Otáčky motoru a spotřeba paliva: co je efektivní a proč?

Většina z nás časem zjistila, jak zacházet s otáčkami motoru, aby pracoval úsporně. Proč je ale to či ono efektivní a jak se dále zlepšit?
  1. Autoforum.cz
  2. Rubriky a sekce
  3. Technika

Otáčky motoru a spotřeba paliva: co je efektivní a proč?

16.3.2011 | Pavel Janda | 154 příspěvků

Většina z nás časem zjistila, jak zacházet s otáčkami motoru, aby pracoval úsporně. Proč je ale to či ono efektivní a jak se dále zlepšit?

Málo plynu, málo efektivity

Měrnou spotřebu paliva totiž dále značně ovlivňuje i míra otevření škrtící klapky. Možná jste už párkrát přemýšleli nad tím, zda má smysl dosahovat stejného výkonu na nižší otážky s více zmáčknutým plynem, nebo raději na vyšší otáčky s méně zmáčknutým plynem. Jasnou odpověď na tuto otázku dává přiložený graf, který publikovala firma Repco, jež svého času vyvíjela motory i pro Formuli 1. Ten ukazuje měrnou spotřebu paliva v závilosti na otevření škrtící klapky a ač platí pro „typický čtyřválcový motor”, věrně ukazuje, jaký bude mít míra zmáčknutí plynu vliv na měrnou spotřebu.

Otáčky motoru a spotřeba paliva: co je efektivní a proč? - 2 - Merna spotreba v zavislosti na mire otevreni SK2
Měrná spotřeba paliva v závislosti na míře otevření škrtící klapky resp. zátěže motoru u „běžného čtyřválcového motoru”

Graf dokládá, že měrná spotřeba paliva je nejnižší při maximálním otevření škrtící klapky. Pokud se vám to nezdá (vždyť přece auto s plným plynem „žere nejvíc“), pak prosím mějte na paměti, že jde o relativní veličinu, spotřeba je tedy nejnižší s ohledem na produkovaný výkon resp. práci (na tomto grafu v librách benzinu na „koňohodinu“, ale to je v jiných jednotkách totéž co námi zavedené gramy na kWh), nikoli nejnižší absolutně. Motor při méně otevřené škrtící klapce produkuje méně výkonu a tím je absolutní spotřeba nižší. Vzhledem k množství vytvářeného výkonu ale nepracuje efektivně.

Správná otázka nyní zní: proč to tak k sakru je? Klíčový důvod pochopíte, pokud u svého auta ukazujícího okamžitou spotřebu paliva i při stání na místě (typicky koncern VW) necháte nejprve motor běžet na volnoběh, později „zaseknete“ otáčky na dvou tisících a poté třeba na třech. U obvkylých motorů (čtyřválce, šestiválce) pak z ukazatele okamžité spotřeby zjistíte, že motor potřebuje velmi mnoho paliva na to, aby vůbec udržel v chodu sám sebe. Na volnoběh půjde obvykle o 8 desetin litru paliva, na dva tisíce otáček třeba už o 1,5 litru na tři tisíce kupříkladu o 2,5 litru benzinu za hodinu.

Pokud tedy za jízdy na tři tisíce otáček otevřete škrtící klapku jen velmi nepatrně a necháte motor produkovat třeba jen 10 kW výkonu, bude rázem vliv spotřeby samotného motoru „pro sebe sama“ na celkovou spotřebu ohromný a efektivita celého procesu prachmizerná. V tomto případě bude 10 produkovaných kilowatthodin pro jízdu znamenat spotřebu okolo 4 litrů za hodinu a pokud jsme konstatovali, že ve třech tisících otáčkách si motor sám řekne o 2,5 litru na hodinu, jde jen necelých 62 procent z celkové aktuální spotřeby na pohon auta. Měrná spotřeba je tedy 6,5 litru na 5 kWh efektivní práce, tedy 1,3 litru na kWh.

Pokud ale v těch samých třech tisících otáčkách dáte motoru pořádně za uši a na plný plyn jej necháte necháte produkovat 50 kW (ekvivalent spotřeby přibližně 20 litrů na hodinu), pak se rázem stále těch samých 2,5 litru na hodinu spotřebovávaných na chod motoru stane prakticky bezvýznamnými, neboť drtivá většina z celkové aktuální spotřeby slouží pro pohon. Měrná spotřeba je pak 22,5 litru na 50 kWh efektivní práce, tedy jen 0,45 litru na kWh.

Jak vidíte, motor bude v druhém případě pracovat s několikanásobně vyšší účinností s ohledem na vykonanou „práci pro vůz“. Nic to nemění na tom, že celková spotřeba je v druhém případě zásadně vyšší, se spotřebou vzhledem k produkované práci je to ale přesně naopak.

