1.7. 2017 Martin Frei

Přeplňování: Pro a proti, teorie i praxe. Dýchám zhluboka, tedy jsem rychlý

 

Turbo je dnes taková samozřejmost, až zapomínáme, že to dřív šlo bez něj. Nejvyšší čas si připomenout, proč a jak funguje.

Že je v autě turbodmychadlo, zní dnes tak obyčejně a nudně, jako že je v autě volant. Zatímco před dvaceti lety znamenalo přeplňování pozoruhodnou zvláštnost, dnes jde o všudypřítomný standard a nejmladší generace naopak se zájmem zkoumá stále vzácnější atmosférické motory. Kluci, kteří si dnes pořizují svá první auta, by už jen těžko uvěřili horečce 70. let, kdy si zlatá mládež na Západě mohla koupit třeba sluneční brýle nebo vodu po holení s názvem Turbo. To slovo nebylo jen nové. Vyzařovalo exkluzivitu, ohromující sílu a ďábelskou rychlost. Říkalo: „Ujedu všem!“ Tehdejší teenageři ho nosili napsané na tričku a snad v každé zemi se Turbo jmenovala rocková kapela.

Ojedinělý přesah do kultury a životního stylu nejlépe ukazuje, jak přelomovou záležitostí byl příchod přeplňování do sériových aut. Od té doby se ovšem mnohé změnilo a vývoj stále pokračuje. A také se vžila řada předsudků, které bychom rádi vyvrátili.

Je vždy účinnější?

Školní fyzika říká, že čím víc vzduchu do válců načerpáme, tím lépe můžeme využít paliva v jednom cyklu, takže motor pracuje účinněji. V rozporu s tím se zejména o benzinových turbomotorech často mluvilo jako o žroutech. Platí to i dnes? Zvyšuje turbo efektivitu, nebo ne?

Může a nemusí. Záleží na podmínkách a hodně se v tom liší benzin od dieselu. Turbo totiž na jednu stranu pomáhá dostat do válců víc vzduchu, ale na druhé překáží unikajícím spalinám, čímž zvyšuje takzvané čerpací ztráty. Zážehový motor se navíc s rostoucím tlakem ve válci dostává blízko k detonačnímu spalování: jestliže benzin chytne jindy, než chceme, klesá výkon.

Podrobněji se těmto jevům věnujeme samostatně, zjednodušeně ale můžeme říct, že tito šotci napáchají největší škodu s plynem v podlaze. Pokud tedy hledáme maximální efektivitu, najdeme ji při jízdě na půl plynu. Tehdy už turbo vytváří žádoucí přetlak, ale škodlivé vedlejší účinky jsou minimální.

Rychle ven! Ale kudy?

Výfukové plyny v sobě mají spoustu nevyužité energie – proudí velmi rychle a ve chvíli, kdy opouštějí spalovací prostor, se stále tepelně rozpínají. Turbodmychadlo tuto energii umí zužitkovat, což je rozhodně dobře. Snadnému plnění a výplachu válců by ale víc prospělo, kdyby výfukovým plynům nestálo nic v cestě. Že se musejí napěchovat do úzké skříně dmychadla a roztáčet jeho lopatky, má za následek „dopravní zácpu“ podobnou zúžení na dálnici. Poslední část spalin se z válců nemůže dostat ven a „přenocuje“ do dalšího cyklu. Tím nejen překáží nasátí čerstvého vzduchu, ale také zvyšuje teplotu ve válci, což dále posiluje nežádoucí sklony k detonacím.

Když bouchnou saze

Že turbo daleko dřív zdomácnělo u dieselu než u benzinu, má jednoduchý důvod. Zvýšení tlaku ve válci vede k tomu, že se výpary paliva vznítí samy – pak mluvíme o detonaci neboli klepání. U dieselu právě to chceme a tlak můžeme zvyšovat téměř donekonečna.

