Vzduchové filtry: vstup jen pro pozvané

Motor je příliš komplexní soustavou, než aby se dalo sáhnout na jednu věc a neovlivnit tím věc jinou. Prvotní impuls je přitom ale v podstatě správný. Víc vzduchu, víc směsi, znamená větší tlak na píst a tedy i vyšší točivý moment. Proč je řeč o momentu, když se před chvílí psalo o výkonu? Možná je na místě formou krátké vsuvky připomenout jednu odvěkou skutečnost, která zůstává drtivé většině laiků po celý život utajena, ale je přitom základním prvkem pro pochopení vztahu točivý moment versus výkon.

Motor produkuje točivý moment (točivý proto, že se motor točí, nikoliv kroutí), který je úměrný schopnosti plnění a spalování, tedy schopnosti vytvářet tlak na píst a ramenem klikového hřídele jej převádět na práci. Výkon motoru je definován jako mechanická práce za jednotku času. Jde tedy o ryze matematickou funkci, součin hodnoty točivého momentu a otáček podle níže uvedeného matematického vzorce. Proto také dynamometr neměří výkon motoru, ale jeho točivý moment. Hodnoty výkonu dopočítává.

Nudná to matematika, ale bez ní to fakt nejde. A co grafy? Taky se do nich vždycky tak rádi zakoukáte? Tvary křivek hodně napoví o charakteru toho kterého motoru, protože holé hodnoty špiček výkonu a točivého momentu toho o způsobech stroje moc neříkají. To nejdůležitější ale žádný graf neříká, ovšem pro následující článek je to informace naprosto zásadní: všechny ty barevné křivky a parametry v pěkných grafech platí pro 100%, tedy plné zatížení motoru. Co si pod tím představit? U kvantitativní regulace výkonu motoru (motocyklové benzíňáky všechny), odpovídá procento zatížení poloze škrticí klapky nebo šoupátka v sání. Takže zaklapnuto = nulové zatížení, půlka plynu = poloviční zatížení (částečné, dle pootevření) a plnej heft = plné zatížení. No a? Prosté jako facka – stran vlivu vzduchového čističe na plnění motoru může být o rozdílu řeč až v režimu zatížení blízkého maximu. Jinými slovy, dokud je největší restrikcí proudění v sání škrticí element (klapka nebo šoupě), je argument propustnosti filtru, tolikrát vyzdvihovaný reklamou, z hlediska výkonu úplně mimo mísu.

Jak už bylo uvedeno, základem všeho je tlak plynů na píst působící na rameno klikového hřídele. Dostat do atmosférického motoru palivo je mnohem menší problém, než dostat do něj maximum vzduchu k jeho spálení. Tímto směrem je úvaha všech, co se odhodlají sáhnout na práci většinou špičkových konstruktérských týmů, správná – motor každého sériového stroje je skutečně velkým kopcem kompromisů a každý agregát má určité rezervy. Jenže v našem světě není zadarmo nic, takže chci-li jednu vlastnost z té haldy kompromisů zlepšit, musím počítat s tím, že s prakticky stoprocentní jistotou jinou obětuji.
Vzduchový čistič sériového motoru je jen jednou součástí docela komplikované soustavy. Samozřejmě, že se na jeho konstrukci vždycky negativně podepíše nějaký ten ústupek normám hluku a emisí, případně výrobním nákladům či údržbě a životnosti. Sériový filtr je rovněž volen tak, aby se nemusel v provozu servisovat každý víkend a aby jeho „regenerace“ proběhla většinou prostou výměnou s určitým procentem naděje na nákup nového značkového produktu. Na druhou stranu, ta parta kluků s kalkulačkami v konstrukční kanceláři není besídkou žáků zvláštní školy. Oni vědí, co dělají a také proč to tak dělají. Motorem projde za výměnný interval takového čističe doslova těžko představitelné množství vzduchu kontaminovaného vším možným, co může v okolí silnice poletovat. Filtr má za úkol pustit dovnitř jenom pozvané hosty – vzduch zbavený prachu, pylu, hmyzu a dalších mikročásteček, které by uvnitř působily opotřebení a zanášení vnitřních dílů motoru. Že to žádný filtr neumí stoprocentně, je známá věc. Bohužel. Aby mohl v rámci svých možností takhle chránit motor nějakou přijatelnou dobu, potřebuje čistič velkou plochu přijatelně propustného materiálu. Ta je docilována „harmonikovou“ skladbou filtračního elementu, povětšinou speciálního filtračního papíru.

