„Autorem série článků o závodu Škoda Economy Run je Jan H. (Lokotka). Upřímně děkujeme za svolení i motivaci edukovat v oblasti úsporné jízdy. Článek navazuje na předchozí díl o přístrojích a pomůckách při jízdě a předchozí díl Jak se přihlásit do závodu? a první díl s názvem Podmínky a spravedlnost závodu.„
– – – – –
V dnešním díle se začínáme dostávat k „jádru pudla“. Na jednom konkrétním případě si pokusíme vysvětlit, co po mechanické stránce předem rozhoduje o našem případném úspěchu, či neúspěchu při EcoRun.
Tato kapitola sice bude hodně teoretická, ale z praxe konkrétního dieselového motoru 1,9 TDi 66 kW s označením ALH (předpokládám, že mé ASV mu bude velmi podobné). Benzínu se dotknu jen okrajově, protože jak jsem už v prvním díle slíbil, k těm se informace dají sehnat mnohem snadněji.
A než začnu, tak bych rád alespoň touto formou poděkoval všem, kteří informace o tomto motoru nasdíleli na různá webová fóra po celém světě a já je pouze tak nějak autorsky překládám a předkládám vám. Osobně ty lidi neznám, ale na dálku jim skládám hlubokou poklonu!
Přesto, že tento seriál píšu hlavně se zaměřením k EcoRun závodění, tak právě pochopení této kapitoly je naprosto stěžejní i pro běžné používání automobilu. A to dokonce nejen pro úspornou jízdu, ale naprosto obecně, jen je nutné zapojit vlastní hlavu. Proč? No protože není v silách nikoho, natož mě, abych rozebral chování každé pohonné jednotky zvlášť. Uvedu jen návod, jak na interpretaci informací, které se podaří získat. Získání patřičných informací je alfou a omegou úspěchu a je to na tom ostatně to nejtěžší. V současné době firmy svým zákazníkům nesdělují o svých výrobcích takřka nic. Jen ohromují obecnými „kecy“, co všechno jejich produkt umí, ale jak to dělá, to už je zahaleno tajemstvím. Jenže právě to je ten problém jak z hlediska maximálního využití vlastností výrobku ve prospěch zákazníka, tak i obráceně, aby uživatel dokázal vyhovět výrobku (minimálně tím prodloužil jeho životnost) a zbytečně po něm nechtěl to, čeho ani není při sebelepší snaze schopen. Často mívám pocit, že za to všeobecné informační embargo a tabu se dá lehce skrýt a skrývá i to, že ten výrobek vlastně ani to slibované neumí, nebo jen velmi omezeně. Ale dost nářků, přejděme k tomu podstatnému.
Co je tedy tím podstatným?
- motor
- převodovka
Pozn.: vše ostatní, co nám umožňuje a zpříjemňuje Eco jízdu, je víceméně bižuterie.
Motor
Nejen pro úspornou jízdu je nejdůležitějším předpokladem jeho TERMODYNAMICKÁ ÚČINNOST (TDÚ). Když už při koupi tady sáhneme tzv. vedle, tak nikdy za srovnatelných podmínek nemáme šanci proti těm, co sedí v autě, které je osazeno motorem s vynikající či, nebál bych se říci, nejlepší termodynamickou účinností. Lidově řečeno tento pojem znamená, kolik % z dodané energie v palivu je schopen motor přeměnit na tu mechanickou energii, jež pohání vozidlo. Nejlepší benzíny prý už atakují hodnotu 40%, a nejlepší diesel hojně osazovaný do archaických Octávií se chlubí hodnotou 42,6%. Velmi často je z tohoto pohledu označován za vůbec nejlepší spalovací motor v osobních vozidlech vůbec.
Hodnoty jsou to hezké, ale v praxi se na nich v běžném provozu takřka nedá pohybovat. Proč? Protože se na ně dostaneme prakticky jen při plném (u dieselů), či skoro plném (u benzínů) zatížení a ještě jen v úzkém rozsahu otáček. A to jsou jen velmi krátké okamžiky během zrychlování, kdy tzv. „plný kotel“ dává málokdo, a pak při ustálený jízdě při hodně naloženým autě do prudkých stoupání. Častěji se do této oblasti dostávají malo obsahové benzíny.
