VYSOKÉ U ENÍ TECHNICKÉ V BRN BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY
FAKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ ÚSTAV AUTOMOBILNÍHO A DOPRAVNÍHO INŽENÝRSTVÍ FACULTY OF MECHANICAL ENGINEERING INSTITUTE OF AUTOMOTIVE ENGINEERING
SOU ASNÝ STAV A VÝVOJ V KONSTRUKCI MOTOR PRO NÁKLADNÍ AUTOMOBILY
THE PRESENT STATE AND DEVELOPMENT TRENDS OF UTILITY VEHICLE ENGINES
BAKALÁ SKÁ PRÁCE BACHELOR’S THESIS
AUTOR PRÁCE
OND EJ HOLBÍK
VEDOUCÍ PRÁCE
ING. JAROSLAV RAUSCHER,CSc
AUTHOR
SUPERVISOR BRNO 2008
2
3
4
ABSTRAKT Tato práce uvádí p ehled konstruk ních ešení, výkonových parametr a vývojových tendencí v oblasti motor pro nákladní automobily. V první ásti práce je pojednáno o vzn tovém motoru a jeho ástech. Následují tabulkov uvedeny parametry motor jednotlivých výrobc a v záv re né ásti se zpráva zam uje na možný vývoj a perspektivy vzn tových motor v budoucnosti.
KLÍ OVÁ SLOVA Vzn tový motor, konstrukce, nákladní automobil, vst ikování paliva, biopaliva, spot eba pohonných hmot, emise výfukových plyn .
ABSTRACT This thesis focuses on design solutions, engine power parameters and development tendencies of utility vehicles engines. The first part describes compression-ignition engine and its main parts. This is followed by second part that contains tables with engine data and the last part of thesis speaks about the possible development of utility vehicle engines and its perspectives in future.
KEY WORDS Compression-ignition engine, construction, utility vehicle, fuel injection, biofuel, fuel consumption, emissions of exhaust gas.
BIBLIOGRAFICKÁ CITACE HOLBÍK, O. Sou asný stav a vývoj v konstrukci motor pro nákladní automobily . Brno: Vysoké u ení technické v Brn , Fakulta strojního inženýrství, 2008. 87 s. Vedoucí bakalá ské práce Ing. Jaroslav Rauscher, CSc.
5
6
ESTNÉ PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že jsem bakalá skou práci Sou asný stav a vývoj v konstrukci motor pro nákladní automobily vypracoval samostatn pod vedením Ing. Jaroslava Rauschera, CSc. a uvedl v seznamu literatury všechny použité literární a odborné zdroje. V Brn dne 15. kv tna 2008
______________________________ vlastnoru ní podpis autora
7
8
POD KOVÁNÍ Na tomto míst bych rád pod koval Ing. Jaroslavu Rauscherovi, CSc. za odborné vedení této bakalá ské práce, užite né a cenné rady, které pomohly k jejímu vypracování.
9
10
Obsah Úvod (historie vzniku spalovacího motoru)
13
1.Vzn tový motor 1.1.Princip 1.2. Hlavní mechanické ásti motoru 1.2.1.Pohyblivé ásti motoru 1.2.1.1.Píst 1.2.1.2.Ojnice 1.2.1.3.Klikový h ídel 1.2.1.4.Setrva ník 1.2.1.5.Vyvažovací h ídel 1.2.1.6.Va kový h ídel 1.2.1.7.Turbodmychadlo a p epl ování 1.2.2.Nepohyblivé (stacionární) ásti motoru 1.2.2.1.Horní víko motoru 1.2.2.2.Hlava válc 1.2.2.3.Blok motoru 1.2.2.3.1.Blok motoru chlazeného kapalinou 1.2.2.3.2.Blok motoru chlazeného vzduchem 1.2.2.4.Kliková sk í 1.2.2.5.Spodní víko motoru 1.3.Ventilové rozvody motoru 1.4.Konstruk ní ešení a uspo ádání motoru
15 15 18 19 19 20 21 22 22 23 23 25 25 26 26 26 26 27 27 28 29
2.P ehled konstruk ních ešení, výkonových a ekonomických parametr motor jednotlivých výrobc 2.1.DAF trucks N.V. 2.2.Iveco 2.3.MAN Nutzfahrzeuge A.G. 2.4.Mercedes Benz 2.5.Renault 2.6.Scania 2.7.Tatra 2.8.Tedom 2.9.Volvo 2.10.Ekonomické parametry motor 3.Hlavní vývojové tendence 3.1.Snižování emisí výfukových plyn 3.1.1.Technologie EGR 3.1.2.Technologie SCR
30 30 33 36 41 45 48 54 57 58 62 65 66 68 69
3.2.Vst ikování motor 3.2.1.Vst ikovací erpadla 3.2.1.1. adové vst ikovací erpadlo 3.2.1.2.Rota ní vst ikovací erpadlo 3.2.2.Vst ikova e 3.2.3.EDC 3.2.4.Common Rail 11
70 70 70 70 71 71 71
3.2.5.Sdružené vst ikova e 3.2.6.Vysv tlení pojm firmy Scania 3.3. Snižování spot eby paliva a provozních náklad , zvyšování spolehlivosti 3.4.Zvyšování výkonu a downsizing 3.5.Použití alternativních pohon a biopaliv 3.5.1.Biopaliva 3.5.1.1.Bionafta 3.5.1.2.Bioethanol 3.5.1.3.Methanol 3.5.1.4.CNG 3.5.1.5.Další alternativní paliva 3.5.2.Hybridní pohon 4.Záv r 5.Seznam použitých zdroj
12
72 73 74 74 75 75 76 77 78 79 79 80 81 82
ÚVOD Spalovací motor je tepelný stroj , který získává tepelnou energii spalováním paliva o ur ité výh evnosti neseném plynným médiem. Využitím tohoto média je realizována transformace tepelné energie na energii mechanickou (nap . zm nou tlaku). V dnešní dob používáme hlavn spalovací motory zážehové (sm s zažehnuta elektrickou sví kou) , vzn tové (sm s je vznícena stla ením sm si na teplotu vznícení) a proudové (využívají zm ny kinetické energie proudících spalin). Princip spalovacího motoru je možné najít v historii už v roce 1794 , kdy Angli an Robert Street využil dvoj inného parostroje, který se pokusil pohán t terpentýnovým olejem zplynovaným p ímo ve válci. Tuto konstrukci motoru je možné pojmenovat jako dvoutaktní motor pracující s nulovou kompresí. Autorem první skute n pr myslov obr. 2 Lenoir v motor [1] vyráb né konstrukce spalovacího motoru je až Belgi an Etienne Lenoir, který si ho nechal v roce 1860 patentovat ve Francii.Jeho motor byl dvoutaktní spalující svítiplyn bez komprese. Lenoirovu konstrukci zdokonalil až Nikolaus August Otto . Pozd ji navrhl a sestrojil vlastní konstrukci už ty dobého plynového motoru s kompresí. Bohužel ani jedna již zmín ná konstruk ní varianta nebyla vhodná pro pohon vozidla. Motory byly stacionární a velkých obr. 1 Ott v motor [2] rozm r . M ly k ižákové uložení vedení a šoupátkový rozvod. Dosahovaly malých otá ek cca do 200 otá ek za minutu. lov k , který to zm nil, byl Carl Benz. Vyvinul v roce 1879 pomalob žný dvoutaktní k ižákový motor. Problém byl v jeho nekompaktnosti a složitosti. Tehdejší dvoudobé motory byly daleko složit jší než ty dobé. Jednoduchý dvoutakt se sáním p es uzav enou klikovou sk í a p epoušt cími kanály byl zkonstruován až v roce 1889 Angli anem Dayem. Benzovi se poda ilo v roce 1885 zkonstruovat ty taktní jednoválcový benzínový motor s otev enou klikovou sk íní, automatickým sacím 13
