Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace
Autohit
Chci inzerovat
Vydáváme
magazíny

Vliv nadmořské výšky na výkon spalovacích motorů: Proč nám to v horách nejede?

News

31.10.2015

Pokles výkonu s rostoucí nadmořskou výškou je známý jev, který řidiče provází odjakživa. Kolik výkonu v horách ve skutečnosti ztrácíme a dokážou moderní automobily úbytku koní pod kapotou zabránit?

Před nedávnem se na nás v sekci Poradna obrátil čtenář s následujícím dotazem:

„Dobrý den, chtěl bych se zeptat, mám Kiu Ceed SW 1.6 GDI 99kw 2012 a právě jsem se vrátil z dovolené v Itálii. Mám problém s nadmořskou výškou - od 800-900 m.n.m a výše, auto netáhne a nechce do otáček ani při podřazení, otáčky klesají a výkon s nimi. Pochopil bych tyto problémy třeba od 3000 m.n.m, ale v těchto výškách se mi to nezdá "normální". Tento měsíc jdu na druhou „garančku“, tak jestli to mám dále řešit, nebo se s jevem smířit a na dovolenou na horách si půjčovat jiné auto. Děkuji za odpověď.“

Příčinu takto výrazných problémů s tahem moderního motoru s přímým vstřikováním při relativně nízké nadmořské výšce je nutné hledat spíše v podobě závady, například vadného senzoru nasávaného vzduchu. U automobilu v záruce jsme tedy doporučili závadu reklamovat v autorizovaném servisu. Vliv nadmořské výšky na výkon spalovacích motorů je ale zajímavé téma, kterému by byla škoda se nevěnovat podrobněji v samostatném článku.


Teorie: Fyzikální zákony platí i pro motory

Když první motoristé začali se svými automobily zdolávat horské průsmyky, stěžovali si, že s rostoucí nadmořskou výškou motor ztrácí tah. Skutečné problémy však začala nadmořská výška způsobovat pilotům letadel, zejména pak posádkám bombardérů, kteří chtěli před protileteckou palbou uniknout co nejvýše.

Spalovací motor, ať už vznětový či zážehový, ve svých válcích vytváří kinetickou energii reakcí kyslíku ze vzduchu s palivem, které je buď uměle zapáleno (zážehový motor) či se samo vznítí (vznětový motor). Konstrukce zážehového motoru vyžaduje pro bezproblémový spalovací proces relativně přesný podíl vzduchu a paliva, pro regulaci výkonu se využívá tzv. kvantitativní regulace.

Vznětové motory sází na odlišný princip spalování, při kterém se uplatňuje regulace kvalitativní. Diesely pracují vždy s chudou směsí, tj. s přebytkem vzduchu, a výkon je regulován množstvím paliva. Samotná citlivost vznětových motorů na složení směsi je pak nižší než v případě zážehových, kde již relativně malá odchylka může způsobit nedokonalý zážeh.

Optimální poměr pro benzínový motor je 14,7 kg vzduchu na 1 kg paliva, neboli ve standardních podmínkách je na 1 litr benzínu potřeba přibližně 10 000 litrů vzduchu. Tento ideální směšovací poměr 14,7:1 se označuje jako tzv. stechiometrická směs. Ve chvíli, kdy je tento poměr vyšší, mluvíme o chudé směsi (málo paliva), když je nižší, směs je nazývána bohatou.

Problémy s rostoucí nadmořskou výškou jsou dány právě poklesem atmosférického tlaku a tím pádem i hustoty atmosféry. Každých 1000 výškových metrů klesá tlak vzduchu přibližně o 0,1 baru a hustota atmosféry se sníží přibližně o 0,1 kg/m3. Podíl kyslíku v jednom litru vzduchu tedy klesá a pro dosažení ideálního směšovacího poměru je potřeba více litrů vzduchu.

To, jak se změna vnějšího prostředí ve výsledku projeví, závisí na konstrukci daného motoru, zejména pak na schopnosti přizpůsobit dodávky vzduchu a paliva.


Zážehový motor s karburátorem

Motory s atmosférickým plněním vybavené karburátorem jsou na výkyvy tlaku vzduchu relativně nejcitlivější. Karburátor je mechanické zařízení seřízené na konkrétní teplotu a tlak. Pokud dojde k výraznějšímu poklesu tlaku, karburátor má tendenci palivovou směs obohacovat, jelikož tryskou dodávané množství paliva je úměrné rychlosti proudu vzduchu (tedy jeho objemu a nikoliv hmotnosti za daný čas).

Slabé obohacení směsi se může projevit dokonce příznivě zvýšeným výkonem, pokud je ale rozdíl v tlaku již velký, příliš bohatá směs vede k nedokonalému spalování. Výrazně roste spotřeba paliva, motor ztrácí výkon a může dokonce dojít k jeho zhasnutí.

Ačkoliv mnoho automobilů s karburátorem již nepotkáme, řidiči veteránů či motocyklů mluví o znatelném zhoršení výkonu nejčastěji od 3000 metrů nad mořem.


