Vliv přeplňování na výkon spalovacích motorů

Featured Image

Poslední dobou se i zde velmi často diskutuje otázka přeplňování benzinových spalovacích motorů.

Je zvláštní, že u vznětových motorů dnes většina uživatelů přeplňování plně akceptuje a nemá s ním nejmenší problém, zatímco u zážehových motorů vzbuzuje přeplňování velké vášně. Fráze o oturbených malých motůrcích a jejich neslučitelnosti s realitou provází snad jakoukoli diskusi o moderních osobních automobilech.

Je přeplňování opravdu jen výsledkem nesmyslných enviromentalistických ideologií importovaných z Bruselu, nebo se naopak jedná o velmi výhodné technické řešení bez ohledu na bruselský protektorát?

Přeplňování je velmi stará záležitost, v principu téměř stejně stará, jako expanzní spalovací motor s vratnými písty sám. Již v roce 1909 můžeme u Alfreda J. Büchiho najít funkční obdobu dnešního turbodmychadla. Později se ale vyšší obliby dočkaly mechanicky přeplňované motory, konkrétně nejčastěji na principu Rootsova dmychadla, které bylo hojně používáno v 19. století v hutnictví.

Rootsovo dmychadlo je stroj převádějící mechanickou práci na tlak tekutiny. Jedná se o dvojici rotujících „piškotů“, mezi nimiž dochází ke změnám průřezu a rychlosti proudění. Po zjednodušení na jednoúčelovou aplikaci u pístových benzinových motorů – výhodou těchto dmychadel je solidní zisk plnicího tlaku v nízkých otáčkách, takže motor jde hned od volnoběhu ochotně „za plynem“, naopak ve vyšších otáčkách je dmychadlo vlivem vůlí nejen zcela neúčinné, ale vykazuje naopak vysoké mechanické ztráty, a proto musí být ve vysokých otáčkách od motoru odpojováno. Rootsovo dmychadlo se dočkalo mnoha evolucí (B&M, Lynsholm, Eaton…). Jednou z posledních evolucí Rootsova dmychadla byl kompresor firmy Fiat prodávaný pod názvem Volumex se šroubovitými rotory, obtokem a odpojováním pomocí spojky, s nímž zvítězil tým Lancia v MS rallye v roce 1983, což byl poslední sportovní triumf tohoto technického řešení. Konstrukčně obdobné dmychadlo dnes používá automobilka Mercedes-Benz u svých čtyřválců s označením Kompressor, což je asi poslední evropský velkosériově vyráběný motor s mechanickým dmychadlem, který se dočkal masového rozšíření a obliby.

V 60. až 80. letech min. století byly rozšířeny i experimenty s francouzským spirálovým dmychadlem, které se největšího rozvoje dočkalo u koncernu Volkswagen pod označením G-dmychadlo. Pozoruhodné výsledky tohoto bezesporu zajímavého produktu skončily v principu materiálovým a kvalitativním fiaskem. Je však možné, že se v budoucnu ještě s G-dmychadlem setkáme ve velmi malých motorech, kde by se stále mohlo do budoucna jednat o velmi zajímavý způsob přeplňování.

V 50. letech 20. století se postupně začala etablovat turbodmychadla díky lodní a železniční dopravě. U vznětových motorů v průběhu 80. let min. století zcela ovládla trh v silniční dopravě. Dnes je pojem turbodiesel vnímán jako axiom a málokoho už napadne, že turbodmychadlo nemusí ke vznětovému motoru patřit odjakživa a neoddělitelně.
U zážehových motorů mělo turbodmychadlo komplikovanější život. Vlivem vysokých teplot výfukových plynů u zážehových motorů jsou na konstrukci turbodmychadla kladeny vyšší nároky po materiálové i technologické stránce. Za rozmach v oblasti maloobjemových přeplňovaných benzinových motorů můžeme asi nejvíce vinit či slavit francouzskou automobilku Renault, která v 70. letech výraznou část své velkosériové maloobjemové produkce vybavovala přeplňováním pomocí turbodmychadla. Ta stejná automobilka později udala směr v podobě přeplňování nejprve v automobilových soutěžích, později způsobila doslova revoluci ve formuli 1. Dá se říci, že od roku 1982 nezvítězil v šampionátu WRC ani jeden automobil, který nebyl poháněn přeplňovaným motorem, zatímco ve formuli 1 došlo k zákazu přeplňování, které bylo prolomeno za cenu obrovských restrikcí až pro letošní sezonu. V motoristickém sportu obecně našlo přeplňování širokého uplatnění a prakticky všude, kde je to vlivem technických regulí přípustné, motoristický sport zcela ovládlo. Asi jedinou výjimkou potvrzující pravidlo jsou pak vytrvalostní závody, kde turbobenzinové motory nacházejí spíše menšinové uplatnění a nahrazeny jsou tepelně méně namáhanými turbodiesely.

