Motor je hnací jednotka motorového vozidla, která spalováním

Motor
Motor je hnací jednotka motorového vozidla, která spalováním paliva přeměňuje
chemickou energii obsaženou v palivu na teplo, které koná mechanickou práci. Ta se
přenáší na pojezdová kola motorového vozidla a je příčinou pohybu vozidla.
Rozdělení spalovacích motorů:
Podle způsobu tvoření a zapálení směsi:
- zážehové – směs vzduchu s palivem
(nejčastěji benzín) je připravována obvykle
mimo pracovní prostor válce a ve válci je
zažehována cizím zdrojem
- vznětové - směs je připravována
v pracovním prostoru válce vstřikováním
kapalného paliva do silně stlačeného
a ohřátého vzduchu. Tímto tzv. kompresním
teplem také dochází ke vznícení paliva,
nejčastěji motorové nafty
Podle používaného paliva:
- benzínové – jsou motory zážehové
- naftové – jsou motory vznětové
- petrolejové – jsou motory zážehové
- plynové – jsou rovněž zážehové, jejich
palivem může být např. propan-butan
Podle způsobu práce:
- čtyřdobé – potřebují pro jeden pracovní
cyklus 4 zdvihy pístu, tj. 2 otáčky
klikové hřídele
- dvoudobé – potřebují pro jeden
pracovní cyklus 2 zdvihy pístu, tj. jednu
otáčku klikové hřídele
Podle uspořádání válců:
- řadové
- s válci do V – vidlicové
- ploché (ležaté) – s protilehlými válci
- hvězdicovité – u leteckých motorů
Podle pohybu pístu:
- s přímočarým vratným pohybem pístu
- s rotačním pohybem pístu
Podle přípravy zápalné směsi:
- karburační
- vstřikové
Podle plnění válců:
- s nasáváním
- přeplňované
Podle polohy válců:
- stojaté
- ležaté
- šikmé
Podle způsobu chlazení:
- kapalinou
- vzduchem
167
Pístový spalovací motor – konstrukce, hlavní rozměry, konstrukční parametry:
Hlavní výpočty:
Zdvih pístu:
z = 2.r (m;-,m)
Zdvihový objem válce:
VZ =
π .D 2
.z (m3;-,m,-,m)
4
Celkový objem válce:
VC = VZ + VK (m3;m3,m3)
Zdvihový objem motoru:
VZM = VZ . i (m3;m3,-) i – počet válců
motoru
Celkový objem motoru:
VCM = VC . i (m3;m3,-)
Podle poměru zdvihu pístu a vrtání válce
z
〉 1 → nadčtvercový motor
D
z
- z = D; = 1 → čtvercový motor
D
z
:
D
- z > D;
- z < D; z 〈 1 → podčtvercový motor
D
Příklad☺
☺
1. Motor má vrtání válce φD = 72 mm. Jedná se o čtvercový čtyřválcový motor. Kompresní
poměr motoru je 8,5.
Vypočtěte:
a) zdvihový objem jednoho válce VZ
b) zdvihový objem motoru VZM
c) poloměr zalomení kliky klikového hřídele r
d) kompresní objem válce VK
e) kompresní objem motoru VKM
(motor Š120)
2. Motor nákladního automobilu TATRA vrtání x zdvih (mm) 120x130 mm. Jedná se o
dvanáctiválec s kompresním poměrem 16,5.
Vypočtěte:
a) poloměr zalomení kliky klikového hřídele r
b) zdvihový objem válce VZ
c) zdvihový objem motoru VZM
d) kompresní objem válce VK
e) kompresní objem motoru VKM
f) podle poměru z:D stanovte o jaký typ motoru se jedná
(TATRA 813 NT 4x4)
168
Činnost pístového spalovacího motoru:
1. Motory s přímovratným pohybem pístu – čtyřdobé:
a) zážehový:
169
b) vznětový:
U čtyřdobých motorů proběhne jedna doba za půl otáčky klikového hřídele, celý pracovní
cyklus (sání, stlačení, výbuch, výfuk) za dvě otáčky klikové hřídele motoru.
170
2. Motory s přímovratným pohybem pístu – dvoudobé:
Celý pracovní cyklus proběhne za jednu otáčku klikové hřídele motoru. Práce motoru se
odehrává v prostoru nad i pod pístem, z toho vyplývá, že i spodní část motoru – kliková skříň
musí být hermeticky utěsněná. V klikové skříni nesmí být ani zásoba motorového oleje. Tyto
motory jsou mazány mastnou směsí (do paliva se přidává motorový olej, který namaže a spálí
se s palivem), nebo je použit mazací systém s dávkovacím čerpadlem – oddělené mazání.
a) zážehový:
Výměna obsahu válců je většinou řízena pístem a kanály ve stěně válce. Proto není nutný
samostatný rozvodový mechanizmus., jaký se používá u čtyřdobých motorů.
Pracovní cyklus dvoudobého motoru tvoří sání, komprese (stlačení), expanze (výbuch) a
výfuk.
U čtyřdobého motoru probíhá pracovní cyklus pouze ve válci motoru během čtyř zdvihů
pístu, to je dvou otáček klikové hřídele. Aby se u dvoudobého motoru omezil celý pracovní
cyklus jen na dva zdvihy pístu, to je na jednu otáčku klikové hřídele, musí cyklus probíhat ve
válci nad pístem a v klikové skříni pod pístem. Kliková skříň tvoří společně s dolní částí válce
a spodní stranou pístu plnící dmychadlo a proto musí být utěsněna. Původně byla tato
konstrukce motoru odvozena od dvojčinného parního stroje a je historicky starší než čtyřdobý
motor.
Protože se u dvoudobých motorů používají k výměně obsahu (vyplachování) válce tři druhy
kanálů, nazývají se také tříkrálové dvoudobé motory. Počet vyústění jednotlivého druhu
kanálu se přitom nebere v úvahu.
Tříkanálový dvoudobý motor:
Má sací kanál, výfukový kanál a obvykle
zdvojený přepouštěcí kanál, to je dva
kanály, které leží proti sobě.
sací kanál – vychází od karburátoru a vede
ke klikové skříni
přepouštěcí kanál – spojuje klikovou skříň
se spalovacím prostorem ve válci motoru
výfukový kanál – vychází od spalovacího
prostoru ve válci a ústí do výfukové
soustavy
Jednoduchý dvoudobý motor má otevřené
vyplachování (výměnu obsahu)) válců.
To znamená, že ústí výfukových
a přepouštěcích kanálů jsou po určitou
dobu výplachu válců otevřena současně.
Naproti tomu čtyřdobý motor má,
nebereme-li v úvahu krátké překrytí
ventilů, uzavřenou výměnu obsahu válců. U jednoduchého dvoudobého motoru je proto
nevyhnutelné, že na jedné straně dochází ke směšování čerstvé náplně se starou (výfukovými
plyny) a na druhé straně ke ztrátám čerstvé náplně (vzduchu nebo směsi).
171
Způsob práce tříkrálového dvoudobého motoru:
1. zdvih, úhel pootočení kliky 0°- 180°:
Píst se pohybuje od DÚ k HÚ
Pochody v klikové skříni motoru:
Poté, co píst uzavře vyústění přepouštěcího
kanálu, vzniká v klikové skříni následkem
zvětšování prostoru podtlak 0,02 – 0,04 MPa.
Tento pochod se někdy nazývá předběžné sání.
Sání: Jakmile spodní hrana pístu otevře vyústění
sacího kanálu, začne vlastní sání vzduchu nebo
směsi vzduchu a paliva.
Pochody ve válci motoru:
Komprese: Poté, co píst uzavře vyústění
výfukového kanálu, začne ve válci stlačování
vzduchu, nebo směsi vzduchu a paliva. Krátce
před HÚ dojde k zážehu.
2. zdvih, úhel pootočení kliky180°- 360°:
Píst se pohybuje od HÚ k DÚ
Pochody ve válci motoru:
Expanze: Při expanzi (rozepínání) působí tlak
spalovaných plynů pohyb pístu z HÚ k DÚ.
Pochody v klikové skříni motoru:
Poté, co píst uzavře vyústění sacího kanálu,
začíná předběžné stlačování vzduchu nebo
směsi paliva a vzduchu na přetlak asi
0,03 – 0,08 MPa.
Výměna obsahu (výplach) válců: (pochody
pod a nad pístem)
Při přechodu k dalšímu pracovnímu cyklu
probíhá výplach válců.
Doba expanze: Horní hrana pístu uvolní trochu výše položené vyústění výfukového kanálu a
výfukové plyny odcházejí do výfukové soustavy. Poté se otevře vyústění přepouštěcího
kanálu a předběžně stlačený vzduch nebo směs paliva a vzduchu proudí z klikové skříně
do válce, přičemž odtud vytlačuje zbylé výfukové spaliny. Tomuto procesu se proto také říká
vyplachování. Vlivem počátečního dynamického tlaku ve výfukové soustavě se zbytkové
spaliny při otevření přepouštěcího kanálu nejdříve vrací směrem ke klikové skříni, což
zvyšuje tlak předběžného stlačení 0,03 MPa na vyplachovací tlak asi 0,08 MPa.
Když píst při svém pohybu k HÚ uzavře hranou svého dna nejdříve přepouštěcí kanál a poté
kanál výfukový, je průběh vyplachování ukončen.
172
Proces vyplachování (vratné vyplachování):
U běžného vratného vyplachování je
přepouštěcí kanál s vyústěním vpravo a
vlevo od ústí výfukového kanálu. V plášti
pístu je otvor sloužící k odkrývání vstupu
do přepouštěcího kanálu. Toto vyplachování
se nazývá také tříproudové vyplachování.
Vyplachovací proudy jsou vedeny
z přepouštěcích kanálů ležících šikmo k ose
válců, ke stěně válců ležící naproti výfuku.
Zde se obracejí, setkávají a vytlačují zbylé
spaliny do výfukového kanálu.
b) vznětový:
Je ještě používán u velkých motorů, např. lodních motorů. Používá se také u velmi malých
motorů, např, pro modely letadel apod.
- jednoduchá konstrukce¨
- vysoký objemový výkon
- nižší výrobní náklady
- horší plnění (velké ztráty při výplachu)
- vyšší emise škodlivin ve výfuku
- vyšší tepelné zatížení
3. Rotační pístové motory: (vynalezl jej Felix Wankel v roce 1954)
U běžných pístových motorů se přímočarý vratný pohyb pístu musí ojnicí převést na otáčivý
(ratační) pohyb klikové hřídele. U rotačního pístového motoru je píst ve skříni otočný
a excentrickým mechanizmem se jeho otáčivý pohyb převádí na otáčivý pohyb výstupní
hřídele motoru. Protože práce expandujících plynů přímo působí otáčivý pohyb, je přenos
energie jednodušší, přičemž těžiště rotujícího pístu opisuje kruhovou dráhu. Odpadnutím
zrychlení a zpomalení hmot při vratném pohybu se docílí oproti běžnému pístovému motoru
vyššího výkonu.
Konstrukce:
173
Vnitřní pracovní plocha skříně motoru má tvar epitrochoidy. Soustředně ke středu skříně je
pastorek, spojený s bočním víkem. Otvory bočních vík skříně prochází výstupní
výstředníková (excentrická) hřídel na jejichž výstřednících jsou rotační písty (rotory).
Těsnícími prvky je rotor utěsněn proti epitrochoidální skříni i bočním víkům. Na jedné straně
má píst vnitřní ozubení, které zabírá do pevného pastorku na bočním víku a odvaluje se
po něm. Tímto ozubením se nepřenáší žádná síla, slouží pouze k vedení rotoru (pístu) vůči
statoru (skříni), jehož pohyb je tím vždy ve správné fázi k výstupní hřídeli i skříni. Počet zubů
pevného pastorku a vnitřního ozubení pístu (korunové kolo) je v poměru 2:3. Píst a výstupní
hřídel se otáčí stejným směrem, ale otáčky pístu jsou nižší (1/3) než otáčky hřídele. Rotor - -- píst se vůči hřídeli zpožďuje o 2/3 při každé otáčce.
Činnost:
Rotační pístový motor je tříkomorový tepelný stroj, jehož komory (pracovní prostory) jsou
např. označeny 1,2 a 3. Při otáčení pístu se objemy komor pravidelně zvětšují a zmenšují. Ve
všech třech komorách probíhá postupně za 3 otáčky výstupní hřídele vždy jeden čtyřdobý
pracovní cyklus; sání, komprese, expanze, výfuk. Když se píst točí doleva, probíhá v komoře
1 sání směsi paliva a vzduchu (a,b,c,d). V komoře 2 probíhá současně komprese (a,b,c).
Na konci komprese dochází k zážehu (c). Poté tlakem rozpínajících se plynů v komoře 2 se
koná užitečná práce a píst uložený výstředně (excentricky) na výstupní hřídeli se otáčí doleva
(c,d). Píst se přitom opírá svým vnitřním ozubením o pastorek pevně spojený s boční částí
a přenáší sílu rozpínajících se plynů přes excentr jako točivý moment na výstupní hřídel.
Výstředníková výstupní hřídel tak plní úlohu klikové hřídele u běžného pístového motoru
s přímočarým vratným pohybem pístu a klikovým mechanismem. V komoře 3 probíhá
zároveň expanze (výbuch) (a), poté dochází k výfuku (b,c,d). Zatímco se střed excentru ( )
otáčí o 270°doleva (úhel α), strana pístu A-B se pohybuje jen o 90° ve směru otáčení (úhel β).
Na 3 otáčky výstupní hřídele připadá tedy pouze jedna otáčka pístu se třemi pracovními
dobami. To znamená, že píst rotuje pouze s třetinou otáček výstupní hřídele, nebo-li zpožďuje
se vůči ní o dvě třetiny. Tím, i při vysokých otáčkách výstupní hřídele, je velmi nízké
174
opotřebení těsnících prvků, skříně a bočních vík. Jako otáčky motoru se samozřejmě uvádějí
otáčky výstupní výstředníkové (excentrické) hřídele.
- velmi klidný chod
- menší počet dílů – menší hmotnost
- vhodný pro provoz s alternativními palivy
- vyšší spotřeba paliva a oleje
- nákladné těsnění rotačního pístu
- nevhodný tvar spalovacího prostoru
Motorová paliva:
Paliva: Jsou chemické látky, které se skládají
ze směsi sloučenin uhlovodíků a liší se stavbou
molekul. Stavba a velikost molekuly i vzájemný
číselný poměr atomů vodíku a uhlíku podstatně
určují chování paliva při spalování v motoru. Jako
palivo se může používat i čistý vodík.
Stavba:
Molekuly uhlovodíků mají buď řetězcovou nebo
cyklickou stavbu. Molekuly s jednoduchou
řetězcovou stavbou jsou velmi vznětlivé a snadno
hoří. Tím dochází u benzínových motorů
k detonačnímu hoření (klepání).
V dieselových motorech dochází u vznětlivých
uhlovodíků k dokonalému spalování bez
detonačního hoření. Molekuly s bočními řetězci
nebo s cyklickou stavbou nejsou tak vznětlivé.
V benzínových motorech jsou odolné proti
detonačnímu hoření a v dieselových motorech jsou
vzhledem ke zpoždění zážehu k němu náchylné.
Výroba:
Nejdůležitější výchozí surovinou pro výrobu
paliv a dalších organických sloučenin je ropa.
Tento chemický nositel energie vznikl podle
dnešních předpokladů během miliónů let rozkladem
odumřelých a potopených mořských živočichů,
nepřímých akumulátorů sluneční energie.
Všechny uhlovodíky obsažené v ropě se nehodí
jako motorové benzíny, popřípadě motorová nafta.
Větší část se musí přeměnit chemickými postupy.
Výroba koncových produktů probíhá dvěma postupy
v rafinériích:
1. oddělování, například destilace, filtrace 2.
přeměna, například krakování,reformování
175
Oddělování, destilace ropy:
Ropa se za nepřítomnosti vzduchu zahřívá. Ze složek, které se destilují v oblasti do 180°C
vznikají při kondenzaci lehká paliva, především benziny, které se skládají
z uhlovodíků s rovným řetězcem nebo s cyklickou vazbou. Oblast od 180°C do asi 280°C
poskytuje středně těžká paliva (kerosin neboli letecký petrolej), oblast od 210°C až asi
do 360°C těžká paliva pro dieselové motory (nafta, plynový olej). Při ještě vyšších teplotách
se získávají mazací oleje; nakonec zbyde asfalt (bitumen). Toto soustřeďování paliv podle
jejich oblastí varu se nazývá také frakční destilace.