Dnešním standardem silničních motorek je právě takový skládaný výměnný papírový filtr. Je poměrně levný, v běžném silničním provozu, kde není nadměrné množství prachu, i docela úspěšný a vydrží pracovat celkem dlouho. Moderní materiály kvalitních výrobců mají malý sklon ke snižování filtrační schopnosti vlivem rostoucího zanesení. Na konci životnosti skončí ve smetí, protože jej nelze nijak vyčistit.
Jeho obnovitelným ekvivalentem je čistitelný filtr z vyztužené bavlny, která filtruje na poněkud odlišném principu – potřebuje vždy po vyprání napustit k tomu určeným olejem, který pomáhá zachycovat a vázat nečistoty z nasávaného vzduchu. Náklady na prostředky k mytí a napouštění a pracnost údržby stojí trochu proti argumentu úspory plynoucí z obnovitelného filtru.

Terénní stroje, které kromě prachu musejí umět odfiltrovat v sání i bláto a rozstřikovanou vodu, by s papírovým čističem neuspěly. Speciální papír běžného vzduchového filtru totiž nelze beztrestně namočit, aniž by se vodou nenávratně nezalepily jeho filtrační komůrky. Navíc by to lezlo do peněz spotřebovat za víkend třeba pět filtrů. Takže tady se s úspěchem používá podobného principu jako u obnovitelných filtrů – speciální velmi vazké mazivo na molitanovém základu. Rozměrově zde není problém, protože motory sportovních terénních strojů nemají veliký objem a vzhledem k nasazení tu není požadavek extra dlouhého servisního intervalu.

Naprosto nejvyšší účinnost filtrace ovšem měly historické čističe s olejovou náplní, lidově ne úplně správně nazývané cyklony. V prašném prostředí dokázaly pracovat s jistotou blížící se téměř 100% a není divu, že je měly armádní stroje, náklaďáky nevyjímaje. Pokud se nemýlím, posledním sériovým motocyklem s tímto typem filtru byl Ural 650 s motorem M67-36 vyráběný ještě po roce 2000. Nevýhodou těchto filtrů byly zástavbové rozměry a především veliké sací ztráty, které snižovaly výkon. A co si budeme povídat, na jeho údržbě už nikdo dál v servisu nevydělal, takže nic pro spotřební společnost…

Hledisko č.1: výkon

O lepší propustnosti sportovního filtru, jak uvádí výrobce, není třeba pochybovat, ač citace: „dodává motoru hustší vzduch“ nevzbudí u technika mnoho důvěry. Není problém vyrobit takový filtr. Jak stojí o několik řádků výš, je více vzduchu základem pro možnost zlepšit výkon motoru. Ovšem předpoklad ještě nic nezaručuje, protože u benzínového motoru je potřeba udržet směs paliva se vzduchem v mezích použitelnosti.

Pro lepší představu si představme filtr při plném zatížení motoru jako hranici mezi prostředím s podtlakem (prostor mezi filtrem a motorem) a prostředím s normálním atmosférickým tlakem (vnější). Není to tak docela pravda, ale detaily jsou v tomhle bodě podružné. Je jasné, že u filtru s lepší propustností budou rozdíly tlaků nižší nežli u filtru více ztěžujícího prostup vzduchu a čerpací ztráty motoru se nepatrně sníží. Je z toho rovněž zřejmé, že použitím sportovního filtru měníme předem uvažované poměry v sání. A tady by bylo hezké napsat, že se to týká jen motorů s karburátory, u nichž je tvorba směsi přímo ovládaná podtlakem v sání, ale není to tak úplně pravda. To, co dnes hezky funguje u moderních automobilových motorů, není vždy bez výhrad přenositelné do motorek. Bohužel.