Výkonová charakteristika motoru
Co jsme schopni získat k téměř každému vozidlu? No, většinou to, čím nás výrobce chce omráčit, tedy výkonovou charakteristiku motoru.
Na tomto obrázku je ukázka řádně vyhlazené křivky nejvyššího točivého momentu (graf z motorové brzdy) a zároveň i nejvyššího výkonu. Tam se při jízdě pohybujeme ještě mnohem méně často než v oblasti té nejvyšší TDÚ. Ten graf je vlastně použitelný pouze v krizových situacích, kdy potřebujeme tzv. „kickdown“ a říká nám, jak tomu kickdownu můžeme pomoci převodovkou. Víceméně jak u benzínu, tak u dieselu se takto musíme (měli bychom se) dostat do téměř nejvyššího otáčkového spektra, tedy do oblasti nejvyššího výkonu. Prostě v tomto výjimečném případě je potřeba použít motor tak, jak to dělají skuteční závodníci (nikoli ti ECO). No a záleží na naturelu každého z nás, jak často právě tento režim používá. Odhaduji, že většina EcoRunerů nechtěně tak 2x ročně.
Pozn.: Neodpustím si v této souvislosti malou radu pro majitele dieselů s turbem s naklápěcími lopatkami. Opravdu pomáhá, když dle možností (určitě ne dle silničních pravidel), tak jednou týdně až min. 2x měsíčně ty lopatky několikrát rozhýbete od dorazu k dorazu v nějakém brutálnějším zatáčkovitém výjezdu s řazením 2, 3, 4 několikrát v celém rozsahu otáček. Stejně tak je občas dobré vypálit (vyhnat pavouky) turbo, katalyzátor a vlastně celou výfukovou soustavu delší jízdou při větším zatížení (doporučuje se min. 30´souvislé jízdy nad 3000 ot./min.). Spíš než na otáčkách to ale závisí na zatížení motoru a zavření EGR ventilu, aby se dosáhlo vyšších spalovacích teplot a usazeniny mohly vyhořet a opustit přirozenou cestou motor, turbo, katalyzátor i tlumič výfuku. Hlavně před měřením emisí na STK to vřele doporučuji. Jen je potřeba mít v pořádku rozvody, poněvadž ty načatý se nám můžou odvděčit totální havárií motoru právě při tom měření kouřivosti na STK!
Výše uvedený graf disponuje navíc jednou specialitkou a tou je elipsou naznačená oblast nejlepšího využití paliva k získané pohybové energii (max. TDÚ). JENŽE! Tj. právě ta oblast, kde se pohybujeme, a u tohoto motoru skutečně, téměř, či opravdu na plný plyn a v oblasti nejvyššího točivého momentu (cca 1900 ot/min.)! S běžnou jízdou nám tento graf nepomůže takřka vůbec!!! Proč?
Odpověď je vlastně velmi jednoduchá a již naznačená výše. Sice téměř všichni využíváme dost široké pole otáček, někteří občas i celé spektrum od volnoběhu po omezovač (pokud ho máme), málokdo však při plném zatížení. A to je to, oč tu běží. Většina z nás nastartuje, nějak se rozjede, postupně zrychlí a pak zakotví na rychlosti, kterou chce jet, nebo spíš na té, která mu je diktována předpisy (50, 90, 130 km/hod), nebo ještě spíš okolním provozem, což je často pomaleji, než kolik bychom i bez hrozící finanční újmy mohli. Mnozí asi budou překvapeni, že k udržení 90 km/hod. rychlosti na rovině stačí 5- 15 kW výkonu a při té 130 si vystačíme s cca 25 kW. Zbytek výkonu si vozíme pro zrychlování a pro stoupání. Je to ovšem závislé na hmotnosti auta a jeho aerodynamických vlastnostech (známý součinitel „cx“, který se násobí s čelní plochou vozidla!!! – neméně důležitý parametr a opět malá poznámka: je krásné, jak všichni ohromují zlepšováním součinitele obtékání vzduchu a současně taktně mlčí o tom, jak se postupem času čelní plocha aut neúměrně tomu zvětšuje), a pak také na odporu valení a vcelku zanedbatelných, ale nikoli opomenutelných (hlavně u čtyřkolek) vnitřních odporech. Nj., jenže právě teď by si měl každý uvědomit, že při reálném provozu se pohybuje právě nejčastěji kolem těchto hodnot.