V zážehovém motoru by ale molekuly benzinu měly počkat na plamen šířící se postupně od svíčky. Jinak máme pěkný průšvih. Následkem detonačního spalování je pokles výkonu, protože tlakové vlny ze dvou ohnisek výbuchu působí proti sobě. Především jsou však v ohrožení písty, výbuch probíhající příliš blízko je totiž namáhá jako rána majzlíkem. Na snímku vidíte, jak to může skončit. Dříve se zážehový motor mohl detonacím bránit jen dvěma způsoby: obohacením směsi a zkrácením předstihu zážehu. Obojí ale znamenalo, že méně benzinu shořelo ve válci a víc v katalyzátoru. Takže část efektivity, kterou jsme s turbem získali, zase přišla vniveč. Právě proto měly přeplňované stroje ze 70. a 80. let vysokou spotřebu a velké cestovní koráby se po první vlně nadšení vrátily k atmosférickým šestiválcům.

Zlepšení přinesla až moderní technika současnosti: přímé vstřikování do válců, proměnné časování ventilů a také výkonnější zapalování. I dnes ale platí, že na půl plynu je detonací méně než s nohou v podlaze. Každý zážehový turbomotor je právě na půl plynu.

Turbodmychadla VGT: Naklápění lopatek čtyřikrát jinak (+videa)

Na velikosti záleží (ale opačně)

Jestliže malé rozměry dmychadla vytvářejí ve výfuku aerodynamický špunt, proč ho jednoduše nezvětšit? Jistě vás napadne, že velké turbo by se dlouho roztáčelo a vyvolávalo nepraktickou prodlevu. I to je ale následek něčeho hlubšího: turbo je radiální druh čerpadla, takže jeho účinnost je velmi závislá na otáčkách. Na dosažení potřebného tlaku se musí hodně roztočit a i při malém zpomalení tlak výrazně klesne.

Nejjednodušší způsob, jak obrovských rychlostí dosáhnout a snadno je udržet, spočívá právě v miniaturizaci. Efekt úzkého hrdla, které znesnadňuje vyfukování spalin, se tím ještě posílí. Což názorně ukazuje, že turbo je pomocník užitečný, ale ne dokonalý.

Kde zůstal kompresor?

Když se nám nelíbí, že turbo překáží unikajícím výfukovým plynům, proč raději nepřeplňujeme mechanickým kompresorem, jak se to dělalo už před sto lety? Kompresor poháněný řemenem sice odebírá energii z klikové hřídele, ale odbourání překážky ve výfuku představuje u zážehových motorů obrovskou výhodu. Navíc nejde o radiální, ale lineární druh čerpadla, které dokáže vytvořit přetlak už v relativně nízkých otáčkách – rozuměj otáčkách kompresoru, nikoli motoru. Odtud pramení jeho další výhoda – rychlá reakce po přidání plynu.

I v běžných cestovních rychlostech tedy dokáže vytvořit dostatečný přetlak, aniž by pohon stál tak moc energie. Proto ho ještě donedávna využívaly nejen sportovní jaguary, ale i cestovní Mercedesy třídy C a E, Volkswagen Touran a Passat s motorem Twincharger nebo mimořádně úsporný Nissan Micra DIG-S.

Na druhou stranu pohon řemenem vyvolává nežádoucí tření, rotory jsou těžké a mají velkou setrvačnost. Vzhledem k zostřenému snižování spotřeby paliva proto klasický kompresor vyklízí pole. Ve spojení s 48voltovými mildhybridními soustavami se ale v autech brzy objeví v elektrické podobě. První vlaštovkou je Audi e-Charger v monstrózním dieselu 4.0 V8 TDI pro modely SQ7 a Bentley Bentayga.

Atmosféra = vykopávka?

Motory bez přeplňování dosahují podstatně nižšího točivého momentu a horšího pružného zrychlení, což je v dnešním hektickém provozu znevýhodňuje. Často se také mluví o menší účinnosti, což ale není úplně přesné.