ventilem a va kovou h ídelí ovládaným výfukovým ventilem. Pohán l jím t íkolové vozidlo. V tom samém roce Gottlieb Daimler nezávisle na Benzovi p em nil plynový motor na benzínový, použil ho k pohonu prvního motocyklu a roku 1886 i ty kolového automobilu. Z pohledu dnešní situace se na poli pohonu používají tém výlu n nákladních automobil vzn tové agregáty. Po átky tohoto typu motoru se datují do roku 1861, kdy Francouz de Rochaz popsal zapalování t askavé sm si ve válci jejím vysokým stla ením. Pozd ji rozvinul úvahy Sadiho Carnota Rudolf Diesel a v roce 1892 získal patent na motor, který ve válci stla oval pouze vzduch až na samotnou hranici vznícení paliva, které bylo v tu chvíli vst íknuto do válce. Motor byl ty taktní a komprese byla ty až osminásobn vyšší než u Ottova motoru. Umožnil tak princip stla ování média, který vyžaduje, aby bylo dosáhnuto minimáln teploty vznícení. To s sebou p ineslo i vyšší ú innost než u zážehového motoru. V té dob byl vst ikován do válc petrolej ,ale uvažovalo se i o uhelném prachu. Pozd ji byl motor vylepšen vodním chlazením. Roku 1899 byl vyroben první dvoutaktní vzn tový motor spole ností MAN . Dnes spalují vzn tové motory p evážn motorovou naftu, v menší mí e se uplat ují i agregáty spalující syntetickou naftu , bionaftu, ethanol, zemní plyn(CNG) a další. obr. 3 Diesel v motor z roku 1893 [3]
14
1. VZN TOVÝ MOTOR 1.1.Princip V dnešní dob se vyskytují u nákladních automobil pouze motory vzn tové ty taktní. Dvoutaktní agregáty se nepoužívají, a ani nejsou fakticky vyvíjeny . Princip vzn tového ty taktního typu motoru spo ívá v jeho cyklické práci. ty taktní cyklus se sestává ze dvou otá ek klikové h ídele. P i každé otá ce h ídele jsou uskute n ny dva zdvihy, dohromady tedy ty i zdvihy za jeden ob h. Jsou to: sání (Induction), komprese (Compression), expanze (Power) a výfuk (Exhaust).
obr. 4 Pracovní cykly ty dobého vzn tového motoru [11] Tyto d je jsou zaznamenávány do p-V ( závislost tlaku uvnit válce na velikosti objemu) a T-s ( závislost teploty na entropii ) diagram . Tepelný ob h je možné idealizovat tím, že zanedbáme n které vlivy ( nap . t ení pohyblivých ástí, vedení tepla materiálem a s tím související chlazení motoru,nedokonalé spalování paliva, výrobní tolerance a jiné ), které mají p ímý vliv na tepelnou bilanci ob hu. Získanou uzav enou k ivkou je zidealizovaný ob h vzn tového motoru. Je to periodicky se opakující se kruhový d j. D íve jím byla k ivka Dieselova rovnotlakého motoru, která v dnešní dob nemá využití kv li odlišnému zp sobu dopravy paliva do válce. Rudolf Diesel použil stla eného vzduchu , dnes se používají v tšinou vst ikovací erpadla. Palivo je vst íknuto do válce, p itom prob hne první fáze ho ení p i konstantním objemu a druhá ást p i konstantním tlaku.To zap í iní zm nu tvaru k ivky, které odpovídá smíšený porovnávací ob h vzn tového motoru (též Sabat v cyklus). 15
Popis p-V smíšeného porovnávacího ob hu vzn tového motoru :
obr. 5 Napravo p-V diagram Dieselova ob hu rovnotlakého motoru, vlevo p-V diagram smíšeného porovnávacího ob hu vzn tového motoru [4] Mezi body 1 a 2 probíhá izoentropická adiabatická komprese (stla ování) vzduchu, p i níž se vzduch vlivem prudkého vzr stu tlaku zah eje na teplotu, která p esáhne teplotu pot ebnou ke vznícení paliva ( její velikost se liší podle použitého druhu pohonných hmot ). Palivo o ur ité výh evnosti je v bod 2 diagramu vst íknuto do válce, to je chvíle, kdy už nedochází k dalšímu mechanickému stla ování vzduchu. Palivo se v této fázi postupn samo vznítí vlivem vysoké teploty za stálého objemu. Ho ením sm si je p ivedeno teplo Qp -V. Zap í iní se tím rozpínání palivové sm si, které se kv li konstantnímu objemu projeví jako zvýšení tlaku ve válci z hodnoty p2 na p23. To lze považovat za izochorický (za stálého objemu) p ívod tepla. Druhá fáze spalování palivové sm si už prob hne za stálého tlaku p23= p3 . V úseku mezi body 23 a 3 je ješt p ivedeno teplo Qp -p, které je spot ebováno na zm nu objemu z hodnoty V23 na V3. Lze to považovat za izobarický (za stálého tlaku) p ívod tepla. Dále navazuje mezi body 3 a 4 adiabatická expanze, což je rozpínání palivové sm si doprovázené zv tšováním objemu válce za poklesu tlaku a teploty ve válci. Mezi body 4 a 1 probíhá izochorický odvod tepla, sm s opouští válec p es otev ený výfukový ventil, tím je odvedeno teplo QOD. Mezi body 23 a 4 se uskute uje jediný pracovní zvih ze všech ty , tzn., že konaná práce je kladná. Naproti tomu mezi body 1 a 2 je konaná práce záporná. Celková práce cyklu je tedy vyjád ena plochou uvnit uzav ené k ivky . Skute ný ob h se od ideálního liší. To je zp sobeno zejména: 1) Mezi palivovou sm sí a st nou válce dochází vlivem vedení tepla a zám rného chlazení motoru k tepelným ztrátám a tím menším dosaženým teplotám 2) V ideálním ob hu se po ítá s dokonalým spálením, což není v praxi dosažitelné. P í inou m že být více faktor , nap íklad teplota vyvolaná kompresí pot ebná ke vznícení sm si není dosažena, sm s není dokonale 16
p ipravena a další. S tím také souvisí to, že sm s není nikdy úpln istá, ale je v ní i obsah spalin z p edchozího cyklu. 3) Spalování p i konstantním objemu nebo tlaku neprobíhá. 4) Sání ( vzniká podtlak ) a výfuk ( p etlak ) zp sobují ztráty, musí na n být vynaložena ur itá práce. Skute ný ob h je zaznamenáván do indikátorového diagramu:
obr. 6 Indikátorový diagram [4] Všechny výše uvedené d je se realizují uvnit válce. Spaliny ( produkty ho ení palivové sm si uvnit válce ) jsou odvád ny p es výfukový ventil do výfukového turbodmychadlo, systému, na kterém najdeme v p ípad nákladních automobil motorovou výfukovou brzdu, výfukové potrubí s katalyzátory ,u n kterých variant motor spl ujících emisní normu EURO 5 i další za ízení k redukci emisí výfukových plyn ,a tlumi e hluku. Transla ní pohyb pístu je p es ojnici , která spojuje píst a klikový h ídel, p eveden na pohyb rota ní. Úhlová rychlost klikové h ídele je dále upravena podle p evodových pom r ( kterými disponuje p evodovka vozidla ) . Rota ní pohyb je p enesen na spojovací h ídel (kardan), který spojuje p evodovku s diferenciálem. Diferenciálem je rota ní pohyb rozveden na ob ásti nápravy p ímo na kola, pop ípad ješt p es kolové redukce.
