Stanou se soumrakem velkoobjemových motorů?

Není to tak dávno, co téměř všechny automobilové výrobce zachvátilo cílené snižování objemů spalovacích komor a následné přeplňování zvané downsizing. Prý ve jménu ekologie. Dnes je tříválcový motor jevem zcela běžným, a to i u větších automobilů. V tomto článku jsme se zaměřili na historický vývoj, konstrukci a parametry tříválcových motorů. Pro někoho to může být překvapení, ale tříválcové řadové motory rozhodně nejsou ničím novým. Přestože se skutečně rozšířily až v posledních dvou desetiletích, tříválcové motory tu byly od samého počátku automobilismu, kdy nahrazovaly dvouválcové motory. Nicméně konstruktéři se rychle přeorientovali na větší konstrukce, jelikož nebyli svazování trhem ani ničím jiným. Nebyli nuceni hledat nová řešení, jak snížit emise nebo spotřebu, a tak tříválcové motory časem převálcovaly motory s větším počtem válců v různých konfiguracích.

Současný tlak na snižování zátěže na životní prostředí a co nejvyšší vnitřní účinnost motorů přenesl návrat řadových tříválců. Z hlediska dnešních požadavků jsou vlastně ideální. Snižují zátěž na životní prostředí, díky moderním technologiím nabízejí poměrně vysokou účinnost a dostatečný výkon.

První hromadné rozšiřování moderních tříválců lze vystopovat až v 70. letech minulého století, kdy se tyto motory uplatňovaly u malých městských osobních automobilů. Ale to bylo tak vše. Pro větší automobily byly příliš slabé. Tento problém vyřešila až éra přeplňování, která panuje dodnes, a tříválcové motory pohánějí takové modely, jakými jsou například Škoda Octavia či BMW řady 3.

PRINCIP

Motor s lichým počtem válců nemá plochý klikový hřídel a rozestup mezi jednotlivými klikami činí 120°. U čtyřdobého motoru trvá celý spalovací proces dvě otáčky klikového hřídele, tedy 720°. Pakliže vydělíme toto číslo počtem válců, vyjde nám 240°, což se rovná načasování zážehu. A právě delší zapalovací interval je mimořádně vhodný pro přeplňování, které nabízí dříve nevídaný výkon, snižuje námahu stroje, a ten tudíž má daleko nižší emise a spotřebu.

U každého motoru je důležité pořadí zapalování. Proto se například motor V12 od Lamborghini chlubí plaketou, na které je pořadí zapalování jeho válců vyobrazen. U tříválcového motoru je nejčastěji voleno pořadí 1-2-3, případně 1-3-2. Na rozdíl od tříválců se u motorů s větším počtem spalovacích komor zapalování směsi volí tak, aby následovalo v co nejvzdálenějších válcích. Je to z důvodu menšího namáhání hlavních ložisek klikového hřídele. Při zvoleném pořadí zážehů je nutná kontrola, jestli není nepřiměřeně namáhán klikový hřídel torzními kmity. U tříválcového motoru má však změna pořadí zážehů vzhledem k malému počtu válců zanedbatelný vliv na mechanické namáhání klikového mechanismu.

NEJDŘÍVE DVOUTAKTY

V počátcích motorismu se využívaly především dvoutaktní dvouválce, ovšem zanedlouho konstruktéři přišli s tříválcovou konstrukcí, protože oproti dvouválcovým motorům měly lepší výkonovou charakteristiku a z finančního hlediska byly přibližně stejně drahé.

První velká vlna tříválcových dvoudobých motorů přišla ve 40. a 50. letech 20. století, kdy tyto pohonné jednotky používaly automobilky jako DKW, IFA, Barkas, Wartburg nebo Saab. Později se přidaly také japonské automobilky Suzuki či Daihatsu. Výhodou dvoutaktních tříválců ve srovnání se čtyřtaktními motory s více válci je to, že na rozdíl od čtyřtaktních motorů, kde dochází k zapálení směsi každé dvě otáčky klikového hřídele, u dvoudobých motorů k zážehu dochází každou otáčku klikového hřídele. A vzhledem k tomu, že u tříválce proběhnou během jednoho otočení tři zápaly, je průběh točivého momentu rovnoměrnější.

Další obrovský boom tříválců, tentokrát už ve čtyřtaktním provedení, nastal v 70. letech 20. století. Zejména asijští výrobci viděli v těchto motorech východisko ze stále se zhoršující emisní situace ve velkých městech. Například v Tokiu se kvůli uniklé mastné směsi a spálenému benzinu z dvoudobých motorů nedalo v dopravní špičce téměř dýchat, takže čtyřdobé tříválcové motory byly vítaným řešením pro stále populárnější městské automobily, jejichž největší výhodou byly malé rozměry a nízká hmotnost.

Současný rozmach tříválců má na svědomí opět snaha o čistější životní prostředí. Stále rostoucí počet osobních automobilů ve městech má za následek další výrazné zhoršení životního prostředí. Tříválcové motory tak přicházejí znovu ke slovu. Hlavním důvodem nižší spotřeby a emisí tříválcového motoru je menší obvod třecích ploch (součet obvodů pístních kroužků. Vlivem menšího tření tak tříválec bude mít vyšší účinnost než čtyřválcový motor.

Samozřejmě že vyšší účinnost není jediným důvodem, proč automobilky nyní tak intenzivně investují do vývoje tříválcových motorů. Menší počet válců znamená méně materiálu a tedy nižší náklady na výrobu. Při počtu vyrobených kusů jde o výraznou úsporu. Menší rozměry motoru také umožňují výrobu aut s větším vnitřním prostorem nebo také jednodušší zástavbu prvků pasivní bezpečnosti, případně dovolují umístit akumulátor u hybridních automobilů.

