VW/Audi 1.8 20V Turbo: Proč už podobně úžasný motor nemůže v dnešní době vzniknout

Na legendární motor VW/Audi s pěti ventily na válec a přeplňováním turbodmychadlem dodnes mnozí přísahají. Čím byl tak výjimečný a proč v tichosti odešel s příchodem normy Euro 5?

Celých přibližně patnáct let poháněl vozy skupiny VW ve své době výjimečně řešený motor 1.8 20V Turbo. Šlo vlastně o odvozeninu od atmosférické verze, která se objevila ve stejném roce, tedy 1995 (tehdy v souvislosti s příchodem první generace Audi A4). V ní byl motor uložen podélně před přední nápravou. O pouhý rok později vyjela kompaktní Audi A3 a samozřejmě i naše první novodobá Škoda Octavia, výrobce tak motor upravil pro příčnou zástavbu do karoserie. V případě výchozí atmosférické verze to mimo jiné přineslo „krátké“ hliníkové sací potrubí, díky němuž tato první verze trpěla chronickým nedostatkem točivého momentu v nízkých a středních otáčkách.

Od roku 1998 se však uvedený nedostatek hmatatelně zlepšil použitím nového plastového sání, navíc s proměnnou délkou. Naproti tomu verze s turbodmychadlem ničím podobným při přechodu na příčnou zástavbu netrpěla. Motor 1.8 20V Turbo nakonec vydržel v modelu Seat Exeo ve výrobě do roku 2010. Jeho další kariéru ukončil příchod emisní normy Euro 5.

Motor 1.8 20V Turbo byl v průběhu produkce napříč svými aplikacemi nabízen hned v několika výkonových verzích. K původní se 110 kW přibyla později verze se 132 kW a dále varianta se 165 kW. Posledně jmenovaná a tedy nejvýkonnější verze byla specialitou výhradně vozů Audi, přičemž asi nejčastěji na ní narazíte v původním kupé (roadsteru) TT.
Bez ohledu na výkonovou verzi splňoval motor zpočátku emisní normu Euro 2, později Euro 3 a v konečné fázi to do „dotáhl“ ve vybraných modelech (například ve zmíněném Seatu Exeo) až na Euro 4. Jednotlivé verze se liší obligátním kódem motoru, tedy označením s trojicí písmen.

Bez ohledu na výkonovou verzi či splňující emisní normu mají všechny čtyřválce 1.8 20V Turbo litinový blok s hliníkovou hlavou. Každý válec dostal tři sací a dva výfukové ventily, ovládané dvojicí vačkových hřídelů, což tehdy nabízelo snad jen Ferrari u osmiválce F355. Jejich pohon kombinuje ozubený řemen s krátkým řetězem, který pohání sací vačkový hřídel od výfukového.

Zajímavostí agregátu bylo originálně řešené proměnné časování. To vycházelo z koncepce Porsche Variocam, použitém třeba na čtyřválci posledního z řady „transaxle“ 968. Místo dnes běžného řešení s hydraulickým přesuvníkem na vačkovém hřídeli využívalo zmíněného řetězu, propojujícího oba vačkové hřídele v kombinaci s hydraulickým napínákem. Změnou jeho zdvihu docházelo ke vzájemnému pootáčení obou vačkových hřídelů, čímž se měnilo časování či přesněji doba, kdy jsou současně otevřeny sací i výfukové ventily (takzvané střihání ventilů). Zcela běžné bylo tehdy nepřímé vstřikování benzínu. Ve snaze zvýšit životnost turbodmychadla, zařadili konstruktéři jeho ložiskový uzel do okruhu chlazení motoru.

Verze s výkonem 110 kW (tedy ta základní) si vystačila s mechanicky ovládanou škrticí klapkou, dokonce i pod diktátem Euro 3, stejně jako jen s jednou lambda sondou, což je zajímavé. Výkonnější variantou se 132 kW již potřebovala pro Euro 3 dvě lambda sondy. Navíc se lišila i jinak. Například elektricky ovládanou škrticí klapkou, kterou tato výkonová verze používá už od původní varianty Euro 2 (motor AJQ), kdy se poprvé objevila v Audi TT. Další změnou v porovnání se slabší verzí bylo odlišné sání s vířivým (tumble) efektem.
Motor dále dostal jiné turbodmychadlo K03S (verze se 110 kW má K03), přičemž navenek je hlavní odlišností elektronické ovládání ventilu na výtlačné (sací) straně – tzv. pop-off ventil, který se otevírá při zavření škrticí klapky. U verze se 110 kW se ovládal výhradně podtlakem. K vyššímu výkonu přispěl rovněž odlišný program řídicí jednotky motoru.

