Lexikón: Prečo je kompresor raritou

Na zaradenie kompresora do našej pravidelnej rubriky o automobilovej technike ma inšpiroval Jaguar F-Pace SVR, ktorý som nedávno testoval. Športové SUV totiž poháňa benzínový preplňovaný osemvalec, avšak s kompresorom. To je dnes skutočne nezvyčajné, v podstate všetci konkurenční výrobcovia používajú turbodúchadlo. Skôr než sa pozrieme, prečo je Jaguar s kompresorom ihlou v kope sena, tu je krátke vysvetlenie významu preplňovania motora.

Viac výkonu, menej objemu

Základnou myšlienkou preplňovania motora je vháňať do spaľovacieho priestoru valca čo najviac vzduchu, k čomu riadiaca jednotka môže priradiť viac paliva. Vďaka tomu má motor vyšší výkon a krútiaci moment než objemovo podobný agregát s atmosférickým plnením. Zároveň platí aj opak, a síce, že vďaka preplňovaniu dokážu výrobcovia dostať pomerne vysoký výkon aj z menšieho a ľahšieho motora. Je to okrem iného spôsob, akým výrobca dosahuje nižšiu mernú spotrebu paliva, čo ide ruka v ruke s nižšou tvorbou emisií. Preplňovanie zároveň eliminuje štandardnú nevýhodu atmosférického spaľovacieho motora – nízku hodnotu krútiaceho momentu v spodnom pásme otáčok. Pri naftových motoroch je dnes preplňovanie samozrejmosťou, pri benzínových motoroch sa ešte dá natrafiť na atmosférické, ale aj tu už majú veľkú prevahu preplňované motory. Turbodúchadlo však nie je jediný spôsob preplňovania spaľovacieho motora, poznáme aj mechanicky poháňané kompresory, prípadne kombináciu turbodúchadla s kompresorom. Pre úplnosť dodávam, že inžinieri vymysleli ešte pár iných spôsobov (inerčné či náporové zariadenia), no tie sa v súčasných autách prakticky nepoužívajú. Otázka preto znie: prečo svetu preplňovania vládne turbo a natrafiť na kompresor je raritou? Pokúsim sa odpovedať v štyroch základných bodoch.

Pohon

Dúchadlo kompresora poháňa kľukový hriadeľ motora, spravidla prostredníctvom remeňa – na kompresore je kladka, cez ktorú remeň prechádza. V jeho vnútri sú rotory, ktoré prostredníctvom lopatiek, resp. ozubenia tlačia vzduch do sacích kanálov a zvyšujú plniaci tlak. Pohon kompresora teda uberá časť výkonu motora.  Turbodúchadlo, na rozdiel od kompresora, využíva na pohon tepelnú a kinetickú energiu obsiahnutú vo výfukových plynoch, motoru tak „nekradne“ žiadny výkon. Navyše zlepšuje energetickú bilanciu spaľovacieho motora aj jeho termickú účinnosť, čo vedie k nižšej spotrebe paliva. Pri porovnaní motora preplňovaného kompresorom s turbomotorom sa pri rovnakom plniacom tlaku dostáva na kolesá nižší výkon.

Reakcia

V tomto smere vyhráva kompresor – motor okamžite, aj v nízkych otáčkach, reaguje na stlačenie pedála akcelerátora a má lineárny nárast výkonu – charakterom pripomína atmosférický motor s veľkým objemom. Turbomotor si obvykle musí poradiť s oneskorenou reakciou na stlačenie pedála v nízkych otáčkach – tzv. turbodierou. Tú spôsobuje zotrvačnosť turbodúchadla a protitlak smerujúci od roztáčajúcej sa turbíny. Navyše, v nízkych otáčkach majú aj výfukové plyny, ktoré by mali poháňať turbodúchadlo, nízku energiu. Treba však povedať, že dnes už poznáme rôzne systémy, ktoré tento neduh značne eliminujú. Ide napríklad o premenlivú geometriu lopatiek; rozdelenie vstupu výfukových plynov na turbínu do dvoch vetiev, čím sa zlepšuje pulzný efekt; zapojenie dvoch rôzne veľkých turbodúchadiel alebo kombinácia kompresora s turbodúchadlom, kde v nízkych otáčkach pracuje kompresor a vo vyšších už štafetu preberá turbo.

Efektivita

Kompresor je efektívny v nízkych aj vo vyšších otáčkach a tlak zvyšuje postupne, motor sa tak správa prirodzenejšie. Vo vysokých otáčkach však už môže byť viac efektívne turbodúchadlo, ktoré neuberá výkon motoru a má stále dostatočný prídel výfukových plynov. Samozrejme, je nutná regulácia, pretože piesty turbomotora by pri vysokých otáčkach stláčali nasávaný vzduch pod enormným tlakom, čo by následne poškodilo viaceré mechanické časti motora.

Spoľahlivosť

Pri otázke životnosti sú na tom spravidla lepšie mechanické kompresory – rotory sa otáčajú v guľôčkových ložiskách, nie sú obvykle náchylné na rýchle opotrebenie. Pri turbodúchadlách závisí ich životnosť z veľkej časti od starostlivosti vodiča, ako často mení motorový olej a vzduchový filter, či motor vytáča do vysokých otáčok za studena, prípadne či necháva turbodúchadlo poriadne dochladzovať.

Záver

Samozrejme, celá problematika preplňovania spaľovacích motorov je omnoho komplexnejšia, len o turbodúchadlách by sa dalo napísať niekoľko strán. Mojou snahou bolo nájsť odpoveď na otázku, prečo sa v súčasnom európskom svete áut už takmer vôbec nevyužíva technológia mechanického kompresora. Do histórie ho poslala vyššia spotreba, a teda aj vyššie emisie. Je to škoda, pretože kompresor pozitívne ovplyvňuje zážitok z jazdy a akustická odozva pohybu jeho mechanických častí krásne dotvára celkovú atmosféru.

Lexikón: Diferenciál, alebo štyri sú viac ako dve