Základní výhodou turbodmychadla je skutečnost, že ke své činnosti nepotřebuje žádný externí zdroj práce, protože nepracuje na principu převodu mechanické práce na tlak tekutiny, ale naopak využívá energie výfukových plynů, která by jinak přišla vniveč, k tvorbě tlaku tekutiny (nasávaného vzduchu). Využitím „odpadní“ energie roste účinnost motoru, roste objem nasávaného vzduchu do válců (prakticky bez ohledu na jejich zdvihový objem) a tím pádem buď roste výkon, nebo klesá spotřeba paliva, případně nastává obojí současně. Přitom princip je velmi jednoduchý a výsledky mají zásadní vliv na zlepšení efektivity práce spalovacího motoru.

Za nevýhody přeplňování turbodmychadlem u benzinových motorů byly ještě před nějakými 30 lety označovány hlavně velké problémy s teplem, nástup až ve vyšších otáčkách a tím nevyrovnaná výkonová křivka a turbo-lag time, tedy prodleva přeplňování vzniklá při prudkém uzavření škrticí klapky motoru zastavením kompresorového kola tlakovou vlnou, která vzniká mezi uzavřenou škrticí klapkou a výstupem z kompresoru. Postupem času došlo k vyřešení většiny problémů s teplem (instalace mezichladičů stlačeného vzduchu, lepší materiály na utěsnění, lehčí a teplu odolnější materiály rotačních součástí, chlazení olejem i vodou, postupem času náhrada kluzných ložisek valivými atd.) i s turbo-lagem (BOV/POP/Diverter ventily, menší turbodmychadla s menším momentem setrvačnosti, systémy cirkulace stlačeného vzduchu) i s průběhem výkonové křivky (tvar a materiály sběrného výfukové potrubí, sacího potrubí, elektronická regulace přetlaku…).

V polovině 80. let se začalo objevovat dvojité přeplňování – tedy v nízkých otáčkách byl motor „krmen“ kompresorem, který se ve vyšších otáčkách odpojoval, neboť jeho činnost převzalo turbodmychadlo. Tyto zajímavé systémy byly však poměrně komplikované a trpěly mnohými dětskými nemocemi, navíc byly prostorově náročnější, o něco těžší a hlavně drahé. Asi největšího vzestupu doznal systém dvojitého přeplňování představený roku 1985 automobilkou Lancia u modelu Delta S4, na okruzích s tímto systémem slavil dílčí úspěchy Nissan. Výraznějšího rozšíření se pro svoji vysokou cenu a náročnost systém ve své době nedočkal a čekal na své znovuobjevení až do dnešní doby, kdy jej oživila automobilka Volkswagen u dnes již postupně končících motorů 1.4 TFSI.

Konec skupiny B v automobilových soutěžích v r. 1986 znamenal ale návrat na zem, kdy výchozí technika musela být velkosériově vyráběná a tím pádem použitelná v běžném provozu. Vlivem povinného zavedení restriktorů (omezovačů objemu nasávaného vzduchu) byla čím dál větší pozornost u přeplňovaných motorů věnována průběhu výkonu namísto ždímání jejich maxima, zejména pak v nízkých a středních otáčkách. Postupem času tedy maximum krouticího momentu benzinových turbomotorů klesalo od 4000/min. až na dnešních 1500/min.

Nyní bych za použití několika grafů demonstroval, co přeplňování s benzinovým motorem udělá.

Nejprve si vezměme vliv emisních limitů na výkonovou křivku atmosféricky plněného spalovacího motoru. Následující informace se týkají výhradně motorů z produkce koncernu Fiat. Je to zejména proto, že 1. domnívám se, že se jedná o motory konstrukčně velmi vyspělé a 2. mám dostatek relevantních dat právě pro tyto motory; lze tedy snadno mezi nimi srovnávat. Obecně ale principy platí bez ohledu na výrobce, je však třeba vzít v úvahu, že někteří producenti v rámci svých ekonomických filozofií snižují technologické náklady tak, že výsledkem snahy jejich (nikoli hloupých) konstruktérů jsou motory, které reálně pracují poněkud odlišně. Obvykle ale stejně negativních výsledků dosahují u přeplňovaných i nepřeplňovaných motorů v obdobném poměru. Rovněž mějme na paměti, že na jakékoli obecně platné tvrzení lze vždy najít nejméně jednu výjimku, která jej popírá. To však neznamená, že v obecné rovině u většinové produkce nemůžeme dělat obecné závěry.

U motorů Alfa Romeo 2.0 TwinSpark 16v si můžeme ukázat vliv emisních limitů na výkonovou křivku.
 