Výše zmíněné příklady jsou opět zjednodušené, neboť mechanické ztráty motoru nejsou jediným faktorem, který efektivitu agregátu v závislosti na míře otevření škrtící klapky ovlivňuje. Práce s plynem má vliv i na účinnost samotného spalovacího procesu, v dnešních autech ale tento faktor není tak významný.

Otáčky motoru a spotřeba paliva: co je efektivní a proč? - 3 - Merna spotreba v zavislosti na mire otevreni SK
Trochu komplexnější pohled na věc - červená zóna zobrazuje oblast nejnižší měrné spotřeby paliva a tedy nejvyšší účinnosti dvouválcového benzinového motoru. Nejefektivněji funguje v oblasti okolo 2 000 ot./min při přilžně 80 % zátěži

Tak jak to tedy je?

Z výše uvedeného je jasné, že nejvyšší efektivity jízdy (tedy nejnižší spotřeby vzhledem k získanému výkonu) dosáhneme trvalým udržování motoru v otáčkách okolo nejnižší měrné spotřeby při maximální smysluplné zátěží. Prakticky to tedy u auta s šestistupňovou manuální převodovkou znamená potřebu intenzivního zrychlování na prvních pět rychlostních stupňů v oblasti otáček nejnižší měrné spotřeby a později „zaseknutí“ otáček na šestku v místě nejnižší měrné spotřeby a jejich další udřzování. Další zrychlování by totiž efektivitu již jen snižovalo a ačkoli pohyb na tuto rychlost třeba na půl plynu nemusí být tím absolutně nejefektivnějším s ohledem na produkovanou práci vzhledem ke spotřebě paliva, žádnou lepší možnost už v tu chvíli vzhledem k zpřevodování motoru nemáte.

To bude ale v praxi u většiny aut znamenat dost rychlou jízdu, navíc si s ohledem na nespočet dalších faktorů, které vstupují do hry, nejsem jist, jestli tento přístup vždy povede k nejlepšímu poměru spotřeby vzhledem k průměrné rychlosti. Většina lidí ale beztak jezdí na spotřebu, nikoli na čas, a tak se na věc podíváme ještě z jiného úhlu pohledu.

Vraťme se tedy nyní zpět k našemu příkladu s autem, které musí ujet 50 kilometrů za půl hodiny konstantní rychlostí 100 km/h. Zjistili jsme, že na to potřebuje na výkon 9,46 kW dodáváný v jednom každém okamžiku jízdy. Spotřeba v tomto případě bude nejnižší tehdy, když tento výkon „vydolujeme“ z motoru za co nejnižších otáček při co nejvyšším zatížení. V praxi to bude nejvyšší rychlostní stupeň a s takovým množstvím plynu, které je třeba proto, aby motor produkoval potřebný výkon pro udržení „stovky“. I v tomto případě platí, že relativní efektivita takového konání bude mizerná, pro nejnižší absolutní spotřebu při daném stylu jízdy je ale přesto tou nejlepší. Žádná lepší alternativa s ohledem na celkovou okamžitou spotřebu opět není k dispozici.

Podřazení připadá v úvahu jen tehdy, pokud by otáčky padly tak nízko, že by motor vůbec nebyl schopen udržet patřičnou rychlost, nebo by otáčky byly v tak nízkých sférách, kde by pracoval extrémně neefektivně. Konkrétní číslo ale bude u každého auta jiné.

To je ale pořád jen nejnižší spotřeba při daném času jízdy, co nejnižší spotřeba vůbec? Zde univerzální radu dát neumím, neboť zde vstupuje do hry už příliš mnoho faktorů, které jsou pro různá auta různé. Zejména pak nároky motoru pro pohánění sebe sama a aerodynamický odpor vzduchu. Obecně mohu říci, že absolutně nejúspornější bude u většiny běžných aut jízda rychlostí mezi 60 a 80 km/h na nejvyšší rychlostní stupeň, ale jistě budou existovat i extrémy posunující „tu správnou“ rychlost na jednu či druhu stranu.

Vraťme se na začátek - k dotazu

Původní otázka ale zněla, zda při udržování konstantní rychlosti existují nějaké nižší otáčky, při nichž má motor větší spotřebu než ve vyšších. Odpověď tedy zní: ano, existují, ale půjde zřejmě jen o velmi nízké otáčky, kde je efektivita fungování motoru mimořádně nízká s ohledem na účinnost spalovacího procesu a množství energie spotřebovávané samotným motorem. V těchto otáčkách zřejmě dnes nikdo z vás nejezdí, motor v nich musí být blízko hranici zhasnutí. Vzhledem k tomu, jak moc měrnou spotřebu paliva ovlivňuje míra otevření škrtící klapky, bude zjevně i „dušení” motoru v relativně nízkých otáčkách pod plynem znamenat vyšší účinnost než pocitově vhodnější jízda na vyšší otáčky s menším otevřením škrtící klapky. To vše samozřejmě za situace, kdy v obou režimech motor produkuje stejný výkon (a v oněch nižších otáčkách je vůbec schopen jej vyprodukovat). Pro jakéhokoli běžné rychlosti (typicky 90 km/h) bude u aut s obvykle poskládanou převodovkou na každý pád platit, že pro dosažení absolutně nejnižší spotřeby bude nejvhodnější použití nejvyššího převodového stupně.