Podíl benzínu získaného při normální destilaci je pro současnou potřebu velmi malý; tento
benzín je s oktanovým číslem 62 – 64 také velmi málo odolný proti detonačnímu hoření. Je to
takzvaný přírodní benzín. Proto byly vyvinuty postupy, kterými se podstatně zvyšuje využití
ropy na benzínová paliva a současně se vyrábí benzín, který není tak náchylný k detonačnímu
hoření (tab.1).
Krakováním vyrobená paliva ještě nejsou dostatečně odolná proti detonačnímu hoření.
Benzínová paliva se proto míchají ze složek krakování uvedených v tabulce 1 a dalších
přeměňovacích postupů (tab.2), aby se docílilo potřebných vlastností, například odolnost
proti detonačnímu hoření (OČ) a destilační křivky. Tak vzniká takzvaný syntetický benzín.
Další zpracování:
Takto vyrobené benzíny, které jsou poměrně odolné proti detonačnímu hoření, se dále ještě
rafinují. Přitom se zvyšuje čistota benzínu (oddělování plynných zbytků, síry a pryskyřičných
roztoků) a přísadami (aditivy) se dále odstraňuje sklon k usazování, zbarvování, zamrzání,
detonačnímu hoření a korozi.
176
Vlastnosti benzínových paliv:
1) Výhřevnost paliva:
Je množství tepla, které se uvolní dokonalým spálením 1 kg paliva. Čím větší výhřevnost
palivo má, tím méně se jej spotřebuje. Benzín má výhřevnost 44.106J.kg-1. Důležitá je
výhřevnost zápalné směsi, která je (3,8 – 4,2) . 106 J.kg-1.
2) Odpařitelnost paliva:
Je schopnost paliva přeměňovat se
v páry. Do teploty 100°C se má odpařit
nejméně 32% objemu paliva, aby motor
bezpečně naskočil i při studeném startu
v zimě. Do 180°C by mělo být asi 90%
paliva zplyněno, aby se pokud možno
zabránilo zředění mazacího oleje
nezplyněným palivem. Paliva špatně
odpařitelná smývají olejový film i ze stěn
válců a motory se špatně spouštějí.
Lehko odpařitelná paliva způsobují, že se
palivo začne odpařovat už v sacím
potrubí motoru. Zplynovatelnost paliva
se znázorňuje destilační křivkou.
3) Výparné teplo:
Je množství tepla potřebné k odpaření 1 kg kapalného paliva. Platí: čím větší výparné teplo
paliva, tím se motor s tímto palivem hůř spouští.
4) Odolnost proti klepání – detonačnímu hoření:
Detonační hoření u benzínových motorů vzniká samozápaly v motoru. Při něm se zhoršuje
spalování paliva, snižuje se výkon motoru a ústrojí motoru trpí tvrdými rázy. Vysoká teplota
samozápalu benzinového paliva odpovídá vysoké odolnosti proti klepání. Ukazatelem
odolnosti proti detonačnímu hoření je oktanové číslo benzínu.
OČ: - je procentuální podíl izooktanu (OČ = 100) ve směsi s normálním heptanem
(OČ = 0) u takzvaného srovnávacího paliva. (př.: OČ = 95 => 95% izooktanu, 5%
normálního heptanu)
Oktanové číslo daného paliva se zjišťuje v cejchovacím motoru (proměnlivý kompresní
poměr) porovnáním se srovnávacím palivem (směsí izooktanu a normálního heptanu).
Cejchovací motor pracuje na dané zkoušené palivo; při určitých otáčkách se zvyšuje
kompresní poměr tak dlouho, až dojde k detonacím. Potom se nechá motor pracovat na směs
izooktanu s normálním heptanem, jejíž složení se mění, až při daném kompresním poměru
bude mít motor stejné detonace. Bylo-li například ve směsi 70% izooktanu a 30% normálního
heptanu, bude mít zkoušené palivo oktanové číslo 70.
Oktanová čísla paliv jsou různá; přírodní benzíny mají nižší oktanové číslo, benzíny
krakované a syntetické číslo vyšší. Dříve se u nás používaly automobilové benzíny
pod značkami Normál 80, Speciál 90 a Super 96. Oktanové číslo se zvyšuje jednak změnou
skladby paliva, jednak přísadami antidetonátorů.
Bezolovnatý benzín:
Vozidla s katalyzátorem vyžadují bezolovnatý benzín. Při použití olovnatého benzínu by
sloučeniny olova, obsažené ve výfukovém plynu postupně pokryly povrch katalyzátoru
177
a znemožnily by přeměnu škodlivých výfukových plynů na neškodlivé. Proto je obsah olova
v takzvaném bezolovnatém benzínu omezen na 13 mg/l.
S poklesem obsahu olova značně klesá i oktanové číslo paliva. Je proto nutné získat již při
výrobě paliva více podílů odolných proti detonačnímu hoření reformováním, polymerací a
alkylací a přidat je k bezolovnatému benzínu. Potřebné oktanové číslo se ale získá teprve
přidáním prostředků proti detonačnímu hoření (antidetonátorů).
Druhy antidetonátorů:
a) Antidetonátory s obsahem kovu: - kvůli jedovatým produktům spalování (olovo,
scavengers = sloučeniny brómu a chlóru) se tyto antidetonátory většinou již nepoužívají.
b) Antidetonátory bez obsahu kovu: - antidetonátory jako benzen, toluen, xylen mají
oktanové číslo OČ 108 – 112 a přimícháním zvyšují celkové oktanové číslo paliva. Benzen je
kvůli rakovinotvornému účinku omezen na 5 obj. %. V průměru obsahuje benzín označovaný
u nás jako Natural 91 2 obj. % benzenu, Natural 95 pak 1 obj. % benzenu.
c) Organické sloučeniny kyslíku jako antidetonátory: - alkoholy (metanol, etanol), fenoly,
éter mají tu nevýhodu, že se v palivu těžko rozpouštějí, mají nepříjemný zápach a jsou méně
ekonomické kvůli menšímu obsahu energie.
d)MTB (metylterciální butyléter): - svým vysokým oktanovým číslem OČ 110 – 115 může
značně ovlivnit celkové oktanové číslo benzínu. K palivu se ho přidává cca 10 – 15%.
Benzinová paliva mají bod vzplanutí pod 21°C a spadají tedy do skupiny A, třída ohrožení I
(nejvyšší třída ohrožení).
Vlastnosti Dieselových paliv:
Motorová nafta se jako palivo používá pro vznětové motory. Je to směs kapalných uhlovodíků
vroucích převážně mezi 150°C až 360°C. Zapaluje se vstřikováním paliva do vzduchu
ohřátého předchozí kompresí nad zápalnou teplotu paliva.
a) Odolnost proti detonacím:
Motorová nafta se má vznítit okamžitě, aby doba mezi vstřikem a vznícením byla co nejkratší
(prodleva vznícení). Čím delší je prodleva, tím horší je běh motoru; motor jde tvrdě. Účinky
tvrdého běhu motoru jsou pro vznětové motory stejně škodlivé jako klepání pro motory
zážehové.
Kvalitu paliva pro vznětové motory vyjadřuje cetanové číslo nafty. Uhlovodík cetan
(C16H34), který má nejkratší dobu vzplanutí, dostal cetanové číslo 100. Uhlovodík
alfametylnaftalén (C19H7CH) dostal číslo 0, protože se vzněcuje tak špatně, že se jako palivo
pro vznětové motory absolutně nehodí. Množství cetanu ve srovnávacím palivu se mění tak
dlouho, až se zjistí intenzita tvrdého běhu jako u zkoušeného paliva. Procento cetanu ve
srovnávacím palivu je pak cetanovým číslem zkoušeného paliva. Cetanové číslo pro naftu
musí činit aspoň 45. Současná paliva obsahují CČ 49 – 62.
b) Viskozita nafty (tuhost):
Je to určitá míra vnitřního tření kapaliny. Nafta, která nemá dostatečnou viskozitu, nezajišťuje
mazání a těsnění vstřikovacího čerpadla. Jednotka Pa.s, cts.
c) Bod tuhnutí:
Je to teplota, při které nafta ztrácí tekutost. Nafta při nízkých teplotách vytváří krystaly
alkanů (parafínů), které od určité velikosti již nemohou protékat palivovým filtrem. Filtr se
ucpe a motor přestane postupně běžet. Krystaly alkanů lze rozpustit pouze teplem, např.
montáží topení do filtru. Snížit bod tuhnutí u nafty lze přidáním aditiv, které nezabrání
vylučování alkanů, ale zpomalí jejich růst.
178
Aditiva:
- benzín (až 30%), se zlepší chování zastudena (sníží se bod vzplanutí –
nebezpečí!)
- petrolej (až 50%)
V ČR se vyrábí dva druhy nafty: typ A MN - 4 (BT -4°C), typ B MN 22 (BT -22°C).
Pomocí přípravků Dieselex a Naftex lze zvýšit bod tuhnutí až na -29°C. Pro zvláštní účely se
vyrábí nafta MN – 30 a MN – 35.
d) Chemická stálost:
Je dána číslem kyselosti, obsahem sirných sloučenin a nenasycených uhlovodíků v naftě.
Podíl síry v naftě maximálně 0,15 obj%.
Bionafta:
Vyrábí se z řepkového oleje. Pozor: je hygroskopická (pohlcuje vodu), působí na laky jako
rozpouštědlo a měla by být při kontaktu s lakem ihned odstraněna. Při spalování vzniká méně
oxidu uhelnatého, než u běžné nafty.
Spalování kapalných paliv:
Tepelné pochody:
Ve válcích motoru se spaluje směs paliva a vzduchu.
Spalování = rychlá chemická reakce, při níž nastává oxidace spalitelných prvků vodíku
(H) a uhlíku (C) obsažených v palivu (viz. tab.) za přítomnosti kyslíku (O) obsaženého
ve vzduchu.
Tím se mění chemická energie paliva na energii tepelnou. Expandující plyny uvádějí do
pohybu píst, který koná práci.
179
Z hodnot tabulky složení atmosférického vzduchu vyplývá, že k získání 1m3 kyslíku musíme
motoru dodat 1 : 0,21 = 4,762 m3 vzduchu a pro získání 1 kg kyslíku potřebujeme 1 : 0,23 =
= 4,35 kg vzduchu.
Spalovací rovnice:
Dokonalé spalování:
Spalování vodíku:
Spalování uhlíku na oxid uhličitý:
2H2 + O2 → 2H2O + teplo
C + O2 → CO2 + teplo
Nedokonalé spalování:
Spalování uhlíku na oxid uhelnatý: Spalování síry:
2C + O2 → 2CO + teplo
S + O2 → SO2 + teplo
Množství vzduchu:
Ve skutečnosti probíhá spalování v motoru buď za přebytku, nebo za nedostatku vzduchu.
Poměr mezi skutečným a teoreticky potřebným
m
skutečné..množství..vzduchu
λ= s =
množstvím vzduchu vyjadřuje součinitel
mt teoretické..množství..vzduchu
přebytku vzduchu λ, který je dán vztahem:
Součinitel přebytku vzduchu λ bývá u zážehových motorů menší než u vznětových motorů,
protože směs je lépe promísena.
Chemická účinnost spalování ηch:
Chemická účinnost spalování ηch je dána poměrem mezi teplem Q1, které se
Q
η ch = 1
teoreticky uvolní spálením 1 kg paliva a výhřevností paliva Hu.
Hu
Výhřevnost paliva Hu:
Je to množství tepla v J, které se uvolní spálením 1 kg paliva. Má vliv na spotřebu paliva
v motoru.
Základní rovnice tepla:
Množství tepla , přivedeného plynu, který je uzavřen ve válci motoru se
Q = ∆U + W využije na přírůstek vnitřní energie plynu a vykonání mechanické práce
(1. Termodynamický zákon).
Q – teplo, přivedené do motoru spálením paliva v J
∆U – přírůstek vnitřní energie plynu v J (U = p.V, p – tlak plynu v Pa, V – objem plynu v m3)
W – práce vykonaná plynem v J (W = F.s, F – síla plynu na píst v N, s – dráha pístu v m)
Protože u ideálního tepelného oběhu je na konci stejná vnitřní energie plynu jako na počátku,
to je ∆U = 0 znamená to, že všechno uvolněné teplo Q se změní na mechanickou práci W.
Q =W
180
Změny stavu plynu:
U plynu ve válci motoru určujeme tři základní veličiny:
- objem V
- tlak p
- teplota t (°C) nebo T (K)
jsou to
stavové veličiny
plynu
Stavová rovnice ideálního plynu:
p1 . V1 p 2 . V2
=
T1
T2
obecně:
p. V
= konst
T
Index 1 vyjadřuje počáteční stav plynu, index 2 konečný stav plynu.
Druhy změn:
a) Izotermická změna: - je to změna objemu V a tlaku p za stálé teploty t; T1 = T2; T = konst.
p1 . V1 = p 2 . V2
obecně:
p. V = konst .
Izoterma je v p-V diagramu zakreslena jako rovnoosá hyperbola.
Dú: Vypočtěte konečný tlak p2 při izotermické změně podle horního obrázku
b) Izobarická změna: - je to změna objemu V c) Izochorická změna: - je to změna tlaku
a teploty t při stálém tlaku p; p1 = p2; p = konst. p a teploty t při stálém objemu V; V1 = V2;
V = konst.
p
V
V1 V2
p1 p 2
= konst.
= konst.
=
=
obecně: T
obecně: T
T1 T 2
T1 T2
181
d) Adiabatická změna: - je to změna stavu plynu v tepelně dokonale izolovaném prostředí
κ
κ
κ
p1 . V1 = p 2 . V 2
obecně: p . V = konst .
κ … adiabatický součinitel (Poissonova konstanta)
c
kde cp je měrné teplo za stálého tlaku, cv je měrné teplo za stálého objemu
κ= P
cV pro vzduch má hodnotu 1,4
e) Polytropická změna: - je to změna, podle které probíhají skutečné stavové změny plynu
v motoru
Vyjadřuje se vztahem:
n
obecně: p . V = konst .
n….polytropický exponent
p1 . V1 = p 2 . V 2
n
n
Ideální tepelný oběh:
Ideální tepelný oběh je uzavřený oběh složený z vratných změn stavu pro obíhající množství
1 kg směsi. Smysl oběhu udávají šipky. Průběh změny tlaku p je znázorněn graficky křivkou
v závislosti na změně objemu V v tzv. p-V diagramu.
1-2 – expanze, při níž se z přivedeného tepla Q1 získá práce A1;
2-3 – komprese, při ni se musí vynaložit práce A2, která odpovídá ztracenému teplu Q2
Ai – indikovaná práce – je získaná vnější práce
Platí:
Ai = A1 – A2
ηt =
Ai = Q = Q1 – Q2
Q1 − Q2
Q
= 1− 2
Q1
Q1
Ai – indikovaná práce v J; Q1 – přivedené teplo v J;
Q2 – ztracené teplo v J;
ηt – tepelná účinnost oběhu (ηt <1)
Střední indikovaný tlak:
pi =
Ai
VZ
Indikovaná práce:
3
(Pa;J,m ) VZ – zdvihový objem válce
Ai = VZ . p i =
π .D 2
4
. z . pi
vJ
z – zdvih pístu v m
D – průměr (vrtání) válce
Indikovaný výkon:
i – počet oběhů za sekundu
Pi = Ai . i
i=
n
2
pro 4DM;
i=n
n – otáčky motoru (s-1)
182
pro 2DM;
Výpočet indikovaného výkonu motoru pro celý motor:
Pi =
π .D 2
4
. z . pi . i . v
v- počet válců motoru
Příklad: ☺
Vypočítejte indikovanou práci Ai a indikovaný výkon Pi, je-li střední indikovaný tlak pi = 0,85.106
Pa, zdvihový objem motoru Vz = 0,5.10-3 m3 a počet oběhů za sekundu i = 30.
Ideální oběh zážehového motoru:
1-2 adiabatická komprese
2-3 izochorické spalování (přívod tepla Q1
3-4 adiabatická expanze
4-1 izochorický odvod tepla Q2
Při adiabatické kompresi platí:
p1 . V1Κ = p 2 . V2Κ
Tlak na konci komprese:
V
p 2 = p1 .  1
 V2
Κ

 = p1 . ε Κ

ε=
V1 ε→ kompresní poměr
V2
V1 = VZ + VK → celkový objem válce
V2 = VZ → kompresní objem válce
V
V + VK
V
= 1+ Z
ε= C = Z
Teplota na konci komprese:
VK
VK
VK
R – plynová konstanta
p1. V1 p 2 . V2
=
=R
(J.°C-1)
T1
T2
R. T1 Κ R. T2 Κ
. V1 =
. V2
odvození:
p1 . V1Κ = p 2 . V2Κ ;
V1
V2
po úpravě rovnice:
V
T2 = T1 . 1
 V2
Κ
 V2
 .
= T1 . ε Κ −1
V
1

Přiváděním tepla Q1 za stálého objemu vzroste tlak z p2 na p3 a teplota z T2 na T3.
