Jeden litr benzinu obsahuje tolik energie, že by s ní šlo teoreticky napájet běžnou domácnost dlouhé hodiny. V automobilu se ale většina této energie na pohyb vůbec nepřemění. Spočítali jsme, kolik kWh ukrývá litr benzínu, kde se energie cestou ztrácí a kolik jí nakonec skutečně dorazí ke kolům.
Kolik energie má litr benzínu a kolik se dostane na kola?
Články na téma zajímavosti o motorech:
- Vynálezce spalovacího motoru
- Co je to Ottův, Atkinsonův a Millerův cyklus?
- Jak se vyvažuje motor – 1. díl
- Jak se vyvažuje motor – 2. díl
- Jak se vyvažuje motor – 3. díl
- Jak zajet nový motor
- Proč už se motory nechladí vzduchem?
- Účinnost benzínového motoru: Kolik energie z benzínu využije auto? - právě čtete
V jednom litru benzínu je skoro 9 kWh energie
Začněme samotným palivem. Benzín je z energetického hlediska mimořádně koncentrovaná látka. Podle amerického ministerstva energetiky se spodní výhřevnost benzínu E10 pohybuje přibližně mezi 112 114 až 116 090 BTU na americký galon. Po přepočtu na naše, přiznejme si o něco logičtější jednotky, dostaneme zhruba 8,7 až 9,0 kWh energie v jednom litru. Pro další výpočty tedy můžeme počítat s přibližnou hodnotou 8,8 kWh na litr.
To už je docela působivé číslo. Pokud natankujete 50 litrů benzínu, vezete v nádrži chemickou energii odpovídající přibližně 440 kWh. Jenže těchto 440 kWh rozhodně nemůžeme porovnávat například se stejně velkou hodnotou uvedenou u baterie elektromobilu. Spalovací motor totiž dokáže na mechanickou práci přeměnit pouze část energie paliva a následně přijdou další ztráty v pohonném ústrojí.
Nejvíce energie skončí jako obyčejné teplo
Spalovací motor funguje jako tepelný stroj. Ve válci zapálí směs benzínu se vzduchem, tlak vzniklých plynů zatlačí na píst a přes ojnici roztočí klikovou hřídel. Na první pohled to může vypadat poměrně přímočaře, jenže spalování vytváří obrovské množství tepla a právě zde o největší část energie přijdeme. Část odejde horkými výfukovými plyny, další musí odvést chladicí systém a něco spotřebuje samotné tření pohyblivých součástí motoru.
Oficiální americký web FuelEconomy.gov, provozovaný ministerstvem energetiky a agenturou EPA, uvádí při kombinované jízdě ztráty přímo v motoru přibližně 68 až 72 %. Další 4 až 6 % připadá na pohon čerpadel a další pomocné systémy motoru. Už v této chvíli je tedy naprosto jasné, proč se z téměř devíti kilowatthodin schovaných v litru benzínu ke kolům dostane jen malá část.
Ani energie za motorem ještě není na kolech
Roztočením klikové hřídele navíc cesta nekončí. Výkon musí projít spojkou nebo měničem, převodovkou, diferenciálem a podle konstrukce automobilu také kardanovým hřídelem a dalšími částmi pohonu. Ani převodovka není perpetuum mobile. Ozubená kola, ložiska, olej a další komponenty vytvářejí další ztráty, které se nakonec opět projeví především jako teplo.
FuelEconomy.gov počítá při kombinovaném jízdním cyklu se ztrátami pohonného ústrojí kolem 3 až 5 % původní energie paliva. Výsledkem je, že se při kombinaci městského a mimoměstského provozu dostane ke kolům přibližně 18 až 25 % energie obsažené v benzínu. Ve městě jde zhruba o 14 až 20 %, zatímco při dálničním testu se hodnota pohybuje kolem 22 až 30 %. Rozdíl způsobuje hlavně provozní režim motoru, stání na volnoběh a časté změny rychlosti.
Z litru benzínu tak využijeme zhruba dvě kilowatthodiny
Teď už můžeme původní čísla spojit dohromady. Pokud litr benzínu obsahuje přibližně 8,8 kWh a při kombinované jízdě se na kola dostane 18 až 25 %, máme k dispozici přibližně 1,6 až 2,2 kWh mechanické energie. Na dálnici se za vhodných podmínek můžeme dostat někam k 2,6 kWh na litr. V městském provozu může být výsledek naopak jen kolem 1,2 až 1,8 kWh.
Docela dobře je to vidět na automobilu se spotřebou 6 litrů benzínu na 100 kilometrů. Do motoru během této vzdálenosti pošleme palivo obsahující přibližně 53 kWh chemické energie. Pokud vezmeme kombinovaný rozsah účinnosti celého pohonu, ke kolům se dostane zhruba 9,5 až 13 kWh. Zbytek jsme neztratili kvůli nějaké jediné špatně navržené součástce. Jde z velké části o nevyhnutelný důsledek toho, že automobil používá spalovací tepelný motor.
Moderní motor zvládne i 40 %, ale má to jeden háček
Možná jste se už setkali s tvrzením, že dnešní benzínové motory mají účinnost kolem 40 %. Není to nutně chyba. Například Toyota u svých motorů Dynamic Force oficiálně uvádí maximální tepelnou účinnost 40 % u běžné varianty a 41 % u hybridní verze. Takové číslo ale vyjadřuje nejvyšší dosaženou účinnost samotného motoru v ideálním provozním bodě, nikoliv průměrnou účinnost automobilu při cestě do práce.
Motor totiž během jízdy neustále mění otáčky a zatížení. Při rozjezdu pracuje jinak než při ustálených 90 km/h a úplně jiná situace nastane při pomalém popojíždění městem. Ministerstvo energetiky proto ve svém novějším srovnání uvádí u běžného benzínového automobilu podle jízdního cyklu celkovou účinnost kolem 30 %. Hodnota přes 40 % je tedy technologicky možná, ale rozhodně neplatí po celou dobu jízdy.
A co se s energií stane, když už je na kolech?
Dokonce ani energie, která dorazí ke kolům, nám nezůstane. Automobil ji potřebuje na zrychlení své hmotnosti, překonání valivého odporu pneumatik, odporu vzduchu nebo jízdu do kopce. Jakmile potom zabrzdíme, většina kinetické energie se u klasického auta pomocí tření v brzdách opět změní v teplo. Právě proto městský provoz dopadá tak špatně. Neustále investujeme energii do rozjezdu automobilu a o chvíli později ji brzdami zahodíme.
Když tedy nalijeme do nádrže jeden litr benzínu s přibližně 8,8 kWh energie, na kola běžného auta se při kombinované jízdě dostane přibližně 1,6 až 2,2 kWh. Není to chyba nebo důkaz špatné konstrukce konkrétního motoru. Je to jednoduše vlastnost spalovacího pohonu. A právě proto dokázalo několik procent navíc v účinnosti motoru během posledních desetiletí automobilkám ušetřit tak výrazné množství paliva.
Zdroj info: U.S. Department of Energy a U.S. Environmental Protection Agency, Toyota Motor Corporation, Car and Driver.
Zdroj médií: Depositphotos.
Zdroj médií: Depositphotos.