Skutečná křivka, hlavně na kolech hnací nápravy je dost odlišná, klidně se podívejte na internet na údaje z motorové brzdy před a po úpravě u různých firem slibujících zvýšení výkonu, či snížení spotřeby, nebo na jeden velmi slušný níže.
Graf z válcové zkušebny s údaji před a po úpravě čipováním
Zde se prý čipovalo především na nižší spotřebu. Přesto vidíte mnohem strmější růst křivky točivého momentu, ale jaksi s „rozumem“, kdy v nízkých otáčkách (do cca 1250 ot./min.) došlo k jeho snížení a teprve od této hranice k nárůstu. Zároveň je vidět posunutí omezovače otáček až na hranu možností spalovacího procesu a ventilového rozvodu tohoto motoru, tj. na 4600 ot./min..
A jak a podle čeho tedy jezdit tím běžným způsobem?
Úplná charakteristika motoru – co nám říká, k čemu se dá využít?
Je to graf, který zahrnuje naprosto všechny momenty, do kterých se daný motor může v provozu dostat. Hned na začátku si je ale nutno uvědomit, že to jsou sice všechny body, ale nezahrnuje to, jak se motor vypořádává s tím, jak se z jednoho bodu dostane do jiného. To už je tzv. „přechodová charakteristika“ a tu jsem bohužel nebyl schopen sehnat. Ta je klíčová především pro okamžiky počátku zrychlování (u benzínu otevírání škrticí klapky a nutnost obohacení směsi – dříve často diskutované akcelerační pumpičky apod.). Tím bych teorii přechodových jevů pro nedostatek informací uzavřel a pokračovat ve zrychlování a brzdění (motorem) budeme až v dalším – praktickém díle.
Jak tedy u toho výše zmíněného TDI ta úplná charakteristika vypadá? Takto.
Legenda:
- tlustá černá čára = nejvyšší točivý moment
- tenké černé čáry spojují místa se stejnou měrnou spotřebou paliva
- červená čára spojuje místa s nejvyšší efektivitou – účinností (neplést s nejnižší spotřebou!) = využitím energie, která je v palivu obsažena
- modré hyperboly naznačují ustálený = konstantní výkon
Pro lepší názornost se ten samý graf dá převést na tyto dva (údaje zároveň převedeny z HP na kW):
Měrná spotřeba v závislosti na výkonu
Otáčky motoru v závislosti na výkonu
Co z výše uvedených skutečností vyplývá? Nic jiného, než to, že se z hlediska co nejnižší spotřeby vyplatí s tímto motorem jezdit (lechtat plyn) na co nejnižší otáčky. Od 1250 do cca 1700 ot./min. pak na ¾ plynu a pak mu teprve naložit „plný kotel“. Z druhé strany plyne, že dokud to motor „dává“, tak nepodřazovat a nebát se plného zatížení. Jedinou oblastí, kde se vyplatí podřadit je prostor mezi 15-25 HP a zároveň v oblasti od 1000 do 1150 ot/min., ale tam se asi nikdo pohybovat nebude. Při pouhém zvýšení otáček na cca 1250 ot/min. už jsme bezpečně v režimu nejnižší měrné spotřeby a máme k dispozici cca 40 HP. To už vyjedeme pěkný stoupání.
Krásné na té křivce maximální účinnosti je to, že od 2000 ot/min. kopíruje křivku nejvyššího točivého momentu, což znamená, že pokud budu při potřebě předjíždění opravdu potřebovat plný výkon, tak zároveň využiji palivo na maximum. Toto je jeden z důvodů, proč je ježdění se starým TDI tzv. „blbuvzdorné“ a spotřeba těchto motorů výrazně nestoupá (v porovnání s benzínem), ani když mu „dáváme za uši“. Přesto ale skutečná úspornost leží jinde, tedy jak bylo napsáno výše = ŠUDLAT!
