Motory a zase jen motory: ještě více výkonu (5. díl)

Vačková hřídel

Výkonnostní charakteristiky motoru dokáže změnit například výměna vačkové hřídele, respektive použití hřídele s jiným tvarem vaček nebo nižší hmotností. K rozpohybování lehčí vačkové hřídele je potřeba méně síly, navíc se sníží velikost mechanického tření mezi ní a dalšími částmi motoru. Motorovému ústrojí tak ušetřenou energii, kterou by jinak spotřebovalo při vlastní činnosti, může přeměnit ve vyšší výkon. Na výkonnost motoru mají vliv i tvary vaček hřídele. Běžné hřídele mají vačky vejčitého tvaru, nicméně existují tzv. vysokozdvihové vačkové hřídele s jinak vyvedenými vačkami. Jejich tvar se blíží obdélníku se zaoblenými rohy. Tento tvar má jednoduchý důvod. Při otáčení hřídele takto tvarované vačky dříve otevřou ventily a drží je déle otevřené než vačky klasické. Díky tomu se pak do válců dostává větší množství palivové směsi, což má za následek zvýšení výkonu motoru.

Čím lehčí, tím lépe

Pro mnoho řidičů či fanoušků aut je výkon jakousi modlou. Jenže výkon motoru sám o sobě není tou podstatou, u automobilů je alfou a omegou rychlost a akcelerace. Ty samozřejmě podmiňuje výkon motoru, ale nikoliv sám, další neméně důležitou veličinou je hmotnost vozu. Tedy mnohem důležitější je poměr výkonu motoru ku hmotnosti vozu než jen prosté konstatování, kolik že se to pod kapotou skrývá kilowattů. Takže další způsob, jak „zvýšit“ výkon, tedy proměnit sílu motoru ve vyšší rychlost vozu a lepší hodnotu jeho zrychlení, spočívá v odlehčení automobilu. Je to mnohdy mnohem levnější volba, než zasahovat do konstrukce motoru či jej různě ladit a měnit mu výkonnostní charakteristiky. Stačí z vozu odstranit přebytečné věci nebo je nahradit lehčími. Stejně tak se dají nahradit celé konstrukční části vozu novými, jež jsou vyrobeny z lehkých materiálů. Ostatně například bez takového hliníku či karbonových vláken by se dnešní svět motosportu už ani neobešel.

Osvobodit motor od zátěže

Často se zapomíná, že automobilový motor nemá práci jen s tím, jak uvést vůz do pohybu. Pohání mnoho dalších částí, které s jízdou samotnou ne zcela souvisejí a kterých je v moderních vozech čím dál více. Vzpomeňme jen na takový alternátor, který dobíjí akumulátor vozu, dnes v mnoha případech i více akumulátorů. Taktéž klimatizace přidává motoru práci a ubírá mu na výkonu, všeobecně se uvádí, že je to až 5 procent. A co teprve stále rozsáhlejší a náročnější elektronické vybavení dnešních aut, všechny ty audio-video systémy, navigace, elektrické posilovače, elektrické ovládání různých součástí interiéru i karosérie vozu, různé vytápěcí a odmrazovací nebo naopak chladicí systémy. To vše pohání svou činností motor, což mu samozřejmě ubírá významně na výkonu. Pokud tedy chceme zvýšit výkon motoru, nebo přesněji řečeno nesnižovat jej, pak je dobré všechny tyto náležitosti vypnout, nebo do vozu zabudovat náhradní zdroj napájení.

Vstřikování vody

Ne moc běžný způsob zvyšování výkonu motoru spočívá ve vstřikování vody přímo do sání, tedy do směsi paliva a vzduchu. Zní to trochu paradoxně, ale vše je docela jednoduché. Vstříknutá voda vlivem vysoké teploty velmi rychle změní své skupenství v plynné, tím zvýší hustotu vzduchu v palivové směsi a ochladí jej. Spalovací proces je pak výraznější a prudší, což má za následek i intenzivnější přeměnu tepelné energie v mechanickou a dále pohybovou. Motor pak vyprodukuje nějaké ty kilowatty navíc. Má to však i své nevýhody. Tento způsob zvyšování výkonu je pro motor přímo škodlivý, pokud teplota nasávaného vzduchu nedosahuje přinejmenším teploty 42 °C a jeho tlak klesne pod hodnotu 0,06 bar. Vstřikování vody do sání se uplatnilo především u sportovních vozů kategorie WRC, ve své době jej používala automobilka Saab, například v modelu 99.

