Zločiny proti výkonu: Proč nám motory slábnou před očima? A blíží se jejich konec?
Moderní benzinové motory jsou čistší, přesnější a technicky vyspělejší než kdy dřív. Přesto mají v Evropě často nižší výkon než jejich předchůdci. Důvodem nejsou kompromisy konstrukce, ale přísné emisní normy, které zásadně mění samotný princip spalování.
Benzinová Mazda CX-5 2024 s motorem 2,5 l měla výkon 143 kW, nová generace má se stejným motorem jen 104 kW. Suzuki mělo ještě nedávno u přeplňované 1.4 BoosterJet výkon 95 kW, dnes je to už jen 81 kW. A nejsou v tom zdaleka jediní, oslabit musely například i hybridní Toyoty.
Spotřeba se přitom nezlepšila, často naopak mírně stoupla. Po dekádách, kdy jsme byli zvyklí na to, že nová auta jsou vždy silnější a úspornější, je to pořádný šok.
Na první pohled to prostě působí paradoxně. Nové motory přece disponují špičkovým vstřikováním, proměnným časováním ventilů, přesným řízením spalování i účinnějšími turbodmychadly. Přesto jejich výkon klesá a dříve podobné jednotky působily živěji. Největší viník? Nemožnost trvalého obohacování směsi, přísnější měření mikročástic a realita normy Euro 7.
Dříve se sledoval hlavně počet větších částic — přibližně nad 21 mikronů. Dnes se do hry započítávají i ultrajemné částice kolem 7 mikronů, tedy zhruba třikrát menší. Ty vznikají zejména při krátkodobém obohacení směsi, kdy se do spalovací komory dostává více paliva, než odpovídá ideálnímu poměru. Aby se motor vůbec vešel do limitů, musí dnes inženýři udržet spalování dokonale čisté i v těch nejextrémnějších režimech, což je nesmírně náročné.
Zákaz trvale obohacovat
A právě zde začíná problém. Nová emisní norma Euro 7 totiž výrobcům prakticky zakazuje trvale obohacovat směs, tedy záměrně přidávat palivo navíc pro chlazení motoru a zvýšení výkonu. Obohacení je možné jen krátkodobě, dynamicky — například při prudkém přidání plynu. I tehdy ale musí přebytek oxidu uhelnatého zvládnout zpracovat katalyzátor ze své vlastní kyslíkové rezervy, bez přívodu sekundárního vzduchu. Jakmile by motor běžel déle s bohatší směsí, emise by překročily limit a test RDE (Real Driving Emissions) by neprošel.
V minulosti přitom bylo možné pod plným plynem jet na lambda 0,8, tedy asi o dvacet procent více paliva, než odpovídá ideálnímu stechiometrickému poměru. Dnes musí motor i při plném zatížení zůstat na lambda 1,0, tedy přesně vyváženém poměru paliva a vzduchu. A to je zásadní rozdíl.
Přebytek paliva dříve plnil roli vnitřního chladiva — snižoval teplotu spalovacího prostoru, chránil písty, ventily a turbodmychadlo a zároveň bránil detonačnímu spalování. Když tato možnost zmizela, zmizela i určitá výkonnostní rezerva, kterou motoráři dříve využívali.
Dříve se také využívalo „mezery“ mezi laboratorním měřením a reálným provozem. Při testech emisí se hodnotily jen určité typické režimy, takže motor mohl mít mimo tyto podmínky nastavené mapy s obohacením, které mu dovolovaly vyšší výkon. Dnešní testy jsou ale podstatně přísnější a zahrnují i reálnou jízdu na silnici. Takzvaný součinitel konformity mezi měřením na válcích a měřením v provozu se natolik zpřísnil, že už není kam utéct. Motor musí být čistý vždy — i při plném plynu.
Limitem je teplota
Tím se dostáváme k největšímu fyzikálnímu problému: teplu. Když nemůže motor chladit přebytkem paliva, roste teplota ve spalovací komoře. U atmosférických motorů to vede k detonačnímu spalování, tedy samovznícení směsi dřív, než zapálí svíčka. U přeplňovaných jednotek hrozí přehřívání turbodmychadla a katalyzátoru, které dříve právě bohatší směs ochlazovala. Aby se tomu zabránilo, musí konstruktéři omezit plnicí tlak, posunout zapalování nebo snížit kompresní poměr — a tím klesá výkon.
Výsledkem je, že dnešní motor může produkovat jen tolik výkonu, kolik zvládne bezpečně při lambda 1. Z hlediska termodynamiky je to logické: při ideálním spalování je účinnost nejvyšší, ale chybí rezerva, která by dovolila krátkodobě přetížit systém bez rizika přehřátí. Motoráři tak dnes pracují s extrémně úzkým oknem mezi emisní čistotou, životností a výkonem.
Dnešní motory tedy nejsou výkonově slabší proto, že by technici ztratili know-how. Jsou slabší proto, že už nesmějí být špinavé ani na zlomek sekundy. Každé přidání paliva navíc by znamenalo víc mikročástic, víc CO a překročení normy. Proto se výkon omezuje, a místo maximálních hodnot přichází důraz na rovnoměrný průběh točivého momentu, plynulou reakci a vysokou účinnost.
Labutí píseň spalováků?
Z krátkodobého pohledu to znamená, že nové benzinové motory přinášejí nižší výkonové špičky a omezený maximální výkon, zato však stabilnější chod, delší životnost a výrazně čistší provoz. Reálná spotřeba přitom nemusí být nižší – v mnoha případech zůstává stejná, nebo dokonce mírně stoupá, protože motor musí udržovat přesné spalování při lambda = 1 a zároveň překonávat vyšší odpor výfukové soustavy s filtry a katalyzátory.
Z dlouhodobého hlediska je tak čisté spalování bez obohacení spíše finální fází vývoje spalovacích motorů. Z pohledu fyziky i emisní legislativy už z klasického motoru víc výkonu ani účinnosti dostat nelze, aniž by se překročila pravidla, která dnes diktuje svět emisí a norma Euro 7.
Zdroj: Autorský text | Foto: Auto.cz