 
Červenou barvou je znázorněna křivka motoru AR 2.0 TwinSpark 16v první generace plnicího normu Euro1 (Alfa Romeo 146 Ti). Motor má poměrně plynulou výkonovou křivku s maximem atakujícím hranici 160 koní (159 k při 6450/min.). Modrou barvou je znázorněn průběh výkonu u motoru AR 2.0 TS 16v plnicího normu Euro2 (Alfa Romeo 156 první generace). Je vidět lineární pokles výkonu v pásmu od 4500/min., přičemž maximální výkon motoru klesá (155 koní při 6450/min.). Zelenou barvou je pak znázorněn průběh výkonu motoru AR 2.0 TS 16v poslední generace plnicí normu Euro3 (Alfa Romeo 156). Zde je již hodně výrazný propad výkonu v celém pásmu otáček, přičemž od hranice 5300/min. je již úbytek výkonu skutečně velký. Maximální výkon již nedosahuje ani hranice 150 koní (148,5 k při 5700/min). Paradoxem je, že u první generace tohoto motoru výrobce uváděl max. výkon 150 koní při 6300/min., zatímco u druhé a třetí generace uváděl 155 k při 6400/min., přičemž reálný výkon naopak evidentně klesal. Fungování tohoto motoru při plnění norem Euro4 a Euro5 je asi lepší neřešit a pravděpodobně by z něj bylo cosi naprosto identického s naprostou většinovou světové výroby.
 
Pro informaci a další srovnávání je oranžově vyznačen průběh výkonu přímovstřikového motoru 2.0 16v JTS (Jet Thrust Stoichometric), který má zpětnou vazbu pro každý válec zvlášť, čímž je dosaženo co nejblíže „stechiometrického“ poměru benzinu a vzduchu i během akcelerace. Výrobce u tohoto motoru udává maximální výkon 165 koní při 6400/min., z grafu jasně vidíme optimismus soudruhů z Fiatu, neboť JTS se „vyškrábe“ pouze na 153,5 k při 6400/min. V čem výrobce nelže je ale potřeba paliva, která v průměru proti motoru TwinSpark 16v stejného zdvihového objemu ve stejném automobilu AR 156 klesla v průměru o min. 10 %.
 
Nyní zkonfrontujeme atmosférické motory 2.0 s motorem 1.4 T-Jet plnicím normu Euro4.
 
 
Zeleně je ponechána výkonová křivka atmosféricky plněného nepřímovstřikového motoru AR 2.0 TwinSpark 16v s výrobcem udávaným max. výkonem 155 koní, oranžově je značena výkonová křivka přímovstřikového „stechiometrického“ motoru 2.0 16v JTS (výrobcem udávaný max. výkon 165 koní) a červeně je znázorněna výkonová křivka motoru 1.4 T-Jet přeplňovaného výfukovým turbodmychadlem, u něhož tentýž výrobce uvádí maximální výkon 155 koní. Motory by si tedy teoreticky měly být zhruba rovny, přímovstřikový JTS by měl mít nejvyšší max. výkon.

Na první pohled je však zřejmé, že realita je někde úplně jinde, než prospekty. T-Jet již na 2000/min. vykazuje o více než 20 koní koní vyšší výkon, než jeho atmosféricky plnění soupeři. To platí do zhruba 4500/min. kdy se rozdíl začíná mírně zmenšovat. Při 5600/min. dosáhne turbomotor 1,4 l svého výkonového maxima 163 koní, zatímco atmosférický JTS dosáhne maximum 153,5 k až při 6400/min. Je vidět, že pásmo využitelných otáček u turbomotoru je nepatrně užší než u atmosférického motoru, ale toto zúžení je více než bohatě kompenzováno podstatně vyšším výkonem prakticky v celém rozsahu otáček.

Pokud porovnáme atmosféricky plněný motor 2.0 TwinSpark 16v a přímovstřikový 2.0 16v JTS v modelu AR 156 a jeho nástupce, 1.4 MultiAir v modelu Giulietta (Euro5), tedy modernější konstukce než „obyčený“ T-Jet (ventily jsou ovládány nikoli přímo vačkami, jako u obou předchůdců, ale elektrohydraulicky s proměnnou charakteristikou), ale ještě více uškrcený emisní normou, jaký bude závěr? Zde již nesrovnáváme výkonově srovnatelné motory, protože 1.4 MultiAir má výrobcem udávaný max. výkon 170 koní, přičemž JTS 165 koní a TS 155 koní. Je to tedy trochu nefér.
 

 
Je zřejmé, že již od 1500/min. poskytuje přeplňovaný MultiAir i navzdory svému nižšímu zdvihovému objemu vyšší výkon, a to kompletně v celém pásmu otáček. Určité plus, které můžeme atmosférickému dvoulitru opět připsat, je nepatrně širší výkonové pásmo ve vysokých otáčkách.

Vezměme si pro změnu nejslabší turbomotor v nabídce Alfy Romeo (což je v současné době již jen 1.4 MultiAir 120 k Euro5) a zkusme jej porovnat s celou řadou motorů TwinSpark (Euro3), tedy 1.6, 1.8 a 2.0 TwinSpark 16v. Účelem je zjistit nejbližší srovnatelný ekvivalent.
 

 
Zeleně máme tentokrát křivku výkonu motoru 1.6 TwinSpark 16v s výrobcem udávaným maximem 120 koní (tedy stejným jako u 1.4 MultiAiru), modře pak 1.8 TwinSpark 16v s výrobcem udávaným maximem 144 koní. Pro srovnání nechybí šedou přerušovanou čarou výkonová křivka motoru 2.0 TwinSpark 16v s výrobcem udávaným max. výkonem 155 koní. Výkonovou křivku turbomotoru MultiAir 120 koní máme znázorněnu červeně a pro srovnání ještě tmavorudou máme znázorněn průběh výkonu motoru 1.4 MultiAir s udávaným max. výkonem 135 koní (Fiat Punto Evo, Euro5).

Z křivek jasně vyplývá, že do 5000/min. jednoznačně lépe jedou turbomotory 1.4 MultiAir bez ohledu na udávaný max. výkon. Poněkud zvláštní je, že ve většinovém pásmu otáček je lepší slabší stodvacetikoňový motor v Giuliettě než „papírově“ silnější MultiAir v Puntu, který má pouze nepatrně vyšší špičku výkonového maxima, ale jinak je v téměř celém spektru otáček o něco níž. Od 5000/min. získává navrch atmosférický dvoulitr, nad 6300/min. si ještě škrtne 1.8 TS 16v, ale jen zanedbatelnou úzkou výkonovou špičkou. V průběhu nižšího a středního pásma otáček je tedy i nejslabší přeplňovaná čtrnáctistovka výrazně výkonnější, než jeho atmosférický protějšek (ať jím myslíme třeba dvoulitr). Teprve od 5000/min., má vyšší zdvihový objem atmosféricky plněného motoru nějaký (byť diskutebilní) přínos.

Dejme tedy atmosférickému motoru větší šanci = dejme mu větší zdvihový objem. Porovnejme nejvýkonnější evoluci AR 2.5 V6 24v plnícím Euro3 s maximálním udávaným výkonem 192 koní s dosud nejvýkonnějším (k 12/2013) velkosériově vyráběným fiatím turbomotorem zdvihového objemu 1,4 l ve Fiatu Punto/500 Abarth (udávaný max. výkon 180 koní, Euro5).
 

 
Opět stejný scénář. Červeně turbomotor 1.4 T-Jet, který do 6000/min. vykazuje výrazně vyšší výkon. Na 4200/min. je dokonce o cca 45 koní výkonnější, než 2.5 V6 24v, jehož výkonová křivka je znázorněna modře. Naopak atmosférický motor 2.5 V6 se ujímá vedení od 6000/min a dokáže skutečně hranici max. výkonu posunout o téměř 15 koní výše. Jenom pro zajímavost je zeleně zařazen i „obyčejnější“ motor 1.4 T-Jet s udávaným max. výkonem 165 koní ve voze Fiat Punto Evo/AR MiTo (Euro5), který do 5500/min. rovněž vykazuje vyšší výkon než atmosférický šestiválec, ale od 5600/min. až do výkonového maxima mu již konkurovat nemůže.

Srovnání turbomotorů koncernu Fiat 1.4 T-jet a 1.4 MultiAir s jejich atmosféricky plněnými předchůdci dopadlo tedy tak, že do nějakých 5000/min. jedou turbomotory VŽDY lépe, a to v podstatě skoro bez ohledu na provedení a tím pádem na jejich výrobcem udávaný maximální výkon a cenu. Přesvědčivě výkonnější, než malý čtyřválec 1.4 turbo je pak až atmosférický šestiválec 2.5 V6 24v, v němž ale „chytnou saze“ až někde kolem 5500/min. Poté je schopen poskytnout vyšší maximální výkon ve srovnání s přeplňovanou „jednačtyřkou“.

Nyní se podívejme na srovnání větších motorů. Vezměme si poslední evoluci motoru 3.2 V6 24v s udávaným max. výkonem 240 koní (poslední AR 166 3.2 Euro3) a postavme jej proti přeplňovanému 1.75 TBi (Euro5) v Giuliettě QV.
 

 
Modrou plnou čarou je znázorněn průběh výkonu motoru 3.2 V6 24v, pro srovnání je ještě zelenou barvou uvedena poslední evoluce motoru 3.0 V6 24v (AR 166 3.0 V6, 226 koní, Euro3). Plnou červenou čarou je pak znázorněn průběh výkonu motoru 1.75 TBi.

Z grafu je zřejmé, že opět do 5400/min. dominuje menší přeplňovaný čtyřválec (do 3500/min. má o nějakých 25 koní víc, od 4000/min se pak rozdíl postupně zmenšuje), od 5500/min. má pak navrch  šestiválec 3,2 l. Jeho menší verze se zdvihovým objemem 3,0 l je na zhruba stejném výkonovém maximu jako TBi, ale v celém spektru otáček s ním prohrává o nějakých 20-25 koní.