Maximální tlak – tlak po ukončení spalování:
p
kde: λ- stupeň zvýšení tlaku; λ = 3 ; (λ = 2−3)
p 3 = p 2 . λ = p1 . ε Κ . λ
p2
Maximální teplota – teplota po ukončení spalování: T3 = T2 . λ = T1 . ε Κ −1 . λ
Při adiabatické expanzi se objem zvětší z V3 na V4, tlak klesne z p3 na p4 a teplota z T3 na T4.
Tlak na konci expanze
Κ
Κ
Z rovnice: p3 . V3 = p 4 . V4 bude:
V
p 4 = p 3 .  3
 V4
Κ

 = p 3 . ε − Κ = p1 . ε Κ . λ . ε − Κ = p1 . λ

183
protože:
V3 V2 1
=
= = ε −1
V4 V1 ε
Teplota na konci expanze:
Podobně vypočítáme teplotu:
V
T4 = T3 . 3
 V4



Κ −1
= T3 . ε 1− Κ = T1 . ε Κ −1 . λ . ε 1− Κ = T1 . λ
Příklad:
Vypočtěte tlaky a teploty ideálního oběhu zážehového motoru, je-li:
P1 = 0,1.106Pa, T1 = 273,15K, ε = 8, λ = 2,1
Skutečný oběh čtyřdobého zážehového motoru:
1 – sání; 2 – stlačení (komprese); 3 – výbuch (expanze); 4 – výfuk
SO – sání se otvírá, SZ – sání se zavírá, VO – výfuk se otvírá, VZ – výfuk se zavírá, Z - zážeh
Sání 1 začíná v bodě SO před HÚ pístu těsně před dokončením uzavírání výfukového ventilu
VZ, který se uzavírá zpravidla těsně za HÚ. Při chodu pístu k DÚ se nasává do válce pracovní
směs při tlaku asi (0,08 až 0,09),106 Pa..
Sací ventil zavírá SZ až za DÚ při chodu pístu k HÚ a nastává komprese 2 směsi, přičemž se
dosahuje zpravidla tlaku (0,7 - 1,1).106 Pa a teploty 330 až 380°C (je pod hranicí teploty
samovznícení směsi). Před HÚ se v bodě Z zažehne stlačená směs elektrickou jiskrou a rychle
shoří (výbuchem); část směsi shoří před HÚ, část v době, kdy je píst v HÚ a zbytek dohoří
na začátku expanzního zdvihu 3. V této době je tlak nejvyšší, asi (3 až5).106 Pa a hned potom
i největší teplota, asi 1800 až 2000°C. Píst je velkou silou vržen k DÚ a získává se
mechanická práce.
Před DÚ se otvírá výfukový ventil VO při tlaku asi (0,3 až 0,5).106 Pa. Velká část spálených
plynů uniká do , píst dojde do DÚ, při výfuku 4 se vrací k HÚ a vytlačí z válce do výfukového
kanálu zbytek spálených plynů při tlaku 0,12.106 Pa a teplotě 700 – 800°C.
184
Skutečný oběh dvoudobého zážehového motoru:
Je to motor se sáním do klikové skříně a se symetrickým časováním..
V době, kdy je píst v DÚ, probíhá nad pístem výfuk spálených plynů a vyplachování jejich
zbytků čerstvou pracovní směsí, přepouštěnou z klikové skříně do válce přepouštěcím
kanálem. Tlak ve válci je těsně nad hranicí barometrického tlaku, tj. asi 0,1 . 106 Pa,
a v klikové skříni asi 0,13 . 106 Pa. Potom se píst pohybuje k HÚ. Jakmile píst uzavře
přepouštěcí kanál PZ a výfukový kanál VZ (asi 20 až 25% zdvihu) nastává komprese 1.
Před HÚ se otevírá sací kanál SO a do klikové skříně se nasává z karburátoru směs. Před HÚ
nastane ve válci zážeh Z směsi; potom následuje expanze 2, podobně jako u čtyřdobého
zážehového motoru. Dosahuje se však nižšího maximálního tlaku než u čtyřdobých motorů.
Tato hodnota pmax se pohybuje podle kompresního poměru ε od (2 až 3,5) . 106 Pa. Při pohybu
pístu k DÚ se uzavírá sací kanál SZ a směs se v klikové skříni stlačuje. Před DÚ otevírá píst
výfukový kanál VO a tlak ve válci rychle klesá unikáním spálených plynů do výfuku;
po otevření přepouštěcího kanálu PO se však udrží těsně nad 0,1 . 106 Pa. Je to proto,
že z klikové skříně se přepouští stlačená směs do válce nad píst, kde probíhá vyplachování.
Nejnižšího tlaku v klikové skříni (asi 0,08 . 106 Pa) se dosáhne těsně po začátku otevírání
sacího kanálu SO, při pohybu pístu k HÚ. Nejvyššího tlaku v klikové skříni (asi 0,17 . 106 Pa)
se dosáhne před DÚ těsně po začátku otevírání přepouštěcího kanálu PO. Průběh křivky tlaku
v klikové skříni se mění u téhož motoru s počtem otáček.
Musí se počítat s tím, že část čerstvé směsi uniká při vyplachování válce do výfuku, čímž
vznikají ztráty paliva. Má-li směs projít rovnoměrně celým spalovacím prostorem a vytlačit
do výfuku zbytek spálených plynů, musí mít výfuk předepsaný odpor proudění unikajících
plynů. Není tedy možno odstranit nebo libovolně upravit tlumič výfuku.
185
Ideální oběh vznětového motoru:
Ideální oběhy vznětových motorů jsou dva:
porovnávací rovnotlaký oběh
porovnávací smíšený oběh
Porovnávací rovnotlaký tepelný oběh:
Je blízký skutečnému oběhu vznětových motorů se
žárovou hlavou.
Hlavní rozdíl proti ideálnímu oběhu zážehových
motorů se spalováním za stálého objemu je v tom,
že se dosahuje vyššího tlaku na konci komprese p2
a teplo Q1 se přivádí za stálého tlaku.
Porovnávací smíšený tepelný oběh:
Podle tohoto oběhu pracují u traktorů
a automobilů vznětové motory s přímým
a nepřímým vstřikem.
Je v podstatě složen z ideálního oběhu zážehového
motoru a z ideálního oběhu rovnotlakého – odtud
název smíšený oběh. Přiváděné teplo Q1 se zčásti
přivádí za stálého objemu (Q1´ ) a zčásti za stálého
tlaku (Q1´´ ).
Rozdíl proti zážehovému motoru je v tom, že u vznětového motoru se palivo vstřikuje do
stlačeného vzduchu teprve na konci komprese, takže příprava směsi a její shoření trvají delší
dobu než u motoru zážehového, kde stlačená směs shoří po zážehu najednou výbuchem.
U vznětových motorů je asi dvakrát vyšší kompresní poměr, takže se zde dosahuje vyšších
teplot i tlaků než u motorů zážehových.
Výpočty:
Výpočty tlaků p2, p3 a teplot T2, T3 jsou stejné jako u ideálního oběhu zážehového motoru.
Tlak na konci spalování:
Teplota na konci spalování v bodu 4:
p 4 = p3
T .V
T4 = 3 4 = T1 . ε Κ −1 . λ . ρ
V3
V4
ρ
=
kde:
= stupeň plnění motoru
V3
Tlak na konci expanze:
V
Κ
Κ
→ p 5 = p 4 .  4
p5 . V5 = p 4 . V4
 V5
když:
Κ

V
 = p1 . ε Κ . λ .  4

 V5
Κ

 = p1 . λ . ρ Κ

V4 V4 V4 V1 V4 V2
1 ρ
=
= : = . = ρ. =
V5 V1 V3 V2 V3 V1
ε ε
Teplota na konci expanze:
V
T5 = T4 .  4
 V5



Κ −1
= T1 . ε
186
Κ −1
ρ
.λ . ρ . 
ε 
Κ −1
= T1 . λ . ρ Κ
Skutečný oběh čtyřdobého vznětového motoru:
Sání 1 začíná těsně před HÚ, kdy sací ventil
otvírá SO. Při pohybu pístu k DÚ klesne tlak
ve válci asi na 0,08.106 Pa (tedy podtlak
0,02.106 Pa) a do válce se nasává čistý vzduch.
Teplota je asi 80°C. Sací ventil se zavírá za DÚ a
nastává komprese 2, při níž se vzduch stlačením
asi na (4 až 6).106 Pa zahřeje na teplotu 600°C.
Do rozžhaveného vzduchu se před HÚ začíná
vstřikovat nafta VSO, která se rychle mísí
s rozvířeným vzduchem a hoří. Vstřik paliva,
a tím i hoření, však trvá delší dobu než spálení
dokonale připravené a stlačené směsi
u zážehového motoru. To se projeví částečně
zaoblenější horní části křivky p-V diagramu
vznětového motoru (smíšený průběh spalování). Přitom se dosáhne maximálního tlaku
asi (5 až 8).106 Pa a teploty kolem 2000°C. Při expanzi 3 se získává práce rozpínajícími se
plyny, které uvádějí píst do pohybu. Před DÚ se otevírá výfukový ventil VO při tlaku asi (0,4
až 0,5).106 Pa a další průběh je podobný jako u čtyřdobého zážehového motoru. Při výfuku 4
je tlak asi (0,12 až 0,13).106 Pa a teplota asi 600 až 800°C.
Příklad:
Vypočtěte tlaky a teploty ideálního porovnávacího smíšeného oběhu vznětového motoru,
je-li:
p1 = 0,1.106 Pa, T1 = 273,15 K, ε = 18, λ = 2,1, ρ = 1,3
Přeplňování motorů:
Obecně je výkon motoru při daném spalovacím prostoru dán:
zdvihovým objemem, otáčkami klikové hřídele, středním indikovaným tlakem v motoru.
Střední indikovaný tlak v motoru je dán množstvím nasátého vzduchu a tomu odpovídající
dodávkou paliva, nebo množstvím nasáté směsi u zážehových motorů. Množství vzduchu se
dá měnit přeplňováním.
Přeplňování motorů znamená přeplňování válců, to je doprava většího množství vzduchu
do stejného objemu válců a tomu odpovídající zvýšená dodávka paliva. Tím se zvýší výkon
motoru.
dynamické
pulzní
Způsoby přeplňování:
rezonanční
cizí
s pohonem od výfukových plynů – turbo
s pohonem mechanickým – od klikové hřídele
dmychadlo s komorovým prostorem – Comprex
Dynamické přeplňování:
Princip: Čerstvé plyny proudící v sacím potrubí mají určitou pohybovou energii. Otevřením
sacího ventilu se vyvolá zpětná tlaková vlna. Tlaková vlna se pohybuje proudem plynů zpět
rychlostí zvuku a naráží na otevřeném konci sacího potrubí na klidné prostředí. Zde se tlaková
vlna opět odráží a pohybuje se zpět směrem k sacímu ventilu. Pokud tato zpětná tlaková vlna
187
zasáhne sací ventil, když je právě otevřený, způsobí zlepšení plnění válce. Vzniká efekt
přeplňování. Frekvence kmitání (vlnění) závisí na délce sacího potrubí a rychlosti proudění
v potrubí, dané otáčkami motoru.
Dynamické pulzní přeplňování:
Každý válec má samostatné sací potrubí
určité délky. Vhodnou volbou délky sacího
potrubí se kmity ovlivňují tak, aby se tlaková
vlna pohybovala otevřeným sacím ventilem
dovnitř motoru a způsobila tím lepší naplnění
válce.
Platí: V nižších otáčkách motoru je vhodné
dlouhé a tenké sací potrubí motoru,
ve vyšších otáčkách naopak krátké a široké.
Splnění tohoto požadavku se konstrukčně řeší sacím potrubím s proměnnou délkou.
Zde se kombinují krátká a dlouhá sací
potrubí. V dolní oblasti otáček proudí
vzduch dlouhým, tenkým sacím potrubím.
Zkrácené větve potrubí se uzavírají
klapkami nebo rotačním šoupátkem.
Při horní oblasti otáček se šoupátko
či klapky elektropneumaticky nebo
elektricky otevřou a všechny válce
nasávají přímo krátkým širokým sacím
potrubím.
Dynamické rezonanční přeplňování:
Pokud se frekvence sání daná otáčkami shoduje s frekvencí kmitů vln ve sloupci plynu,
dochází k rezonanci. Rezonance způsobuje další dynamické zvýšení tlaku plnění.
Rezonanční sací potrubí:
U tohoto systému rezonančního potrubí se
například připojením druhého potrubí B
k prvnímu potrubí A otevřením nebo zavřením
klapky mění vlastní frekvence sací soustavy. To
způsobí optimální plnění válců v široké oblasti
provozních otáček a zlepšení průběhu točivého
momentu motoru.
Cizí přeplňování:
Princip:
V průběhu sacího zdvihu se vnějším dmychadlem dopravuje větší množství čerstvého plynu,
než by se do válce dostalo přirozeným sáním. Na konci sání je náplň již předběžně stlačena.
Dmychadlo bez mechanického pohonu: Turbodmychadlo poháněné výfukovými plyny
Dmychadlo je poháněno turbínou, využívající tepelné energie výfukových plynů. Zřejmého
účinku přeplňování je dosaženo až ve středních nebo vyšších otáčkách. Kromě toho mají tato
dmychadla určité zpoždění reakce na rychlé změny, protože výfukové plyny na základě
setrvačnosti nemohou sledovat rychlé změny zatížení. Dmychadla pracují s malými ztrátami
a neodebírají pro svůj pohon užitečný výkon.
188
Rotor tvoří turbínové kolo s hřídelí
a dmychadlové (kompresorové) kolo.
Turbodmychadla dosahují otáček
50 000 až 240 000 ot.min-1.
Výfukové plyny motoru pohánějí
v turbíně turbínové kolo a to společnou
hřídelí kompresorové kolo. Kompresor
(dmychadlo) nasává čerstvý vzduch (směs) a po stlačení plní motor. Stlačením v dmychadle
se plnící vzduch zahřeje na teplotu až 180°C.
Chlazení plnícího vzduchu a plnící tlaky:
Dmychadlem stlačený, zahřátý vzduch může být před vstupem do válců ochlazen. Zvýší se
hustota vzduchu pro plnění válců. Větší hmotnost vzduchu při stejném objemu umožňuje
použití většího množství paliva. K chlazení vzduchu se používají takzvané mezichladiče
(angl. Intercooler), to je výměníky tepla typu vzduch-vzduch, nebo kapalina-vzduch.
Tlaky plnění motoru přeplňovaného
dmychadlem nesmí překročit tlaky
stanovené výrobcem, jinak by se mohl
motor zničit.
Regulace tlaku přeplňování:
Vedle nebezpečí zničení motoru vysokými tlaky plnění je velikost turbodmychadla
dimenzována tak, aby se docílilo efektu přeplňování i při středních otáčkách a malých
rychlostech proudění výfukových plynů. Důsledkem toho je, že při vysokých otáčkách
motoru a velkých množstvích výfukových plynů je plnící tlak dmychadla buď nepřípustně
vysoký, nebo jsou jeho otáčky nepřípustně vysoké. Proto se musí plnící tlak regulovat,
obvykle změnou výkonu turbíny.
Způsoby regulace plnícího tlaku:
mechanicko-pneumatická regulace
elektronická regulace
regulace změnou průtočného průřezu (např.
nastavitelnými rozváděcími lopatkami turbíny)
189
Mechanicko-pneumatická regulace plnícího tlaku:
Snížení výkonu turbíny se dosahuje vedením
části výfukových plynů obtokem do výfukového
potrubí (by-pass). Obtok je řízen regulačním
ventilem, ovládaným plnícím tlakem
dmychadla. Plnící tlak působí na membránu tlakového snímače proti síle pružiny. Jakmile se
předepnutí pružiny plnícím tlakem překoná, ventil se otevře a odpustí část výfukových plynů
do obtoku.
Regulační ventil tlaku plnění může být
umístěn na libovolném místě výfukové
soustavy před turbínou výfukových plynů.
Místo ventilu se může použít řídící klapka.
Přitom je klapka, otvírající a zavírající obtok,
spojena s řídícím prvkem, tj. tlakovým
snímačem umístěným většinou ve skříni
dmychadla, jednoduchým mechanizmem,
obvykle jen táhlem. Dostatečnou vzdáleností
tlakového snímače od horkých částí
turbodmychadla s regulační klapkou není
tepelné zatížení membrány snímače příliš
velké a celé regulační zařízení je provozně
spolehlivé.
U zážehových motorů při uzavřené škrtící klapce (brzdění motorem) vytlačuje dmychadlo
do velkého protitlaku, který brání proudění a rotor s kolem dmychadla je brzděn tak,
že při náhlých změnách zatížení dochází ke zpoždění reakce dmychadla.