Zážehový motor se vstřikováním a atmosférickým plněním

Zážehové automobily jsou přibližně posledních 20 let téměř bez výhrady vybavovány elektronicky řízeným vstřikováním paliva a více či méně pokročilou řídicí jednotkou, která hlídá proces spalování. Výhodou řízeného vstřikování je schopnost adaptace na změnu vnějšího prostředí. Pokud je tak motor vybaven čidlem nasávaného vzduchu a atmosférického tlaku či lambda sondou, není problém rozpoznat změny ve složení palivové směsi.

Řídicí jednotka tak snadno dokáže upravit dávku vstřikovaného paliva tak, aby byl ideální směšovací poměr i nadále dosažen. Při částečném zatížení tak u těchto motorů nevznikají žádné komplikace. Problémy ale přesto nastat mohou při potřebě dosažení maximálního výkonu, kdy se škrticí klapka v sání zcela otevře a je nutné dopravit do válců vysoké množství vzduchu.

Atmosférický motor nemá žádnou možnost, jak kompenzovat nižší hustotu vzduchu a ve vysokých nadmořských výškách nedokáže motor zásobit množstvím vzduchu o adekvátní hmotnosti. Do válců tak proudí méně vzduchu i méně paliva než v ideálním podmínkách, což má za výsledek pokles nejvyššího dosažitelného výkonu motoru. Udává se, že s každými 100 výškovými metry klesá nejvyšší výkon přibližně o 1 %.


Vznětový motor s atmosférickým plněním

Jak již bylo řečeno, dieselové motory jsou obecně na složení palivové směsi méně citlivé. Významný rozdíl v nadmořské výšce se na jejich běhu ale projeví také. Pokud motor není vybaven korekcí na atmosférický tlak, ve vyšších výškách bude spalovat příliš mnoho nafty, což se projeví zvýšenou kouřivostí.

Pokud se jedná o modernější motor bez přeplňování, množství paliva je již regulováno podle tlaku a v obzvláště vysokých polohách může stejně jako v případě zážehových motorů dojít k poklesu výkonu.


Zážehové i vznětové motory s přeplňováním

Zavedení přeplňování u spalovacích motorů bylo doslova výhrou všech konstruktérů, kteří se s problémy ve vysokých nadmořských výškách potýkali. U motorů vybavených turbodmychadlem s poklesem tlaku vnějšího prostředí roste výkon turbíny ve výfukovém potrubí. Tím se logicky zvýší otáčky také turbíny v sání a kompenzuje tak pokles hustoty vzduchu.

Turbodmychadla jsou obvykle schopná generovat vyšší plnící tlak, než jaký motor ve většině provozních režimů potřebuje, musí tedy být regulována při dosažení požadovaného tlaku. Samotná vysoká nadmořská výška se tak u přeplňovaných motorů neprojeví úbytkem výkonu (na výkon má podstatný vliv také vlhkost a teplota vzduchu).

Jsou tedy motory s přeplňováním zcela imunní vůči změnám tlaku? Ne zcela. Řidší vzduch zpozdí reakce turbodmychadla, kterému trvá dosažení požadovaného plnícího tlaku déle. Pocitově tedy může být motor více letargický, ale jen do chvíle, než se turbo rozeběhne naplno.


Zajímavost na závěr: Nadmořská výška snižuje riziko detonačního hoření

Provoz ve vysokých nadmořských výškách není pro zážehové motory pouze kontraproduktivní. Zajímavým efektem vyšší nadmořské výšky je snížení tendence motoru k detonačnímu hoření, neboli tzv. „klepání“. Škodlivé samozápaly paliva vznikají při vysokém kompresním poměru a jejich riziko je vyšší při použití paliva s nižším oktanovým číslem.

Již během První světové války konstruktéři zjistili, že vysoká nadmořská výška snižuje kompresní poměr a tím i sklony k samozápalům. Tohoto poznatku využili při stavbě leteckých motorů s extrémně vysokou kompresí. Aby předešli klepání při startu, byla v nízkých polohách míra otevření škrticí klapky limitována.

Při dosažení 6000 metrů nad mořem, kde je hustota vzduchu poloviční, se klapka otevřela naplno a motor mohl pracovat s vyšším výkonem. Díky této technice dosáhl v roce 1919 letec Franz-Zeno Diemer s vysokokompresním motorem BMW IV-a rekordní výšky 9760 metrů.

Komentáře

Aktuálně
Když se řekne Lada, většina lidí si představí hranatý sedan se zadním náhonem vycházející z Fiatu 124…

Další, už 28. ročník časopisu Motocykl startujeme ve velkém stylu – dvojčíslem! Najdete v něm extra…

Mazda přichází s druhým faceliftem šestkového sedanu a kombi. Nový je například tvar zpětných zrcátek…


Newsletter
Newsletter - registrujte se pro odběr novinek. Váš e-mail: