Proč už se motory nechladí vzduchem?

27. 10. 2022 6 min. čtení diskuze (0) Tipy a rady

Vzduch chladí vlastně všechny spalovací motory. Jen někdy mezi nimi bývá ještě jeden mezičlánek, tedy chladicí kapalina. Proč už ale přímé chlazení vzduchem umřelo?

Proč už se motory nechladí vzduchem?

Chlazení vzduchem je vlastně pradědeček všeho chlazení motorů. První motory měly žebra a byly chlazeny vzduchem. Ovšem také si s sebou nesly právě velkou nechuť k tomuto systému, protože má strašně moc neduhů. My ale začneme s technickým vysvětlením, půjdeme k přednostem a zakončíme to právě těmi nectnostmi.

Jak chlazení vzduchem funguje

Začneme citací z Hokrových dílenských a technických příruček, C. Beneš – B. Dobrovolný: Automobil:

„Auto spotřebuje za 1 hodinu na 1 koně 350 g benzínu. 1 kg benzinu má výhřevnost 10000 kilokalorií, ohřál by při dokonalém spálení beze ztrát 10000 litrů vody o jeden stupeň nebo 100 l vody na 100 stupňů do varu. Motor má 30 koní. Spotřebuje za hodinu 30 x 0,35 = 10,5 kg benzinu. To je 10,5 x 10000 = 105000 kilokalorií. Z toho 35 %, tj. 105000 x 0,35 = 36750 kcal se musí odvésti chladicí vodou. Litina, z níž je blok motoru, se taví při 1200 °C. K roztavení 1 kg je potřeba přivésti 230 kcal. Tedy 36750 kcal by roztavilo 36750 : 230 = 160 kg litiny. Tolik váží celý automobilní motor s výbavou. Teplo, které za hodinu musí odvésti chlazení, by stačilo k roztavení motoru auta.“

Opravdu, není nad to, když najdete starou knížku a poučíte se z ní. Moderní knihy už tak názorné nejsou. Ale zpátky k chlazení vzduchem! Jak je vidět, je třeba chladit. Chlazení motoru zajišťuje jeho funkčnost, ale také musí být v rozumných mezích, aby byla zajištěna jeho účinnost. Nechceme přece, abychom odváděli teplo, které draze vyvineme, někam pryč a nenecháme ho dělat svou práci.

A tak vzduchem chlazené motory potřebují, aby kolem válců probíhal vzduch. Přes výpočty (nechtějte je tady raději opakovat) bylo zjištěno, že povrch válce jako takový zcela nestačí na odvod takového množství tepla. Během let se srovnaly jednoduché výpočty na standardních empiricky ověřených informacích:

  • Na každého koně je třeba přivést 1 m3 vzduchu/min.
  • Vnější povrch válce musí mít nejméně 17x větší plochu, než povrch vnitřní.

Nevěříte-li, ověřte si to u Hokra nebo třeba v Dykově automobilové encyklopedii (sám vlastním i fantastické třinácté vydání z roku 1924!). Termickými rovnicemi bychom se dobrali k tomuto výsledku a i kdybyste zapojili moderní výpočetní metody, jako například GT Power nebo Fluent, překvapivě byste se dostali ke stejnému výsledku, který by se lišil jen tím, jaký materiál byste použili na žebrování.

Jaké jsou druhy chlazení vzduchem

Typy chlazení vzduchem máme v zásadě čtyři. Náporové – dnes to, které funguje na principu tlaku vzduchu u jedoucího motocyklu (u aut se vlastně nikdy neprosadilo). Přetlakové má ventilátor u vstupu chladicího vzduchu a tlačí vzduch do motoru (měla ho například V3S „Vejtřaska“, Tatra 111 nebo Trabant).