Aby se tento nežádoucí jev omezil a dmychadlo při
prudkém přechodu na plné zatížení otevřením škrtící
klapky se mohlo roztáčet bez omezení, používá se
v sací soustavě pojistný obtokový ventil, řízený tlakem
v sací soustavě. Tento obtokový ventil (angl.Wastegate)
se nárůstem tlaku ve výtlaku dmychadla, při uzavřené
škrtící klapce, otvírá a z větší části přepouští stlačený
vzduch zpět do sání dmychadla.
190
Elektronická regulace plnícího tlaku:
Optimální plnící tlak určuje řídící jednotka
z okamžité polohy škrtící klapky a signálu
snímače klepání. Jako korekční veličiny
slouží teplota nasávaného vzduchu, teplota
motoru a otáčky motoru.
Činnost:
Tlakový snímač sleduje plnící tlak a řídící
jednotka ovládá taktovací ventil. Taktovací
poměr (tzv. střída), řídí časový průtokový
průřez ventilu.
Příliš nízký plnící tlak:
Taktovací ventil otevře spojení mezi
výtlakem a sáním dmychadla. Na regulační
ventil působí malý plnící tlak. Zůstane
uzavřen. Turbína je poháněna celým
proudem výfukových plynů.
Příliš vysoký plnící tlak:
Snímač plnícího tlaku ohlásí
řídící jednotce pro regulaci tlaku
plnění příliš vysoký plnící tlak.
Taktovací ventil uzavře spojení
mezi výtlakem a sáním
dmychadla. Plnící tlak v řídícím
vedení vzroste a působí na
regulační ventil. Ten se otevře a
proud plynů v turbíně se zmenší.
„Overboost“- (angl. přeplnění):
Jde o krátkodobé zvýšení plnícího tlaku, například při akceleraci. Jestliže se plynový pedál
rychle sešlápne, signál koncového spínače jeho polohy (angl. kick-down), prostřednictvím
řídící jednotky a taktovacího ventilu uzavře regulační ventil. Celý proud výfukových plynů je
veden přes turbínu, její výkon vzroste a plnící tlak dmychadla rovněž vzroste. Po dosažení
požadované rychlosti jízdy se opět obnoví původní rovnováha.
Regulace plnícího tlaku změnou průřezu
turbíny:
Turbodmychadlo, kde plnící tlak je
regulován změnou geometrických
rozměrů průtočného průřezu turbíny (angl.
Variable Turbine Geometry – VTG), musí
mít zařízení zaručující změnu průřezu,
např. nastavitelné rozváděcí lopatky.
Regulace probíhá nezávisle na rychlosti
proudění výfukových plynů, dané
otáčkami motoru.
191
Činnost:
Nízké otáčky motoru:
Aby byl k dispozici velký točivý
moment i při nízkých otáčkách
motoru, musí být plnící tlak vysoký.
K dosažení potřebného vysokého
výkonu turbíny se její rozváděcí
lopatky nastaví tak, aby vstupní
průřez byl malý (úzký). Zúžení
způsobí vysokou rychlost proudu
výfukových plynů a současně působí
dynamický tlak proudu výfukových plynů na vnější oblast lopatek turbíny (velké rameno –
velký moment). Otáčky turbíny se zvětší a tím se zvětší i plnící tlak.
Vysoké otáčky motoru:
Rozváděcí lopatky turbíny uvolní velký vstupní průřez, aby bylo možno zachytit velké
množství výfukových plynů i při vysokých otáčkách. Tím se dosáhne požadovaného tlaku
plnění, ale nepřekročí se.
Protože pro každý provozní stav lze polohou rozváděcích lopatek turbíny nastavit optimální
plnící tlak, odpadá obtokové vedení turbíny (by-pass).
Ovládání rozváděcích lopatek:
mechanické
elektropneumatické
Dmychadlo s mechanickým pohonem: Rootsovo dmychadlo
Dmychadlo je poháněno přímo od klikové
hřídele motoru přes elektromagneticky
ovládanou spojku. Spojka dmychadlo
odpojuje například při chodu naprázdno
a naopak připojuje například při akceleraci
s plným zatížením.
K pohonu dmychadla se však musí vynaložit
část užitečného výkonu motoru, jejíž velikost
závisí na aktuálním plnícím tlaku a otáčkách
motoru.
192
Pevné části motoru:
Jsou to části motoru, které se za chodu motoru nepohybují.
Patří sem:
- blok motoru
- válce
- hlava válců
- sací potrubí
- výfukové potrubí
Blok motoru:
Účel: Blok motoru je základní nosná část motoru
Blok válců
Konstrukce: Blok motoru
Kliková skříň
Svršek klikové skříně
Spodek klikové skříně
Dělící rovina zpravidla prochází osou klikové hřídele, nebo pod ní.
většinou
odlito
společně
Blok motoru může být v provedení:
a) uzavřeném
Těsnící plocha bloku motoru vůči hlavě válců je z plného materiálu, kolem otvorů válců
uzavřená, opatřená pouze otvory a kanály pro tlakový olej a odpad oleje, pro chladící kapalinu
a případně pro odvzdušnění klikové skříně. Bloky motoru z šedé litiny jsou téměř výhradně
této konstrukce.
b) otevřeném
Vodní plášť okolo otvorů válců je směrem k hlavě válců otevřený. Tato konstrukce se používá
u bloků z lehkých slitin, které se vyrábějí tlakovým litím.
Blok válců:
- uvnitř je uloženo klikové a rozvodové ústrojí
- uvnitř odlity mezistěny a žebrování, které blok vyztužují
- bloky mají nálitky pro přívod a odvod chladící kapaliny (kapalina je přiváděna do spodní
části bloku čerpadlem, chladí válce a proudí průtokovými kanály do hlavy válců)
a pro uchycení čerpadla
- v bloku se nachází hrdlo pro nalévání oleje, vypouštěcí kohouty, víka apod.
- ve stěnách motoru jsou vyvrtány kanály pro tlakové mazání
- na bloku jsou opracovaná místa pro připevnění čističe paliva a oleje
- do horní dosedací plochy jsou zašroubovány svorníky pro připevnění hlav válců
193
Vzduchem chlazené motory mají samostatné válce upevněné ke klikové skříni.
Materiál: bloky motoru jsou vyrobeny ze šedé litiny 42 2424 nebo z lehkých (hliníkových)
slitin.
Kliková skříň:
Zadní část klikové skříně tvoří přírubu, na které je našroubována skříň spojky. Na spodku
klikové skříně jsou nálitky pro uchycení motoru na rám nebo samonosnou karoserii. Tyto
nálitky bývají podloženy pružnými podložkami – silentbloky.
Některé typy traktorových a automobilových motorů mají tzv. suché skříně (náplň
motorového oleje není na spodku klikové skříně v olejové vaně)
Klikové skříně dvoudobých motorů musí být utěsněny.
Je-li klikový hřídel uložen ve valivých ložiskách, bývá kliková skříň odlita vcelku a klikový
hřídel se do ní vkládá i s ložisky (dělený klikový hřídel).
Svršek klikové skříně:
- je odlit samostatně nebo častěji jako celek s blokem válců
- někdy se kliková skříň skládá z pravé a levé poloviny (motocyklové motory)
- v horní části svršku klikové skříně u rozvodů SV a OHV je v ložiscích uložena vačková
hřídel a jsou zde vodítka pro zdvihátka ventilů
- na svršku KS je upevněn spouštěč, alternátor, vstřikovací čerpadlo
- na svršku KS je hrdlo pro odvětrání klikové skříně u čtyřdobých motorů
Materiál: odlitek z litiny nebo ze slitin lehkých kovů
Spodek klikové skříně:
- je přišroubován ke svršku klikové skříně
- slouží jako jímka oleje pro mazání motoru – olejová vana
- má žebrování pro lepší odvod tepla
- na nejspodnější části klikové skříně bývá vypouštěcí zátka s permanentním magnetem
Materiál: litina nebo slitina lehkých kovů
Hydraulicky tlumené uložení motoru:
Při chodu naprázdno působí tlak,
který se vytváří vibracemi motoru
v kapalině horní komory, pouze na
pryžovou membránu. Ta se deformuje
a tlumí vibrace. Vzduch z komor
uniká otevřeným elektromagnetickým
ventilem.
Za jízdy je elektromagnetický ventil
uzavřen a tlak kapaliny působí
přes škrtící trysku ve spojovacím
kanálu v dolní komoře na pryžový
měch, který se deformuje a omezuje
tak vibrace.
194
Válce motorů:
Účel: Slouží k vedení pístu ve válci při jeho přímovratném pohybu
Druhy válců:
a) - vložené válce – mokré vložky válců
b) - suché vložky válců
c) - vzduchem chlazené válce samostatně montované na klikovou skříň
d) - válce přímo odlité v bloku motoru – provedení MONOBLOK
Vložené válce:
Jsou přímo omývané chladicí
kapalinou, takže jsou účinně
chlazeny. Blok válců
ale není tak tuhý a snáze se
deformuje. Blok motoru je
vyroben z lehké slitiny (nízká
hmotnost), zatímco válce jsou
z legované litiny nebo z oceli na odlitky často zhotovené odstředivým
litím. Vložky mají na horním konci nákružek; musí být vůči klikové
skříni pečlivě utěsněny těsnícími kroužky, jinak by se do klikové
skříně dostala chladicí kapalina.
Přesah válce přes dosedací plochu bloku motoru: asi 0,03 – 0,07 mm v dotaženém stavu.
Vymezení se provádí podkládáním válce v horní dosedací ploše tenkými kovovými
podložkami.
Těsnění ve spodní části válce je provedeno pomocí silikonových kroužků.
Vložky válců:
Nepřicházejí do styku s chladící kapalinou a proto
odpadá nutnost těsnit prostor pro chladící kapalinu.
Přestup tepla ze spalovacího prostoru do chladícího
pláště není tak dobrý jako u mokrých vložek.
Provedení:
válec s vložkou v celé délce
válec s vložkou v horní nejvíce
namáhané části
Konstrukce: Používají se asi do průměru válce
150 mm. Tloušťka stěny je asi (1,5 – 4) mm.
Vyrábí se odstředivým litím z legované litiny.
Pracovní část (ta co je ve styku s pístem) je
nitridována nebo chromována.
Při montáži se zmrazují a lisují do bloku motoru
a potom obrábějí – jemné vyvrtávání a honování.
Vložky válců se také používají při opravách válců
odlitých v jednom celku s blokem, kdy válce nelze
již převrtat na větší opravárenský průměr.
195
Rozměrové třídění válců: Válce
se společně s písty třídí podle
průměru do tří až pěti
rozměrových skupin,
odstupňovaných po 0,01 nebo
0,02 mm (označeno písmeny A
až E na bloku motoru.
Rozměrová skupina pracovního
válce a pístu se musí shodovat,
aby byla zaručena výrobcem
předepsaná vůle mezi pístem a
válcem.
Montážní vůle mezi pístem a
válcem: (0,05 – 0,08) mm
u nových středně velkých
motorů.
Maximální vůle po opotřebení:
(0,15 – 0,2) mm.
Vzduchem chlazené válce samostatně montované na klikovou skříň:
Jako jednotlivé žebrové válce se spojují
s klikovou skříní šrouby, svorníky nebo
přímo závitovým spojem. Vzduchem
chlazené válce jsou opatřeny chladícími
žebry, které zvětšují plochu pláště a zlepšují
tak chlazení.
Odlévají se převážně z hliníkových slitin.
Kluzné vlastnosti a opotřebení styčných
ploch válců se musí stejně jako u kapalinou
chlazených válců z hliníkových slitin
zlepšovat speciálními výrobními postupy.
Válce odlité v jednom celku s blokem
motoru:
Výrobně a ekonomicky jednoduchá
konstrukce, kde materiál válců
odpovídá materiálu bloku motoru
(zpravidla litina, zřídka lehká
slitina). Opravy těchto válců
vyžadují poměrně složitější
technologii.
196
Výpočet tloušťky stěny vloženého válce:
Určení a kontrola válců:
Tloušťka stěny vloženého válce se kontroluje
jako tloušťka stěny válcové nádoby
s vnitřním přetlakem.
Platí podmínka pevnosti:
σt =
odtud:
F ≤ S . σ Dt
po dosazení:
z toho:
F = p max . D. l
F
≤ σ Dt
S
S = 2. s .l
pmax . D . l ≤ 2 . s . l . σ Dt
p .D
s ≥ max
2. σ Dt
kde:
F
S
pmax
D
l
s
σDt
Neznáme-li přesný
údaj pro pmax,
určujeme jej takto:
pmax - pro zážehové motory = 3,5.106 Pa
pmax - pro vznětové motory = 6,5.106 Pa
σDt - pro litinové vložené válce (25 – 30).106 Pa
σDt - pro ocelolitinové vložené válce (45 – 50).106 Pa
- síla (N)
- plocha průřezu (m2)
- maximální tlak ve válci (Pa)
- průměr vložky (m)
- délka vložky (m)
- tloušťka stěny vložky (m)
- dovolené namáhání v tahu (Pa)
Empirické vzorce pro tloušťku stěny vloženého válce:
- Pro traktorové motory a motory nákladních automobilů: s = (0,06 – 0,075) . D
- Pro automobilové motory: s = 0,05 . D
Dú:
1. Vypočtěte tloušťku stěny vloženého válce pro motor M 638 nákladního automobilu LIAZ
je-li φD válce 130 mm, maximální tlak ve válci pmax = 10 MPa. Materiálem válce je
ocelolitina s σDt = 50 MPa. (s = 13 mm)
2. Traktor Zetor 5211, φD = 100 mm, pmax = 7 MPa, materiálem válce je litina s σDt = 30 MPa
Hlava válce:
Účel: - uzavírá a utěsňuje spalovací prostor
Konstrukce:
dělená
pro každý válec
pro skupinu válců
nedělená (celistvá) pro všechny válce →
Materiál:
- pro motory chlazené kapalinou – benzínové – odlitek z hliníkové slitiny
- naftové – litina
- pro motory chlazené vzduchem - téměř výlučně z hliníkových slitin s chladícími žebry
197
Složení:
- odlity prostory pro ventily, vytvořena sedla ventilů a vodítka ventilů
- sací a výfukové kanály, k nimž je přišroubováno sací a výfukové potrubí, u přeplňovaných
motorů často i turbodmychadlo
- v hlavě je u zážehového motoru zapalovací svíčka, u vznětového motoru vstřikovač, u
vznětových motorů komůrkových je tam komůrka, popřípadě i žhavicí svíčka
- hlavou procházejí otvory pro zdvihací tyčky (ventilový rozvod OHV)
- u motorů chlazených kapalinou je uvnitř hlavy chladící plášť s protimrazovými pojistkami
- na horní ploše hlavy jsou otvory se závity pro šrouby kozlíků ventilových vahadel a pro
šrouby krytu hlavy
- u motorů chlazených vzduchem (NA) má každý válec samostatnou hlavu z hliníkové slitiny
s chladícími žebry
korkové.
mezi krytem hlavy a hlavou
gumové
Těsnění:
mezi hlavou a blokem válců
kovové
kombinované (metaloplastické)
Těsnění pod kryt hlavy válce:
Zabraňuje úniku oleje z ventilového prostoru. Samotný kryt hlavy je vyroben jako výlisek
z ocelového plechu nebo tenkostěnný odlitek z hliníkové slitiny.
Těsnění hlavy válců: má tyto úkoly:
- neprodyšně uzavírat spalovací prostor v místě mezery mezi hlavou válců a blokem
- zabraňovat unikání chladicí kapaliny z kanálů chladících prostorů
- zabraňovat unikání oleje z průtokových kanálů mazací soustavy motoru
Dobrého utěsnění lze dosáhnout jen tehdy, jsou-li dosedací plochy bloku válců a hlavy válců
rovinné.
Některé motory jsou bez těsnění hlav válce – motory TATRA.
Kovové těsnění hlavy válců:
Vyrábí se z vrstveného ocelového plechu.
Pro spolehlivé utěsnění je těsnění v okolí
spalovacích prostorů opatřeno
prolisovanými drážkami, které umožňují
zvýšení místního stlačení.
Kombinované těsnění hlavy válců:
Tvoří jej kovový nosný plech o tloušťce asi
0,3 mm. Na něj je z obou stran nanesena
vrstva měkkého materiálu. Na měkký
materiál se pro zlepšení odolnosti vůči
působícím látkám nanáší plastová vrstva,
která uzavírá jeho póry. Otvory pro
spalovací prostory a pro tlakový olej mazací
soustavy a někdy i chladící prostory se po
obvodu lemují, např. ocelovým plechem
potaženým hliníkem. Utěsnění kapalinových
prostorů se ještě může zlepšit nanesením
elastického tmelu (elastomeru).