Mezistupňové chlazení

Intercooler aneb mezichladič plnicího vzduchu je dalším nástrojem, jak zvýšit výkon motorů, v tomto případě motorů přeplňovaných (opatřených turbodmychadlem nebo turbokompresorem). Mezichladič ochlazuje stlačený vzduch vystupující z dmychadla, což umožňuje dostat do válců větší množství vzduchu a tedy i větší objem palivové směsi. Tak se docílí lepší plnicí účinnost motoru, který pak produkuje vyšší výkon. Speciální variantou je mezistupňový chladič s vodní sprchou. Voda se v tomto případě nevstřikuje přímo do sání, ale krátce zvnějšku na mezichladič, čímž se zlepšuje chlazení vzduchu vycházejícího z dmychadla. Chlazení plnicího vzduchu se řeší i mezichladičem opatřeným stálým vodním chlazením. Takové vzduchové mezichladiče jsou vybaveny vodním okruhem s vodní pumpou a samostatným chladičem vody. Jsou účinnější než mezichladiče s vodní sprchou, ale na druhou stranu konstrukčně náročnější. Existují i mezichladiče s chladicím okruhem používajícím stlačené plynné chladicí médium místo vody.

Nitro, oxid dusný aneb rajský plyn

Pojem nitro je velmi populární hlavně mezi příznivci tuningu a počítačových automobilových her. Je odvozen od dusíku, resp. od oxidu dusného, populárně přezdívaného také jako rajský plyn. Uplatnění vedle medicíny našel v posledních letech i v automobilismu jako jeden z prostředků zvýšení výkonu motorů. Úpravci do vozů instalují tlakové nádoby naplněné oxidem dusným, který pak přes systém vedení ústí prostřednictvím vstřikovače do sání motoru. Princip spočívá v tom, že oxid dusný má silnou schopnost absorbovat teplo. Při pohlcování tepelné energie se zároveň rozkládá na kyslík a dusík, přičemž jej obsahuje více než atmosférický vzduch. Při vstříknutí rajského plynu do sacího systému motoru tak dojde k tomu, že se palivová směs výrazně ochladí a zároveň silně nasytí kyslíkem. Do válců se tak dostane její větší množství než při běžném spalovacím procesu, navíc je silně okysličena, což má za následek zintenzivnění spalovacího cyklu, a tím i zvýšení výkonu.
Ovšem použití rajského plynu má i svá negativa. Jednak jeho použití je limitováno množstvím obsaženým v zásobní tlakové láhvi. Především však dochází k velkému zvýšení stlačení palivové směsi, což může vést k velmi bouřlivému procesu spalování, jež může vyústit až k poškození některých částí motoru. Prudký nárůst výkonu a jeho přenos na transmise pak může způsobit poškození i na nich, především na spojce.

Turbodmychadlo a kompresor

Dnes asi nejčastějším řešením používaným ke zvýšení výkonu motorů je použitý turbodmychadel a turbokompresorů. První turbodmychadlo sestrojil již v roce 1925 švýcarský inženýr Alfred Buchi. Jeho princip je jednoduchý a ke své činnosti využívá výfukových plynů, tedy odpadní produkt, který z automobilu vychází za všech okolností. Výfukové plyny při průchodu potrubím roztáčejí turbodmychadlo, které pak nasává atmosférický vzduch do sání motoru. Čím je proud spalin rychlejší (tedy čím více je stlačen plynový pedál), tím se turbodmychadlo točí rychleji a nasává rychleji více stlačeného vzduchu, který obohacuje palivovou směs. Tímto procesem pak motor dokáže produkovat více výkonu.
Na rozdíl od turbodmychadla turbokompresor nepohánějí výfukové plyny, ale je napojen přímo nebo prostřednictvím hnacích řemenů na klikovou nebo vačkovou hřídel. To má svou výhodu i nevýhodu. Turbokompresory netrpí tzv. turbo dírou, protože nejsou závislé na tlaku výfukových plynů, na druhou stranu zvyšují mechanické zatížení motoru, který je pohání.