Atmosféricky plněný zážehový motor dosahuje účinnosti velice dobré, ale ve velmi úzkém rozpětí podmínek – kolem 2500 ot./min na plný plyn. Jakmile se od tohoto ideálu vzdálíme, začne účinnost klesat: s rostoucími otáčkami stoupají kinetické ztráty způsobené kmitáním pístů, v otáčkách nízkých proudí vzduch sáním příliš pomalu a válce se špatně plní. Ubrání plynu zase znamená, že se proud vzduchu musí „protáhnout“ kolem přivřené škrticí klapky, takže stoupají čerpací ztráty – dnes je ovšem umíme trochu snížit díky proměnnému časování ventilů a recirkulaci spalin.

Výhodou atmosférického motoru zůstává okamžitá reakce na plynový pedál a podstatně levnější výroba. Nejde jen o absenci dmychadla, ale i dimenzování ojnic a tepelné odolnosti pístů. Motor bez turba má zkrátka stále co nabídnout, jak následující dva příklady.

1. Místo tlaku elektřina

Proč hybrid nemá turbo, když mu jde o efektivitu? Protože ho nepotřebuje. Toyota Prius, Lexus RX i Kia Niro spoléhají na atmosféricky plněný motor. Elektrický pohon dělá v hybridu totéž co jinde turbo – přidává výkon, když je zrovna potřeba. Atmosférický motor stačí k udržování plynulého tempa, přičemž pracuje v ideálních podmínkách kolem 2500 otáček a s plným plynem. Snadno ho lze také nastavit pro úsporný Atkinsonův cyklus, kdy se spaluje méně směsi, než by odpovídalo objemu.

2. Vysoká komprese, americká pohoda

Nejznámějším zastáncem atmosférického plnění je dnes Mazda. Její zážehové motory SkyActiv dosahují vysoké účinnosti díky kompresnímu poměru 14,9:1 a co nejlepší vnitřní aerodynamice. Ve výfukových svodech nejen nepřekáží turbo, naopak jsou rozdělené, aby každý válec mohl vydechovat bez vlivu na ostatní. Ve středních otáčkách a s plným plynem motory skutečně odvádějí dobrou práci. Točivý moment odspodu však chybí, takže dvoulitr vyhoví spíš menšímu modelu CX-3 než šestce. Marketing Mazdy se snaží točivý a bezprostřední charakter prodat jako výhodu. Podle nás jde spíš o výrobní náklady – kromě motoru bez turba je levnější i převodovka dimenzovaná na nižší točivý moment. Navíc v Americe a Japonsku, kde Mazda prodává nejvíc aut, o dynamiku ani rychlost tolik nejde.

Seriál turbodmychadla: Jde to i bez turba (3. díl)

Co se všechno může stát

Žádný zázrak moderní techniky není zadarmo. Jakmile se turbo stalo běžnou součástí průměrného auta, přišly s ním také typické závady a účty za opravy. Kvalita turbodmychadel většinou odpovídá aplikaci. V manažerských nebo dodávkových dieselech běžně vydrží přes půl milionu kilometrů. Naopak v kompaktních či malých benzinových hatchbaccích, které západní svět považuje za druhá či třetí auta do rodiny, turbo často doslouží už před hranicí 200.000 km. Vliv na to mohou mít krátké trasy a častější studené starty, ale s tím by měla konstrukce motoru tak jako tak počítat. Pro malá auta, zejména pak ojetá, je tedy atmosférický motor stále nejjistější volbou.

I u větších a výkonnějších modelů musíme s jistým rizikem počítat. Přehled základních závad a obvyklé ceny oprav následuje. Hned ale dodáváme, že leccos může zachránit i prevence, nadstandardní údržba, citlivé zacházení a pozorný poslech.

Nefunkční nastavení geometrie

Většina dieselových motorů používá turbodmychadlo s variabilní geometrií, kde rotor obklopují lopatky usměrňující proudění spalin. Když se sevřou, plyny proudí zúženým kanálem, zrychlí a turbo se roztočí dříve. Naklápěcí mechanismus může časem zatuhnout, proto je dobře s ním pravidelně zacvičit – protočit motor na plný plyn do vyšších otáček, aby se lopatky naplno rozevřely. Mechanismus je oficiálně neopravitelný, většina servisů vyměňuje jen celá dmychadla za 15.000 až 40.000 Kč.

