Fenomén daunsajzingu zaútočil na české řidiče. Dokud to byl problém
Volkswagenu a Seatu, všichni byli v klidu. Dokud se jednalo jen o 1.4 TSI
v Octavii, všichni byli taky v klidu. Když se ale v Octavii objevil 1.2
TSI, škodovkáři začali podělávat, jako kdyby pasáček vepřů zprznil princeznu.
Patrně se zde projevilo určité lety zaběhané vnímání kubatur, kdy solidní
performance začínala u žigulíka patnáctistovky a Škoda 120 se jen tak tak
vyhrabala do většího kopce. To krystalizovalo do hospodské poučky "vobjem
nenahradíš", která spolu s postuláty jako "kola dělaj auto" a "fiaty se
furt serou" utvářela český motoristický svět. Pokusím se tedy pohlédnout
na problém bez emocí a rozptýlit obavy oktávkářů o čest jejich modly.
Co je downsizing? Obecně zmenšení něčeho, přičemž se nemusí jednat jen
o změnu velikosti, ale také vynechání nadbytečných funkcí nebo organizačních
struktur. Mají to za sebou počítače, firmy, mobilní telefony a potřebuje
to státní správa.
Co je výkon? Výkon je práce odvedená za čas. Když Pepa uslyší od mistra,
že jeho výkon tuto směnu za moc nestál, bude to asi tím, že hulil Petry,
četl undergroundový časopis Kovák, tlachal s vohnoutama o fotbalu a v důsledku
toho buď odvedl za stanovenou dobu méně práce, nebo odvedl požadovanou
práci, ale za delší dobu. Každopádně, chceme-li výkon, požadujeme práci.
Práce odevzdaná během jednoho cyklu zážehového motoru s vnitřním spalováním
je dána tzv. Ottovým cyklem. Ten vypadá asi nějak takhle:
Zdroj: NASA :)
Na svislé ose je tlak nad pístem a na vodorovný objem válce, tedy vlastně
objemy dva, ten ohraničený body 0-1-4 je prostor nad pístem v horní úvrati
a 1-6-4 je pracovní objem. Tak a teď jak to funguje. Celá ta čmáranice
se nazývá p-V diagram a jeho fíčurou je, že práce vykonaná nějakým termodynamickým
jevem je dána plochou uvnitř jeho uzavřené křivky. Tento diagram bude idealizovaný
a popisuje, co se děje v atmosféricky plněném spalovacím motoru. Mezi body
1-2 se válec plní směsí (píst cestuje dolu, roste objem). V opačném směru
6-1 se děje opak toho, totiž výfuk. Protože je válec otevřený směrem ven,
je tlak konstantní (teoreticky). Jak vidíte, v prostoru daném body 1-2-6
se nekoná žádná práce, je to nepracovní zdvih. Pracovní cyklus je ohraničen
body 2-5-4-3. Mezi body 2-3 se odehraje komprese, píst koná práci a stlačuje
směs paliva se vzduchem. Mezi
3-4 se odehraje spalování, objem je konstantní (píst je v horní úvrati)
a směs paliva hoří. Chemická energie paliva se promění na teplo. Mezi 4-5 koná práci plyn - spálená směs paliva se vzduchem
- a působí tlakem na píst. Pro detailisty a pro zjednodušení, neuvažujeme
výměnu tepla s okolím, protože se to všechno odehraje dostatečně rychle
na to, aby výměna tepla s okolím stála pro naše účely za řeč. Nemusím dodávat,
že ve skutečnosti je to mnohem složitejší, svoji roli hraje například setrvačnost
vzduchu, který proudí do válce a tak dále, ale principiálně je tento model
v pořádku.
Tak. A co z toho mimojiné plyne?
Když se tam naloží víc směsi paliva se vzduchem, tím víc chemické energie
se uvolní, plocha pod křivkou se zvětší. Toho se dá dosáhnout více cestami.
První je zvětšit adekvátně válec, píst a zdvihový objem motoru, čímž se
za stejných podmínek dosáhne většího výkonu (křivka poroste směrem doprava).
Druhá je využít toho, že vzduch je stlačitelný a stlačit ho před vstupem
do válce, zatímco rozměry systému zůstanou stejné.
Kdyby v Ottově cyklu zohlednilo přeplňování, pak by p-V diagram Ottova
cyklu zdegeneroval takto
Protože se plnění 7-1 odehraje za jiného (vyššího) tlaku než výfuk 5-6,
vznikne další uzavřená křivka, což znamená, že je vykonána dodatečná práce
v nepracovním zdvihu. Toho se dá využít v případě, pokud je to zařízení,
co stlačuje vzduch, poháněno z nějaké odpadní energie, například z kinetické
energie spalin, tedy turbodmychadlo. Může to být i obyčejný kompresor,
ale pak musíme mít na paměti, že se 15-20% z horní křivky posune do dolní
a neplyne z toho žádný prospěch.
