Zajímavosti

Výhody a nevýhody spalovacích motorů

Motory pod kapotami aut jsou různé, pochopitelně, a většina jejich druhů bude mít své zastánce. Jedni stojí za řadovým šestiválcem, hlavně kvůli těm od BMW, jiní zase za V8, protože milují třeba americká auta. Fandové Porsche nedají dopustit na plochý šestiválec a ti, pro které je koncern VW vším, budou horovat za motor VR6 nebo možná i za řadový čtyřválec s písmeny TDI.

Názory na věc tedy mohou být různé a všechny budou mít oporu v nějakých faktických přednostech té které jednotky. Lepší vyvážení, více výkonu, nižší hmotnost, menší prostor potřebný pro zástavbu - důvody budou různé. Všechny koncepce motorů totiž mají své výhody i nevýhody a podle toho je konstruktéři volí do jednotlivých aut - a podle toho také jsou fanoušky či odpůrci hodnoceny. My jsme dali dohromady 10 klíčových koncepcí motorů, i těch dnes už méně používaných, a sesumírovali jsme jejich výhody a nevýhody i s doprovodnými, technicky orientovanými videy. Pojďme se na ně podívat.

Řadový tříválec

Tenhle typ motoru poslední dobu zažívá velký rozmach, i když se v minulosti nejednou ukázal být ne zrovna optimálním. Proč? I to lze vyčíst z přehledu jeho výhod a nevýhod.

Tříválec má více společného s řadovým šestiválcem než se čtyřválcem, a to proto, že jeho kliková hřídel není plochá, tedy rozdělena po 180° jako u řadového čtyřválce, ale je rozdělena po 120° jako u řadového šestiválce, alespoň v drtivé většině případů. Je to tedy spíše půlka šestiválce než tři čtvrtiny čtyřválce, jak někteří říkávají. Má své výhody, zejména menší velikost, menší hmotnost a menší vnitřní tření. Jeho objem je také menší než u čtyřválce, který třeba nahradí. A bude mít menší spotřebu paliva při nízké zátěži, tedy i tu normovanou, o kterou v případě tříválců jde obvykle nejvíce.

Ovšem, nevýhody tu jsou také a je jich více, jak ukazuje praxe. Celý motor bude podélně vibrovat, protože na jedné straně je vždycky větší síla směrem nahoru a na druhé je menší síla dolů. To znamená potřebu protizávaží na klikové hřídeli, která je tak těžší. Motor tak jde pomaleji do otáček, zdá se línější, i když jeho lehkost slibuje opak. Také v nižších otáčkách budou vibrace silnější, protože zážeh nastane jen v každých 240° rotace klikové hřídele, na rozdíl od 180° čtyřválce, jak ukáže i video.

Řadový čtyřválec

Čtyřválcový řadový motor je stále ještě tím nejběžnějším, co u nás na silnicích i v showroomech potkáte. Je to takový univerzální motor, velký kompromis prostý stránek velmi silných, ale i velmi slabých.

Hodí se prakticky do všeho, do auta jej lze namontovat napříč i podélně. V případě velikosti, hmotnosti, množství pohyblivých částí, kultury chodu i průběhu výkonu je takovým zlatým středem. A zároveň nabídne i slušný objem (do 2,5 litru) a výkon, lepší než v případě tříválce. Po stránce vibrací je také lepší než tříválec, ale není dokonalý.

Kliková hřídel je tu plochá, je rozdělena po 180°; krajní dva a prostřední dva válce se pohybují zároveň. To znamená, že se primární síly, pramenící z pohybu pístu nahoru a dolů, vyruší, zde tedy silné vibrace nevznikají. Naopak sekundární síly, pramenící z toho, že se píst v celé své dráze nepohybuje pořád stejně rychle, vyrušeny nejsou. Proto je u čtyřválců potřeba vyvažovacích hřídelí. Také ale čtyřválec nevibruje podélně jako tříválec, protože na jedné i druhé straně působí stejné síly a stejně se ruší.

S řadovým tříválcem má také společných několik výhod, je-li namontován standardně pod přední kapotou - hlava válců je snadno přístupná pro servis a okolo motoru bývá docela dost místa, takže je servis obecně snadný. A je tu jedno ventilové ústrojí, což znamená méně pohyblivých částí a menší pravděpodobnost poruchy.

Plochý čtyřválec

Plochými motory, tzv. boxery, je proslulá zejména Subaru. Ploché motory jsou také v podstatě tím nejlepším, co můžete mít v závodním autě, a to z jednoduchého důvodu - jejich výhodou je, že jsou nízké, takže mají nízko těžiště. To znamená níže umístěné těžiště celého auta a lepší ovladatelnost.