Prasklá skříň u přepouštěcího ventilu

Zážehové motory regulují turbo jednoduchým obtokem: když je spalin na plný plyn moc, otevře se jim volná cesta, aby mohly rotor obejít. Hrdlo obtoku je tím však extrémně tepelně namáhané a někdy praskne. Pak začnou spaliny unikat, i když jich na roztočení rotoru potřebujeme co nejvíc. Turbo pak nedává dostatečný tlak a motor nemá výkon. I zde je bohužel jediným řešením výměna celého turbodmychadla od 15.000 do 40.000 Kč. Levné náhrady neznámého původu se nemusejí vyplatit.

Rozvážení a kmitání rotoru

Kromě vůle v ložisku vede k vibracím a pískání také rozvážení rotoru po kolizi s drobnou nečistotou. Zrnka prachu či karbonu jsou tvrdá a abrazivní. Když je nabere lopatka rotoru točícího přes 200 000 ot./min (čtete správně, dvě stě tisíc!), dokáže ji takový šotek obrousit - na hraně lopatky ubrat materiál. Turbína se tím rozváží stejně jako špatně vyvážené kolo a začne házet. Pokud není poškození velké, lze rotor odborně vyvážit za 2000 až 3000 Kč. Nový rotor přijde u běžných typů na 8000 až 12.000 Kč. Na snímku kritická fáze, lopatky rotoru už brousily o skříň.

Opotřebení ložiska

Většina turbodmychadel v sériových osobních autech má rotor uložený v kluzném ložisku. Osička rotoru klouže po olejovém filmu, proto je k ní přiváděn tlakový olej od mazacího čerpadla. Funguje to spolehlivě, pokud jsou splněny tři podmínky. Olej musí být čistý, bez karbonových úsad – což předpokládá rozumně časté výměny náplně. Dále se musí olej k dosažení potřebné viskozity alespoň trochu ohřát. Proto bychom motoru neměli „nakládat“ hned na prvních metrech po studeném startu. A do třetice potřebuje čerpadlo na vytvoření tlaku v celém okruhu pár vteřin času, jinak proudící spaliny roztočí kolečka nasucho. Na to by měli myslet zejména příznivci systému stop-start. Pakliže v ložisku vznikne vůle, rotor získá přílišnou volnost pohybu, vibruje a píská.

Nová ložisková sada stojí v odborných servisech od 3000 do 5000 Kč podle typu. Hlasité pískání nepodceňujte, velká vůle dá rotoru takovou volnost, až si začne brousit lopatky o skříň. Špony z obroušených lopatek pak putují s olejem po celém motoru a brousí, na co přijdou.

Pět rad pro dlouhý život turba

1. Vyměňujte motorový olej po 15.000 km, aby karbon neucpával mazací kanály a nebrousil ložisko turba.

2. Stejně často vyměňujte i vzduchový filtr. Je to důležité pro zachytávání ostrých nečistot – když se dostanou sáním na lopatky turba, mohou je obrousit a rozvážit rotor.

3. Nezatěžujte motor hned po studeném ani teplém startu. Zahřátí oleje i natlakování okruhu je životně důležité pro vytvoření stabilního fi lmu v ložisku.

4 . Nevypínejte motor hned po delší rychlé jízdě. Když olej přestane cirkulovat, v rozpáleném tělese turba se rychle speče na karbon.

5 . Dieselové motory jednou za týden prožeňte do vysokých otáček, aby se mechanismus naklápění lopatek dostal do krajních poloh a nezatuhl sevřený.