198
Zásady montáže a demontáže hlav válců:
1) Montáž a demontáž vždy na vychladlém (studeném) motoru – zabrání se zborcení dosedací
plochy
2) Montáž a demontáž stanoveným postupem
Montáž:
a) celistvá hlava – od středu ke krajům
křížem
b) dělená hlava
do spirály
pro každý válec
křížem
3) Dotahovat na předepsaný moment na 2-3x
4) Po krátké době provozu (ujetí asi 1000 km) znovu dotažení
Demontáž: opačným postupem než montáž
Spalovací prostory motorů:
Vlastní geometrický tvar kompresního prostoru má zásadní vliv na provozní vlastnosti
motoru, protože ovlivňuje:
- víření směsi
- emise škodlivin
- účinnost
- průběh spalování
- točivý moment
- odolnost proti detonačnímu spalování
- spotřebu paliva
- výkon
Rozlišujeme:
spalovací prostory zážehových motorů
spalovací prostory vznětových motorů
Spalovací prostory zážehových motorů:
Klínový spalovací prostor:
- vzhledem k ose válce mírně přesazen → mezi dnem pístu a dosedací plochou hlavy válce
vzniká úzká antidetonační mezera, která podporuje víření zápalné směsi a zlepšuje hoření
- ventily v řadě za sebou a odkloněny od osy válce
- měkký chod, ε = 8
Půlkulový spalovací prostor:
- nejlepší antidetonační vlastnosti
- dobré umístění ventilů, ventily mohou mít větší rozměry → lepší plnění válců
Stranový spalovací prostor:
- spalovací prostor u motorů se stojatými (postranními ventily)
sací i výfukový ventil postranní (SV rozvod) – L hlava
sací ventil visutý, výfukový ventil postranní (IOE rozvod) – F hlava
199
Spalovací prostory vznětových motorů:
Směs se zapaluje kompresním teplem. K lepšímu promíchání paliva se vzduchem je potřeba,
aby vzniklo víření stlačovaného vzduchu. Mělo by se co nejméně tepla odvést do okolí
stěnami spalovacího prostoru.
Spalovací prostory vznětových motorů mohou být provedeny:
spalovací prostory s přímým vstřikem paliva
spalovací prostory s nepřímým vstřikem paliva - komůrkové
Spalovací prostory s přímým vstřikem:
a) prstencový:
- vybrání ve dně pístu při pohybu pístu do HÚ rozvíří vzduch právě na začátku vstřiku paliva,
což má za následek lepší promísení paliva se vzduchem
b) kulový (systém MAN):
- objem prostoru v pístu zaujímá až 80% kompresního prostoru
Spalovací prostory s přímým vstřikem používají vstřikovací trysku paliva otvorovou.
Spalovací prostory s nepřímým vstřikem:
- s virovou komůrkou:
Kompresní prostor má dvě části: - hlavní prostor ve válci
- vedlejší prostor (komůrka) v hlavě válce
V komůrce dochází při stlačování k intenzivnímu víření vzduchu. Prostory jsou spojeny
jedním nebo více tangenciálními kanály. Palivo se vstřikuje do komůrky shora. Po vstřiku
dochází k rychlému nárůstu tlaku.
Spalovací prostory s nepřímým vstřikem používají vstřikovací trysku čepovou.
Sací soustava:
Sací potrubí:
Účel: - přívod zápalné směsi nebo čistého vzduchu do válců
Materiál: - litina, ocelové trubky, lisované z plechu
Čistič vzduchu:
Účel: - čistí nasávaný vzduch
- tlumí hluky motoru, které vznikají při proudění vzduchu při sání
Prach ve vzduchu jsou částice o velikosti (0,005 – 0,05) mm různého původu. Množství
prachu ve vzduchu je (0,001 – 1) g.m-3. Málo prašné prostředí má hustotu
(0,001 – 0,003) g.m-3, za prašné prostředí se považuje vzduch s hustotou (0,2 – 0,3) g.m-3.
Prach může vytvořit s mazacím olejem jemnou brusnou pastu a způsobit na kluzných
plochách motoru za provozu velké opotřebení.
200
Když například spotřebuje motor automobilu 10 litrů paliva na 100 km a k tomu přibližně
100 m3 vzduchu, tak činí při obsahu prachu 0,05 g/m3 množství nasátého prachu 5g. Pečlivé
čištění nasávaného vzduchu má velký vliv na životnost motoru.
Druhy čističů:
podle způsobu čištění:
podle náplně:
odstředivé (cyklónové)
suché
filtrační
vlhké
kombinované
mokré
Suchý filtr: odstraňuje pevné nečistoty na
principu filtrace. K zachycování prachu
slouží pevné filtrační vložky ze
skládaného papíru. Patří k běžnému
vybavení osobních a užitkových
automobilů. Životnost je asi 30 000 –
100 000 km. Při silném znečištění se jeho
vložka musí vyměnit.
Vlhký filtr: filtrační vložku tvoří pletivo z kovu nebo plastu, které je při montáži smočeno
olejem. Procházející vzduch přichází do styku s velkým, olejem smáčeným povrchem, na
kterém prachové částice ulpívají a tím se zachycují. Nevýhodou je poměrné krátký údržbový
interval (asi 2500 km),ve kterém se musí drátěná vložka vyjmout a vyčistit. Používá se u
motocyklů a sekaček na trávu (čistič s přívěrou)
Mokrý filtr:je zdokonalením vlhkého filtru.
V pouzdru čističe je pod filtrační vložkou
z kovové tkaniny olejová náplň. Proudící
vzduch dopadá na hladinu oleje a strhává
z ní drobné kapky, které se usazují na filtrační
vložce. Odtud odkapávají zpět a berou
s sebou do olejové náplně nashromážděný
prach. Vzhledem k tomuto procesu
samočištění filtrační vložky mají vzduchové
čističe s olejovou náplní oproti vlhkým
čističům podstatně delší údržbářský interval
(až 100 000 km).
Odstředivý čistič (cyklon):Je nepostradatelný pro motory, které pracují ve velmi prašném
prostředí. Nasávaný vzduch je tečným vstupem do tělesa uveden do velmi prudké rotace
a částice prachu jsou odstředivou silou unášeny k vnitřním stěnám tělesa čističe. Výstup
z čističe je v jeho ose uprostřed. Často jsou tyto čističe kombinovány s suchým nebo mokrým
čističem.
201
Výfuková soustava:
Účel: - odvádět výfukové plyny bezpečně do ovzduší
- tlumit hluk, který vzniká rázy při nepravidelném proudění výfukových plynů
ze spalovacího prostoru
- redukovat škodliviny ve výfukových plynech katalyzátorem
- proud výfukových plynů co nejméně omezovat → snížení výkonu motoru
Složení:
výfukové potrubí
tlumič hluku
katalyzátor
Výfukové potrubí:
Materiál: - litina
- žáruvzdorná ušlechtilá
ocel (přední část)
- výlisek z plechu potažený
hliníkem (tlumič hluku)
Konstrukce:
- u přeplňovaných motorů je ve výfukovém potrubí turbína
- motory zážehové se vstřikováním paliva mají ve výfukovém potrubí katalyzátor a λsondu
Tlumiče hluku:
- vyrábějí se jako dvouplášťové sendvičové konstrukce
Konstrukce: - jeden
- několik (třeba dva - střední a zadní)
Princip tlumení hluku:
reflexní
absorpční
Reflexe: Zvukovým vlnám se kladou do cesty překážky. Zvukové vlny se tím odrážejí zpět
a otáčejí. Částečně se tím ruší vliv odražených vln tzv. interferenčním efektem. Reflexe
vytvářejí také náhlé změny průřezu trubky a komory.
Reflexní tlumič hluku: Různě velké komory tlumiče
jsou spolu spojeny na obou stranách otevřenými
vnitřními trubkami, které jsou proti sobě posunuté,
čímž je vynuceno obracení proudu plynů v komorách
tlumiče hluku. Tyto trubky mohou být také děrované.
Hodí se zejména pro tlumení hluků středních
a nižších frekvencí.
Interferenční efekt:Jestliže se rozděluje proud
výfukových plynů v tlumiči hluku a potom se zvukové
vlny po uražení rozdílně dlouhých drah zase spojují, tak
se při setkání zvukové vlny částečně vzájemně ruší.
Absorpce: Při tlumení hluku absorpcí dopadají zvukové vlny do měkkého porézního
materiálu. Energie hluku je prakticky pohlcena, protože je třením přeměněna na teplo.
202
Absorpční tlumič hluku: Skládá se z jedné
nebo více komor, které jsou naplněny látkou
pohlcující hluk (minerální vatou nebo skelnými
vlákny). Proud výfukových plynů je veden
děrovanou trubkou a může proudit tlumičem téměř
bez překážek. Zvukové vlny ale pronikají bočními
otvory až do absorpčního materiálu, ve kterém se
pohlcují vlny především vyšších frekvencí. Absopční tlumiče hluku se používají především
jako koncové tlumiče.
Kombinovaný reflexně absorpční tlumič hluku:
Reflexní tlumiče hluku mohou být dobře vyladěny na nízké frekvence. Absorpční tlumiče
hluku působí až v horní oblasti frekvencí. Většinou se proto používají oba tlumiče současně,
jednotlivě nebo ve společném pouzdře.
203
Pohyblivé části motorů:
Jsou to části motorů, které se za chodu motoru pohybují.
PoČM:
klikové ústrojí
rozvodové ústrojí
Klikové ústrojí:
Přeměňuje přímočarý pohyb pístu na otáčivý pohyb klikové hřídele
Složení KÚ: - píst, pístní kroužky, pístní čep, ojnice, kliková hřídel, setrvačník
Píst:
Účel: - přejímá tlak plynů vznikající při
spalování a přenáší jej na ojnici jako
sílu, která roztáčí klikovou hřídel
Konstrukce:
Na pístu rozlišujeme:
dno pístu – zachycuje tlaky plynů
plášť pístu – slouží k vedení pístu
ve válci
Uvnitř je píst zesílen žebrováním
a nálitky pro pístní čep.
Rozdělení teploty v jednotlivých
částech pístu:
Teplota při spalování ve válci je
2500°C.
Teplo se odvádí:
- přes dno pístu, oblast drážek pístních
kroužků a pístními kroužky stěnám
válců
- mazacím olejem
Přesto činí u pístů z lehkých kovú
provozní teplota dna pístu
250°C – 350°C a pláště pístu asi
150°C.
Montážní vůle mezi pístem a válcem
zastudena:
Dno pístu a oblast kroužků jsou
vystaveny vysokým teplotám a roztahují
se proto více než plášť, takže vůle
na pístu po celé jeho délce jsou různé.
Toho se dosahuje tím, že píst se vyrábí
oválný a ne kruhovitý, a sudovitý nebo
kuželovitý, ale ne válcovitý. Rozdíly vůle
např. 0,088mm – 0,04mm = 0,048mm
udávají ovalitu v odpovídající části pístu.
204
Montážní vůle je rozdíl mezi průměrem
válce a největším průměrem pístu
Vůle zatepla:
Při normální provozní teplotě motoru má
píst přibližně válcovitý tvar, přičemž se
zmenšuje vůle pístu. V každém případě
musí být i při krátkodobém překročení
přípustné provozní teploty ve vůli ještě
rezerva.
Hlavní rozměry pístu:
Délka pláště: je vzdálenost od spodní
hrany pístu k spodní hraně drážky pro
stírací pístní kroušek
Celková délka: je vzdálenost od spodní
hrany pístu ke dnu pístu
Kompresní výška: je vzdálenost od
vodorovné (horizontální) osy otvoru
pro pístní čep ke dnu pístu
Průměr pístu: je největší průměr pístu,
měřený v rovině kolmé na svislou
(vertikální) osu pístu
Vyosení (excentricita): je vzdálenost vertikální osy otvoru pro pístní čep od vertikální osy
pístu, měřené v rovině kolmé na pístní čep
Silové namáhání klikového mechanizmu:
Výpočty:
2
F = p . S (N;Pa,m )
FO =
F
cos α (N;N,-)
FN = F . tg α (N;N,-)
Vyosení znamená, že osa pístního čepu je o asi 0,5
mm až 1,5 mm posunutá z osy pístu na stranu
zatíženou tlakem. Potom píst mění svou dotykovou
stranu (překlápí se ještě při pomalu se zvětšujícím
kompresním tlaku před HÚ a ne až při náhlém
nárůstu spalovacího tlaku krátce za HÚ).
205
Dú: p = 5 MPa, φD = 100 mm,
Materiály pístů:
Požadavky na materiál pístů:
α = 30°, FN = ?
- malá hustota pro menší setrvačné síly
- vysoká pevnost i při vyšších teplotách
- dobrá tepelná vodivost
- malá tepelná roztažnost
- malý součinitel tření
- velká odolnost proti opotřebení
-3
Pro malou hustotu (ρ = 2,7 kg.dm ) a vysokou tepelnou vodivost se používají písty z lehkých
slitin, především slitiny hliníku a křemíku. Čím vyšší je obsah křemíku, tím nižší je
tepelná roztažnost a opotřebení, opracovatelnost při výrobě je však těžší.
Druhy konstrukcí pístů:
Písty jednodílné: Jsou lité nebo kované písty
s plným pláštěm pro benzinové a naftové motory
a písty pro dvoudobé motory, které jsou celé
vyrobeny z jednoho materiálu, např. slitiny AlSi.
Při vysokých spalovacích tlacích, např.
u naftového motoru, jsou dno pístu, oblast pístních
kroužků a přechod k plášti pístu zesíleny.
Píst termoregulační (bimetal):
Má do lehkého kovu zalitou ocelovou
vložku, např. pásky ve tvaru prstence nebo
segmentu. Při zahřátí pístu mohou zabránit
tepelné roztažnosti nebo ji usměrňovat
v určitém směru.
Bimetalový účinek: Rozdílná roztažnost oceli a
lehkého kovu při působení tepla má za
následek zakřivení ocelového pásku zalitého
v pístu, což zase vede ke zvětšení průměru
pístu. Umístěním ocelového pásku do oblasti
nálitků pístního čepu se roztažnost usměrňuje
především ve směru osy pístního čepu, přitom
se téměř nemění průměr pístu ve směru tlaku
(kolmo k ose čepu). Oválným zpracováním pístu v oblasti nálitků pístního čepu se může
tepelná roztažnost vyrovnávat.
Skládaný píst: Používá se pro vysoce tepelně i mechanicky namáhané písty vysoce
přeplňovaných vznětových motorů. Ocelová koruna (dno) pístu je mechanicky spojena
s pláštěm pístu s drážkami pro kroužky a oky pro čep.
206
Olejem chlazený píst: U přeplňovaných
motorů se stále více používají písty
chlazené olejem.
Aby se zamezilo velkému tepelnému
zatížení (více než 250°C v drážce
prvního pístního kroužku) stříká se olej
buď na vnitřní povrch pístu, nebo je
v pístu odlitý chladící kanál, který je
přítokovým otvorem plněn olejem.
Pevnou tryskou uvnitř klikové skříně se
vstřikuje olej do přítokového otvoru.
Píst, který se pohybuje nahoru a dolů,
působí jako „šejkr“ a dopravuje olej až
do chladícího kanálu.
Ochrana kluzných ploch:
Díky ochranným vrstvám na kluzných plochách pístu (plášti) může být motor během rozběhu
více zatěžován, protože je sníženo tření. Při krátkodobé poruše mazání se v nouzovém chodu
zamezí zadření pístu.
Jako ochranné se používají tyto vrstvy: ● cínová vrstva
● olověná vrstva
● grafitová vrstva
● eloxovaná vrstva
● železná vrstva
Rozměrové třídění pístů:
Rozdíl v průměrech pístů mezi
dvěma výbrusy může
být i 0,5 mm.
Značení pístu:
Provádí se na dně pístu a značí se:
■ průměr pístu (největší průměr pláště)
■ montážní vůle – udává rozdíl mezi průměrem
válce a pístu v mm při teplotě 20°C
■ směr montáže – značí se u pístů
s vystředěnou osou pístního čepu. Tyto písty se
musí namontovat tak, aby osa pístního čepu byla
posunuta na tlakovou stranu pístu. Šipka ukazuje
ve směru jízdy. Šipka se někdy nahrazuje
označením „vpředu“ „FRONT“ nebo symbolem
klikové hřídele (u příčně montovaných motorů, nebo motorů umístěných vzadu).