Nádherný pohled na Tatru 600 a její ventilátor chlazení

Podtlakové je na tom obráceně. Větrák je u výstupu z motoru a nasává (odčerpává) teplý vzduch z oblasti motoru ven (např. Tatra 603).
Zajímavé řešení je ejektorové, kdy není žádná vrtule, ale dynamicky tvarovaná trubice, do které je zavedeno výfukové potrubí. Tlak výfukových plynů v difuzoru vytváří podtlak v chladicí trubici, čímž strhává vzduch ven. Tohle chlazení ale nemá tlumič výfuku, takže se mohl používat jen u závodních vozů.

Fantastické výhody

Zásadní výhodou vzduchového chlazení je jeho jednoduchost. Nepotřebujete kilogramy vody (třeba Porsche 911 997 má 32 kg chladicí vody!), čerpadlo, trubky, chladič. Nic vám nerezne, neutíká, nevaří se… Je to prostě geniální. Navíc účinnost vzduchového chlazení je výrazně větší, protože prostě zde není mezičlen jiného média. Na uchlazení stejné teploty u vzduchového resp. vodního chlazení potřebujete vzduchu výrazně méně – je to asi 1:3. Ovšem tepelná kapacita vzduchu je menší, je tedy zapotřebí rychlejší výměny.

Takže stačí na motor přidat termostat, který bude spínat vrtuli a máme vystaráno. Je zjištěno, že přivedeme-li vzduchu více, teplota neklesá natolik, aby byly válce podchlazené. Tady je třeba počítat s dynamikou přenosu tepla a tím, že mezi žebry se prostě tolik vzduchu v určité chvíli už nevejde a vytváří se jakési vzduchové kapsy. Účinnost chlazení tak není lineární a s objemem vzduchu klesá. Takže hlavně záleží na navrženém žebrování válců a hlavy válců a pak klidně můžeme mít zapnutý ventilátor stále. Takže další zjednodušení.

Další výhodou je rychlost ohřevu motoru. Je výrazně vyšší, než u vodou chlazeného agregátu. Toho využívali často v Rusku, když mrazy znehybnily náklaďáky. Ruský „malčik“ si poradil. Potřeboval jen rozdělat pod vanou motoru malý ohýnek, který rozehřál zatuhlý olej a pokud se motor protočil a naskočil, stačila jen chvíle a auto mohlo vyjet.

Agregát T3D-928 splňující normu Euro 5

Jenže ty nevýhody

Tak proč se vzduchem chlazené motory neuplatnily masově? Důvod je prostý – motor se nedokáže uchladit tak dobře, jako v případě omývaných částí motoru chladicí kapalinou. Dochází ke kolísání teploty a problematické je chlazení všech částí najednou a stejně. Proto musely být mezi písty a válci větší vůle, praskají hlavy válců, zvyšuje se spotřeba oleje v různých zatíženích a motor je náchylnější na klepání. A tohle jsou dost zásadní problémy, se kterými je třeba počítat. V moderním světě se tohle moc nenosí a už vůbec ne vysoká hlučnost (vodou chlazený motor má vlastně víc komor, které tlumí zvuk) a energeticky náročný ventilátor (sežere až 10 % výkonu!). 

Tatra 603 – Tohle byste mohli znát – agregát ze šestsettrojky.

A co byl nakonec důvod, proč přešlo i Porsche na vodní chlazení? To jsou samozřejmě emise. U vzduchového prostě regulovat teplota nelze, u vody ano. A přesně nastavené spalování je základem pro to, aby mohly být splněny emisní limity.

A tohle je unikát – Tatra připravila vzduchem chlazený agregát splňující Euro 6. Vývoj byl ale zastaven. Motor můžete vidět jen v muzeu.

Zdroj info: C. Beneš – B. Dobrovolný: Automobil, Tatra, Porsche.
Zdroj médií: Tatra, Porsche, Daniel Potocký.

Podobné články

Chcete zdarma dostávat zajímavé rady a tipy na auto-moto akce nejen na víkendy?