Doposud jsme brali do úvahy oem mapování ŘJ motoru pro benzin RON 95. Jen tak ze zvědavosti se podívejme, co se stane pouhým přemapováním motorů 3.2 V6 a 1.75 TBi pro benzin RON 98. Křivky jsou uvedeny přerušovanou čarou, 1.75 TBi opět červeně, 3.2 V6 opět modře. Je vidět, jak s rostoucím oktanovým číslem roste náskok turbomotoru, který má nyní již stejné maximum výkonu jako přemapovaná 3.2 V6, ale v průběhu výkonu je ještě větší rozdíl právě ve prospěch TBi (při 3700/min. je to o víc než 60 koní ve prospěch menšího turbomotoru). Uveďme pro pořádek, že toto je maximum oem verze TBi, protože jsme limitováni poměrně malým turbodmychadlem Borg-Warner K03, takže pro další zvyšování výkonu bychom již potřebovali větší turbodmychadlo (týká se starší verze motoru s litinovým blokem (235 k), verze motoru 1750 TBi s hliníkovým blokem (241 k) má už jiné turbodmychadlo, ale do prodeje přichází právě v této době, tedy žádné reference ještě nemám).

Na uvedeném je také dobře vidět vyšší náchylnost turbomotoru na kvalitu benzinu. Dá se říci, že přimíchávání biosložek do benzinu více škodí přeplňovaným motorům, než atmosférickým víceválcům.

Narazili jsme i na hledisko spotřeby paliva, jemuž se budeme věnovat i později. Automobily koncernu Fiat v některých variantách mají možnost přepínání jednotlivých módů motorů, což je také rozdíl oproti atmosférickým variantám. Je to vůbec k něčemu? Je výhodou turbomotoru i možnost aktivního zásahu do regulace přeplňování, nebo je to jenom reklamní trik?
 

 
Na motoru Fiat 500 Abarth Scorpion (u nás se neprodává) 1.4 Turbo MultiAir máme černě průběh výkonu motoru v módu Standard. Přepnutím do módu Sport získáme modrou křivku průběhu výkonu a spotřeba paliva vozu se zvýší v řádu cca 10–15%. Je vidět, že maximální výkon onoho agregátu se nezvýšil zdaleka tak zásadně, jako průběh výkonu ve středním pásmu otáček. Obdobně funguje například systém DNA Alfy Romeo, avšak změn je podstatně víc (funkce posilovače řízení, ABS/EPS, tlumičů atd.).
Oranžově je ještě pro informaci vyznačen průběh výkonu téhož motoru v módu Sport, avšak po přemapování ŘJ na použití benzinu s oktanovým číslem 98 a vyšším. Červeně je pak stejná situace, avšak místo papírové vložky filtru vzduchu je použita vložka bavlněná od firmy SF (jenom pro zajímavost vzhledem k nedávnému článku na DF o filtrech vzduchu).

Ve všech srovnávaných grafech jsme dosud nějakou měrou zahrnovali emisní předpisy a další ochranné a zákonné záležitosti. Zkrátka, jednalo se výhradně o sériové motory tak, jak opustily fabriku. Nyní se na ně jen tak pro informaci vykašleme, a postavme proti sobě motory, které mají naprosto sériový klikový mechanismus, ale osadíme je nejostřejšími vačkami, jaké sériové motory snesou bez jakéhokoli mechanického zásahu do motoru, většími vstřikovači, výkonnějším benzinovým čerpadlem, otevřeným výfukem, sníženým odporem sání a přemapujeme na benzin RON 98 a vyšší BEZ ohledu na emisní normy. I když máme v principu stále sériový motor, dostáváme se výkonově trochu jinam. Bohužel v tomto velmi informativním srovnání si musíme vystačit se starým turbomotorem Fiat/Lancia zdvihového objemu 2,0 litru 16v např. z Fiatu Coupé 16v turbo/Lancia Delta Nuova HF/AR 155 Q4/Lancia Delta HF Integrale 16v/Lancia Thema 2.0 16v turbo/Lancia Kappa 16vt  (pro novější TBi máme totiž relevantní data pouze s vyměněným turbem, což by bylo vzhledem k podmínce stále ještě sériového motoru unfair) a postavíme jej proti poslední evoluci motoru Busso 3.2 V6 24v v AR 147 GTA (obdobně 156 GTA/GT 3.2/Spider 3.2/GTV 3.2).
 

 
Výsledek vidí každý sám (a projevuje se hezky již díky vyšším plnicím tlakům také nerovnoměrnost výkonové křivky „nabroušenějšího“ turbomotoru).

Proč nejsou zahrnuty třeba motory 3.5 bi-turbo nebo 8.0 V10?  Přiznávám, že nemám dost relevantních dat. Všechna výše uvedená měření jsou totiž průměrem z nejméně 3 a více měření firem Colombo & Bariani (výrobce vačkových hřídelů) a Balduzzi (úpravce map řídících jednotek) a měřené motory jsou nějakým způsobem vzájemně alespoň přibližně srovnatelné, takže lze říci, že uvedená měření mají nějakou váhu (měření probíhala za účelem sportovních úprav motorů). U větších motorů mám jen velmi omezená data, která jsou vzájemně obtížně porovnatelná, navíc se jednotlivá měření až příliš nápadně liší, takže v těchto kategoriích uděláme nějaký závěr možná později, až získám relevantnější data. Na straně druhé se jedná o řádově jednotky procent zastoupení v běžném provozu (a nejvíce ještě v těžkých SUV, kde je to stejně všechno jedno).

