Ochuzování

Většina z nás, co vlastní alespoň licenci PPL, se někdy potýkala nebo stále potýká s tématem, jak správně ochuzovat motor. Žel bohu, ne vždy byla naše otázka uspokojivě vysvětlena, a to jak z důvodu neznalosti, tak i strachu provozovatele letadla, snad aby nedošlo k nemilému a nákladnému nadměrnému opotřebení kritických částí motoru či z důvodu obavy o daného studenta. Díky tomuto prostředí vznikla zajímavá situace, kdy na jedné straně stojí uživatelé letadel, kteří vůbec nevědí, co to ochuzování je, a tak nic takového pro jistotu nedělají, a na druhé straně majitelé letadel a instruktoři, kteří se bojí o letadlo či žáka.

Pojďme se tedy podívat na tuto problematiku věcně a od úplného začátku si nejdříve proberme princip fungování benzínového pístového motoru. Jako příklad nám může posloužit klasická Cessna řady 150/152 či 172 (zpravidla osazená motory Lycoming) – tedy ideální školní letadlo, na kterém se drtivá většina pilotů dnes učí a jediné, co zná, je, že „směs má být bohatá a ochuzovat až při letech ve větších výškách“. Princip ovšem zůstává stejný i u jiných značek letadel či spíše motorů. U přeplňovaných motorů a motorů se synchronizovanými vstřikovači GAMI (u letounů Cirrus, ale i u jiných konvertovaných motorů) je postup o něco složitější a vyžaduje být seznámen se správným postupem. Námi zmíněné cessny nic takového obvykle nemají, a tak se můžeme podívat na celý postup velmi jednoduchým způsobem.

Co se odehrává v motoru

Aby motor pracoval, potřebuje kyslík a palivo. Kyslík je zastoupen vzduchem a palivo pochopitelně benzínem. Aby nám motor správně fungoval, musí mít vhodný poměr kyslíku a paliva. Pokud bude v motoru paliva příliš, nebude dostatek kyslíku pro vytvoření zápalu – lidově řečeno, motor se bude dusit. Pokud nastane opačný případ, motor nebude mít co spálit, půjde nepravidelně, nebo se zcela zastaví.

Jak a čím tento poměr v letadle nastavujeme:

• červeným táhlem Mixture (směs) – regulujeme pouze množství paliva, které přivádíme do motoru
• černým táhlem Throttle (přípusť) – regulujeme pouze množství vzduchu

Spousta ne technicky zdatných (a mé zkušenosti instruktora to potvrzují) se mylně domnívá, že výkon regulujeme množstvím paliva, k čemuž používáme černé táhlo přípusti. Není to tak. Pouze regulujeme, kolik vzduchu půjde do motoru. Více vzduchu = větší otáčky = více výkonu. Pohybem černého táhla totiž neděláme nic jiného, než že velmi jednoduchým způsobem otevíráme a zavíráme škrticí klapku nasávaného vzduchu.

Nyní si zkusíme vysvětlit, jaký je vztah mezi nastavením přípusti a směsi. Pokud je směs plně bohatá, pracuje motor v extrémně bohatém režimu, což znamená, že do motoru jde příliš mnoho paliva a relativně malé množství vzduchu. To sice zaručí pravidelný chod, ale za cenu neefektivního spalování, což s sebou přináší menší výkon, mnohem vyšší spotřebu a nutnost pravidelné výměny svíček kvůli nadměrné tvorbě karbonových usazenin (sazí) ze špatně spáleného benzínu uvnitř válců. Výhodou je pak jisté „blbuvzdorné“ nastavení, při kterém motor nemůže v běžných výškách vysadit, a velmi nízké pracovní teploty uvnitř motoru.

Pokud je nastavení směsi opačné, tedy ochuzení na hranici, kdy se motor udrží v plynulém běhu, je situace zcela jiná. V motoru je hodně vzduchu v poměru k malému množství paliva, vysoký podíl vzduchu zaručí maximální prohoření směsi a získáme tím tedy maximální množství energie, které nám palivo mohlo dodat. Navíc nevznikají žádné saze a spalovací prostory tedy zůstávají čisté, stejně tak je nižší spotřeba paliva. Zní to ideálně, ovšem takové nastavení s sebou nese možnost vysazení při klesání, vysoké teploty výfukových plynů (cca 850-900 °C) a vysoké teploty hlav válců (230-260 °C), což může být potencionálně rizikové pro životnost pohonné jednotky.

Jak vidno, ani jedna možnost není úplně ideální, a proto si nyní ukažme, jak se chovat k letadlu hospodárně, jak létat ekonomicky a zároveň se nebát poškození či vysazení motoru.