Proto volím trojí dělení – na motory karburátorové, motory vstřikovací bez lambda sondy a motory vstřikovací s lambda sondou, které jediné si umějí samy za všech okolností poradit se změnou situace. A pro snazší pochopení to vezmeme odzadu.
Širokopásmová lambda sonda ve výfuku umí (bez ohledu na přítomnost katu) rozeznat ze zbytkového kyslíku ve zplodinách, zda motor pracuje s přebytkem anebo s nedostatkem vzduchu. Úměrně tomu nechá řídicí jednotku upravit složení směsi. Takže zde bez výhrad platí – více vzduchu, více práce.

Spousta vstřikovacích motocyklových motorů je ale na mnohem nižší úrovni, protože pevně dané algoritmy vypočítávající nastavení směsi z polohy klapky, teploty motoru a nasávaného vzduchu vyjdou mnohem levněji. Vstupní data v řídicí jednotce ovšem vycházejí z předem kalkulovaných poměrů; jsou tedy pevně daná konstruktéry. Jak má takový motor poznat, že se vlivem většího přísunu vzduchu směs ochudila, když se například podtlakové čidlo v sání (MAP) kalkulované na sériový motor a sériový filtrbox vlivem změny poměrů dostane mimo škálu svých rozlišovacích schopností? Přínos je v tomto případě sporný, protože je-li takový motor osazen navíc čidlem klepání, bude na případné detonace vyvolané chudou směsí reagovat automaticky snížením předstihu zapalování, čímž se naopak výkon znatelně sníží. V tomto případě se tedy výsledky mohou značně lišit, typ od typu stroje.

Karburátor odevzdává směs danou velikostí trysek, aktivními průřezy regulačních prvků a podtlakem, který vysává palivo z plovákové komory. Tady je jasné, že změnou poměrů pravděpodobně dost ovlivníme složení směsi. Jen pro pořádek připomínám, že z důvodů výše uvedených stále mluvíme o režimech blízkých plnému zatížení. V lepším případě jen chudou směsí snížíme výkon, v horším se vystavujeme rizikům plynoucím z provozu motoru v režimu detonačního spalování (vlivem chudé směsi) a následkům z toho plynoucím: podpálené ventily, opotřebení klikového mechanismu, propálené písty. Tady, myslíme-li to s výkonem vážně, bude muset dojít k ladění a přenastavení karburátorů. K tomu je potřeba zkušeností, dobrého ucha anebo ještě líp dynamometru. A protože koně zadarmo nejsou, připravme se na zvýšenou spotřebu.

Kdysi jsem byl na mamutím srazu v portugalském Faru. Potkal jsem tam tehdy týpka na pěkném Bol d´Oru, Čecha, který obcházel jiné krajany a sháněl peníze na půjčení. Den před odjezdem z Prahy si totiž nechal instalovat sadu Dynojet.
„Znám, vole, všechny pumpy z Prahy do Fara,“ smál se své zkušenosti ten kluk, „a kdybych cestou potkal nějakej závod ve sprintu, určitě bych ho vyhrál, ale místo toho jen napínám řetěz a nemám na benál domů…“

Jestliže výrobce sportovních filtrů za určitých okolností slibuje zvýšení výkonu, pak je třeba jeho údaj o servisním intervalu až 80 000 km brát, když ne s rezervou, pak rovnou jako marketingovou lež maskovanou magickým slůvkem „až“. Znáte to – v noci může napadnout až půl metru sněhu… ano, i pět metrů může teoreticky napadnout, ale ve skutečnosti to bude úplně jinak. A stejně je to i s filtrem. Podívejme se proč.

Papírová vložka běžného čističe je vyrobená ze speciálního porézního materiálu a brání vstupu prachových částic výhradně mechanickým způsobem. Částečky se zasekávají v pórech, kterými při běžném podtlaku v sání nemohou projít dále do motoru. Se stoupajícím stupněm zanesení filtru samozřejmě stoupá podtlak na straně sání a síla snažící se nečistoty vtáhnout do motoru roste. Jenže jednou zaseklá částečka v póru jen těžko může provalit strukturu materiálu a dochází-li k výměně ve stanoveném intervalu, může zašpiněný čistič na konci své životnosti nanejvýš zhoršit výkonové parametry motoru.