Ještě jedna poznámka trochu mimo téma: čtenář mohl konfrontací „papírových“ a reálných hodnot výkonu případně i dospět k závěru, že jej automobilka Fiat v technických údajích občas obelhává. Pouze bych k tomu alibisticky uvedl, že u jiných automobilek bývají tyto údaje ještě mnohem více mimo realitu, a reálné výkony zejména některých mých „oblíbených“ motorů jsou často i řádově výrazně nižší, než v propagačních materiálech výrobce uvádí.

Závěr ohledně problematiky přeplňování si předpokládám udělá každý sám. Každému vyhovuje něco jiného a preference jednotlivců mohou být zásadně odlišné. Výkonové křivky, které udávají chování motoru v různých otáčkách jsou jen jedním z několika hledisek posuzování spalovacích motorů, ale měřitelným a tudíž objektivním. Již jsem zde místy zmínil spotřebu paliva. Dá se říci, že spotřeba paliva u turbomotorů je závislá na stylu jízdy více, než u těch atmosféricky plněných. Pokud motor běží bez zátěže, turbo se jen tak točí téměř naprázdno (typicky dálniční provoz, dlouhé vzdálenosti, poloprázdné auto), jedeme s motorem nízkého zdvihového objemu s nízkým kompresním poměrem (1.4 T-Jet a 1.4 MultiAir má 9,5 : 1; 1.75 TBi pak 9,0 : 1). Tomu pak odpovídá nízká spotřeba paliva ve srovnání se stejným tempem jedoucím atmosféricky plněným motorem vyššího zdvihového objemu a vyššího kompresního poměru (tím pádem i vyššího ztrátového výkonu). Proto pohodová cesta na dovolenou stejně výkonným turbomotorem vychází z hlediska spotřeby paliva obvykle lépe, než u atmosféráku s vyšším zdvihovým objemem, který navíc mívá často i větší počet válců. Výhodou turbomotoru je, že výkon produkuje pouze tehdy, je-li to žádoucí, tedy v provozu při zátěži. Pokud během této klidné jízdy potřebuje řidič předjet řadu kamionů, stačí jen, aby prudce sešlápl plynový pedál. ŘJ na základě pohybu škrticí klapky vyhodnotí situaci a zvýšené dávkování benzinu způsobí zvýšenou produkci výfukových plynů, které roztočí turbínu turbodmychadla a jeho kompresor vyprodukuje vyšší plnicí přetlak = více vzduchu = ještě více paliva = ještě vyšší výkon (pro tuto fázi většina současných turbomotorů disponuje tzv. overboostem, kdy je krátkodobě vyvinut vyšší plnicí tlak, než je ten kontinuální (overboost není vypínatelný z vůle řidiče a jeho činnost je VŽDY zahrnuta v technických parametrech). Z grafů průběhu výkonu vidíme, že v pásmu nižších a středních otáček téměř vždy disponuje turbomotor dostatečnou výkonovou rezervou pro takový manévr. Vůz tak okamžitě zrychluje podle přání řidiče a po ukončení předjížděcího manévru a snížení tlaku na plynový pedál opět motor pokračuje v pohodovém úsporném režimu.
U atmosférického motoru můžeme výrazně akcelerovat pouze v případě, že se motor nachází ve výkonu odpovídajícím spektru otáček, nejčastěji tedy v pásmu vysokých otáček (což je s představou pohody trochu v rozporu). Během poklidné jízdy, během níž i tak motor vlivem vyššího zdvihového objemu a vyššího kompresního poměru spotřebovává mírně vyšší množství paliva, je tedy třeba obvykle přeřadit tak, abychom motor dostali do patřičného pásma otáček (podle grafů to je obvykle nad 5 000/min.). Teprve poté můžeme předjíždět. Předjížděcí manévr je tedy náročnější, delší a projeví se obvykle vyšší celkovou spotřebou paliva.

V reálném srovnání tedy uvedu příklad: průměrná spotřeba AR 156 2.0 TwinSpark 16v činí cca 10,0 litru na 100 km, vozu AR 2.5 V6 24v činí cca 11,5 l/100 km, AR 166 3.0 V6 24v činí cca 12,5 l/100 km a 166 3.2 V6 24v činí cca 14 l/100km. Naproti tomu Giulietta 1.4 MultiAir 170 k spotřebuje při obdobném způsobu jízdy 9,0 litru na 100 km, Giulietta 1.75 TBi v průměru 10,5 l/100 km a 159 TBi pak cca 9,5 l/100 km.

Z hlediska spotřeba paliva tedy vychází turbomotor jako úspornější při běžném stylu jízdy. Při 100% využívání výkonu motoru může být ale situace opačná (což je například jedním z důvodů, proč u vytrvalostních závodů zatím nedominují turbobenzinové, ale turbodieselové motory – víc než o rychlost se tu často hraje o spotřebu paliva).