Ochuzením třeba i k obohacení

Jak již bylo předestřeno, drtivá většina pilotů létá stále v režimu směs plně bohatá“, což není pro letoun ideální. Trpí zapalovací svíčky, karbonují spalovací prostory a spotřeba paliva je enormní. Běžná spotřeba paliva v tomto režimu u 180koňové Cessny 172 představuje dost vysokých 11 galonů (41 litrů) za hodinu letu.

Pro správné ochuzení je nutné být seznámen s konkrétním ukazatelem pro správné ochuzení. Typické možnosti v cessnách jsou:

• žádný ukazatel
• analogový ukazatel EGT
• digitální ukazatel EGT a CHT u systému Garmin 1000 (případně vyšší)
• variace na stejném principu jako výše popsané přístroje

Není-li v letadle žádný ukazatel, je pochopitelně možnost správného ochuzení nejméně přesná, ale stále proveditelná. Pro dosažení bezpečného ochuzení nám stačí šroubovitým pohybem vytáčet směs, první třetinu táhla se patrně nebude dít vůbec nic. Pak náhle přijde zlom, kdy pomalým otáčením sledujeme otáčky motoru. Otáčky se nejdříve budou zvyšovat, to jak se motor nadechl a konečně pracuje volně, neudušený velkým množstvím paliva. Následným dalším otáčením regulace směsi se otáčky budou snižovat – to už je okamžik, kdy je v motoru paliva méně, než je vhodné, a motor již není schopen z tak malého množství získat energii. Proto regulátor směsi začneme otáčet zpět do oblasti, kdy měl motor nejvyšší otáčky, což typicky představuje 3-4 plná otočení zpět směrem „směs bohatá“. V tomto nastavení má motor nejvyšší efektivitu v rámci možností regulace směsi bez indikace žádným přístrojem.

Analogový ukazatel EGT je typickým přístrojem rozšířeným v základních výbavách nejenom cessen. Vzhledem k tomu, že přístroj neobsahuje žádné hodnoty a má dvě ručičky – z toho jedna se nastavuje manuálně pilotem – je přístroj z valné většiny piloty nepochopen a tedy pro jistotu nevyužíván. Přitom je jeho použití velmi rychlé a přesné. Přístroj ukazuje teplotu výfukových plynů (EGT = Exhaust Gas Temperature). Pokud poletíte v režimu „Směs plně bohatá“, bude ručička podobná obrázku, tedy beznadějně opřená celý let o spodní zarážku.

Digitální ukazatel EGT a CHT doplněný o přesný průtokoměr v systému G1000 je pochopitelně z principu nejdokonalejším způsobem, díky němuž lze ochuzovat bez rizika poškození motoru a dosáhnout minimální spotřeby paliva pro daný let. Ukazatel je k dispozici na MFD přes softkey ENGINE -> LEAN. K náhledu poté máme ukazatel EGT, teplotu hlav válců CHT a ukazatel okamžité spotřeby v galonech za hodinu.

Vzhledem k fyzikálním vlastnostem použitých materiálů se obecně nedoporučuje překračovat teploty hlav válců na více jak 400 °F a teplotu výfukových plynů 1 600 °F. Teoretická teplotní hranice výdrže hlav válců C172 je sice na pomezí až cca 500 °F, nám však jde zejména o dlouhou životnost techniky a ne o zápis do Guinessovy knihy rekordů. Pro představu, naše piloty učíme mezní hranici 380 °F CHT a 1 600 °F EGT.

Systém G1000 a jeho precizní sledování hodnot motoru nám přináší i větší flexibilitu a svobodu při změnách výšky a výkonu, kdy není nutné pokaždé měnit nastavení směsi, ale stačí jen zkontrolovat, zda jsou hodnoty EGT a CHT v doporučených mezích, popřípadě je jen jemnou úpravou výkonu či směsi vrátit zpět.

Rizika vs. benefity ochuzování

Jak již bylo v samotném začátku naznačeno, panují občas ohledně ochuzování jisté obavy. Pojďme si říci, jaké jsou reálné výhody a rizika ochuzování na Cessnách série 150/152/172 a jak jim předcházet. Zde je třeba ještě dodat, že se občas setkávám s domněnkou, že se liší pravidla ochuzování u letounů s karburátorem a se vstřikováním. Není to pravda! Správné postupy vždy najdete v Provozní příručce, sekce 4.