Plochý motor má primární a sekundární síly opět vyváženy z principu, ale podobně jako tříválec vibruje podélně, protože písty nejsou přímo naproti sobě, jsou trochu vyosené; jinak na klikovou hřídel nejdou poskládat. To znamená potřebu vyvažovacích hřídelí a větší náročnost na silentbloky motoru. Není to ale nic, co by nešlo zvládnout.

Také tu ale jsou nevýhody. Tyhle motory jsou umístěny podélně, z hlediska klikové hřídele, a pokud jsou mimo rozvor auta, jako u Subaru či u Porsche 911 (zde už hovoříme o šestiválcích), bude mít i jejich délka určitý negativní vliv na ovladatelnost auta. Tohle ovšem nevadí, pokud jsou umístěny uvnitř rozvoru, jako např. u Porsche Cayman nebo u Formulí 1 v minulosti.

Boxery jsou také dost náročné na prostor v příčném směru, jsou prostě široké. Také tu jsou dvě ventilová ústrojí, na každé straně jedno, což znamená větší náročnost na údržbu a větší výrobní náklady. A když budete chtít něco na tomhle konci motoru servisovat, třeba jen vyměnit svíčky, banální to úkon u řadového motoru, bude to dost náročná operace, protože tu prostě není dost místa.

Řadový šestiválec

Šest válců v řadě je zbožňováno spoustou petrolheadů, zejména pokud mají pyžamo s trikolórou BMW M. Řadové šestiválce jsou totiž jedny z nejlépe vyvážených motorů, které najdete, ale přitom nemají na klikové hřídeli protizávaží, takže jdou krásně do otáček a rychle reagují na plyn. Lepší jsou snad už jen motory V12 či dvanáctiválcové boxery - protože to jsou dva spojené řadové šestiválce.

Řadový šestiválec má tři páry pístů, které se pohybují synchronně, a kliková hřídel je rozdělena po 120° jako u tříválce výše. Jenže díky tomu, že tu je dvojnásobek válců, zážeh nastane každých 120° otáčky klikové hřídele. Proto tu také není potřeba vyvažovacích hřídelí; samy se vyruší nejen primární, ale i sekundární síly. A na rozdíl od V6 je tenhle motor jednodušší v tom, že má jedno ventilové ústrojí. Je tu tedy méně pohyblivých částí, ale na šestiválec. Jinak o všech motorech od tohoto dále platí, že pohyblivých částí mají z podstaty více a pro test normované spotřeby jsou do jednoho stvořeny asi jako Petr Novotný pro promenádu v plavkách. Proto v dnešní době vymírají, např. BMW se „svých” atmosféricky plněných šestiválců zbavilo zcela, bez výjimky.

A jsou tu samozřejmě i další nevýhody, faktičtější. Ty hlavní pramení z toho, že řadový šestiválec je vážně dlouhý. Jen výjimečně se tedy dostane do aut příčně, v drtivé většině aplikací je umístěn podélně a pohání zadní kola. Jeho délka také znamená, že není tak pevný, může mít horší torzní vlastnosti oproti V6.

Vidlicový šestiválec

Motor V6 má stejný počet válců jako řadový šestiválec a také stejně poskládanou klikovou hřídel, ale je od řadového jinak dost odlišný. Kliková hřídel zde totiž potřebuje protizávaží, takže je těžší a motor tedy nejde tak snadno a rychle do otáček. Je tu ale jedno protizávaží na dva písty, které spolu sdílejí klikový čep.

Pro hladký chod je potřeba, aby zážeh nastal každých 120° otáčky klikové hřídele, což by znamenalo úhel sevření válců 120° a to je u vidlicového šestiválce nereálné. Aby to bylo splněno, používá se dělený klikový čep, tedy že jeden čep je v podstatě dvěma čepy, které jsou od sebe vzdáleny 60°, takže válce mohou být sevřeny v úhlu 60°. Dobře to vysvětluje video níže. Další možností je přeskládání pořadí zážehu jednotlivých válců.

Výhody tohoto motoru jsou jasné - je malý, takže se dá namontovat do auta jak napříč, tak i podélně. Jako náhrada za čtyřválec vpředu napříč znamená velký objem a více výkonu v prostoru, který by jinak pojal jen čtyři válce. I proto jsou řady válců svírající úhel 120° nesmysl, proto se používá relativně ostrý úhel 60°. Také je oproti řadovému šestiválci kratší a tudíž pevnější.

K nevýhodám patří např. složitější konstrukce, dvojí ventilové ústrojí ve dvou hlavách válců nebo fakt, že výfukové svody jsou na obou stranách motoru, což také zvyšz. Také je tenhle motor těžší než čtyřválec, což má při umístění před přední nápravou negativní vliv na ovladatelnost auta. Dále pořád potřebujete vyvažovací hřídele na sekundární síly v motoru a výrobní náklady na takový motor jsou vyšší oproti řadovému šestiválci.