obr. 7: Pohonné ústrojí nákladního automobilu [6]
17
1.2.Hlavní mechanické ásti motoru
Motor nákladního automobilu se skládá z hlavních ástí, které m žeme rozd lit na nepohyblivé (stacionární) a pohyblivé. Za stacionární považujeme blok motoru, hlavu válc , víka, kryty a r zná t sn ní. Za pohyblivé považujeme písty, ojnice, klikovou, va kovou, vyvažovací h ídel, setrva ník, ventily, turbodmychadlo a další.
obr. 8 Motor Scania V8 580PS [26]
18
1.2.1.Pohyblivé ásti motoru 1.2.1.1.Píst
Píst je válcová pohyblivá sou ást motoru, která koná transla ní vratný pohyb v prostoru válce. Jeho pohyb je reakcí na zm ny tlaku v prostoru válce. Další jeho funkce je ut s ování spalovacího prostoru od prostoru klikové sk ín proti úniku spalin a na druhou stranu proti prosakování oleje do prostoru válce. Proto je opat en zpravidla t emi pístními kroužky ( dva t snící a jeden stírací ). Jsou umíst ny v drážkách na pístu. U p epl ovaných motor je t eba oblast s pístními kroužky chladit, asto olejem. Všechny písty daného motoru mají stejn tvarované dno. To je zkonstruováno tak, aby proces spalování probíhal co nejoptimáln ji a bylo dosaženo nižší spot eby a nižších emisí. D ležitou funkcí píst je také odvod ásti tepla vzniklého p i spalování. Z toho vyplývá, obr. 9 Píst nákladního automobilu že píst je namáhán jak mechanicky, tak vyrobený firmou Drouzhba [5] tepeln . Síla vyvozená na píst je p enesena p es pístní ep na ojnici. Píst nákladního automobilu musí odolávat velkým tlak m, proto má v tší celkovou výšku a také vyšší horní m stek ( lze popsat jako ást pístu od dna pístu do oblasti drážky prvního pístního kroužku ) než písty benzínových motor . To je zap í in no vyššími teplotami, p i ho ení u vzn tových agregát nákladních automobil , s tím souvisejí vyšší tlaky z d vodu nepom rn v tšího kompresního pom ru, který se pohybuje n kde okolo hodnoty 19:1 oproti cca 8:1 u zážehového agregátu. Písty pro nákl. automobily se vyrábí bu kováním nebo litím, a to z aluminiových slitin. Píst m že být celohliníkový nebo mít ocelové dno a hliníkový pláš . Hliník jako materiál pomáhá redukovat váhu pístu a dob e vede teplo, bohužel motory s vysokými výkony vyžadují použití materiálu s lepšími mechanickými vlastnostmi než hliník. V takovém p ípad používáme ocel. Spaliny o teplot kolem 2300°C p edávají ást tepla i pístu a zah ívají ho v p ípad velkoobjemových vzn tových motor na teplotu cca 320°C na dn pístu. Cyklické p sobení spalin a nov nasávaného vzduchu má tendenci zp sobovat únavové mikrotrhliny . Z tohoto d vodu jsou pístní dna eloxovaná. Je to povrchová úprava hliníku, která spo ívá ve vytvo ení ochranné vrstvy oxidu hliníku. Po jejím vytvo ení už dále sama neoxiduje a chrání tím samotný materiál.
19
1.2.1.2. Ojnice Ojnice je pohyblivá ást motoru, která spojuje píst a klikovou h ídel. Transla ní pohyb vratný pístu se jejím prost ednictvím m ní na klikovém h ídeli na rota ní pohyb. Pro tuto sou ást je požadována na jedné stran co nejnižší hmotnost kv li minimalizaci setrva ných sil, ale na stran druhé co nejvyšší tuhost. Ojnice pro nákladní automobily jsou vyráb ny zápustkovým kováním nebo slinováním práškových ocelí. Používají se legované oceli k zušlecht ní. Po vykování se jejich povrch kuli kuje a leští (stykové plochy).
obr. 10 Ojnice nákladního automobilu Avia [7] Ojnice se sestává ze t í ástí: oka, d íku a hlavy. 1) Okem je rozum na ta ást ojnice, která je spojena s pístním epem,potažmo s pístem.Oko je celistvá ást ojnice. Není nutné ji z montážního hlediska nijak d lit. Její spojení s pístem je realizováno provle ením pístního epu a oka. 2) Hlava ojnice je d lená, spojená ojni ními šrouby. D lící rovina je zpravidla vytvo ena ízeným lomem. Tím je zabezpe ena geometrie ojni ní hlavy po smontování. 3) D ík ojnice je ást spojující ojni ní oko a hlavu. Tato ást je nejvíce namáhána na tah, tlak a ohyb. Jeho tvar je volen jako nejodoln jší tvar pro namáhaní na vzp r.
20
1.2.1.3. Klikový h ídel Je to pohyblivá ást motoru konající rota ní pohyb, zajiš uje p enos kroutícího momentu. Je namáhána hlavn na krut, tah a tlak. Jeho tvar, uspo ádání a rozm ry závisí na uspo ádání a po tu válc motoru, po adí jejich zapalování a velikosti zatížení od píst ,které bývá enormní. Jeho hlavní ásti jsou ramena kliky,klikové epy a hlavní epy (na zadní p írub h ídele je p ipevn n ješt setrva ník, který je popsán v dalším bodu).
obr. 11 Klikový h ídel firmy Cummins [8] 1)Ramena kliky jsou excentrické ásti klikového h ídele, na jejichž vrcholech jsou umíst ny klikové epy. Jako vyvažovací prost edek ke zmírn ní ú inku setrva ných sil jsou použita protizávaží (vykovaná v tšinou spolu s klikovým h ídelem nebo p ipevn ná dv ma šrouby). 2)Klikové epy jsou ásti klikového h ídele spojené s hlavou ojnice, které p enášejí silové ú inky ojnice. 3)Hlavní epy klikového h ídele jsou epy umíst né v ose otá ení a slouží k uložení h ídele do klikové sk ín prost ednictvím kluzných ložisek. Klikový h ídel zajiš uje mimo jiné také synchronizovaný pohon va kového h ídele vst ikovacího erpadla a va kového h ídele ventilového rozvodu p es rozvodová kola, dále pohon olejového erpadla motoru a zubového hydrogenerátoru servo ízení. Pomocí p ední emenice pohání prost ednictvím klínových emen erpadlo chladící kapaliny, ventilátor chladi e, alternátor a kompresor.V sou asné dob se klikové h ídele pro nákladní automobily kovají z ocele. Je to z d vodu zajišt ní požadovaných mechanických vlastností h ídele a celkové požadované životnosti agregátu, která bývá nad milion kilometr .