Proto, abychom se však v praxi mohli pohybovat po té červené křivce, tak bychom potřebovali plynule měnitelný převod, např.: hydrodynamický měnič, či variátor, avšak ty mají velké ztráty, což jejich použití pro nízkou spotřebu paliva vylučuje. Další a nyní v praxi hojně používaným řešením je zvýšení počtu převodových stupňů. Nikoli však z důvodu dosažení větší maximální rychlosti. Naopak, nejvyšší rychlost pak tato auta nedosahují na nejvyšší rychlostní stupně, ale ty jsou určeny právě k tomu „šudlání“ při ustálené 90-tce, či 130-tce.
Po úplné rovině však asi trvale nejezdí nikdo. Co tedy nastane, pokud bude potřeba překonat 7,5% stoupání při plném výkonu?
Měli bychom řadit, a tím pádem se pohybovat po čárkované křivce. Převedeno do číselné podoby takto:
| Rychlost (km/h) | Rychlostní stupeň | Otáčky motoru (ot./min.) |
| 9 | 1 | 1000 |
| 16 | 2 | 1000 |
| 25 | 3 | 1000 |
| 42 | 4 | 1200 |
| 77 | 5 | 1700 |
| 117 | 5 | 2600 |
| 130 | 4 | 3700 |
Pokud se podíváme nad tu tabulku na ten graf, tak zjistíme, že nejúsporněji pojedeme na pětku rychlostí 60 km/hod. (připomínám, že se pohybujeme na 7,5% stoupání!!!). Dříve se tak soutěže EcoRun běžně absolvovaly a důsledkem bylo překážení v jízdě běžným účastníkům silničního provozu. Proč ale není úspornější jet ještě pomaleji? Je to z důvodu tzv. „pomocných výkonů“, bez kterých prostě motor nelze provozovat. Posilovač, vodní pumpa, alternátor, ventilátory, klimatizace atd., atp. No a ty nám žerou při shodných otáčkách shodný výkon, ať už jedeme na jakýkoli převodový stupeň.
No a proč sakra musíme z pětky ve stoupání přeřadit zpátky na čtyřku? Jednoduše proto, že uvedenému motoru v takto prudkém stoupání už došel dech a neutáhne nás.
Řešením v této situaci je z hlediska spotřeby čip, kdy přesně zde se dá nalézt ta úspora paliva plynoucí z čipování. Prostě nebudeme muset podřadit vůbec, nebo podstatně později. Další výhodou načipovaného motoru je hbitější zrychlování a tím i kratší čas, po které probíhá, ale zde je úspora paliva již více diskutabilní a možná dokonce žádná.
Případným dalším řešením je silnější motor obecně.
A co je tedy mezi tou rovinou a dle EU norem, nejprudším dálničním stoupáním a klesáním?
Jízda na nejvyšší (zde 5.) rychlostní stupeň.
Přibyly nám zelené křivky, označující v tom grafu konstantní sklony svahů, a to jak do kopce, po rovině, tak i s kopce a vlevo druhá drobná červená stupnice označující adekvátní potřebný točivý moment v Nm.
Když se na tento graf podíváme, tak mj. zjistíme, že na „plný plyn“:
- můžeme jet po rovině při 4100 ot/min. tj. téměř 185 km/hod.
- při stoupání na 6% svah je maximální rychlost při 3000 ot/min., což je 135 km/hod.
- při jízdě z kopce 4,5%, je max. rychlost při 4500 ot/min (elektronicky omezeno), tj. 200 km/hod.
Pokud tedy provedeme převod otáček na rychlost v km/hod. (pořád jsme pouze na nejvyšším převodovém stupni) tak dostaneme další diagram:
A na něm už krásně odečítáme naši možnou spotřebu při určité rychlosti na určitém svahu.
Závěr je očekávaný = mj. čím víc klesáme, tím:
- můžeme dosáhnout vyšší maximální rychlosti
- můžeme dosáhnout menší spotřeby.