Motor VR6

Tahle konstrukce motoru je vynálezem Volkswagenu, ale než nás osočíte z lásky k tomuto automobilovému gigantovi, pokračujte ve čtení - tohle je totiž skutečně unikátní koncepce, která si zaslouží zmínku. Není to totiž ani vidlicový, ani řadový motor, třebaže má k řadovému blíž. Spojuje výhody řadového a vidlicového motoru dohromady, nebo se o to alespoň snaží.

Řadový není proto, že jeho válce nejsou přesně v řadě, nýbrž svírají určitý velmi ostrý úhel; u prvních generací to bylo 15°, u těch posledních dokonce10,6°. Vidlicový zase není proto, že má jen jednu hlavu válců, nikoliv dvě, a má klikovou hřídel rozdělenou po 120° a stejné schéma pohybu válců jako řadový šestiválec.

Potřebuje více úsilí konstruktérů, aby byl dobře vyvážen, ale zároveň nabízí výhody šesti válců v prostoru, který běžně stačí pro zástavbu čtyřválcového motoru. Má jedno ventilové ústrojí jako u řadového šestiválce, ale není tak dlouhý, takže je pevnější. A také díky tomuto vynálezu může Audi A8 mít dvanáctiválec a Bugatti Veyron šestnáctiválec...

Vidlicový osmiválec

V8 je ikona, ať už v USA nebo v evropských luxusních či sportovních autech. Svého statutu nedosáhla náhodou, u V8 totiž je velmi snadné dostat se na velké objemy a tedy i vysoké výkony, zatímco motor stále není příliš velký. Ovšem, není ani zas tak malý, ve většině případů ho potkáte uložený podélně, třebaže se v minulosti objevoval i napříč, a to i před přední nápravou.

Většina osmiválců má křížovou klikovou hřídel, tedy s klikovými čepy po 90°. Tyto motory se projevují např. charakteristickým bubláním, pokud ho příliš netlumíte ve výfukovém systému. Také to znamená, že nejlepší úhel sevření válců je 90°, k zážehu totiž dochází každých 90° otáčky klikové hřídele. Sekundární síly se tu vyruší samy, primární síly jsou vyváženy protizávažím jako u V6, což ovšem znamená těžší klikovou hřídel a tedy menší ochotu k vytáčení.

Pokud má osmiválec plochou klikovou hřídel, tedy rozdělenou po 180°, jsou to v podstatě dva čtyřválce spojené dohromady. Není tu potřeba protizávaží na klikové hřídeli, takže tyhle motory jdou snadno do otáček, ale zase tu sekundární síly působí vibrace. Proto se V8 s plochou klikovou hřídelí používají spíše u sporťáků a závodních aut, kde se také používají lehčí materiály, což samo o sobě tlumí vibrace motoru.

Nevýhody tu jsou stejné jako u vidlicového šestiválce - dvojí ventilové ústrojí, náročnější údržba, větší třecí ztráty v motoru. Na druhou stranu, díky minimálním vibracím V8 s křížovou klikovou hřídelí jsou tyhle motory velmi trvanlivé; o těch s plochou klikovou hřídelí to už tolik neplatí, protože nemají tak hladký chod.

Vidlicový desetiválec

Desetiválec je tvořen dvěma spojenými řadovými pětiválci, takže primární a sekundární síly v tomto motoru jsou vyváženy, stejně jako podélné vibrace pramenící z lichého počtu válců na každé straně, na které budou řadové pětiválce trochu trpět. K zážehu zde dochází každých 72° otáčky klikové hřídele, takže je chod motoru hladký, a také je snadné se dostat k vysokým otáčkám, protože písty mohou za stejného objemu být menší než u V8.

Ovšem, pokud nejste Dodge a nedáte motoru 8,4 litru objemu, s tak gigantickými válci se na moc vysoké otáčky nedostanete. Konstrukční nevýhody V10 jsou ale trochu jinde - motor potřebuje vyvažovací hřídele na rozdíl od V12, je ale menší a levnější. Stále to je ale dost velký, těžký a složitý, takže i drahý motor. A kvůli tomu všemu jde o celkem zřídka používaný motor.

Vidlicový dvanáctiválec

Šlechta mezi motory drží tenhle statut zcela právem. Jsou to dva řadové šestiválce na jedné klikové hřídeli, dva téměř dokonale vyvážené motory, takže motory V12 mají dokonale hladký chod. K zážehu dochází každých 60° otáčky klikové hřídele, šestkrát za jedinou otáčku, což dále přispívá jemnosti provozu. Proto tyhle motory ve špičkových autech pracují, a proto jen tak nevymřou.

Bavíme-li se o dvanáctiválcích jinde než v luxusních limuzínách, stojí také za zmínku, že za stejného objemu mají ještě menší písty než V10 nebo V8, takže snadno dosahují vyšších otáček. K nevýhodám samozřejmě patří složitost, velikost a cena takového motoru, a to ještě víc než u vidlicového desetiválce.