21
1.2.1.4. Setrva ník Setrva ník je pohyblivá sou ást motoru p ipevn na na zadní p írub klikového h ídele. Slouží k vyrovnávání nerovnom rnosti otá ení klikového h ídele. Jeho dosedací plocha slouží jako hnací ást spojky. Ozubený v nec setrva níku slouží k roztá ení motoru startérem motoru. U nákladních automobil bývá setrva ník ješt p ed namontováním na p írubu klikového h ídele vyvážen.
obr. 12 Setrva ník 9-ti litrového motoru Scania DC9 [27]
1.2.1.5. Vyvažovací h ídel Vyvažovací h ídele jsou u nákladních vozidel pohán ny od klikové h ídele asto prost ednictvím ozubeného soukolí. Slouží k vyvážení setrva ných sil, které vznikají vlivem rotace klikového ústrojí. Princip jeho innosti je v tom, že svou rotací, která má u prvního h ídele opa nou orientaci než u druhého vyvažovacího h ídele, tlumí nerovnom rné silové ú inky od klikového mechanizmu. Vyvažovací h ídele mají dvojnásobnou úhlovou rychlost než klikový h ídel. obr. 13 Vyvažovací h ídel [9]
22
1.2.1.6. Va kový h ídel
Prost ednictvím rotace va kového h ídele jsou ovládány ventily rozvod .H ídel je pohán n synchronizovaným p evodem od klikového h ídele. Jednotlivé va ky h ídele jsou v i sob pooto eny o ur itý úhel, což zajiš uje správné na asování otev ení a zav ení p íslušného ventilu. Poloha va ek,jejich po et a tvar je odvislý od po tu válc motoru, po tu ventil na válec a typu rozvodu. Va kový h ídel se vyrábí jako jeden kus bu kováním, nebo odléváním. Kontaktní plochy jsou lešt né.
obr. 14 Va kový h ídel [10]
1.2.1.7. Turbodmychadlo
Turbodmychadlo je sou ást motoru umíst ná na výfukovém potrubí, sloužící ke zvýšení tlaku vzduchu dopravovaného do válc . Asi 35% nevyužité energie paliva uniká spolu s výfukovými plyny výfukovým systémem bez využití ven. Zástavbou turbodmychadla se ást této, jinak odpadní energie, využije. To s sebou p ináší zvýšení výkonu s mírným zvýšením nebo zachováním spot eby pohonných hmot. Zvýšením tlaku vzduchu proudícího do obr. 15 Turbodmychadlo Scania s variabilní geometrií válce motoru znamená lopatek [28] dopravení v tší hmotnosti vzduchu do válce, což s sebou p ináší možnost vst iku v tšího množství paliva. Tím se zvyšuje výkon ( teoreticky až o 90%) a to ivý moment motoru. D ležitá funkce hlavn u nákladních vozidel je zvýšení efektivity spalování, a tím úspora paliva.Ve spalovacím prostoru vzniká velký p ebytek vzduchu. To p ináší dokonalejší pr b h spalování a s tím související vyšší ú innost agregátu. U nákladních aut se ve v tšin 23
p ípad jedná o vysokotlaké p epl ování. Turbodmychadlo je pohán no proudem výfukových plyn proudících z válce výfukovým potrubím.Tyto plyny roztá ejí turbínu( v obr.15 ozna eno ervenými šipkami ), která je spojená p es h ídel s odst edivým dmychadlem. Dmychadlo stla uje nasávaný vzduch ( v obrázku 15. vyzna eno modrými šipkami ), kterým je pln n válec. Turbodmychadlo se tedy skládá ze t í základních ástí 1) turbína 2) spojovací h ídel 3) dmychadlo . P i plném výkonu agregátu má turbodmychadlo kolem 100 000 ot/min a turbína je oh átá až do ervena. Kluzná ložiska h ídele musejí být z toho d vodu chlazena a mazána olejem z mazacího systému motoru. Turbíny jsou v tšinou odlity ze žáropevných slitin (nap íklad niklové) a na dmychadlové kolo se používájí slitiny hliníku. Velký rozmach u nákladních aut zaznamenaly VGT turbodmychadla ( turbodmychadla s prom nnou geometrií lopatek turbíny). Výhodou tohoto druhu turbodmychadla je, že díky prom nnému nato ení lopatek turbíny je možné již p i relativn nízkých otá kách motoru ( cca 400 ot/min nad volnob žnými otá kami motoru) dodávat dosta ující plnící tlak. To velice zefektivní provoz agregátu p i nízkých otá kách, nap íklad p i rozjížd ní vozidla. Pr b h výkonové k ivky motoru p i zástavb VGT má daleko p ízniv jší pr b h z hlediska dynamiky vozidla. P i akceleraci z nízkých otá ek není tolik cítit prodleva nástupu pot ebného to ivého momentu ( absence „turboefektu“ ) , protože VGT turbodmychadlo již dodává relativn dobrý p etlak. Geometrie lopatek je pr b žn podle otá ek motoru upravována tak, aby na druhou stranu nedošlo p i vysokých otá kách k nežádoucímu neúm rn velkému zvýšení plnícího tlaku. Nastavení lopatek ídí podtlaková komora nebo jsou ovládány pohybem nastavovacího kroužku. Takovým zp sobem je možno nastavit co nejp ízniv jší hodnoty p epl ování. Z ekologického pohledu je p epl ovaný motor p ijateln jší než atmosférický, protože: 1) Produkuje mén škodlivých emisí díky dokonalejšímu pr b hu spalování paliva. 2) Zvyšuje litrový výkon agregátu ( p i stejném výkonu by musel mít atmosférický motor v tší zdvihový objem, byl by rozm rn jší a t žší)
24
1.2.2.Nepohyblivé (stacionární) ásti motoru
obr. 16 Hlavní díly bloku motoru Scania DC13 [29] Hlavní nepohyblivé ásti motoru jsou: 1)horní víko motoru 2)hlava válc 3)blok válc 4)spodní ást klikové sk ín 5)spodní víko motoru (olejová vana)
Horní víko motoru Horní víko zakrývá mechanizmus ventilového rozvodu. Má funkci ochrannou a odhlu ovací a v neposlední ad i estetickou. Podle konstrukce hlavy válce je na motoru bu jedno víko pro adu válc , nebo má každý válec své víko. Víko je s hlavou válc ut sn no.
25
Hlava válc Hlava válc zvrchu uzavírá spalovací prostor válce. Je požadována vysoká pevnost a malá teplotní roztažnost. Je p išroubovaná k bloku válc . Je k ní integrován rozvodový mechanizmus( sací a výfukové ventily,kanály a mechanismus otevírající a zavírající ventily) a u vzn tových motor žhavící sví ky. Existují dva zp soby konstrukce hlavy válc , a to: a) každý válec má svou vlastní hlavu b) jeden celek pro všechny válce. Konstrukce, kdy každý válec má svou vlastní hlavu je nutná u motor vzduchem chlazených ( nap . Tatra ) kv li zp sobu ukotvení válc . Naopak u motor chlazených kapalinou je možné uspo ádání, kdy pro každou adu válc tvo í hlavy všech válc jeden celek (nap . Volvo, Renault,Detroit Diesel). U velkoobjemových motor nákladních vozidel je možná koncepce, kdy každý válec má svou vlastní hlavu válce i p esto, že se jedná o motor chlazený kapalinou. P íkladem toho je na obr.16 vodou chlazený motor Scania DC13. Z takového typu konstrukce plynou ur ité výhody. Lze navrhnout efektivn jší vstupní i výstupní kanálky (sací kanály mohou vytvá et rozdílné styly ví ení ve spalovacím prostoru), protože konstruktér není tolik limitován požadavkem na chlazení objemné hlavy válce a lze použít i jiné uchycení hlavy než v p ípad jednoho celku. V p ípad poruchy agregátu a nutnosti demontáže hlavy válc je nezanedbatelná také výhoda relativn rychlé a mén náro né demontáže jediné hlavy oproti demontáži jediného celku všech válc (nebo jedné ady). Nej ast jší je však koncepce, kdy pro každou adu válc tvo í hlavy všech válc jeden celek.