Můžeme (měli bychom) počítat s mechanickými ztrátami pohonu a tak je výkon dostupný na poháněné nápravě na jednotlivé převodové stupně tento (čtyřkolka je na tom výrazně hůř, ale k ní jsem údaje nesháněl, není to implicitně vhodné vozidlo na EcoRun):
- 5. rychlostní stupeň: η = 97%
- 4. rychlostní stupeň: η = 96,5%
- 3. rychlostní stupeň: η = 95%
- 2. rychlostní stupeň: η = 94%
- 1. rychlostní stupeň: η = 92%
Když se vrátíme zpět k 7,5% stoupání a v grafu nám nyní zelené křivky budou představovat jednotlivé převodové stupně se započtením výše uvedených ztrát v převodovce, rozvodovce, homo kinetických kloubech, ložiscích, oleji atd., tak vidíme toto:
ŠOK? Nikoli! Prostě PĚTKA, tedy vyjma případů, kdy z důvodu povrchu vozovky, prudkých zatáček, nebo v závislosti na okolním provozu prostě musíme jet výrazně pomaleji.
Aby to bylo srozumitelnější, tak to opět převedeme na rychlosti v km/hod. (opět jsme v tom 7,5% stoupání).
A tím se zpět dostáváme ke grafu, jenž byl nastíněn někde uprostřed našeho dnešního povídání.
Jen krátká vsuvka k benzínovým motorům
Tady je vcelku běžná úplná charakteristika nepřeplňovaného benzínového motoru.
Legenda: místo otáček/min. je zde úhlová rychlost klikovky v radiánech za sekundu.
| Rad/s. | Ot/min. |
| 100 | 966 |
| 200 | 1910 |
| 300 | 2865 |
| 400 | 3820 |
| 500 | 4775 |
| 600 | 5730 |
Je vidět, jak je u tohoto motoru červená křivka nejvyšší účinnosti (OOL = Optimal Operating Line) vždy jasně pod křivkou maximálního točivého momentu a je mírně řečeno poněkud nevyrovnaná.
Ze srovnání je vidět, že v oblasti nízkých otáček (1200-1500 ot./min.) a nejen tam, pracuje Dieselův motor při částečném zatížení lépe než benzínový. To samé platí i při plném zatížení, poněvadž oblasti nejnižší měrné spotřeby se u tohoto benzínového motoru, na rozdíl od dieselu, nedotýkají křivky nejvyššího točivého momentu, ale jsou posunuty níže. Je to dáno mj. obohacováním směsi, které je u benzinových motorů nutné hlavně díky škrtící klapce, kterou bohudík diesel nepotřebuje. U Benzíňáků prostě to výše uvedené ŠUDLAT a pak dát „plný kotel“ neplatí. Navíc je vidět, jak ta oblast s nejnižší měrnou spotřebou neklesá směrem k nižším otáčkám a naopak se většina křivek od cca 2500 ot./min. začíná směrem k nižším otáčkám opět zvedat. Optimální provoz je proto při vyšších otáčkách a asi 2/3 zatížení. Jenže to už motor dává takový výkon, který k udržování rychlostních limitů nepotřebujeme ani náhodou. Jak to při Eco jízdě „vočůrat“ si řekneme někdy příště, při praktické jízdě.
Pozn.: jak jsem psal v úvodu, není v mých silách se věnovat každému motoru zvlášť, protože nejvíc času zabere shánění informací. Pro mnohá vozidla, zvláště pro ta novější, už navíc nejsou víceméně vůbec k dispozici. Přesto si myslím, že udělat si základní přehled o funkci není nikdy na škodu. Dle tohoto návodu si však může každý tak trochu pohrát s grafy pro jeho motor sám.
A jelikož jsem se, jako obvykle rozepsal, řekl bych až nad únosnou mez, tak si před tím praktickým návodem příště dáme ještě druhé pokračování tohoto technického dílu, tedy něco k těm výše avizovaným převodovkám.
PS: kdyby náhodou někdo byl schopen sehnat alespoň základní graf úplné charakteristiky motoru 1,9 TDi 81kW ASV, tak bych mu byl velmi vděčen za jeho poskytnutí.
Napsat komentář