Spolupracujeme s TipCars.com
České letectví slaví 100 let. A letí stále výš České letectví slaví 100 let. A letí stále výš

Česká letecká výroba slaví letos sto let. A i po století…

Spojené státy oznámily odchod z Rady OSN pro lidská práva Spojené státy oznámily odchod z Rady OSN pro lidská práva

Spojené státy dnes oficiálně oznámily, že odcházejí z…

Rusko se brání, uvalí reciproční cla na dovoz z USA Rusko se brání, uvalí reciproční cla na dovoz z USA

V reakci na celní poplatky, které Spojené státy stanovily…

O vládě bude jasno až po setkání Zemana s Pochem, tvrdí Filip O vládě bude jasno až po setkání Zemana s Pochem, tvrdí Filip

Premiér Andrej Babiš (ANO) podle předsedy komunistů…

 
 

Přidat názorDiskuse: Přeplňování: Pro a proti, teorie i praxe.…







Doporučujeme
Pokuta za rychlost v Chorvatsku, Rakousku či Itálii. Jaký trest vám hrozí v zahraničí? Pokuta za rychlost v Chorvatsku, Rakousku či Itálii. Jaký trest vám hrozí v zahraničí?

Vysoké tresty za rychlost jako již tradičně hrozí v…

Že jsou moderní auta blbuvzdorná? Těmito věcmi si auto ničíte, aniž o tom víte Že jsou moderní auta blbuvzdorná? Těmito věcmi si auto ničíte, aniž o tom víte

Automobil je dnes čistě spotřební záležitostí. V…

 

AutoRevue
Hyundai vyvíjí zajímavou novinku. Naznačuje to zaregistrovaný patent Hyundai vyvíjí zajímavou novinku. Naznačuje to zaregistrovaný patent

Korejský koncern pravděpodobně pracuje na dvojitém…

Nové Suzuki Jimny na oficiálních fotkách. Je takové, jaké jej chceme mít Nové Suzuki Jimny na oficiálních fotkách. Je takové, jaké jej chceme mít

Po internetu už před časem kolovalo několik špionážních…

 





 
Ležatý šestiválec není jen výsadou Porsche. Byl to pionýr automobilismu i motorkář

Ležatý šestiválec není jen výsadou Porsche. Byl to pionýr automobilismu i motorkář

Včera

Specifický zvuk, přirozené vyvážení a výhoda nízkého těžiště. To je jen několik předností ležatého motoru.




Blesk.cz

Postřelil šest lidí v centru města a je stále na útěku. Dva Švédové zemřeli

Postřelil šest lidí v centru města a je stále na…

Z centra města se ozvala střelba, zatím neznámý pachatel, který měl podle prvních zpráv postřelit čtyři lidi, se…

Slavící Klaus: Nový účes, gratulace „ztracené“ Miss 1994 a koňak od „strejdy“ Zemana

Slavící Klaus: Nový účes, gratulace „ztracené“ Miss…

Bývalý prezident Václav Klaus dnes slaví 77. narozeniny, oslavy si přichystal však již na pondělí. Zhruba stovku…

 

iSport.cz

Rusko – Egypt 3:1. Salahův gól nestačil, domácí jsou blízko postupu

Rusko – Egypt 3:1. Salahův gól nestačil, domácí jsou…

Fotbalisté Ruska porazili v druhém utkání na domácím MS Egypt 3:1 a jsou blízko postupu. Pokud ve středu…

Konkurence pro Čecha! Arsenal ulovil jedničku Leverkusenu

Konkurence pro Čecha! Arsenal ulovil jedničku Leverkusenu

Český fotbalový brankář Petr Čech má v Arsenalu nového konkurenta. Londýnský klub z Leverkusen přivedl Bernda…

 

Reflex.cz

Madonna s embryem a spermiemi. Muzeum zpřístupnilo obrazy autora slavného Výkřiku Edvarda Muncha

Madonna s embryem a spermiemi. Muzeum zpřístupnilo…

Edvard Munch (1866–1944) je považován za jednoho z nejvýznamnějších expresionistů. Jeho obraz Výkřik se v roce…

Hlas Stephena Hawkinga putuje k černé díře. Dorazí za 3500 světelných let

Hlas Stephena Hawkinga putuje k černé díře. Dorazí…

Známý syntetický hlas fyzika Stephena Hawkinga, který kvůli nevyléčitelné chorobě přišel o hlas, byl v pátek…