Další možnost je růst křivky směrem nahoru a toho se dá dosáhnout zvýšením
kompresního poměru. Bohužel zde se dříve nebo později narazí na různé technické
problémy, například se samozápaly, pevností hlavy válců a jejího těsnění,
emisemi a řídit takové auto také není nic moc, protože se motor nechová
uživatelsky příjemně (hrubý chod).
Jiný přístup je, dívat se skutečně na výkon jako na práci za čas a ve
stejném čase vykonat více menších cyklů, tedy zvýšit otáčky motoru. Tato
cesta se hojně využívala v minulosti a vznikly díky ní čtrnáctistovky s
výkonem kolem 100 koní někde kolem 5000 rpm. Nevýhoda tohoto postupu je
v tom, že síla na píst je pořád přibližně stejná, takže automobil má v
papírech velký výkon, ale točivý moment mu schází.
Jsou i jiné metody, jak získat víc práce a nepřidávat žádnou dodatečnou
energii, například způsobovat záměrně nerovnováhu mezi poměrem komprese
a expanze (tedy nechávat sací ventil déle otevřený), tak že se na konci
expanze tlak ve válci sníži, třeba až na úroveň okolního tlaku. Tím se
využije všechna energie získaná roztažením plynu a roste učinnost motoru.
Ale to si necháme na příště, protože bychom se museli zabývat nepohodlnou
pravdou, jak Toyota okopírovala proměnné časování ventilů od Fiatu.
Viděno z tohoto pohledu, axiom "objem nenahradíš, je
totální píčovina.
Pokud se tedy vrátíme k tématu downsizingu, víme už nyní, že je to funkční
přístup a žádná marketingová fikce. Většina downsizingových programů je
založena na použití přeplňování turbodmychadlem. Zde je třeba mít na paměti,
že turbína turbodmychadla je poháněna výfukovými plyny, které musí motor
nejprve vytvořit, takže existuje určité dopravní zpoždění, které se regulační
systém turba snaží různě úspěšně kompenzovat. V určitém případě může tato
turbína motor dokonce brzdit (kvůli setrvačnosti soustavy turbína-dmychadlo)
a existují technická opatření, jak tomu zamezit (waste-gate, VTG). Velkoobjemový
motor tak může nabídnout power hned, jakmile si o ni řidič skrze pedál
plynu zažádá, zatímco u malého motoru s přeplňováním vznikají nejrůznější
prodlevy, které se z pohledu řidiče projevují jako nedostatečná nebo nerovnoměrná
akcelerace.
Výhody downsizingových motorů:
- motor je menší, takže jej lze vyrobit s menší spotřebou surovin, na
menší ploše a menších strojích s menší spotřebou energie. Takto vyrobené
součástky budou pochopitelně levnější. Tato výhoda je částečně negována
nevýhodou přídavných systémů, viz dále
- motor je v důsledku menších rozměrů lehčí. Celá konstrukce auta může
být méně robustní a tím lehčí a levnější. Jízdní vlastnosti jsou pak také
lepší, protože je tolik neovlivňuje těžký motor.
- motor je menší, takže zabírá v autě méně prostoru. I malé auto tak
lze vybavit výkonným motorem, aniž by jeho jízdní vlastnosti degenerovaly
do podoby turbodieselu.
- motor má menší setrvačné hmoty, takže při změně provozního režimu
nespotřebovává tolik energie na rozhýbání sebe sama
- odpadají některé problémy typické pro velké motory
Nevýhody downsizingových motorů
- výroba takového motoru je pracnější a náročná na přesnost
- je třeba nainstalovat přídavné součástky, například turbodmychadlo,
mezichladič nebo vysokotlaké vstřikování benzínu, které táhnou hmotnost
motoru nahoru a mohou si vynutit úpravy na celkové konstrukci auta
- tyto přídavné systémy stojí peníze, vyžadují údržbu, mohou se porouchat.
U turbodmychadla, které je vysoce teplotně i mechanicky namáhaným dílem,
je pravděpodobné, že selže ještě dříve než zbytek auta
- některé přídavné systémy odebírají motoru energii (například pístová
pumpa přímého vstřikování u motorů TSI)
- motor bude více tepelně a mechanicky namáhán
- hrozí nepovedený downsizing, tzn. zmenšený a příliš slabý motor je
oženěn s těžkým automobilem (příklad
z Autowebu)
Nelze jednoznačně říci, zda downsizingové motory
- jsou ekonomičtější. U motorů s vysokotlakým turbem závisí spotřeba
mnohem výrazněji na stylu jízdy. Tvrdí se, že ekonomičtější jsou, pokud
uvažujeme nějaký průměrný provozní profil, do toho se ale většina uživatelů
vůbec nemusí strefit
- jsou ekologičtější. Výroba a recyklace dodatečných většinou náročných
součástek (turbodmychadlo) představuje také zátěž pro životní prostředí
- mají menší vnitřní tření. Tento častý argument příznivců downsizingu
naráží na skutečnost, že tření v motoru závisí na otáčkách podle vzorce
A+Bn+Cn2, kde n mohou být otáčky nebo střední rychlost pístu.