207
Rozlišujeme:
Pístní kroužky:
● těsnící pístní kroužky (v horních drážkách pístu)
● stírací pístní krouřky (v spodních drážkách pístu)
Těsnící pístní kroužky – účel:
Stírací pístní kroužky – účel:
Materiál:
normální pístní kroužky:
silně namáhané pístní kroužky
- utěsnění pístu ve válci
- odvod tepla od pístu k chlazenému válci
- stírání přebytečného mazacího oleje ze stěn válce
- odvádění tohoto oleje do olejové jímky (vany)
- litina, tepelně zušlechtěná litina
- litina s modulárním (lobulárním) grafitem, vysoce
legovaná ocel
Ochranné vrstvy:
■ fosfát nebo cín – významně zlepšuje kluzné vlastnosti a usnadňuje záběh
■ molybden
- dobrou tepelnou vodivostí, vysokým bodem tání 2 620°C a dobrými
vlastnostmi při nouzovém chodu zabraňuje zadírání kroužků
■ chrom
- nanáší se galvanickým pokovováním, tyto kroužky odolávají především
korozi a opotřebení, používají se především jako první kroužky, které jsou
nejhůře mazány
Pro snížení třecího odporu se používá u dvoudobých motorů velmi často pouze jeden pístní
kroužek ve tvaru L, takzvaný L kroužek.
Zámek pístního kroužku:
Zámek je místo, kde je pístní kroužek rozříznutý.
Druhy zámků pístních kroužků:
208
Zásady montáže pístních kroužků:
- při nasazování jednotlivých pístních kroužků musí být dodrženo správné pořadí a poloha
kroužků. Strana kroužku s označením „TOP“ nebo „nahoře“ musí být otočena směrem ke dnu
pístu
- dodržení montážních vůlí:
- axiální vůle kroužku v drážce: 0,01 – 0,05 mm
- radiální vůle kroužku v drážce: 0,2 – 0,9 mm
- vůle kroužku v zámku: 0,05 mm na každých 10 mm
průměru válce
Volný pohyb kroužků v drážce pístu zabraňuje zapékání kroužků.
- axiální vůle kroužku v drážce: 0,15 mm
- maximální vůle po opotřebení:
- radiální vůle kroužku v drážce: 1 – 1,5 mm
- vůle kroužku v zámku: dvojnásobná proti montážní
Při velké vůli kroužky netěsní, motor ztrácí výkon a do spalovacího
prostoru proniká olej z klikové skříně – mluvíme pak o čerpacím
účinku pístních kroužků.
- jednotlivé zámky pístních kroužků nesmí být nad sebou,
ale pootočeny na obvodě pístu přibližně stejně proti sobě
(o 120°nebo o 180°podle počtu kroužků)
Příklady vůlí pístních kroužků:
209
Pístní čep:
Úkol: Spojuje píst a ojnici
Požadavky na pístní čep:
- malá hmotnost – aby se snížily setrvačné síly při rychlém
přímočarém pohybu jsou pístní čepy
opatřeny otvory
- vysoká mez únavy a houževnatost materiálu
- kvůli střídavému skokově se měnícímu
zatížení
- dobrá kvalita povrchu (broušení, lapování)
- kvůli malé vůli v nálitcích pístu a oku
ojnice
- velká tvrdost povrchové vrstvy
– pro snížení opotřebení při špatných
mazacích podmínkách
Konstrukční tvary pístních čepů:
a) čep s průběžným válcovým otvorem
(běžný tvar)
b) čep s kuželovitě rozšířenými konci otvoru
(pro snížení hmotnosti)
c) čep s otvorem uzavřeným uprostřed
d) čep s otvorem uzavřeným na jednom
z konců
(c,d – snížení ztrát při výměně obsahu válce u dvoudobých motorů)
Materiál: cementační a nitridační oceli
Uložení pístního čepu:
a) - pevně v nálitcích pístu a volně otočně v oku ojnice
b) - pevně v oku ojnice a volně otočně v nálitcích pístu
c) - volně otočně v pístu i v ojnici (plovoucí uložení)
ad c) Je to nejčastější způsob uložení pístního čepu.
Pístní čep je zajištěn pojistnými kroužky zasazenými
do drážek na vnějších okrajích nálitku pístu. Protože se hliníkové slitiny (materiál pístu)
teplem roztahují, není možno pístní čep zastudena volně zasunout do otvorů nálitků v pístu.
Volné uložení vzniká až při zahřátí pístu. Při montáži se píst ohřeje asi na 100°C ve vodě
(oleji asi na 80°C) nebo v elektrické peci.
Při montáži pístu s ojnicí je vždy třeba pečlivě dodržet návod daný výrobcem a styčné plochy
pístu a pístního čepu potřít motorovým olejem.
Pojistky pístních čepů: U plovoucího uložení pístního čepu v pístu zabraňují posunu pístního
čepu, který by mohl poškodit stěnu válce.
210
Jsou to radiálně pružné ocelové kroužky
(Seegerův pojistný kroužek, drátěný
rozpěrný pojistný kroužek), které se nasazují
do odpovídajících drážek nálitků pístu pro
pístní čep.Pro snadnější montáž mají
Seegerovy kroužky oka s otvory na montážní
kleště, u drátěných rozpěrných pojistných
kroužků jsou konce hákovitě ohnuté.
Úkol:
Ojnice:
- spojuje píst s klikovou hřídelí
- převádí přímočarý vratný pohyb pístu na otáčivý pohyb klikové hřídele
- přenáší sílu od tlaku plynů na dno pístu na klikovou hřídel a zde vytváří točivý
moment
Konstrukce:
1 – oko ojnice
2 – dřík ojnice
3 – hlava ojnice
Oko ojnice:
Prochází jím pístní čep. Je-li pístní čep v oku
ojnice otočný, je do oka zalisováno bronzové
pouzdro (slitina CuPbSn).V oku ojnice je
vyfrézována drážka pro zatékání oleje k mazání pístního čepu. Při pevném uložení pístního
čepu v oku ojnice (s přesahem) se provádí montáž s předehřátím oka ojnice na teplotu asi
300°C, případně se podchladí pístní čep (sněhem z CO2 nebo v mrazáku). Po smrštění oka je
spoj rozebíratelný jen velkou silou (lisem).
Dřík ojnice:
Spojuje oko ojnice s hlavou. Je namáhán na vzpěr. Pro zvýšení pevnosti ve vzpěru má průřez
nejčastěji ve tvaru písmene H. U některých motorů je dříkem ojnice podélně provrtán olejový
kanálek pro přívod oleje k mazání pístního čepu (tlakové mazání). Jinak je pístní čep mazán
rozstřikem přes olejový otvor.
Hlava ojnice:
Obepíná klikový čep (ojniční čep) klikové hřídele.
Provedení:
vcelku (s valivým ložiskem, dělená KH
dělená
rovné dělení
šikmé dělení – tam, kde
průměr hlavy ojnice překračuje průměr válce.
211
Vzájemná poloha odnímatelného víka a ojnice je zajištěna drážkami, nebo zuby, nebo lomem.
Při dělení trháním (lomem) jsou pak oba díly nezaměnitelné. Víko s ojnicí je spojeno
ocelovými šrouby. .Dělené hlavy jsou opatřeny děleným kluzným ložiskem. Pánve ložisek
jsou zajištěny proti posunutí a otočení přidržovacími výstupky.
Ložiska hlavy ojnice:
valivá
kluzná
ocelové pánve jsou vylity kompozicí (Sn, Zn, Sb, Cu)
olovnatý bronz (CuPbSn)
Materiál:
- legovaná ocel třídy 13, 14 kovaná v zápustkách
- legovaná prášková ocel – slinutý výkovek
- litina nebo temperovaná litina – odlévané
Speciální tvary ojnic:
Lichoběžníková ojnice: Dolní polovina oka ojnice, která musí zachytit vysoký tlak
při spalování, je širší, horní polovina je namáhána méně, zůstává užší. Vzniká tvar
lichoběžníku.
Šikmo dělená ojnice: Kvůli vysokým tlakům ve vznětových motorech musí být pata ojnice
často silnější, takže její rozměr překračuje průměr válce. Vyjmutí válcem je možné jen díky
šikmo dělené patě ojnice.
Nedělená ojnice: U dvoudobých jednoválcových motorů není pata ojnice často dělená, proto
se musí kliková hřídel skládat z jednotlivých částí. Místo kluzných ložisek lze použít valivá
ložiska.
Zásady montáže:
- v daném motoru montovány ojnice stejné hmotnosti (tolerance hmotností do 1%)
(motory střední obsahové třídy mo = 600g)
- rovnoběžnost os oka a hlavy ojnice (tolerance 0,02 – 0,04 mm na vzdálenost 100 mm)
- co nejmenší zkroucení ojnice (natočení os oka a hlavy ojnice nemá překračovat 0,04 mm
na vzdálenost 100 mm); při vyúhlování ojnic nejprve odstranit krut a pak ohyb
- vůle: - mezi pístním čepem a pouzdrem oka ojnice:
montážní: 0,03 mm; maximální: 0,10 mm
- v ložisku hlavy ojnice:
montážní: 0,05 mm; maximální po opotřebení: 0,15 mm
Účel:
Kliková hřídel:
- přijímá tlaky a síly rozpínajících se plynů a koná otáčivý pohyb
- uvádí do pohybu všechny pohyblivé mechanizmy motoru (rozvodové ústrojí,
elektrický generátor, olejové čerpadlo,…) a převodů
Konstrukce:
Zalomení = 1OČ + 2R + 2 .
1
HČ
2
Zdvih pístu: z = 2.r
Počet zalomení odpovídá
počtu válců motoru!
212
Každá kliková hřídel má v jedné
ose ležící hlavní čepy hřídele
pro uložení v klikové skříni
a klikové (ojniční) čepy pro
ložiska ojnic. Jednotlivé hlavní
čepy a klikové čepy jsou spolu
spojeny rameny kliky. Klikové
čepy a ramena kliky způsobují
nerovnoměrné rozložení
hmotnosti vzhledem k ose hřídele.
Tento nežádoucí vliv vyrovnávají
protizávaží na stranách ramen protilehlých klikovým čepům. Od hlavních čepů hřídele vedou
rameny klik otvory pro mazací olej ke klikovým čepům. Jeden z hlavních čepů hřídele má
opracované boční plochy. Na tomto čepu hřídele je kromě běžného radiálního ložiska i vodící
(axiální) ložisko pro vedení hřídele ve směru její osy. Toto kluzné ložisko zabraňuje například
posunutí klikové hřídele při sepnutí spojky. Krajní hlavní čepy klikové hřídele mají
odstřikovací kroužky nebo protichodné závity (labyrinty), často i těsnící hřídelové kroužky
GUFERA, které zabraňují úniku oleje z klikové skříně. Počet uložení klikové hřídele je roven
počtu hlavních čepů. Hlavní ložiska bývají větších průměrů než ojniční ložiska.
Klikové hřídele musí být staticky a dynamicky vyváženy.Vyvažování se provádí odstraněním
nevyváženosti, například odvrtáním části materiálu v příslušných vhodných místech (ramena
s vývažky).
Na straně odběru výkonu z klikové hřídele je upevněn setrvačník, na kterém je většinou
umístěna spojka. Na protilehlé straně klikové hřídele, tzv. volném konci, je obvykle umístěn
pohon rozvodu a příslušenství, tj. ozubené kolo (řetězové kolo nebo kolo pro ozubený řemen)
pohonu vačkové hřídele, případně i olejového čerpadla a rozdělovače, řemenice pohonu
čerpadla chladící kapaliny, generátoru proudu a případně tlumič torzních kmitů. Někdy může
být na předním konci klikové hřídele i zubová spojka roztáčecí kliky.
Namáhání:
- ohyb
- krut (vlivem torzních kmitů)
- třením (v místech ložisek)
Materiál:
- legované oceli
- nitridační oceli
- litina
Výroba:
Ocelové klikové hřídele se kovají v zápustce. Mají velkou pevnost
Lité klikové hřídele mají menší pevnost, ale dobré tlumení kmitání.
Druhy klikových hřídelů: - celistvé (pro dělená kluzná ložiska)
- dělené (pro valivá ložiska)
Ložiska klikových hřídelů: - axiální (určují axiální – osovou vůli KH)
- radiální (určují radiální vůli KH – kolmou na osu KH)
213
Tvar klikové hřídele je určen:
- počtem válců
- počtem ložisek klikové hřídele
- velikostí zdvihu
- uspořádáním válců
- pořadím zapalování
214
Ložiska klikové hřídele:
Ložiska klikové hřídele, nazývaná také hlavní ložiska, mají za úkol také podpírat a vést
klikovou hřídel v klikové skříni. Tření a opotřebení v ložiskách by mělo být co nejmenší.
Ložiska klikové hřídele jsou většinou dělená kluzná ložiska.
Ložisko se skládá z:
tělesa – to je součástí klikové skříně
víko – připevňuje se šrouby k tělesu
V tělese a víku ložiska je přesný otvor, do kterého se vkládají pánve ložiska. Všechny otvory
pro hlavní ložiska v klikové skříni musí být přesně souosé.
Proti posunutí a otočení jsou pánve
ložiska zajištěny výstupky. Jedno hlavní
ložisko klikové hřídele je pro axiální
vedení klikové hřídele provedeno jako
vodící ložisko s oboustranným
nákružkem.
Třívrstvá ložiska se skládají z ocelové
opěrné pánve (tloušťka 1,5 mm), tenké
nosné vrstvy z ložiskového kovu
(většinou slitina PbSnCu) o tloušťce
0,2 – 0,3 mm nanesené plátováním nebo
slinováním a vlastní kluzné vrstvy
z kovu s velmi dobrými třecími
vlastnostmi. I přes velmi malou tloušťku
kluzně vrstvy 0,012 – 0,020 mm by měla tato kluzná vrstva vydržet po celou dobu životnosti
motoru.
Podle druhu kluzné vrstvy rozlišujeme:
- galvanická ložiska – kluznou vrstvu (slitna PbSnCu) mají nanesenou galvanicky.Niklová
mezivrstva, jako dělící vrstva mezi kluznou a nosnou vrstvou, zabraňuje difůzi cínu z kluzné
vrstvy do nosné vrstvy. Používají se pro střední až vysoké zatížení.
- plazmová ložiska – při této technologii se pomocí paprsku elektronů na nosnou vrstvu
rozprašuje a nanáší kluzná vrstva z dávkovacího materiálu (např. AlSn20) ve velmi jemném
rozptýlení. Mezivrstva NiCr slouží jako pojivo mezi kluznou a nosnou vrstvou. Tato ložiska
mají vysokou odolnost proti otěru i při velmi velkém zatížení ložisek.
Vyvažovací hřídele:
Účel: Mají za úkol vyrovnávat setrvačné síly, které vyvíjejí součásti klikového mechanizmu
a které mohou vyvolat u motoru vibrace.
Setrvačné síly jako odstředivé síly
Vznikají na rotujících částech klikového mechanizmu a vyrovnávají se rovnoměrným
rozdělením zalomení klikové hřídele, protizávažími a pečlivým vyvážením. Pokud by nedošlo
k vyvážení, tak by se více zatížila ložiska klikové hřídele a motor by byl zatížen vibracemi.
Setrvačné síly posuvných částí klikového mechanizmu
Lze je vyrovnat podle typu a konstrukce motoru pouze nedokonale. Zatímco například
u šestiválcového řadového motoru se setrvačné síly pohyblivých částí klikového pohonu
vzájemně vyrovnávají uvnitř motoru, u čtyřválcových řadových motorů tomu tak není.Působí
zde setrvačné síly ve směru osy válce, které nemohou být odstraněny ani protizávažími.
215
Aby se tato nevýhoda odstranila, mohou být čtyřválcové řadové motory vybaveny dvojicí
vyrovnávacích hřídelí.
Vyvažovací hřídele jsou obvykle umístěny
v klikové skříni po stranách klikové hřídele.
Jsou určitým způsobem nevyváženy, přičemž
jejich setrvačné síly mají vůči nevyrovnaným
setrvačným silám klikového mechanizmu
opačnou orientaci.
Protože kmitání, které se musí tlumit, má
dvojnásobnou frekvenci oproti frekvenci
(otáčkám) klikové hřídele, musí mít vyvažovací
hřídele dvojnásobné otáčky klikové hřídele.
Jedna vyvažovací hřídel se vždy otáčí
ve stejném smyslu jako kliková hřídel a druhá
ve smyslu opačném. Tímto opatřením se dosahuje, že čtyřválcové řadové motory mají tak
klidný a tichý chod jako šestiválcové řadové motory.
Opravy klikových hřídelů:
Kontrola klikové hřídele:
Kontroluje se oválnost a házivost čepů klikové hřídele číselníkovým úchylkoměrem.
Rozměry čepů se měří mikrometrem.
Při opotřebení čepů se provádí:
a) výměna hřídelů i s pánvemi
za nové
b) přebroušení hlavních
a ojničních čepů na opravářské
rozměry na speciálních bruskách.
Odstupňování opravářských
rozměrů je po 0,25 mm.