Blok motoru Blok motoru chlazeného kapalinou U tohoto typu motoru je blok motoru odlit jako jeden kus nej ast ji ze šedé litiny, která má pro tuto aplikaci dobré vlastnosti v podob dobrého útlumu vibrací, malou tepelnou dilataci a ze všech litin nejlepší tepelnou vodivost, což podporuje chlazení bloku. V dnešní dob se uplat uje odlévání blok motor nákladních vozidel z oceli. Blok motoru zahrnuje ve vrchní ásti blok válc , ve spodní asti se nachází horní ást klikové sk ín . Blok válc obsahuje vlastní válce. Ty jsou vloženy do bloku válc . Blok motoru chlazeného vzduchem U vzduchem chlazeného motoru (nap . Tatra) jsou žebrované válce v tšinou spojeny p ímo s klikovou sk íní bu to šrouby, nebo závitovým spojem. Tvar bloku motoru se samoz ejm odlišuje podle konstruk ního ešení konkrétního motoru. Ovliv uje ho hlavn po et a uspo ádání válc , jejich objem, požadovaný maximální výkon a celková termodynamika motoru
26
Kliková sk í V klikové sk íni je uložen klikový h ídel. To klade vysoké nároky na její tuhost. H ídel m že být uložen bu kluzn (v tšina výrobc ) nebo valiv (Tatra).
Spodní víko motoru Uzavírá zespodu klikovou sk í a slouží jako olejová vana. V olejové van se zachycuje olej, který slouží jako mazivo. Odtud je znovu erpán a použit k mazání.
27
1.3.Ventilové rozvody motoru
obr. 17 P íklady ventilových rozvod . Zleva rozvod typu OHC, uprost ed OHV a napravo dnes již nepoužívaný rozvod typu SV. V.H. zna í va kový h ídel. [12]
Ventilový rozvod ídí pomocí ventil pln ní válc vzduchem a odvod spalin do výfukového systému. Ventil se otevírá va kou a zavírá ho ventilová pružina. Va ková h ídel je pohán na od klikové h ídele p evodem 2:1. Rozeznáváme p t druh ventilových rozvod . V dnešní dob jsou nej ast ji využívány první t i uvedené. OHV (overhead valve) : U tohoto druhu rozvodu je va kový h ídel v bloku motoru a ventily jsou umíst ny v hlav válce. P evažuje v tšinou dvouventilová (n kdy i t í a ty ventilová) technika. OHC (overhead camshaft) : Va kový h ídel je umíst n nad hlavou válc a ventily jsou umíst ny v hlav válce motoru. Obvykle tuto techniku najdeme u ty ventilové (ale i u t í,p ti nebo šestiventilové) techniky. DOHC (doubleoverhead camshaft) : Je to stejný princip jako u OHC, ale ventily jsou ovládány dv ma místo jednoho va kového h ídele. Jeden pro vst ikovací ventily a jeden pro výfukové ventily. SV (side valve) : Ventily jsou umíst ny po stran zastaralou koncepci, která se dnes již nepoužívá.
válce. Jedná se ale o
CIH (camshaft in head) : Ventily jsou spolu s va kovým h ídelem uloženy v hlav válce.
28
1.4.Konstruk ní ešení a uspo ádání motoru Konstruk n je možné rozd lit motory na konve ní motory válcové, s klikovým mechanismem k p enosu kroutícího momentu, a na motory rota ní. Rota ní motory, jako nap íklad Wankel v rota ní motor, se u užitkových nákladních automobil nevyskytují prakticky v bec. Jedná se o zážehové motory spalující v tšinou benzín. Drtivá v tšina nákladních voz je vybavená turbodmychadlem vysoko p epl ovanými vzn tovými motory. Ty rozd lujeme podle po tu válc a jejich uspo ádání na : Motory adové Jako adové motory jsou používány ty , p ti a šestiválce. ty válce se používají u leh ích automobil cca do 15 tun celkové hmotnosti, u kterých není požadován relativn vysoký zdvihový objem válc . Pro v tší tonáž, kde je nutnost v tšího výkonu, a tedy i v tšího zdvihového objemu, se velmi asto používají šestiválcové motory s objemy od 10ti do 16ti litr (který v sou asnosti montuje spole nost Volvo do svého modelu FH16). V menší mí e se vyskytují motory s lichým po tem válc jako nap íklad p tiválce (nov používá Scania p tiválcový 9tilitrový motor).Válce jsou u užitkových automobil v tšinou v poloze svislé k zemi. Vozidlové motory s v tším po tem válc než šest se standartn v uspo ádání v ad ned lají kv li nekompaktnosti jejich rozm r . Motory vidlicové Koncepce t chto motor spo ívá v tom, že válce motoru jsou uspo ádány nej ast ji ve dvou adách. To zajiš uje mimo jiné jejich kompaktní rozm ry. Rozev ení válc bývá mezi 60° až 90°. Majoritn jde o šesti a osmiválce. Takové mají v produkci Scania, Mercedes Benz, MAN, Tatra a další. Oproti adovým motor m je u vidlicových zm na v konstrukci klikové h ídele. U ní bývají na jednom jejím zalomení uloženy dv ojnice ( jedna z každé ady válc ). Z d vodu jejich použití p i vyšších zdvihových objemech bývají tyto motory montovány do vlajkových lodí svých automobilek. Nejvýkonn jší sériový nákladní automobil sou asnosti MAN TGX V8 je pohán n vidlicovým osmiválcem o objemu 16,2 litr , výkonem 680 hp a kroutícím momentem 3000Nm. Vyskytují se i motory vyšších výkon a objem , jako t eba deseti nebo dvanáctiválce s objemy p es dvacet litr , ale ty už jsou ur eny pro speciální úkoly, a v tšinou jde o kusovou nebo malosériovou výrobu.
29
2. P ehled konstruk ních ešení, výkonových a ekonomických parametr motor jednotlivých výrobc 2.1.
Holandský výrobce DAF do trucks N.V pat í nadnárodního koncernu PACCAR spolu dalšími výrobci nákladních vozidel jako Kenworth, Peterbilt nebo Leyland.V sou asné dob produkuje ti základní modelové ady nákladních vozidel. Pro rozvážkovou dopravu je ur ená lehká ada LF, která pokrývá hmotnostní t ídu od šesti do osmnácti tun. Nákladní automobily této obr. 18 Motor PACCAR MX montovaný do automobil ady jsou vybaveny motory DAF ad XF a CF. [13] typových ad PACCAR FR a GR. Jsou to turbodmychadlem vysokop epl ované motory se ty ventilovou technikou. Verze plnící emisní normy EURO4 mají vst ikování COMMON RAIL a verze plnící EURO5 disponují elektronicky ízeným vst ikování paliva EDC. Motory mohou být sp aženy jak s klasickou manuální p evodovkou, tak s automatickou šestistup ovou nesynchronizovanou p evodovkou AS-Tronic. ada CF je vhodná pro regionální a dálkovou dopravu od osmnácti do ty iceti tun celkové hmotnosti. Tato ada je vybavena motory ad PACCAR GR, PR, MX. Vlajkovou lodí spole nosti DAF je model XF105, který je ur en pro mezinárodní dálkovou dopravu do padesáti tun, speciální konfigurace i p es padesát tun. Modelová ada disponuje motory MX, které mohou být spojeny s šestnáctistup ovou nesynchronizovanou automatickou p evodovkou AS-Tronic. Jsou to rovn ž turbodmychadlem vysokop epl ované motory se ty ventilovou technikou disponující elektronicky ízeným vst ikováním paliva EDC. To jsou el. ízené vst ikova e s prom nným tlakem otevírání trysek. Maximální tlak dosahuje až 2000 bar . Výrobce užívá výhradn kapalinou chlazené ty dobé motory adové, ty a šestiválcové. Všechny sou asné modelové ady jsou schopné plnit emisní normu EURO5 s pomocí technologie SCR (selektivní katalytická redukce, technologie popsána v bod 3.1.2. na stran 69).