Ostatně, pokud máte zkušenosti s auty posledních let, která jsou obvykle vybavena ukazatelem zařazení vhodného rychlostního stupně pro dosažení maximální efektivity jízdy při dané rychlosti, znáte to sami - sotva se rozjedete a ukazatel křičí: „Šest, šest!” Jen v opravdu úzkém pásmu nízkých otáček je vám doporučeno podřazení. Tento pomocník jistě nepracuje s ničím jiným než grafem měrné spotřeby v závislosti na otáčkách a míře otevření škrtící klapky, a tak není divu, že dochází ke stejným závěrům.

Je to všechno k něčemu dobré?

Přiznám se na narovinu, že jsem původně doufal v trochu průlomovější závěry. Nakonec totiž nejsou až tak vzdálené od tradované rady pro co nejnižší spotřebu: „dokud se motor točí, tak nepodřazuj“ a neméně oblíbeného „triku“ pro maximální efektivitu jízdy týkající se držení otáček v oblasti nejvyššího točivého momentu motoru. Oba „selské tipy“ jsou sice trochu nepřesné, ale ne až tak moc, jak by se s ohledem na pravdivost jiných podobných rad dalo čekat. Výše zmíněné řádky tedy berte spíše jako osvětlení toho, proč některé věci jsou tak jak jsou a pokud jste náhodou zmíněné nevěděli, pak i jako cennou radu pro úspornou a nebo efektivní jízdu.

Zajímavým a v praxi využitelným faktem je, že motor při potřebě menší než maximální akcelerace pracuje zásadně efektivněji při velkém otevření škrtící klapky v nízkých otáčkách než malém ve vysokých, protože ve vysokých je příliš zatížen sám sebou a málo „prací pro vůz“.

Tento závěr zároveň vysvětluje mnohé. Třeba současnou „popularitu“ downsizingu - testy normované spotřeby jsou koncipovány tak, že motory jsou vzhledem ke svému potenicálu zatěžovány velmi málo a čím méně tedy spotřebovávají samy pro sebe, tím je celková spotřeba nižší. Jak blízko má tento výsledek k vašemu stylu jízdy posuďte sami.

Stejný fakt dává i cennou radu pro výběr nového vozu: kupte si auto s takovým motorem (rozumějte výkonem), který alespoň z větší části využijete. Pokud si pořídíte čtyřlitrový osmiválec a pak s ním budete jezdit 90 km/h, padne významná část spotřebovaného paliva na nicneřešící protáčení osmi těžkých pístů. Pokud ale sáhnete po litrovém motůrku, budete za stejnou parádu platit mnohem méně.

Mrzí mě, že nemohu dát konkrétní tipy pro efektivní jízdu v tom či onom autě, neboť nemám k dispozici grafy měrné spotřeby pro jednotlivé současné vozy, prostě je už žádná automobilka nezveřejňuje (ačkoli ještě před 20 lety to nebylo nic neobvyklého). Bavíme se tak pouze v obecné rovině a ač rozdíly mezi jednotlivými auty běžné produkce nebudou dramatické, může být realita ve vašem případě trochu jiná. Článek tak nedává jednoznačnou odpověď, je pouze upřesňujícím vodítkem ke konkrétním závěrům.

Přes limity celého rozboru věřím, že pro vás alespoň toto upřesnění vztahu mezi otáčkami motoru a spotřebou paliva bude přínosné, neboť boří pár mýtů, které se u nás tradují a vysvětluje důvody jevů, které přirozeně vnímáte jako fakta, ale jejich pozadí vám mohlo zůstat skryto.


Poznámka pod čarou: Uznávám, že jde o téma velmi „hutné“ a pro některé z vás možná až příliš komplikované. A to i když jsem sáhl po tolika zjednodušeních, že mi některými bude vyčítáno právě to. Jde však o vhodný základ pro další články na téma „motor a jeho spotřeba“, které pro vás chystáme. Hned za pár dní se podíváme na srovnání atmosférických a přeplňovaných motorů, které bude i díky tomuto článku při podobné míře zjednodušení moci dát stručnější a jasnější závěry pro praktický život.

Pavel Janda

Diskuze 154 příspěvků

 

Živá témata na fóru

zobrazit vše

Autobazar

zobrazit vše

zobrazit vše