Pro klikové hřídele, které byly
zbroušeny na předepsaný menší
opravárenský rozměr, dodává
výrobce odpovídající silnější
pánve ložisek. Zásadou pro
přebrušování je přebroušení
na co nejbližší opravářský
rozměr.
Pracovním rozměrem axiálních
pánví (ložisek) je jejich tloušťka.
216
Kontrola vůle radiálních ložisek:
Axiální vůle se měří listovými měrkami na vodícím ložisku nebo číselníkovým
úchylkoměrem.
Radiální vůle ložiska se může určit z měření rozměru ložisek dutinoměrem a čepů
mikrometrem nebo také plastovou tyčinkou, měrkou (Plastigage).
Plastová měrka Plastigage se položí
axiálně na čep klikového hřídele.
Víko ložiska se utáhne předepsaným
momentem a poté se sejme. Šíře
zploštěné měrky se porovnává
s kontrolní stupnicí, která je
vyznačena na obalu; např.
TYPE PG-1 ukazuje vůli ložiska
0,051 mm. Každé ložisko se musí
změřit samostatně. Platí: čím větší je
šířka plastické tyčinky, tím menší je
vůle.
Setrvačník:
Účel: - akumuluje pohybovou energii potřebnou k překonání pasivních zdvihů (významné
zejména u jednoválcových motorů)
- vyrovnává nerovnoměrnost běhu motoru (kolísání úhlové rychlosti)
- pomáhá při roztáčení motoru
Hmotu má soustředěnou ve věnci (na obvodu). Na svém obvodu má značky pro seřízení
motoru.
Materiál: litina, ocel
Upevnění setrvačníku ke klikové hřídeli:
šrouby k přírubě KH
nasazen na kuželový konec KH a zajištěn
maticí
Upevnění ozubeného věnce na setrvačníku:
nalisován (po nahřátí v oleji na 80°C)
našroubován
Po opotřebení zubů setrvačníku se může věnec otočit.
Před montáží je potřeba setrvačník staticky a dynamicky vyvážit (někdy se požaduje vyvážení
současně i s klikovou hřídelí.
217
218
Rozvodové ústrojí:
Rozvodové ústrojí má za úkol řídit výměnu obsahu válců, to je okamžiky otevření
a zavření rozvodových orgánů pro plnění válců vzduchem nebo směsí a odvádění
výfukových plynů
Účel:
Druhy:
1. Ventilové:
- SV
- OHV
2. Kanálové (pístové)
- dvoukanálové
- tříkanálové
- OHC
- IOE
- desmodromické
- s podvojným válcem
- s protiběžnými písty
3. Šoupátkové
4. Smíšené
- plášťové
- kanáloventilové
- rotační – válcové
- kuželové
Ventilové rozvody:
Rozvodovým orgánem jsou ventily. Tento rozvod je charakteristický pro čtyřdobé motory.
Protože pracovní cyklus trvá čtyři doby (zdvihy), to je dvě otáčky klikové
hřídele a za tuto dobu se ventily otevřou jen jednou, musí mít vačková hřídel
poloviční otáčky oproti klikové hřídeli motoru, od které je poháněna.
Převodový poměr mezi klikovou a vačkovou hřídelí:
i=
nKH 2
= =2
nVH 1
a) Ventilový rozvod s postranními (stojatými) ventily:
Rozvod SV (z angl. Side Valves):
Ventily jsou umístěny v bloku motoru z boku
a jsou ovládány zespoda vačkovou hřídelí,
která je také umístěna v bloku motoru. Kvůli
nevýhodnému tvaru spalovacího prostoru a
nemožnosti zvyšování kompresního poměru se
v automobilech již nepoužívají. Jedná se
o motor takzvaně spodový.
b) Ventilové rozvody s ventily
shora (visutými):
Ventily jsou umístěny (zavěšeny)
v hlavě válců a jsou ovládány shora. Motory jsou tzv. vrchové.
Vačková hřídel může být v bloku motoru, nebo v hlavě válců.
Podle umístění vačkové hřídele se jedná o tyto rozvody:
Rozvod OHV (z angl. Over Head Valves):
Ventily zavěšené v hlavě válců ovládá
prostřednictvím zdvihátek, ventilových tyček
a vahadel ventilů vačková hřídel umístěná v bloku
motoru, to je v bloku válců, nebo v klikové skříni.
219
Rozvod OHC (z angl. Over Head Camshaft):
V hlavě motoru umístěná vačková hřídel ovládá ventily přímo
nebo pomocí vahadel.
Rozvod DOHC (z angl. Double Over Head Camshaft):
Dvě vačkové hřídele v hlavě válců ovládají ventily, obvykle
jedna sací, druhá výfukové. Používá se i označení Twin Cam
(TC) nebo 2 x OHC.
Jednotlivé části ventilového rozvodu:
Ventily:
Druhy :
sací
výfukové
Průměry talířů ventilů a velikost zdvihu ventilů musí být tak
velké, aby výměna obsahu válců mohla probíhat s malými
průtokovými odpory, pokud možno bez překážek. Výfukový
ventil má často menší průměr než sací ventil, protože rychlé
vyprázdnění spalovacího prostoru zaručuje vysoký tlak
výfukových plynů při otevření výfukového ventilu.
Víceventilová technika: Aby se výměna obsahu válců ještě zlepšila, jsou často motory
vybaveny dvěma nebo třemi sacími ventily a jedním nebo dvěma výfukovými ventily.
Motor se třemi ventily na válec:
Proti dvěma menším sacím ventilům je jeden větší výfukový
ventil. Pokud není možná středová poloha zapalovací svíčky,
používá se zdvojené zapalování s bočně umístěnými
zapalovacími svíčkami. Dosahuje se tím lepšího prohoření směsi
v blízkosti hrany pístu a u přechodu mezi dnem pístu a prvním
pístním kroužkem. Ventily ovládá jedna společná vačková hřídel
nebo dvě samostatné.
220
Motor se čtyřmi ventily na válec:
Jsou to nejčastěji vyráběné motory s více ventily.
Dva větší sací ventily jsou proti dvěma menším
výfukovým ventilům. Zapalovací svíčka může být
umístěna téměř centricky. Sací
i výfukové ventily ovládají obvykle dvě
samostatné vačkové hřídele.
Motor s pěti ventily na válec:
Tři sací a dva výfukové ventily poskytují maximální průtokový
průřez a nejlepší využití povrchu spalovacího prostoru.
Zapalovací svíčka může být většinou umístěna centricky. Jedna
vačková hřídel ovládá sací ventily a druhá výfukové ventily.
Konstrukce:
Skládá se z talíře ventilu a dříku ventilu. Talíř ventilu musí ve spojení se
sedlem ventilu plynotěsně uzavírat v hlavě válců spalovací prostor a je proto
přesně obroben soustružením a broušením. Konec dříku ventilu má jeden
zápich, popřípadě jednu nebo více drážek, do kterých zapadají upevňovací
klíny ventilu. Upevňovací klíny přenášejí vratnou sílu ventilové pružiny
na ventil.
Namáhání: Ventily jsou vystaveny velmi silnému mechanickému, tepelnému i chemickému
namáhání. Jsou během jedné minuty až 3000-krát vačkami otevřeny a pružinami ventilů
opět vráceny na sedla ventilů. Dřík (stopka) ventilu je namáhaný na tah a tlak, talíř ventilu
na ohyb.
Sací ventily:
Jsou většinou vyrobeny z jednoho kovu. Pro snížení opotřebení
může být sedlo ventilu, dřík ventilu, zápich pro upevňovací klín
a plocha (čelo) na konci dříku tepelně opracované, tvrzené (kalené).
Sací ventily jsou neustále ochlazovány čerstvým vzduchem nebo
směsí, přesto jejich teplota může dosáhnout až 500°C.
30°
α
45°
š u OA = (1,5 – 2) mm
Užší sedlo Široké sedlo -
lépe těsní
rychleji se zaklepává
lépe odvádí teplo
221
Materiál: chromová ocel
Výfukové ventily:
Musí těsnit i za vysokých teplot (teplota výfukových
plynů až 800°C u talíře ventilu). U výfukových ventilů
je důležité dobré chlazení. Proto mívají větší šířku sedla
než ventily sací.
š u OA = (2 – 2,5) mm
Materiál: ocel legovaná Ni, Cr, W
Bimetalový ventil:
Na talíř ventilu a spodní část přechodu talíře do dříku ventilu, které jsou nejvíce vystaveny
působení výfukových plynů a nejhůře chlazeny, se používá teplu odolná (žáruvzdorná) ocel,
odolná i vůči korozi a tvorbě okují. Tyto oceli však nejsou kalitelné, mají špatné kluzné
vlastnosti, mají sklon k zadření ve vedení ventilů a mají špatnou tepelnou vodivost. Horní část
dříku je proto z kalitelné oceli s dobrou tepelnou vodivostí, zaručující co největší přestup
tepla do vedení ventilu v chlazené hlavě. Obě části se svařují na „tupo“ například svařováním
třením.
Duté ventily:
Většinou se používají jako výfukové ventily pro zlepšení odvodu tepla.
Jejich dutina je až z 60% vyplněna sodíkem. Sodík se taví při 97°C a
má dobrou tepelnou vodivost. Smýkáním kapalného sodíku sem a tam
se rychleji odvádí teplo od talíře ventilu k dříku ventilu, a tím se snižuje
teplota talíře ventilu asi o 100°C.
Na sedle talíře ventilu jsou často ventily opatřeny vrstvou vhodného
materiálu (pancéřované ventily) např. slinutého karbidu, který snižuje
opotřebení a tlumí rázy při dosedání ventilu
do sedla ventilu v hlavě válce.
Vůle ventilů: Zajišťuje za každého provozního
stavu motoru (motor teplý nebo studený) to,
že ventily se budou s jistotou zavírat.
Všechny části motoru se podle nárůstu teploty a
podle materiálu, z kterého jsou vyrobeny, více či
méně roztahují. Kromě toho dochází na styčných
místech přenosu sil v rozvodu motoru ke
změnám délek, které jsou způsobeny
opotřebením.
Protože tato vůle je příčinou rázů v rozvodu a s tím
souvisejícího hluku, používají se v rozvodovém
mechanizmu díly, které umožňují samočinné
vymezování vůle hydraulickou cestou (hydraulická
zdvihátka).
Vůle ventilů je u studeného motoru zpravidla větší než
u teplého motoru. Vůle výfukových ventilů je obvykle
větší než u sacích ventilů, protože se více zahřívají.
Nastavení správné vůle ventilů se liší podle druhu
motoru a konkrétního motoru. Může být předepsaná pro studený nebo teplý motor, pro stojící
222
nebo pomalu běžící motor. Podle údajů výrobce činí vůle ventilů asi 0,1 – 0,3 mm. Měří se
spárovými měrkami.
Hydraulické vyrovnávání vůle ventilů:
U některých motorů se nemusí už dnes provádět nastavování ventilové vůle. Tyto motory jsou
vybaveny hydraulickým vyrovnáváním vůle ventilů.
Vůle ventilů se trvale vymezuje změnou délky některé vhodné části rozvodového
mechanizmu, obvykle zdvihátka, hydraulicky ovládaným teleskopickým prvkem. Tyto prvky
jsou ovládány tlakovým olejem mazací soustavy motoru. Vůle ventilů se u běžícího motoru
udržuje na nule.
Hrníčkové zdvihátko s hydraulickým vymezováním vůle, ovládané vačkovou hřídelí
v hlavě válců, působící přímo na ventil:
Hydraulické hrníčkové zdvihátko je připojeno k mazací
soustavě motoru. Přívod oleje je veden bočním otvorem
ve zdvihátku vedoucím do prostoru válce zdvihátka ventilu
a dále je olej veden drážkou ve dně zdvihátka do prostoru
nad pístkem.
Činnost:
a) zavírání ventilu:
Úběžná strana vačky sjíždí ze zdvihátka. Pružina tlačí pístek
nahoru, dokud nedolehne hrníčkové zdvihátko na bok,
popřípadě základní kružnici vačky. Vlivem zvětšení prostoru
pod pístkem proudí olej ze zásobníku přes kuličkový ventil
do pracovního prostoru vymezovacího prvku.
b) otevírání ventilu:
Náběžná strana vačky najíždí na zdvihátko. Pístek
vymezovacího prvku je zatížen, kuličkový ventil se zavírá
a náplň oleje v pracovním prostoru prvku působí jako „pevné spojení“ a zdvihátko otvírá sací
nebo výfukový ventil. Kruhovou štěrbinou mezi pístkem a pouzdrem může unikat přebytečný
olej, např. při tepelné roztažnosti částí rozvodového mechanizmu.
Vedení ventilů (vodítka ventilů):
Jedná se o speciální pouzdra, zalisovaná do hlav válců s dobrými kluznými vlastnostmi,
ve kterých se při otevírání a zavírání ventilu pohybuje dřík ventilu.
Provedení:
odvrtána přímo v hlavě (materiál hlavy= materiál vodítka) u litin. hlav
zalisována v hlavě (vyrobena odléváním z hliníkového bronzu nebo litiny)
Uložení dříku ventilu ve vedení ventilu musí být takové, aby zajišťovalo dostatečné mazání
ve vedení ventilu, avšak musí zabránit tomu, aby se nedostal motorový olej vedením ventilů
do sacího nebo výfukového kanálu, což by mělo za následek vyšší spotřebu oleje, usazování
karbonu na dříku ventilu, popřípadě zhoršení činnosti katalyzátoru.
223
Zařízení pro pootáčení ventilu:
U rychloběžných spalovacích motorů může být
pod miskami pružin umístěno zařízení
pro pootáčení ventilu za provozu. Toto zařízení
omezuje nerovnoměrné zahřívání a deformaci talíře
ventilu a usazování zbytků po spalování na talíři0
a sedle ventilu, především výfukového.
Při otevírání ventilu se jedna talířová pružina, která
je umístěna pod ventilovou pružinou, stoupajícím
napětím zplošťuje. Talířová pružina přitom tlačí
na kuličky umístěné po obvodě. Talířová pružina
nutí kuličky odvalovat se na jejich nakloněných
drahách a sama se odvaluje po kuličkách. Tím se
ventil při každém otevíracím zdvihu o něco pootočí.
Když se ventil zavírá, tak jsou kuličky malými
tlačnými pružinami zatlačovány zpět do svých
výchozích pozic, aniž by přitom pootáčely zpět
talířovými pružinami a ventilem.
Sedla ventilů v hlavách válců:
Jsou to prstence ve tvaru mezikruží, zalisované do hlav z hliníkových slitin (někdy
i litinových) za účelem zvýšení pevnosti dosedacích ploch pro talíře ventilů. Jejich materiál
musí být teplu odolný (žáruvzdorný), odolný proti opotřebení a tvorbě okují.
Materiál: - vysoce legovaná ocel
- litina
Do hlavy válců jsou vkládána s přesahem
lisováním zatepla (ohřátá hlava, podchlazené
sedlo).
Mají obvykle stejný vrcholový úhel kuželovité
dosedací plochy jako talíř ventilu, obvykle 45°.
Pro zlepšení proudění a omezení šířky sedel
ventilů se často provádí přechody kuželovými
plochami s úhly 15°a 75°. S ohledem na požadovanou těsnost nesmí být šířka dosedací plochy
sedla příliš velká. U sacího ventilu bývá 1,5 mm, u výfukového 2 mm, čímž se zlepšuje
odvod tepla.
Pružiny ventilů:
Musí na konci sání a výfuku spolehlivě zavřít ventily. Používají se vinuté pružiny.
Při vysokých otáčkách motoru se může blížit frekvence rozvodového mechanizmu vlastní
frekvenci pružiny a tím hrozí zlomení pružiny. Zlomením pružiny může u visutých ventilů
zapadnout ventil do spalovacího prostoru a tím způsobit vážné poškození motoru.
224
Způsoby omezení výrazného kmitání pružin:
- proměnné stoupání
- proměnný průměr drátu
- proměnný průměr pružiny (kuželovitá)
Často se používají pro jeden ventil dvě ventilové pružiny zasunuté do sebe, čímž se zabrání
při zlomení jedné z pružin spadnutí ventilu do spalovacího prostoru.
Vačková hřídel:
Zajišťuje zdvihový pohyb ventilů ve správný okamžik a ve správném pořadí a umožňuje
jejich zavření ventilovými pružinami.
Tvary vaček: určují dobu otevření, zdvih ventilu a
průběh jeho otvírání a zavírání.
a) Špičatá (vejčitá) vačka: - ventil se pomalu
otevírá a zavírá, plně otevřený zůstává pouze
po krátkou dobu
b) Strmá (ostrá) vačka: - ventil se otevírá a zavírá
rychle a plně otevřený zůstává po delší dobu
Nesymetrická vačka: Plošší náběžná hrana na vačce způsobuje pomalejší otevírání, strmější
úběžná hrana způsobuje delší trvání otevření ventilu a jeho rychlé zavření.