PRVNÍ APLIKACE

Jedním z prvních vozů s tříválcovým motorem byl britský Brooke. Jednalo se o příčně uložený motor o zdvihovém objemu 2398 cm3 s pořadí zapalování 1-2-3. Tento motor byl velmi jednoduchý na údržbu. Neméně slavným tříválce z éry začátku automobilismu je Argyll 12/14 HP. Pokud jste o této značce nikdy neslyšeli, pak vězte, že šlo o nejznámější skotskou automobilku, která před první světovou válkou soupeřila o post největší automobilky na světě. V době, kdy neexistovala sériová výroba, dokázala vyrábět 20 až 25 vozů týdně!

Mezi další předválečné výrobce patří automobilka Maudslay z Coventry s modelem 20 HP. Motor Maudslay je historicky zajímavý tím, že pořadí zážehů bylo 1-3-2, což bylo v té době velmi pokrokové a hlavně nepoužívané řešení.

Britský Vauxhall také vyráběl tříválce hned od počátku motorismu a jako jediná automobilka je vyrábí dodnes (Opel). Model Vauxhall 12/14 HP poháněl tříválec zajímavé konstrukce - byl složený ze tří jednoválců. Protože motor měl velké problémy s přehříváním, použil výrobce šestistupňovou převodovku, aby nebyl tak namáhán. Vauxhall 12/14 HP se tak dá označit za první automobil se šestistupňovou převodovkou.

Kromě výše jmenovaných se výrobou tříválců zabýval také Rolls-Royce, Duryea, Singer, Lea-Francis, Brixia-Züst a téměř vždy se jednalo o velkoobjemové agregáty vyrobené v počtu pouhých jednotek kusů.

JAPONSKÝ DRUHÝ DECH

Tříválce měly původně dost jepičí život a po první vlně čtyřdobých tříválcových motorů na počátku 20. století byla několik desetiletí dlouhá mezera. Opět se ke slovu dostaly až koncem 40. let, kdy poválečné Japonsko žádalo malé a levné stroje. Do tohoto období se datuje také vznik kategorie „kei-car.“ V průběhu let se měnil zdvihový objem, který tyto vozy mohly mít, a dnes dosahuje 660 cm3. Odtud se maloobjemové tříválce rozšířily také do malých městských vozů a následně po celém světě. Nejznámějším tříválcovým „kei-car“ vozem je Suzuki Alto s vodou chlazeným tříválcovým motorem F5A.

Neméně známým tříválcem je Daihatsu CB20, který se objevil v modelu Charade. Tento litrový motor z roku 1977 vážil pouhých 89 kilogramů a dlouho platil za nejživější tříválec japonské provenience.

Našinec poznal jeden z prvních moderních tříválců ve vozech Tico a Matiz automobilky Daewoo. Osmistovka Daewoo S-TEC s pořadím zapalování 1-3-2 byl rozhodně tím nejlepším, co modely Tico a Matiz nabízely, a vozům uděloval solidní dynamiku.

VZNĚTOVÉ TŘÍVÁLCE

Přestože se sluší zmínit, že první moderní tříválcovou aplikaci vznětového motoru si nárokuje Alfa Romeo, respektive VM Motori (Alfa Romeo 33 1,8 TD), první vznětové aplikace tříválcové koncepce v masivním měřítku si přisvojil až Volkswagen, který v roce 1999 představil rovnou dvě pohonné jednotky této koncepce. Oba motory s odolným systémem čerpadlo tryska vycházely ze známé čtyřválcové jednotky 1,9 TDI s minimem konstrukčních odlišností. Menší tříválec s hmotností přibližně 100 kg platí za jeden z nejlehčích vznětových motorů všech dob.

S přelomem tisíciletí si tříválce postupně razily cestu do výroby čím dál častěji. Na evropském kontinentu se o jejich rozšíření nejvíce zasloužil Volkswagen s 1,2 HTP a výše zmiňovanými TDI. Koncernové motory doplňoval Opel 1.0 Twinport nebo Smart 1,0 a 0,8 CDI. U nás vyráběná kolínská trojčata Toyota Aygo, Citroën C1 a Peugeot 107/108 také pohání tříválec. Řadu let to byl dokonce Motor roku. Z asijských vozů to byla Honda Insight a Hyundai, který v modelech Matrix a Accent použil 1,5 CRDi.

Zatím poslední kapitolu rozepsal Hyundai, který nasadil do Hyundai i10 a KIA Picanto tříválec 1,0 CVVT, který nahradil 1,1litrový čtyřválec 12V. O rok později Ford představil svůj Focus s přeplňovaným tříválcem o zdvihovém objemu 999 cm3 s funkcí krátkodobého zvýšení točivého momentu overboost. Jedná se o jeden s prvních downsizing motorů 21. století. O dva roky později, tedy v roce 2014, představilo BMW tříválec BMW B38 v plug-in hybridním modelu BMW i8 a nyní se tento motor objevuje také v dalších, již konvenčnějších modelových řadách.

Dnes nabízí svůj tříválec téměř všichni významní výrobci, třebaže nyní se prakticky vždy jedná o přeplňované zážehové provedení. Ke koncernu VW, značce BMW a Fordu se přidal Renault, Suzuki, Peugeot, Nissan, Honda nebo nově například Volvo. I když řada lidí se na tyto motory stále dívá skrz prsty, jejich vývoj a hromadná montáž do aut budou nepochybně pokračovat.