Výhody ochuzování

• nižší náklady na palivo při provozu ochuzeného letadla (41 litrů oproti 27 litrům za hodinu při ochuzení, C172 SP)
• čistota spalovacích prostor, zejména pak mnohem delší životnost svíček
• lepší výkonnost při letech, zejména ve vyšších výškách

Rizika ochuzování

• překročení hraničních teplot CHT (poškození hlav válců nebo pístů) a teplot EGT (ztráta komprese válce díky prohořelému výfukovému ventilu)
• vysazení motoru během přistání nebo průletu – opomenutí obohacovat při klesání, opomenutí checklistu

Výhody jsou zřejmé, ale jak je to s tím rizikem překročení teplot a jak vážné riziko to může být? V prvé řadě je důležité vědět, že u cessen řady 100 s atmosférickým motorem nelze zničit motor špatným ochuzováním, pokud je výkon nižší než 75 %, což u modelu SP představuje 2 450 ot./min. Je tedy příručkou zakázáno ochuzovat při vysokém výkonu, což platí zejména při stoupání. Před stoupáním je nutné vrátit směs do polohy „plně bohatá“ (popřípadě téměř bohatá u výšek nad 3 000 stop), u G1000 pak výrazně obohatit a kontrolovat teploty, které se velmi rychle zvýší, a po dostoupání opět ochudit.

Proč nemůže dojít ke zničení motoru pod 75%, ukazuje následující graf průběhu různých hodnot při ochuzování.

EGT – Exhaust Gas Temperature – Teplota výfukových plynů
CHT – Cylinder Head Temperature – Teplota hlav válců
ICP – Inside Cylinder Pressure – Vnitřní tlak válců
HP – Horse Power – Výkon v koňských jednotkách

Pokud motor poběží na výkon do 75 %, veškeré teploty a tlaky válců zůstanou nízko, nikdy nepřekročí hraniční hodnoty. Nejhorší varianta, které může nastat, je, že dojde k příliš velkému ochuzení (pravá klesající část grafu), a protože motory cessen řady 100 se nedají provozovat v této části grafu (tzv. lean of peak) a nejsou pro tento režim zkonstruované, dojde k nepravidelnému chodu a dále k zastavení, nikoliv však k přehřátí.

Pokud však máme motor již ochuzen v blízkosti peaku (vrcholky grafu teplot) a přidáme výkon, veškeré hodnoty se posunou výše do nadlimitních hodnot a pak již hrozí nadměrné namáhání motoru. Cessny je povoleno provozovat na vrcholku maximálních teplot daného výkonu – jedná se pak o provoz s nejnižší spotřebou (best economy). Doporučeno je však pohybovat se nejméně o 50 °F nalevo na bohaté straně od vrcholku (tzv. 50 °F rich of peak), což je, jak už bylo řečeno, nastavení pro nejlepší výkon (best power).

Doporučení z praxe

Následující řádky nejsou údaje vyčtené z příruček, ale zkušenosti, se kterými bych se rád podělil.

Není třeba bát se ochuzování ani při pojíždění na zemi. Není nutné ochudit precizně, pro udržení svíček v dobré kondici (zvláště v letních měsících je bohatost extrémní) stačí ochudit o cca 1/4 regulace směsi. Vyhnete se pak problémům při zjištění nepravidelností během motorové zkoušky.

Při cestovním letu můžete ochuzovat i v nízkých výškách. Příručka nic takového nezakazuje, pouze to pod výšku 3 000 stop u cvičných letů nedoporučuje. Ochuzení pod touto výškou výkon sice nepřinese, ale vytrvalost se značně prodlouží. Jen je nutné nezapomenout obohatit před stoupáním, což z praxe instruktora vidím jako nejčastější opomenutí.

Při klesání z vysokých výšek si uvědomte, že bude stoupat podíl kyslíku v ochuzeném motoru a proto bude stoupat EGT. Navíc výrazný nepoměr málo paliva / hodně kyslíku může zapříčinit nepravidelný chod nebo vysazení.

Motor se nedá zničit špatným ochuzením jako takovým, dá se zničit vysokou teplotou a tlakem. Pokud ochudíte na správný výkon, pro jistotu řekněme v cestovním režimu na 2 300-2 400 otáček a -100 °F, skloubí se ekonomika, rychlost i životnost. Motor nikdy nedosáhne kritických teplot a navíc je zde ještě rezerva pro chybu pilota.

Pokud se rozhodnete ochuzovat, používejte checklisty. Rutina je to, co by vás mohlo zaskočit – starty či přistání na ochuzeno.

Pokud jste instruktorem a učíte žáky PPL, uvědomte si, že vaše priorita kromě kvalitní výuky je i bezpečnost žáka. Učte je proto ochuzovat až na závěr osnovy při hladinových přeletech. Na začátku výcviku jsou žáci pod značným stresem z letu samotného a riziko opomíjení důležitých úkonů, zejména pokud jsou přerušeny nečekanou situací, je značné – nebezpečí špatného nastavení směsi je tedy nasnadě. Závěr výcviku a následné přeškolování na jiné typy pak už pro jistou „vylétanost“ žáků představuje ideální podmínky pro zlepšení managementu letadla.

Jak je tedy vidět, na ochuzování není nic zvláštního a při dodržení základních pravidel je to technika pilotáže jako každá jiná. Věřím, že vám zajistí dobré a bezpečné létání.