Pratelný sportovní filtr pracuje na trochu odlišném principu. Aby mohl dostát svému slibu a nekladl vzduchu takový odpor, jsou póry v bavlněném materiálu větší. Čisticí schopnost odfiltrovat i jemné částečky zde doplňuje vazká vrstva dodávaná při pravidelné regeneraci filtru. Ta váže prach jednoduše tím, že ho k sobě přilepí. Tenhle trik ale může fungovat jen do určitého okamžiku. Dosáhne-li stupeň znečištění sportovního filtru bodu, při němž nárůst podtlaku za filtrem vyvolá sílu vyšší než je schopnost „lepidla“ udržet nečistoty, vyžere si motor pěkně všechno to, co mělo zůstat přede dveřmi…

Sportovní filtr totiž s sebou nese ještě jedno úskalí. Jak hodně ho impregnovat? Odpověď: tak akorát je snadná, ovšem nevěřím, že pro všechny tak úplně jednoznačná. Je to o zkušenosti, aby nebyl čistič příliš suchý (a tudíž málo účinný) anebo naopak přemazaný (a pak tím pádem bez jakékoliv slibované výhody).

Má servisní zkušenost ukazuje, že by se sportovní filtry měly v běžných tuzemských podmínkách prát a čistit nejpozději každých 5000 kilometrů (platí pro filtry v boxech, přímé filtry ještě častěji). To, co jsem občas nalezl v sání motorek se sportovními filtry, bych z vlastního motoru rozhodně nikdy vyndávat nechtěl.

Máte-li teď pocit, že autor nemá v oblibě sportovní filtry, pak jste docela blízko realitě. Ale není to tak doslova. Přesněji řečeno jsem proti následujícímu způsobu myšlení: „koupím káenko, pojede to samo jako kráva a na údržbu se vykašlu, protože to prej vydrží víc než ten sériovej šit a navíc je to pěknej vopruz s tím praním a maštěním…“ S tímhle přístupem je sportovní filtr jasný zabiják vašeho motoru. To můžete ušetřit ještě víc a jezdit úplně bez filtru. Pak to pojede úplně nejlíp…

Na závěr ještě pár slov o takzvaných „přímých“ filtrech, tedy o čističích instalovaných přímo na karburátory či sací hrdla bez airboxu. Vypadá to na některých stavbách docela cool, ale i zde platí pár pravidel, která konstruktéři samozřejmě znají, ale úpravce z Horní Dolní se možná dozví něco nového. Pokud jde o směs a nastavení, akcentuje přímý filtr zákonitosti uvedené výše s dodatkem, že box filtru sériového motoru tam není jen kvůli hluku, ale také pro zlepšené plnění motoru v určitém (rozuměj nejpoužívanějším) pásmu otáček – podle určení motorky. Sériový sací trakt také mnohdy umožňuje brát vzduch tam, kde je chladnější a tedy hustší, což prospívá plnicí účinnosti. A to deset čísel za hlavou motoru přímo na karburátorech v úplavu horkého vzduchu určitě není.

Když už se z jakéhokoliv důvodu k použití „přímáků“ rozhodnete, dobře volte typ a umístění. U karburátoru jsou ve vstupní části karburátoru drobné vývrty kanálků volnoběhu, přechodových systémů a u rovnotlakých (CV) karburátorů také vstup atmosférického tlaku do komory membrány. Koupíte-li špatně, nikdy ten svůj motor nedoladíte, protože nevhodný tvar nátrubku filtru může blokovat vstup vzduchu a zhoršovat funkci těchto pomocných, leč důležitých soustav karburace. A poslední pravidlo nakonec – z hlediska průběhu točivého momentu motoru je vhodné odsadit filtrační element od karburátoru (viz schémata na obrázku) kvůli nepříznivým turbulencím vznikajícím průchodem vzduchu čističem. Zpravidla přitom narazíte na prostorové potíže a poznáte tím jen další z důvodů, proč opravdu zlepšit vlastnosti dobré sériovky není tak úplně snadné.