Subaru ne namjerava odustati od razvoja benzinskih bokser motora. Naprotiv, želi ih nastaviti usavršavati i postići toplinsku učinkovitost od 50 posto. Polazeći od načela da se energija ne smije rasipati bez obzira na vrstu pogona, tvrtka razvija bokser motor nove generacije koji bi trebao ponuditi vrlo dobru stvarnu potrošnju goriva, jednostavnost svakodnevne uporabe i uzbudljiv osjećaj u vožnji.
Između toplinske učinkovitosti motora, koja pridonosi smanjenju potrošnje goriva, i specifične snage, odnosno snage po litri obujma motora, postoji određeni kompromis. Davanje prednosti ekonomičnosti otežava povećanje snage, dok povećanje snage obično zahtijeva žrtvovanje dijela učinkovitosti.
Subaru želi postići obilje okretnog momenta i toplinsku učinkovitost od 50 posto, koja bi bila među vodećima u industriji, oslanjajući se na dosadašnje iskustvo u razvoju prednabijanja i tehnologija izgaranja.
Postizanje visoke toplinske učinkovitosti omogućuje proizvođaču da odabere hoće li prednost dati manjoj potrošnji ili većoj snazi. Također otvara mogućnost razvoja motora koji istodobno nudi razumnu potrošnju i dovoljno visoke performanse.
Međutim, Subaru se pri pokušaju povećanja toplinske učinkovitosti suočava s posebnom preprekom – konstrukcijom bokser motora. Zbog njegove velike širine postoji ograničenje u produljenju hoda klipa. Povećanje omjera hoda klipa i promjera cilindra smanjuje udio površine komore za izgaranje u odnosu na volumen cilindra, čime se smanjuje količina topline koja se gubi kroz stijenke komore.
Na taj se način smanjuju toplinski gubici i povećava toplinska učinkovitost. Osim toga, veća brzina gibanja klipa pogoduje stvaranju takozvanog tumble strujanja, odnosno kružnog gibanja smjese zraka i goriva unutar cilindra. Time se poboljšava njihovo miješanje i ubrzava izgaranje. Posljedično se učinkovitije pretvara energija izgaranja u mehanički rad, što dodatno povećava toplinsku učinkovitost.
Povećanjem ukupne širine vozila mogao bi se donekle povećati i prostor za motor, čime bi se omogućio dulji hod klipa čak i kod bokser konstrukcije. No takvo rješenje nije praktično. Stoga Subaru mora poboljšati učinkovitost s kraćim hodom klipa nego što ga imaju najnoviji motori drugih proizvođača koji su usmjereni na postizanje visoke toplinske učinkovitosti.
Subaru je ponavljanjem simulacija i drugim razvojnim postupcima stekao znatna znanja o tome kako ostvariti snažno strujanje plinova unutar cilindra čak i uz kratak hod klipa, odnosno možda upravo zahvaljujući njemu.
Koristeći to iskustvo, tvrtka nastoji postići snažnije strujanje plinova u cilindru u odnosu na referentne vrijednosti konkurentskih proizvođača. Time se omogućuje bolje miješanje zraka i goriva te stvaranje homogene smjese koja ravnomjerno i čisto izgara.
Pri razvoju bokser motora nove generacije Subaru je uveo novu tehnologiju trodimenzionalne analize izgaranja. Ona omogućuje vrlo precizno praćenje širenja plamena nakon paljenja, što olakšava predviđanje detonantnog izgaranja.
Zahvaljujući toj tehnologiji simulacije, razvojni motor pokazuje veću brzinu oslobađanja topline. Ako se toplina oslobađa presporo, dok se klip već kreće prema donjoj mrtvoj točki, energija izgaranja ne može se učinkovito pretvoriti u mehanički rad. Nasuprot tome, brzo oslobađanje topline omogućuje da se tlak izgaranja prenese na klip prije nego što on previše odmakne, čime se povećava učinkovitost.
Usporedba karata toplinske učinkovitosti konvencionalnog motora, odnosno atmosferskog motora koji se koristi u hibridnim vozilima, i razvojnog turbomotora pokazuje da je područje visoke toplinske učinkovitosti kod novog motora približno dvostruko veće.