30
P EHLED MOTOR
!! #
$ %$& ' ( )*+
#0 0 ($ : (
)*
%1 ' ( + ; =
>
"
*!"'*,!!)- !!
**.'*,!!)- !!
*"/'-!!!)- !!
!'*-!!)*2!! 3 443 1 56 8< 3 ?
/!!'*-!!)*.!! 0 ($0789 8< 3 ?
2!!'*-!!)*.!! 3 443 1 56 8< 3 ?
*/ '*,!!)- !!
*. '*,!!)- !!
-*!'-*!!)- !!
. !'*-!!)*2!! 0 ($0789 8< 3 ?
, !'*-!!)*2!! 0 ($0789 8< 3 ?
*!-!'*-!!)*2!! 3 443 1 56 8< 3 ?
--.'--!!
-/ '--!!
@ / /2!! #
$ %$& ' ( )*+
#0 0 ($ : (
)*
%1 ' ( + ; =
>
"
/ ,-!! #
$ %$& ' ( )*+
#0 0 ($ : (
*."'--!! )*
%1 ' ( + ; =
"
>
*! !'**!!)*2!! *-2 '*-!!)*2!! * !'*-!!)*2!! 0 ($0789 0 ($0789 0 ($0789 8< 3 8< 3 8< 3 ? ? ?
31
4A / "
*-,!! #
$ %$& ' ( )*+
#0 04 ($ : (
%1 ' ( + ; =
#
-/ '* !! )*
>
$ %$& ' ( )*+
#0 04 ($ : (
%1 ' ( + ; =
>
" !'* !!)*,!!
*22 '*!!!)* *! -!!!'*!!!)* *! -"!!'*!!!)* *! 0 ($0789 0 ($0789 0 ($0789 8< 3 8< 3 8< 3 ? ? ?
"2 '* !!)*,!! )*
"!!'* !!)*,!!
- !!'*!!!)* *! 0 ($0789 8< 3 ?
32
2.2.
Italská automobilka Iveco pat í do spole nosti Iveco, která ješt vlastní zna ky Astra, Iveco Magirus, a Irisbus (který nyní vlastní i Irisbus Iveco CZ - bývalá Karosa a.s. . Spole nost produkuje t i modelové ady t žkých nákladních vozidel. Pro kategorii 6,5 až 18 tun je ur eno Iveco Eurocargo, které disponuje adou motor Tector od ty válce 140hp až do šestiválce 300hp. Desetitunové verze o výkonech 180 a 220hp a trnáctitunové verze o výkonech 250 a 280hp jsou k dostání i ve verzi 4x4. ty válce s ty ventilovou obr. 19 Motor Cursor [14] technikou jsou vysokop epl ované turbodmychadlem (s regula ním ventilem waste gate), vst ikování COMMON RAIL s intercoolerem( mezichladi stla eného vzduchu) , chlazené kapalinou. Šestiválcové motory se ty ventilovou technikou disponují rovn ž vst ikováním COMMON RAIL, intercoolerem. Chlazené jsou rovn ž kapalinou. Motory této ady spl ují normy EURO 4 a EURO5. Pro v tší tonáže je ur ena ada Trakker (teréní) a Stralis. Jsou vybaveny motory Cursor 8,10 a13. To pokrývá výkonovou škálu od 310hp do 560hp. Motory Cursor jsou kapalinou chlazené adové šestiválce OHC s ty ventilovou technikou, vysokop epl ované VGT turbodmychadlem ( turbodmychadlo s prom nnou geometrií lopatek). Motory mohou být sp aženy s manuální nebo automatickou p evodovkou EuroTronic. Vst ikování paliva je elektronicky ízené. I tyto motory spl ují emisní normy EURO4 a EURO5 .
P EHLED MOTOR
5
",!! #
$ %$& ' ( )*+
#0 0 ($ : (
)*
%1 ' ( + ; =
>
B
"
*!"'-2!!
**!'-2!!
**.'-2!!
/!'*-* 3 443 1 8< 3 ' ?
,!'*-!! 3 443 1 8< 3 ' ?
"!'*-* 3 443 1 8< 3 ' ?
33
56
56
56
#
$ %$& ' ( )*+ )*
#0 0 ($ : (
%1 ' ( + ; =
#
>
$ %$& ' ( )*+ %1 ' ( + ; =
*"!'-2!!
*" '-2!!
/!'*-!! 3 443 1 8< 3 ' ?
2!'*-* )-*!! 3 443 1 56 8< 3 ' ?
/*!'*"!!)-*!! 3 443 1 56 8< 3 ' ?
*"*'-2!!
*"-'-2!!
56
*/!'-2!! )*
#0 04 ($ : (
*- '-2!!
>
/*!'*-!! 3 443 1 8< 3 ' ?
56
/ ..! #
$ %$& ' ( )*+ %1 ' ( + ; =
#
*"!'-2!! )*
#0 0 ($ : (
>
$ %$& ' ( )*+ )*
#0 0 ($ : (
%1 ' ( + ; =
"
>
2!'*-!! 3 443 1 8< 3 ' ?
#0 0 ($ : (
)*
%1 ' ( + ; =
>
56
,"!'*- ! 3 443 1 8< 3 ' ?
*. '-2!!
-! '- !!
/*!'*-!!)-*!! 3 443 1 56 8< 3 ' ?
. !'*- !)-*!! 3 443 1 56 8< 3 ' ?
, !'*- ! 3 443 1 8< 3 ' ?
22,! $ %$& ' ( )*+
.*!'*- ! 3 443 1 8< 3 ' ?
*/!'-2!!
5 /
#
56
.
"
--.'*/ !)- !!
- "'*//!)- !!
*"!!'*-!!)*/2 0 ($0789 8< 3 ' ?
* !!'*!.!)*//! 0 ($0789 8< 3 ' ?
34
56
56
5 / *!"!! #
$ %$& ' ( )*+
#0 0 ($ : (
"
"!,'* !)-*!! )*
%1 ' ( + ; =
*!
>
*,!!'*! !)* ! -*!!'*! !)* ! 0 ($0789 0 ($0789 8< 3 ' 8< 3 ' ? ?
5 / *-,!! #
$ %$& ' ( )*+
#0 0 ($ : (
)*
%1 ' ( + ; =
>
""*'* !)-*!!
*"
"
"!-'* * )*,!!
""*'* " )*,!!
*,!!'*!!!)* * 0 ($0789 8< 3 ' ?
--!!'*!!!)* ! -"!!'*!!!)* 0 ($0789 0 ($0789 8< 3 ' 8< 3 ' ? ?
35
"/.'* - )*,!!
2.3.