Například u vodní pumpy nebo alternátoru roste tření s otáčkami lineárně,
ale u vačky nebo pístních kroužků s druhou mocninou, což může mít za následek,
že rychlootáčkový malý motor bude vykazovat vyšší vnitřní tření než pomaloběžný
větší. Záleží na konkrétním konstrukčním řešení.
Problém tedy nestojí tak, zda zdvihový objem 1.2 litru je pro Octavii
málo. Hlavní otázkou je, co hrdý majitel od svého vozu vlastně očekává.
Onen skandální motor 1.2 TSI není závodní motor, je to low-cost turbomotor
vykazující modus operandi inženýrů z Česany, podobně jako legenda 1.2 HTP
(pozor ovšem; 1.2TSI nemá s 1.2 HTP vůbec nic společného, stejně tak nemá
nic společného ani s 1.4 TSI, je to úplně nový motor). Atmosférickou 1.6-8V,
kterou má nahradit, strčí do kapsy ve všech ohledech kromě životnosti a
spolehlivosti. Bohužel tyto dva pojmy český zákazník velmi kriticky vnímá,
protože má na paměti dávnou produkci Škody Mladá Boleslav, která zřídka
najela 10.000km bez nějaké závady a po 100.000km zralá na generálku. Je
to iracionální, nicméně platné a poměrně rozšířené zákaznické chování.
Navíc zákazník Škody není z podstaty inovátor, jinak by si koupil auto
jiné značky. Frustraci z malého turbomotoru tedy chápu, ale nehodlám dále
šířit.
Pokud jde o downsizing, já říkám spíše ano. Je to správný směr. Celkově
považuji současná auta za mastodonty, nejen jejich motory, ale jejich celkovou
konstrukci a naddimenzované bezpečnostní prvky, a tohle je jedna z cest,
jak je přiblížit jejich původnímu účelu. Současně si nemyslím, že by downsizingové
koncepty klasické atmosférické velkoobjemové motory vytlačily z trhu a
nahradily, protože taková auta budou dál nacházet svoje zákazníky, protože
mají také svoje výhody. Je to stejná situace, jako když se v polovině desetiletí
objevilo na trhu přímé vstřikování benzínu. Tehdy také na krátkou dobu
zavládl dojem, že vstřikování do sání známé jako MPi je teď mrtvé. Ve skutečnosti
je dále na trhu a nic nenasvědčuje tomu, že by mělo zaniknout, protože
má také svoje přednosti.
Pokud má zákazník Škody Auto pocit, že by čertovsky nadupaná osmiventilová
pohonná jednotka 1.2 TSI nezajistila liftbacku Octavia dostatek brutální
a neurvalé síly pro adrenalinové cesty z Lidlu a z rodinných cyklovýletů,
není nic snažšího, než to vyzkoušet. Automobil jistě kdejaký dealer rád
zapůjčí, na škodovky se dávno nestojí fronty, naopak. Naložte auto čtyřmi
osobami, vyhledejte kopec a sledujte, co se stane. Je to lepší, než psát
na internet píčoviny typu "já si myslím, že 1.2 je málo".
Je zde také jedna cesta, která může zajistit konzervativnímu zákazníkovi
přístup k moderní technice, aniž by jeho posedlost spolehlivostí a životností
byla v deficitu. Ze zkušenosti vím, že to trvá zhruba rok, než se všechny
problémy u nového výrobku vychytají. Pozoruhodné je, že tato doba je přibližně
stejná pro různě komplexní součástky. Dobrou taktikou by mohlo být prostě
pár let počkat, až se problémy downsizingových motorů vyřeší. Například
motory TSI trpí poruchami elektroniky, nadměrnou spotřebou oleje a tepelně
exponovaný servomotorek waste-gate u 1.2 TSI taky evidentně nečeká v autě
dlouhý život. Velké automobilky mají úžasný potenciál a několikrát se jim
podařilo rozdýchat mrtvého koně tak, že vyhrával dostíhy (např. pětiventilové
motory pro Audi), takže současné problémy jistě za rok identifikují a za
další rok odstraní minimálně do podoby legendárního držáku pro celou rodinu
volekrávo - motoru TDi, o jehož spolehlivosti není mezi laickou veřejností
pochyb.
14.11.2010 D-FENS