Dalším výrazným argumentem do diskuse o přeplňování u zážehových turbomotorů bývá otázka životnosti. Tento argument rozhodně není zcela jalový. Budeme-li předpokládat průměrného řidiče, bude pro nás podstatným argumentem omezená životnost turbodmychadla jako dílu s extrémní tepelnou zátěží. Studené turbodmychadlo se musí poměrně rychle zahřát na cca 600–800 °C, což je teplota při běžné jízdě, pak nesmí při stání sáláním tepla vypalovat ani olej, ani ohřívat chladiče klimatizace a vody a nakonec musí v krátkém okamžiku zase zchladnout. A to stále dokola. Ze zkušenosti mohu říci, že cca 100 000 km pracují obvykle turbodmychadla tak, jak mají. Po zhruba 100 000 km začíná docházet k nárůstu vůlí, takže turbo má pomalejší náběh, max. plnicí přetlak obvykle dalších cca 30 000 km zůstává OK. Potom dále narůstající vůle začínají způsobovat i snižování max. plnicího tlaku, takže motor již nejede úplně tak, jak má, nicméně vzhledem k tomu, že úbytek výkonu je plynulý a postupný, obvykle si řidič nevšimne výrazné změny. Po cca 150–170 000 km turbo již mívá dost velké vůle v uložení středové osičky, často jsou patrné i netěsnosti na klapce WasteGate ventilu, takže výkon motoru již citelně klesá. Na cca 200 000 km občas dochází i ke vzniku prasklin litiny na turbíně malých komerčních turbodmychadel, čímž klesá i tlak a jejich funkce je tak výrazně omezena. Nicméně, auto stále samozřejmě bez problému jezdí. Za okamžik smrti turbodmychadla je obvykle považována až chvíle, kdy začne pouštět olej. Upřímně řečeno, to je již většinou pozdě, protože pokles mazacího tlaku v celé soustavě motoru může v tuto chvíli vést až k destrukci motoru. Proto u normálních lidí doporučuji vyměnit turbodmychadlo obecně mezi 150 a 200 000 km (při vyšší zátěži samozřejmě dříve, u svátečních řidičů na delší vzdálenosti naopak klidně později). V případě, že je turbo řešeno dříve, lze třeba zvažovat i jeho repasi, ale pokud jsou na těle patrné sebemenší prasklinky u WG ventilu, nemá smysl nad repasí moc přemýšlet (svařit jde sice téměř všechno, otázkou je rentabilita opravy vzhledem k předpokládané životnosti). U nenormálního řidiče-prasete může být celá tato posloupnost zkrácena až na 50 000 km, kdy dokáží vybraní jedinci turbo zcela zničit. A přiznejme si, že zejména u sportovně laděných automobilů je to častý problém při nákupu ojetiny. Naopak u některých motorů můžeme i po 250 000 km pozorovat jen drobné odchylky v činnosti turbodmychadla (obvykle pozvolnější a méně výrazný nástup, mírně nižší tlak ve vyšších otáčkách) a auto může jet velmi dobře. Jedná se ale spíš o výjimky, než o pravidlo a obvykle jde o auta neatraktivní pro mladou generaci).

Podobná závislost je i v otázce výrobců turbodmychadel, kdy cenová optimalizace nese s sebou i vyšší skon malých a levných turbodmychadel k praskání.

Cena moderních malých, v Číně či Mexiku dětmi montovaných turbodmychadel, se pohybuje řádově kolem 20 000 Kč, práce představuje odstrojení kompletního předku + všech chladičů, takže je poměrně náročná (zhruba den s tím člověk zabije). Obvykle nejhorší okamžik je oddělení svodů od komory turbíny, protože štefty vystavované celoživotně teplotám nad 800 °C a častému ohřívání a ochlazování bývají poměrně obtížně demontovatelné a místa tam většinou není ani na prstýnek. Nicméně kompletní výměna běžného turbodmychadla na běžném motoru běžného auta představuje výdaj ve výši zhruba 30–35 000 Kč, což je zhruba částka odpovídající výměně sady předních ramen na Audi A6. Někdy můžeme vyjít z předpokladu, že maloobjemový turbomotor je lehčí než víceválcový motor vyššího zdvihového objemu, takže například právě interval výměny předních ramen může být delší a tím pádem souhrn nákladů může být u vozu s menším turbomotorem v součtu stejný nebo i nižší, než u víceválcového atmosférického motoru vyššího zdvihového objemu a hmotnosti (ostatně právě tento argument často prodražuje naftové motory proti benzinovým). Nemusí to ale platit jako axiom, například motor 3.2 V6 24v Busso je lehčí než 2.0 Turbo 20v, takže výměna turba představuje vyšší náklad a rovněž opotřebení přední nápravy hraje spíš ve prospěch atmosféráku. Turbomotory, alespoň ty životnější a výkonnější, by měly být totiž zase dostatečně robustní konstrukce, aby zvládly vysoké tlaky a tepelné šoky při zachování dlouhé životnosti. Rozhodně by nemělo platit, že 1.4 turbo váží podobně, jako 1.4 atmosféra. Pak je něco buď špatně, nebo musí být takový turbomotor velmi drahý, protože je pravděpodobně vyroben z drahých materiálů s nízkou hmotností a vysokou únosností (jako třeba  motory soutěžních automobilů).