Mnichovský výrobce MAN Nutzfahrzeuge A.G. nabízí v sou asnosti ty i ady nákladních automobil osazené ty mi adami motor , od základních ty válc po momentáln nejsiln jší sériov vyráb ný motor nákladního vozidla, vidlicový osmiválec D28 Common Rail s výkonem 680PS a kroutícím momentem 3000Nm. Nejmenší modely ady MAN TGL, ur ené pro regionální rozvážku s tonáží 7 až 12 tun, jsou osazeny motory ady D08 Common Rail se vst ikováním Common Rail, jak už název napovídá, vysokop epl ované se ty ventilovou technikou a funkcí EGR s filtrem pevných ástic plnící obr. 20 Motor MAN D20 Common Rail plnící normu EURO4. Základní motorizací emisní normu EURO V. [15] je nejmenší vzn tový adový ty válec s obsahem válc 4580 cm3 a výkonem 110kW/150PS. Nejsiln jší pohonnou jednotkou této ady je adový šestiválec o obsahu 6871 cm3 s výkonem 176kW/240PS. St ední ada MAN TGM disponuje škálou motorizací od stejného, výše popsaného šestiválce o výkonu 240PS až po nejsiln jší variantu D08 Common Rail s 240kW/326PS. Další konstruk ní ada TGS je majoritn ur ena pro tonáž od 18 do 41 tun a je osazena motorovými adami D20 Common Rail a D26 Common Rail, což jsou adové vysokop epl ované šestiválce o objemech válc 10520 cm3 a 12412 cm3 se ty ventilovou technikou a technologií vysokotlakého vst ikování Common Rail. Všechny typy motor t chto ad, krom variant D20 s výkony 400 a 440PS a D26 s výkony 480 a 540(tyto i EURO5), pracují s technologií EGR a filtrem pevných ástic za ú elem pln ní emisních norem EURO4. Výkonový rozsah této ady je tedy od šestiválce s výkonem 235kW/320PS až po nejsiln jší agregát z motorové ady D26 Common Rail s 397kW/540PS. Nejt žší ada MANu TGX, která je pokra ovatelem p edcházející ady TGA, disponuje hned t emi motorovými adami D20, D26 a do vlajkové lodi MAN TGX V8 je montován vrcholný agregát o obsahu 16200 cm3 s výkonem 680PS. Motory plnící normu EURO5 jsou vybaveny technologií SCR.
36
P EHLED MOTOR 4 1 9 !.
.! #0 $ %$& ' ( )*+ #0 0 ($ : (
"
**!'- !! )*
%1 ' ( + ; =
(
>
*"-'- !!
2!'* !! 3 443 1 8< 3 8@ C(
* *'- !!
2!!'* !! ."!'* !! 56 3 443 1 56 3 443 1 8< 3 8< 3 = ( 4 1 4)D B
56
/ /.2* #0 $ %$& ' ( )*+ #0 0 ($ : (
*2/'-"!!
%1 ' ( )*+ ; =
"
>
-!/'-"!!
,- '*-!!)*.!! **!!'*-!!)*/-! *- !'*-!!)*.!! 3 443 1 56 3 443 1 56 3 443 1 56 8< 3 8< 3 8< 3 8@ C( = ( 4 1 4)D B
4 1 9 -! /
#0 0 ($ : (
-" '*,!!
%1 ' ( )*+ ; =
>
#0 $ %$& ' ( )*+ #0 0 ($ : (
-/ '*,!! -, '*,!! *.!!'*!!!) */!!'*!!!)* !! * !! *,!!'*!!!)* !! 3 443 1 56 3 443 1 56 3 443 1 56 8< 3 8< 3 8< 3 8@ C( = ( 4 1 4)D B
"- '*,!!
%1 ' ( )*+ ; =
(
"
*! -! #0 $ %$& ' ( )*+
- !'-"!!
>
-, '*,!! *,!!'*!!!) -*!!'*!!!)* !! * !! 3 443 1 56 3 443 1 56 8< 3 8< 3 8@ 7C( 0 0 ?
37
"- '*,!! -*!!'*!!!)* !! 3 443 1 56 8< 3 ?
4 1 9 -/ / "
*- *#0 $ %$& ' ( )*+ #0 0 ($ : (
" "'*,!!
%1 ' ( )*+ ; =
(
>
" "'*,!! -"!!'**!!) -"!!'*! !)* !! * !! 3 443 1 56 3 443 1 56 8< 3 8< 3 8@ 7C( 0 0 ?
",2'*,!! - !!'**!!)* !! 3 443 1 56 8< 3 ?
D28 COMMON RAIL
obr. 21 V sou asnosti nejsiln jší sériový motor nákladního automobilu, vidlicový osmiválec MAN D28 montovaný do vozidla MAN TGX V8. [15]
Tomuto motoru je pot eba v novat více prostoru už jen kv li tomu, že je dnes nejsiln jším sériovým motorem planety. Je montován ve dvou variantách o stejném výkonu, ale jiném kroutícím momentu. Jsou to: 38
4 1 9 -. . ( ( */-!! #0 $ %$& ' ( )*+ #0 0 ($ : (
!!'*,!! )*
%1 ' ( + ; =
>
( E.
"
!!'*.!!
"!!!'**!!)* !! -2!!'*!!!)*2!! 3 443 1 56 3 443 1 56 8< 3 8< 3 ? ?
Jde tedy o kapalinou chlazený vidlicový osmiválec vyráb ný v motorárn MANu v Nürnbergu. Technologie vysokotlakého vst ikování Common Rail je identická jako u celé produkce motor MAN. První varianta motoru s 3000Nm je majoritn ur ená pro mezinárodní kamionovou dopravu p i plném využití povolené hmotnosti soupravy po v tšinu asu života taha e. Výhody investice do vozu vybaveného tímto motorem spo ívají v následné vysoké efektivit jízdy a nižších nákladech na pohonné hmoty. Úsporu lze hledat také v nižším zatížení motoru p i tahání maximálního povoleného nákladu a od toho odvozeného nižšího opot ebení motoru oproti níže dimenzovanému agregátu s nižším výkonem a kroutícím momentem. To se samoz ejm m že promítnout na spolehlivosti, nákladech na maziva a nutnosti ast jších servisních prohlídek. V dnešní dob je také stále více vytahována otázka výfukových zplodin nákladních automobil a i v této otázce se zdá jako lepší volba p i astém tahání náklad o hmotnostech na hranici povoleného limitu po ízení vysokovýkonného taha e, který je osazen motorem plnícím nejnov jší emisní normu obr. 22 Pr b h výkonu a kroutícího momentu obou verzí EURO5 pomocí motoru D28. [16] technologie SCR. P i 39
p eprav je mén vytížen než slabší motory a díky bohaté výkonové rezerv produkuje mén zplodin. Druhá varianta tohoto motoru dosahuje stejného výkonu p i nižším to ivém momentu 2700Nm. Daleko d ležit jší je však výkonová k ivka a k ivka to ivého momentu, tedy zp sob, jakým je t chto hodnot dosaženo. Pro názornost je uveden obr.22, na kterém je srovnání obou variant motoru V8. Maximální výkon 680PS je dosažen již o 100ot/min d íve n ž u první varianty a jeho nástup je striktn lineární. Pásmo maximálního to ivého momentu je v širším pásmu již od 1000 až po 1700ot/min. To znamená, že p i reálné b žné jízd se idi v bec nedostává z pásma maximálního to ivého momentu, což je impozantní. Nadnesen je možné íct, že motor má stále stejnou ochotu zrychlovat v celém pásmu jízdních otá ek. Pro tyto vlastnosti je varianta s 2700Nm montována na podvozky s uspo ádáním náprav 6x4 a 8x4, které jsou ur ené pro tahání nadm rných a enorm t žkých náklad . Podle výrobce je taha TGX V8 s tímto pohonem schopen bezpe n tahat až 250 tun. Oba tyto motory je možné sp áhnout s automatickou p evodovkou MAN TipMatic a spojkou WSK 440.
40
2.4.
