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