To znači da motor neće biti štedljiv samo u određenim uvjetima vožnje, dok bi mu potrošnja u drugim okolnostima naglo rasla. Naprotiv, postoji potencijal za smanjenje potrošnje u znatno širem rasponu uvjeta vožnje. Drugim riječima, cilj je poboljšati stvarnu potrošnju goriva u svakodnevnoj uporabi.
Dodatna prednost prednabijanja jest mogućnost preciznog upravljanja količinom zraka koja ulazi u motor. Time se proširuje područje rada u kojem je dostupan veliki okretni moment. Rezultat je motor koji precizno reagira na pritisak papučice gasa. Kombinacija lako dostupnih performansi i vrlo dobre stvarne potrošnje goriva jedna je od glavnih značajki koju Subaru želi postići novim bokser motorom.
Na predstavljanju razvojne strategije i konferenciji za medije bio je izložen presjek glave cilindra razvojnog motora, na kojem je jasno vidljiv ravni usisni kanal.
Odgovorni inženjer objasnio je:
– Usisni kanal iznimno je važan za stvaranje snažnog strujanja i homogene smjese zraka i goriva. U odnosu na dosadašnja rješenja učinili smo ga ravnijim i neznatno smanjili njegov presjek kako bismo povećali brzinu strujanja zraka.
Sužavanje presjeka kanala povećava gubitke tlaka i otežava usisavanje zraka. Zato Subaru planira primijeniti prednabijanje kako bi se u cilindre dovela potrebna količina zraka. Jedna od mogućnosti koju Subaru razmatra jest turbopunjač s promjenjivom geometrijom turbine. Jedna od opcija za prednabijanje jest turbopunjač s promjenjivom geometrijom turbine (VGT), koji prilagođava protočni presjek turbine količini ispušnih plinova. Cilj je osigurati dobar odziv motora u različitim režimima rada.
U Subaruu pritom priznaju da bi se eventualno kašnjenje odziva turbopunjača moglo nadoknaditi elektromotorom koji pokreće ili pomaže vozilu u ubrzanju. Razmatra se i primjena Millerova ciklusa. Riječ je o tehnologiji kojom se upravljanjem trenutkom zatvaranja usisnog ventila postiže veći omjer ekspanzije u odnosu na efektivni omjer kompresije. Time se povećava učinkovitost pretvaranja energije izgaranja u mehanički rad.
Primjena Millerova ciklusa snizila bi temperaturu ispušnih plinova, što bi moglo omogućiti izbjegavanje skupih materijala potrebnih za izradu VGT turbopunjača i olakšati njegovu primjenu. Ipak, u Subaruu priznaju da je postizanje toplinske učinkovitosti od 50 posto primjenom tih tehnologija zasad još uvijek teško.
Kao jedno od mogućih rješenja razmatra se predkomora za izgaranje. Ta tehnologija podrazumijeva stvaranje male dodatne komore odvojene od glavne komore za izgaranje. Smjesa zraka i goriva najprije se pali u predkomori, nakon čega mlazovi vrućih plinova izlaze u glavnu komoru i izazivaju brzo izgaranje preostale smjese. Sila mlazova plinova vrlo je velika, što omogućuje brzo izgaranje siromašne smjese, odnosno smjese s većim udjelom zraka u odnosu na stehiometrijski omjer zraka i goriva. Takav način rada pridonosi povećanju toplinske učinkovitosti.
Za znatno poboljšanje toplinske učinkovitosti ključno je postići čisto i brzo izgaranje siromašne smjese, koju je teško zapaliti konvencionalnom svjećicom. Drugim riječima, potrebno je ovladati tehnologijom siromašnog izgaranja. Subaru je svjestan tog izazova i radi na razvoju motora koji neće rasipati energiju, ali pritom neće izgubiti ono što automobil čini automobilom – dobre performanse, jednostavnost uporabe i užitak u vožnji, piše japanski Motor Fan.
Nažalost, nećemo imati priliku isprobati taj motor u Europi, kada se jedanput pojavi u nekom vozilu, jer će Subaru povući sve modele s unutarnjim sagorijevanjem s našeg tržišta.
