Dieselová auta obvykle jezdí za méně litrů než srovnatelná benzinová. Neznamená to ale automaticky, že celý rozdíl dělá účinnost motoru. Podíváme se proto na to, kolik energie z paliva dokáže diesel a benzin skutečně přeměnit na mechanickou práci a proč se moderní zážehové motory v některých případech dieselu překvapivě přibližují.
Do nádrže nalijeme palivo, které v sobě ukrývá určité množství chemické energie. Motor ji spalováním přemění na teplo a následně na mechanickou práci, která se přes převodovku dostane až ke kolům. Problém je v tom, že zdaleka ne všechna energie skončí tam, kde bychom ji chtěli. Velká část odejde výfukem, chladicí soustavou a mechanickými ztrátami. Když tedy řekneme, že motor dosahuje účinnosti 40 %, znamená to zjednodušeně, že přibližně 40 % energie obsažené v palivu dokázal přeměnit na využitelnou mechanickou práci.
Právě v tomto ohledu má tradičně navrch vznětový motor. Materiály amerického ministerstva energetiky uvádějí u dieselových motorů obecně tepelnou účinnost přibližně 40 až 50 %, zatímco u klasických zážehových motorů se pohybovala spíše kolem 25 až 35 %. Berte ale tato čísla jako obecné srovnání konstrukčních principů, nikoliv jako hodnotu platnou pro každé dnešní osobní auto.
*related*
Důvodů vyšší účinnosti dieselu je několik. Vznětový motor pracuje s výrazně vyšším kompresním poměrem a palivo se v něm nezapaluje svíčkou. Do válce se nejprve nasaje vzduch, který se silně stlačí, tím se zahřeje a následně do něj vstřikovač dodá naftu. Ta se vlivem vysoké teploty sama vznítí. Vyšší komprese umožňuje z dodaného tepla získat více mechanické práce.
Druhou výhodou je způsob regulace výkonu. U klasického benzinového motoru se při částečném zatížení omezuje množství nasávaného vzduchu škrticí klapkou. Píst při sání pracuje proti vzniklému podtlaku a část výkonu se tak zbytečně spotřebuje. Diesel obvykle nasává vzduchu dostatek a výkon reguluje hlavně množstvím vstříknutého paliva. Má proto nižší čerpací ztráty. K tomu pracuje s přebytkem vzduchu, tedy s chudou směsí, což mu z hlediska účinnosti dále pomáhá.
Bylo by ale chybou vzít starou poučku a tvrdit, že benzin má účinnost 30 % a diesel 45 %. Vývoj zážehových motorů šel v posledních letech výrazně dopředu. Automobilky používají přímé vstřikování, vysoké kompresní poměry, proměnné časování ventilů, chlazené recirkulované spaliny nebo různé varianty Atkinsonova či Millerova pracovního cyklu. Výrazně se snížilo také vnitřní tření.
Dobře je to vidět například u motorů Toyota Dynamic Force. Jejich výrobce uvádí u klasické benzinové varianty maximální tepelnou účinnost 40 % a u verze určené pro hybridní pohon dokonce 41 %. To jsou hodnoty, které už se dostávají na úroveň některých dieselových motorů. Neznamená to ale, že benzinovfá Toyota využívá 40 % energie za každé situace. Jde o maximum dosažené pouze v určité oblasti otáček a zatížení.
A právě zde bývá největší kámen úrazu. Účinnost motoru se výrazně mění podle toho, jak rychle se motor otáčí a jak moc je zatížený. Výzkum americké Oak Ridge National Laboratory například u zkoumaného 1,9litrového dieselového motoru naměřil v bodě nejvyšší účinnosti hodnotu 40,6 %. Při zatížení odpovídajícím běžné klidné jízdě ale připadalo na mechanickou práci pouze 24,7 % energie paliva.
Právě proto mohou tak dobře fungovat hybridy. Benzinový motor nemusí běžet ve chvíli, kdy by byl velmi neefektivní, a pokud běží, může jej elektromotor a generátor pomoci udržovat v příznivější oblasti zatížení. Samotný zážehový motor přitom může mít maximální účinnost srovnatelnou s dieselem, ale celý pohon s jeho energií hospodaří jiným způsobem.
Do celé debaty nám navíc vstupuje samotné palivo. Nafta má na jednotku objemu vyšší energetický obsah než benzin. Americké Alternative Fuels Data Center uvádí, že litr nafty obsahuje přibližně o 13 % více energie než energetický ekvivalent litru benzinu. Když tedy srovnatelný diesel spotřebuje například 5 litrů na 100 kilometrů a benzinový motor 6 litrů, nemůžeme jednoduše říct, že je dieselový motor o 17 % účinnější. Každý litr nafty totiž přinesl do motoru více energie. Nižší spotřeba dieselu v litrech je kombinací vyšší účinnosti motoru a vyšší energetické hustoty paliva.
Pokud budeme srovnávat čistě spalovací motory podobného stáří a technické úrovně, vyšší účinnost má zpravidla diesel. Jeho konstrukční princip mu v tomto směru poskytuje několik výhod a právě proto se vznětové motory tak dlouho prosazovaly u kamionů, autobusů, pracovních strojů a řidičů s vysokými dálničními nájezdy.
Rozdíl už ale není tak dramatický, jak naznačují některé starší poučky. Nejlepší moderní benzinové motory dokážou v optimálním režimu překonat hranici 40 % a dostat se velmi blízko dieselu. Pokud se tedy ptáte jednoduše, který motor dokáže z jednoho množství energie paliva získat více mechanické práce, odpovědí zůstává diesel. Pokud se ale ptáte na konkrétní auto a jeho spotřebu v běžném provozu, musíme do rovnice přidat konstrukci motoru, převodovku, hybridizaci, zatížení i způsob jízdy. A najednou už odpověď tak jednoduchá není.