Lze tedy říci, že turbodmychadlo JE určitý omezující prvek z hlediska životnosti. Předpokládat, že původní turbodmychadlo vydrží po celou životnost auta (řekněme v dnešní době u spotřebky cca 350 000 km), je naivní a je nutno počítat s tím, že pro naprosto správnou funkci turbodmychadla by mělo být alespoň jednou za život vyměněno, nebo alespoň zrepasováno. To je jednoznačně nevýhoda turbomotorů proti atmosféricky plněným motorům.

Další fakt je ten, že vzhledem k vyšší tepelné námaze je životnost turbodmychadla a turbomotoru výrazně ovlivněna zacházením. Pokud někdo v -15 °C nastartuje benzinový turbomotor a okamžitě jej pod zátěží vyžene opakovaně do maximálního výkonu, pak zašlajfuje za náklaďákem na červenou při aktivním systému start&stop, a toto opakuje stále dokola, těžko může předpokládat, že se turbo i celý motor dožijí požehnaných kilometrů. Obvykle po 50 000 km je turbo KO a motor po výměně turba vzápětí zaklepe na klice. I v takovém případě je pak víceválcový atmosférák vyššího zdvihového objemu výhodou z hlediska životnosti. Speciálně systém Start&Stop, navržený za účelem snížení emisního zatížení životního prostředí v okamžiku, kdy automobil nejde, ale stojí (ve zklidněné zácpě), se krajně negativně podepisuje na jeho životnosti a u benzinových turbomotorů má opravdu zásadní vliv. V této souvislosti je lepší systém Start&Stop prostě vyloučit ze života a nahradit zklidněné komunikace průjezdnými. Ano, zde se diktatura idiokracie z Bruselu podepisuje plným jménem pod naprostou krávovinu.

Argument životnosti tedy můžeme považovat za racionální a se snižujícím se IQ či spíše „technického citu“ uživatele roste jeho význam kvadraticky. Ale dodejme rozměr praktických zkušeností: posledních cca 20 let já osobně kupuji a používám takřka výhradně automobily s turbomotory. Za celou tu dobu se mi ani jednou nestalo, že bych se auta zbavil z důvodu smrti, závady nebo problému motoru (pravda, jsou to obvykle auta Alfa-Lancia). Buď život auta končí „poruchou karoserie“ (nějaká kráva či vůl mi to auto zboří, což se minulý měsíc povedlo jelitům dokonce 2x za jedinou hodinu), nebo mi přestane vyhovovat (je moc malé nebo naopak moc velké, málo utáhne, má malý kufr nebo ošklivé budíky – zkrátka mne přestane bavit). Motor i s turbem tak obvykle paradoxně přežijí auto. Stejné nebo podobné zkušenosti mají i lidé v okruhu mých známých. Naopak jsem za těch 20 let byl přítomen „odpisu“ několika aut z důvodu havárie motoru a vždy se jednalo o motory atmosférické. Musím však uvést, že se jednalo nejčastěji o motory sportovní, což je jen určitá skupina, z níž pro běžný provoz lze vyvozovat těžko nějaký obecný závěr (možná ten, že pro sportovní použití vyjma vytrvalostních závodů platí, že „turbo ničím nenahradíš“).

Takže vážení mezi víceválcovým a víceobjemovým atmosférickým nebo menším turbomotorem z hlediska životnosti by mělo probíhat na základě úvahy, k jakým účelům a v jakém režimu bude auto převážně používáno. A hlavně kým.

Závěr, zda je turbomotor bláznovstvím nařízeným z Bruselu nebo dobrým technickým řešením, si každý musí udělat sám podle svých požadavků, svých očekávání a svého životního stylu. Obecně však můžeme konstatovat, že hojně se vyskytující internetová tvrzení o nevýhodách turbomotorů a dowsizingu jsou z valné většiny naprosté nesmysly a stoletá dogmata, která mají v dnešní době jen velmi malý, pokud vůbec nějaký, racionální základ. Do hry nám pak více, než měřitelná fakta, vstupují čistě subjektivní požadavky a pocity, které obvykle nemají žádnou relevantní přenositelnou hodnotu pro uživatele jiného. To samozřejmě neznamená, že jsou z hlediska subjektu nedůležitá, ale není dobrý nápad dávat jim jakoukoli objektivní váhu.


02.05.2014 Integrale
 

12345 (19x hodnoceno, průměr: 1,58 z 5)
3 784x přečteno
Updatováno: 27.11.2015 — 23:52
D-FENS © 2017