Ještě více změn prodělala vrcholná varianta se 165 kW (APX). Pro Euro 2 si vystačila s jednou lambda sondou, pro Euro 3 již vyžadovala dvě kyslíkové sondy. Navíc ale byla obohacena o elektrické čerpadlo sekundárního vzduchu dopravovaného do výfuku, a to od samého začátku (tedy i Euro 2). Z pohledu uživatele bylo předepsáno palivo výhradně o oktanovém čísle 98 a vyšším. Motor dostal mnohem kvalitnější kované písty, navíc chlazené zespodu ostřikem oleje. Ty přinesly snížení kompresního poměru z původních 9,5:1 na 9,0:1. Sání bylo rovněž jinak řešeno s odlišným snímačem hmotnosti nasávaného vzduchu, navíc s dvojicí chladičů stlačeného vzduchu místo jednoho. Jiné bylo ovšem i výfukové potrubí, stejně jako turbodmychadlo, konkrétně K04. Jeho vodní okruh chlazení výrobce doplnil o elektricky poháněné čerpadlo dochlazování po vypnutí motoru. To mohlo v extrémním případě běžet až 10 minut po tom, co řidič motor zhasl. Použity byly dále vstřikovače se zvětšeným průtokem a samozřejmě jiný program řídicí jednotky. Verze se 165 kW je tedy výrazně modifikovaná a vlastně o dost jiná než ty slabší.

Přeplňované motory s nepřímým vstřikováním benzínu vyžadují k tomu, aby mohly těžit z výhod přeplňování, relativně nízký takzvaný statický kompresní poměr. V dřevních dobách přeplňování to bývalo klidně mezi 7 až 8:1, u motoru VW 20V Turbo už ale 9 až 9,5:1. Toto zvýšení dovolil poměrně vyspělý motormanagement, využívající mimo jiné dva snímače klepání motoru, vždy jeden pro dva válce. Další zvýšení statické komprese by ale vedlo ke vzniku samozápalů, tudíž by se směs benzinu se vzduchem zapalovala nikoliv přeskokem jiskry na svíčce, ale vysokou teplotou ve válci z důvodu značného stlačení směsi.

Jenže statický kompresní poměr má u motoru vliv na termodynamickou účinnost. Ta s jeho zvyšováním roste. A vyšší termodynamická účinnost znamená současně lepší využití paliva a tedy v konečném důsledku snížení jeho spotřeby. Právě relativně nízký statický kompresní poměr byl příčinou vysoké spotřeby paliva starších přeplňovaných zážehových motorů, a to i v režimu nízkého zatížení. V daném případě tak byl rozdíl mezi částečným zatížením a vysokým poměrně malý. Že tomu tak je, vědí všichni, kteří s těmito motory někdy jezdili – i při snaze o hospodárnou jízdu byla výsledná spotřeba skoro stejná, jako když jste jeli svižně a dynamicky.

Jedou z možností, jak u přeplňovaného motoru zvýšit kompresní poměr, aniž by bylo nutné snižovat plnicí tlak turbodmychadla ve snaze předejít vzniku samozápalů, je vybavit motor přímým vstřikováním benzínu. Že to skutečně funguje, dokazují současné přeplňované motory. Palivo dopravené do spalovacího prostoru jej přijmutím jeho tepla ochladí, současně změní svoje skupenství z kapalného na plynné, které je nezbytnou podmínkou k zažehnutí (palivo v kapalném skupenství byste svíčkou nezažehli).
Zvýšený kompresní poměr přinesl zvýšení tepelné účinnosti motoru a tedy i snížení spotřeby paliva, právě v režimu nízkého zatížení. S nízkou spotřebou paliva přímo souvisejí emise škodlivin ve výfukových plynech. Spotřeba paliva totiž není v měřícím cyklu NEDC, v němž byly tyto motory testovány, přímo měřena, ale vypočítávala se na základě množství „zachycených“ (při měření se k tomu používaly speciální vaky) uhlíkových sloučenin.

Původní motor VW 2.0 TFSI s výkonem 147 kW a přímým vstřikováním benzínu z řady EA113, který motor 1.8 20V Turbo nahradil v rychlém Golfu GTI, či Škodě Octavia RS, tak disponuje kompresním poměrem 10,5:1. Tedy citelně zvýšeným, a to i v porovnání s „civilní“ verzí motoru 1.8 20V Turbo. Absence přímého vstřiku benzínu byla tím hlavním „hřebíčkem“ do rakve jinak skvělého motoru 1.8 20V Turbo s přechodem na normu Euro 5. Samozřejmě ale za tím stojí i jiné skutečnosti.

Přesto, jak se nedávno ukázalo, i motor 1.8 20V Turbo může splňovat dokonce i emisní normu Euro 6. V ní se totiž již začínají hlídat také pevné částice, které jsou u zážehových motorů s přímým vstřikem problémem, a to i přes neustále se zvyšující vstřikovací tlak (dnes běžně 200 barů). Přitom v rámci Euro 5 si s nimi hlavu v podstatě nikdo nelámal. A tak se i v současné době podařilo dotáhnout do výroby projekt nového českého sporťáku - Kaipan typ 57a, který pohání právě legendární osmnáctistovka. Michal Hradský (majitel této firmy) tak zvládl motor 1.8 20V Turbo ve verzi se 110 kW naladit tak, aby normou Euro 6 prošel. Zatím nevíme úplně přesně, jak se mu to povedlo, ale pokusíme se zjistit!