souprav jede s minimálními odstupy za sebou a řidič první z nich ovlivňuje jízdu všech souprav zapojených do systému. Pokud se však bude vyžadovat vysoká rychlost i ve stoupáních do 8 %, bude požadavek na výkon motoru až 735 kW (1000 k). K největšímu rozvoji dnes dochází v oblasti komplexních elektronických systémů v navigaci a diagnostice vozidla a sledování servisních intervalů, které se dále prodlouží. Přestože – úměrně technické úrovni, kvalitě a vybavení – cena vozidel neustále stoupá, významně klesají přímé provozní náklady, což při nedostatku investičních prostředků provozovatele povede ke stále větší spolupráci výrobce, prodejce a peněžního ústavu. Do světa techniky, elektroniky a velkých financí tak nezadržitelně nastupuje i logistika dopravy.
Ing. Branko REMEK, CSc., ČVUT – FS Praha