Výroba: - odléváním do kokil
Materiál: - legovaná litina
- cementační ocel (skládaná VH)
Uložení: - v bloku válců (OHV)
- v ložiscích v hlavě válců (OHC)
- v samostatné vačkové skříni, upevněné na hlavě válců (OHC)
Pohon vačkové hřídele:
- ozubenými koly s ozubeným řemenem
- čelními koly s šikmým ozubením (většinou u nákladních automobilů)
- řetězovými koly s válečkovým řetězem
- rozvodovou (královskou) hřídelí s kuželovými ozubenými koly
Pohon ozubeným řemenem:
Používá se většinou ozubený řemen ze
zpevněného plastu.Tažná část ve vnější části
řemene je vyztužena vložkou
z tkaniny (kordu) ze skelného vlákna,
přenášející tažné síly a omezující roztažnost.
Bočnímu sklouznutí ozubeného řemene brání
vodící plochy na ozubených kolech.
225
Pohon čelními koly:
Používá se zejména tehdy, je-li vačková hřídel umístěná v bloku motoru (rozvod OHV).
Zdvihový pohyb je přenášen zdvihátky a zdvihacími tyčkami z vaček vačkové hřídele
na vahadla ovládající ventily. Pro snížení hlučnosti se používají čelní ozubená kola se šikmým
ozubením.
Pohon článkovým řetězem:
Používá se zejména tehdy, pokud je nutno přenášet
větší síly a požaduje se přesně dodržovat časování
rozvodu. Potřebného konstantního napětí řetězu se
dosahuje stavitelným nebo samočinným napínákem
řetězu. Řetěz je obvykle dvouřadý nebo třířadý,
výjimečně i jednořadý (jednoduchý).
Aby se tlumila hlučnost a kmitání řetězu, je řetěz
veden, zejména v odlehčené části, ve vodících
lištách z plastu a řetězové kolo klikové hřídele
může být s pryžovou vložkou.
Vahadla:
Pokud nejsou ventily přímo, případně
prostřednictvím hrníčkových zdvihátek, ovládány
vačkovou hřídelí, používají se vahadla.
Druhy:
jednoramenné
dvouramenné
Jednoramenné vahadlo:
Je to páka, opřená na jednom svém konci o kulový čep. Na druhém konci přenáší vahadlo
zdvihový pohyb vačky na ventil. Tření mezi vačkou a vahadlem se může podstatně snížit
použitím jednoramenného vahadla s kladkou.
Dvouramenné vahadlo:
Je páka dvouramenná, uložená přibližně uprostřed na pevném čepu.Vačková hřídel působí
přimo nebo prostřednictvím ventilových tyček na jedné straně vahadla, které převádí
zdvihový pohyb na druhé straně na dřík ventilu. Tření mezi vačkou a vahadlem se může,
podobně jako u jednoramenného vahadla, podstatně snížit kladkou, uloženou na vahadle
v jehlovém ložisku.
226
Zdvihací tyčky:
Přenášejí u rozvodu OHV pohyb ze zdvihátek na vahadla ventilů. Jsou vyrobeny z trubek,
na kterých jsou na obou koncích zalisovány cementované koncovky – dolní půlkulová, opírá
se o zdvihátko; horní miskovitá, zapadá do ní kulovitá hlava seřizovacího šroubu vahadel.
Někdy prochází dutou zdvihací tyčkou mazací olej pro mazání rozvodového ústrojí v hlavě
válce. U motorů traktorů bývají na zdvihacích tyčkách někdy nákružky pro dekompresor.
Dekompresor:
Ulehčuje protáčení klikové hřídele při roztáčení (startu) vznětového motoru tím, že částečně
nebo úplně odstraňuje kompresi ve válcích nadzvednutím ventilů ze sedel a to buď sacích
nebo výfukových popřípadě obojích
Čepy vahadel:
Kolem nich se dvojramenná vahadla natáčí. Jsou duté, často průběžné pro několik vahadel.
Na povrchu čepu jsou obvodové drážky pro nasazení pojistných kroužků, které zabraňují
axiálnímu posuvu vahadel.
Kozlíky čepů vahadel:
Nesou čepy vahadel a jsou přišroubovány k horní části hlavy válců.
Rozvodová kola:
Pohánějí vačkovou hřídel a všechny součásti rozvodového
ústrojí. Pro správné sesazení vačkové a klikové hřídele
bývají značena.
n
Převod:
i = KH = 2 ( pro čtyřdobé motory )
nVH
Ozubená kola mají pro tišší chod šikmé ozubení.
Materiál: ocel třídy 11 – kolo většího φ
ocel třídy 13,14 – kolo menšího φ
Pohon vačkového hřídele je zpravidla řešen od předního konce klikové hřídele
Hlavní části ventilového rozvodu, tak jak jdou za sebou jsou (pro rozvod OHV):
rozvodová kola, vačková hřídel, zdvihátka, zdvihací tyčky, vahadla, úplné ventily
s příslušenstvím, dekompresor
Časovací diagram rozvodu:
Je to kruhový diagram, který
znázorňuje okamžiky otvírání
a zavírání ventilů v závislosti
na okamžité poloze (úhlu
pootočení) klikové hřídele.
Konkrétní hodnoty úhlů
otvírání a zavírání ventilů
jsou dány výrobcem motoru.
227
Nastavení rozvodu:
Po demontáži se při zpětné montáži
musí rozvod sestavit tak, aby odpovídal
časovacímu diagramu.
podle značek na rozvod. kolech.
úhlovacím kotoučem
Nastavení pomocí dělícího kotouče:
1. Píst prvního válce se nastaví do HÚ mezi (pomocí indikátoru)
2. Na klikový hřídel se nasadí úhlovací kotouč
3. Proti 0 uhlovacího kotouče se udělá ryska na bloku motoru
4. Kliková hřídel se natočí do polohy, kdy se má otevírat sací ventil prvního válce (počet
stupňů před HÚ se odečte z časovacího diagramu). Na uhlovacím kotouči bude právě tolik
stupňů před značkou na bloku motoru
5. Vačkovou hřídelí natočíme do polohy, kdy se právě začíná otevírat SV prvního válce (jde
s ním volně otočit, protože talíř ventilu už nedře třením v sedle)
6. Sesadí se rozvodová kola
7. Otvírání dalších ventilů je již dáno samotnou vačkovou hřídelí
Variabilní rozvody:
Jsou to rozvody u kterých se může celková doba otevření ventilu uvedená ve stupních
pootočení klikové hřídele za chodu motoru měnit podle otáček motoru. Lze tím zlepšit
plnění válců ve velkém rozsahu otáček motoru.
U motorů s obvyklým ovládáním ventilů je plnění válců optimální akorát v oblasti otáček
motoru, které odpovídají největšímu točivého momentu a motor vydává největší tažnou sílu.
Při dalším zvyšování otáček motoru se sice výkon motoru zvětšuje až na maximální hodnotu,
ale točivý moment se pro zhoršené plnění válců snižuje. Nechá-li se co možná nejdéle
otevřený sací ventil, zlepší se plnění válců při vysokých otáčkách motoru. Při nízkých
otáčkách motoru dochází vzhledem k velkému překrytí ventilů k nepravidelnému chodu
motoru a velkým ztrátám při výměně obsahu válců. To vede ke snížení výkonu motoru
228
a vysokému podílu škodlivin ve výfukových plynech.
Rozlišujeme následující systémy variabilních rozvodů: - variabilní ovládání vačkové hřídele
- variabilní ovládání ventilů
Variabilní ovládání vačkové hřídele
Mění polohu vačkové hřídele sacích
ventilů vůči vačkové hřídeli
výfukových ventilů, čímž se mění
okamžiky otevření a zavření sacích
ventilů a překrytí ventilů v určitých
oblastech otáček. Regulace je
obvykle dvoustupňová, to je mezi
dvěma stavy. Doba otevření ventilů a
zdvih ventilů zůstávají nezměněné.
Řídící veličina jsou otáčky motoru,
korekčními veličinami mohou být
zatížení motoru a teplota motoru
Činnost:
a) Oblast chodu naprázdno (volnoběhu) a nízkých otáček (do 2000 ot/min):
Otvírání sacích ventilů je opožděno. Vačková hřídel se opožďuje za otáčením klikové
hřídele. Překrytí ventilů je zmenšeno. Množství výfukových zplodin vytlačených
do sání a jejich zpětné nasátí je sníženo ꞊˃ zlepšuje se průběh spalování, zvyšuje se točivý
moment.
b) Oblast středních a vyšších otáček (2000 – 5000 ot/min):
Vačková hřídel předbíhá klikovou hřídel a otvírání sacích ventilů je uspíšeno. Překrytí
ventilů se zvětšuje. S ohledem na malou rychlost proudění čerstvých plynů proniknou
výfukové plyny do sání, ale odtud jsou při sacím zdvihu nasávány zpět do válců ꞊˃ nastává
vnitřní recirkulace výfukových plynů, která snižuje teplotu při spalování a podíl NOX
ve výfukových plynech.
V kompresi se sací ventily zavírají dříve, a písty které jdou nahoru, nevytlačují zpět do sání
žádný vzduch nebo směs ꞊˃ zvýší se kompresní tlak a výkon motoru.
Okamžik změny časování, přepnutí z „později“ na „dříve“ závisí na otáčkách motoru, teplotě
motoru a jeho zatížení.
c) Vysoké otáčky (nad 5000 ot/min):
Vačková hřídel se opožďuje za otáčením klikové hřídele. Sací ventily se zavírají daleko
za DÚ. Vzhledem k vysoké rychlosti proudění v sání proudí vzduch nebo směs do válce
i přesto, že se již píst pohybuje nahoru (kompresní zdvih).Tento efekt přeplňování zlepšuje
plnění válců a zvyšuje výkon motoru.
1) stavitelným napínákem řetězu
(VarioCam):
Přímo od klikové hřídele je poháněna
vačková hřídel výfukových ventilů, jejíž
časování je neproměnné. Vačková hřídel
výfukových ventilů pohání řetězovým
převodem s napínákem vačkovou hřídel
sacích ventilů.
229
Hydraulickým ovládáním nastavení polohy
napínáku řetězu se natáčí sací vačková hřídel
vůči výfukové vačkové hřídeli.
Napínák v horní poloze: Toto je základní
poloha. Ovládacím vedením A je veden
do napínáku řetězu tlakový olej z mazací
soustavy motoru. Napínák je v horní poloze a
sací vačková hřídel v poloze „později“.
Napínák ve spodní poloze: Ovládací vedení A
napínáku se uzavře nastavovacím pístem,
šoupátkem. Tlakový olej je nyní přiváděn ovládacím vedením B do napínáku, který se posune
do spodní polohy. Dolní větev řetězu se prodlouží, horní zkrátí a sací vačková hřídel se
pootočí ve směru „dříve“.
2) hydraulicko – mechanickým nastavovačem
(Vanos):
U tohoto systému se natáčí vačková hřídel sacích
ventilů vůči svému rozvodovému kolu.
Systém se skládá z následujících částí:
- hydraulická nastavovací jednotka
- mechanická nastavovací jednotka
- magnetický ventil pro hydraulické nastavení
Magnetický ventil je ovládán v závislosti na
otáčkách motoru. Šoupátko ventilu se přestavuje
podle potřeby doleva nebo doprava.Axiální pohyb
pístu v hydraulické nastavovací jednotce vyvolá
v mechanické nastavovací jednotce šikmým
ozubením přestavění vačkové hřídele ve směru
„dříve“ nebo „později“.
Činnost:
Přestavění vačkové hřídele ve směru
„dříve“:
Při tomto nastavení se tlakový olej
z mazací soustavy motoru vede kanálem
„dříve“ a píst v hydraulické nastavovací
jednotce se axiálně posune. Ozubené
kolo, které je na pístu uloženo otočně,
pootáčí sací vačkovou hřídel oproti
řetězovému kolu ve směru „dříve“.
Přestavení vačkové hřídele ve směru
„později“:
Šoupátko elektromagnetického řídícího ventilu se přesunuje na základě pokynů řídící
jednotky motoru tak , že tlakový olej se vede kanálem „později“. Tlak oleje působí
na opačnou stranu pístu hydraulické nastavovací jednotky a píst se posouvá na opačnou
stranu. Prostřednictvím mechanické nastavovací jednotky pootáčí sací vačkovou hřídel
směrem „později“.
230
Dvojitý systém Vanos:
U tohoto systému se nepootáčí pouze vačková hřídel sacích ventilů, ale také vačková hřídel
výfukových ventilů a to vůči svým rozvodovým kolům.
Variabilní ovládání ventilů:
U tohoto způsobu se podle provozního stavu motoru mění - okamžik otevření ventilů
- úhel otevření ventilů
- zdvih ventilů
Ovládání ventilů ovlivňují:
- otáčky motoru
- zatížení motoru
- rychlost jízdy
- teplota chladící kapaliny
Konstrukce a činnost:
U variabilního ovládání ventilů jsou jak na
straně sání, tak na straně výfuku použita tři
vahadla. Každé vahadlo je ovládáno zvláštní
vačkou.
Krajní vačky ovládají primární a sekundární
vahadla a přes ně ventily při nízkých
a středních otáčkách motoru. Prostřední
vačka ovládá ventil přes střední vahadlo
a řídí otvírání a zavírání ventilů při vysokých
otáčkách motoru.
Ovládání ventilů při nízkých otáčkách:
Primární, sekundární a prostřední vahadlo
jsou uvolněné. Vratná pružina
v sekundárním vahadle udržuje obě
přesuvné západky A a B v odblokované
poloze.Ventily jsou ovládané jen
primárním a sekundárním vahadlem. Zdvih
ventilu je malý a úhel otevření ventilu
menší.
Ovládání ventilů při vysokých otáčkách:
V okamžiku přepnutí se otevře
elektromagnetický ventil podle povelů řídící
jednotky motoru a tlak motorového oleje
působí na přesuvnou západku A. Tím se
obě přesuvné západky A a B posunou proti
síle vratné pružiny doprava a spojí všechna
tři vahadla. Ventily jsou v této poloze
ovládány jen střední vačkou
231
s největším zdvihem a nejdelší dobou otevření ventilů. Primární a sekundární vačky běží
naprázdno, protože se nedotýkají spojeného vahadla.
Pístové rozvody:
Používají se u dvoudobých motorů.
Druhy:
Dvoukanálový rozvod:
Píst obsluhuje jen kanál přepouštěcí
a výfukový. Sání se ovládá samočinným
ventilem nebo šoupátkem. Sem patří i motory
s přeplňováním, u kterých pístové nebo rotační
dmychadlo dodává směs přímo do válce
vyplachovacím kanálem.
Tříkanálový rozvod:
Píst obsluhuje všechny tři kanály – sací,
přepouštěcí, výfukový.
Vyplachování:
příčné: přepouštěcí a výfukový kanál jsou
protilehlé. Píst má nálitek (deflektor), který usměrňuje proud zápalné směsi k hlavě
a nedovolí, aby směs unikala do výfuku.
Vratné: přepouštěcí kanály jsou dva a vyúsťují ve směru tečny k obvodu pístu. Toto
uspořádání umožňuje, že zápalná směs postupuje podél stěny vzhůru do hlavy, obrací se dolů
a přitom před sebou postupně vytlačuje výfukové plyny do výfukových kanálů.
S protiběžnými písty:
Vzduch, popřípadě zápalná směs se přivádí do spalovacího prostoru řadou otvorů, umístěných
po obvodu na jednom konci válce, posupuje válcem v jednom směru a přitom vytlačuje před
sebou výfukové plyny. Spodní píst ovládá vyplachovací kanály a horní ovládá výfukové
kanály.
Vyplachování:
Souproudé: čerstvá přepuštěná směs postupuje v ose válce a vytlačuje před sebou zplodiny
hoření směrem k výfukovým kanálům.
S podvojnými válci:
Jedná se o zvláštní provedení příčného vyplachování. Motor má dva válce a společný
spalovací prostor. První píst ve směru otáčení klikové hřídele předbíhá při průchodu DÚ i HÚ
druhý píst. Předbíhání pístu umožňuje společná rozvidlená ojnice. Dvoupístový motor má
nesouměrné časování rozvodu (kanály se otvírají a zavírají v rozdílných úhlech vzhledem
k úvratím pístu.
Šoupátkové rozvody:
Jsou vhodné pro čtyřdobé motory,
ale mohou se uplatnit i u některých
dvoudobých motorů. Jejich výhodou je
dobré plnění válce, lepší objemová
účinnost, vyšší kompresní poměr,
nevýhodou horší přestup tepla z pístu
do válce, obtížné mazání šoupátek.
232