Zna ka nákladních automobil Mercedes Benz pat í dnes spolu s dalšími výrobci jako nap íklad Freightliner, Sterling nebo Western Star nov pojmenované korporaci Daimler Trucks. Rozp tí produkce je od adového nejmenšího obr. 23 Vidlicový osmiválec Mercedes-Benz s objemem válc ty válce o obsahu 16 l montovaný do model Actros. [17] 3 4 250 cm až po vidlicový osmiválec o obsahu válc 16 000 cm3. Jde o motory kapalinou chlazené, se ty ventilovou technikou, které jsou vysoce p epl ované jedním turbodmychadlem. Vst ikování, které dosahuje až tlak okolo 2200 bar , ídí elektronický systém motoru Telligent, který se u aut s robotizovanými p evodovkami stará i o optimalizovaný pr b h azení p evodových stup . Všechny typy motor a jejich výkonové verze jsou schopny plnit emisní normy EURO4, n které i EURO5. Pot ebných emisních hodnot je dosáhnuto technologií SCR jak u EURO4 tak u EURO5. Mercedes dnes disponuje t emi konstruk ními adami nákladních automobil . Nejleh í ada Atego je ur ena pro tonáže od 6 do 16ti tun a je osazována malými ty válci od obsahu 4250 cm3 až po šestiválce o obsahu válc 6370 cm3. P evodovka m že být spojena s robotizovanou šestistup ovou p evodovkou, což m že vylepšit hospodárnost provozu vozidla. St ední ada Axor je ur ená pro regionální a dálkovou dopravu do 40 tun celkové hmotnosti. Axor m že být osazen jen adovými šestiválci s obsahy 6370 cm3 a 12 000 cm3, které mohou být krom již zmín né robotizované p evodovky s ízením Telligent sp aženy s pln automatickou p evodovkou Mercedes Poweshift. U obou systém lze volit mezi 6, 9, 12 a 16ti p evodovými stupni. Nejt žší konstruk ní ada z produkce Mercedes Benz je Actros. Je ur en majoritn pro mezinárodní p epravu na dlouhé vzdálenosti. Je osazován výhradn vidlicovými šesti a osmiválci. Motory mohou být spojeny se stejnými p evodovkami jako u Axoru. Vrcholem nabídky je vidlicový osmiválec s výkonem 598PS, který je dosahován p i 1800ot/min a kroutícím momentem 2800 Nm p i 1080ot/min. V podstat všechny tyto motory V6 (resp. V8) mají stejné pr b hy výkonových k ivek a k ivek kroutícího momentu co do tvaru a shodují se i v lokálních maximech. Liší se pouze hodnotami podle r zných výkonových verzí. Pro p íklad jsou zde na obr.24 zobrazeny k ivky nejvýkonn jšího osmiválce OM 502 LA z modelu Actros. Nalad ní t chto motor je oproti konkurenci trochu nezvyklé. Konkuren ní zna ky v tšinou u takovýchto motor uvád jí v ur itém rozmezí otá ek motoru plochou k ivku to ivého momentu. Naopak u motor Mercedes m žeme pozorovat, že vrchol to ivého momentu je dosažen v jednom bod už p i nízkých otá kách ( u tohoto konkrétního osmiválce p i 41
1100ot/min). Výkon naopak vrcholí 1800ot/min. To na jednu stranu zaru uje vysoký tah motoru opravdu už p i nízkých otá kách, ale na stranu druhou m že být trochu problém definovat pro idi e výhodné pásmo otá ek p i jízd , a to jak z hlediska dobré spot eby paliva, tak i co nejvyšší cestovní rychlosti. To m že být jeden z d vod , pro Mercedes v dnešní dob tolik up ednost uje robotizované a automatické p evodovky jako Telligent a Powershift, které jsou na základ softwaru schopny vyhodnocovat co nejoptimáln jší za azený stupe a obr. 24 Pr b h výkonu a to ivého momentu vidlicového p evodový spolupracovat s manager- osmiválce Mercedes OM 502 LA o maximálním výkonu 598PS mentem ízení motoru. a kroutícím momentu 2800 Nm. [18]
P EHLED MOTOR
4
- ! #0 $ %$& ' ( )*+ #0 0 ($ : (
)*
%1 ' ( + ; =
>
3 4 ,! 6
"
, '--!!
** '--!!
!!'*-!!)*/!! ? > F ($ 8< 3 ?
/*!'*-!!)*/!! /2 '*-!!)*/!! G H B (H 8< 3 8< 3 ? ?
42
*"!'--!!
4
.!! #0 $ %$& ' ( )*+ #0 0 ($ : (
"
*/!'--!!
%1 ' ( )*+ ; =
3 4 ,- 6
>
.*!'* !!)*/!! 0 07B (H 8< 3 ?
4 /
3 4 ,!/ 6
"
/"2! #0 $ %$& ' ( )*+ )*
#0 0 ($ : (
%1 ' ( + ; =
>
*2 '--!!
*..'--!!
. !'*-!!)*/!! ? > F ($ 8< 3 ?
,2!'*-!!)*/!! **-!'*-!!)*/!! G H B (H 8< 3 8< 3 ? ?
4 / 2-!! #0 $ %$& ' ( )*+ #0 0 ($ : (
"
- !'--!! )*
%1 ' ( + ; =
3 4 ,-/ 6
>
*"!!'*-!!)*/!! 0 07B (H 8< 3 ?
43
-*!'--!!
4 /
34
"
**,2! #0 $ %$& ' ( )*+ #0 0 ($ : (
)*
%1 ' ( + ; =
>
-/ '*,!!
-, '*,!!
"* '*,!!
*. !'**!! ? > F 8< 3 ?
-!!!'**!! G H 8< 3 ?
-*!!'**!! B (H 8< 3 ?
-/ '*.!!
"!!'*.!!
*. !'*!.! G H 8< 3 ?
-!!!'*!.! B (H 8< 3 ?
"-!'*.!!
"" '*.!!
" !'*.!!
-*!!'*!.! ? > F 8< 3 ' ?
--!!'*!.! G H 8< 3 ' ?
-"!!'*!.! B (H 8< 3 ' ?
4 / ( (
#0 0 ($ : (
"
-" '*.!! )*
%1 ' ( + ; =
>
#0 $ %$& ' ( )*+ #0 0 ($ : (
%1 ' ( )*+ ; =
>
*/ !'*!.! ? > F 8< 3 ?
4 . ( (
#0 $ %$& ' ( )*+ )*
%1 ' ( + ; =
>
($
($
E.
"
*/!!!
#0 0 ($ : (
($
E/
*-!!! #0 $ %$& ' ( )*+
26
"2 '*.!!
! '*.!!
- !!'*!.! ? > F 8< 3 ' ?
-/!!'*!.! G H 8< 3 ' ?
44
($
!'*.!! -.!!'*!.! B (H 8< 3 ' ?
2.5.
Renault Trucks Francouzská spole nost v sou asné dob vyrábí 4 ady motor , které dohromady dávají 11 výkonových typ . Nejmenším motorem ur eným pro nejmenší konstruk ní adu automobil Midlum (7,5 až 18 tun celkové hmotnosti) je DXi5. Jedná se o motor adový ty válcový s mezichladi em stla eného vzduchu, obsahem válc 4 764 cm3 s výkony od 118 do 158kW. Rozvodová technika je ty ventilová, systém vst ikování je Common Rail s maximálním tlakem vst iku až 1600 bar a elektronickou regulací vst iku. Agregát je vysoce p epl ován turbodmychadlem. Chlazení je provedeno kapalinou. Dalším motorem ur eným pro nejmenší konstruk ní adu automobil Midlum, ale i pro st edn t žké Premium Distribution obr. 25 Motor Renault DXi5 EURO4 (16-26 tun celkové hmotnosti) je DXi7. Jedná se o montovaný do nákladních automobil Renault Midlum. [19] motor adový šestiválcový s mezichladi em 3 7 146 cm stla eného vzduchu, obsah válc s výkony od 177 do 235kW. Rozvodová technika je také ty ventilová, systém vst ikování je Common Rail s maximálním tlakem vst iku až 1600 bar a elektronickou regulací vst iku. Agregát je vysoce p epl ován turbodmychadlem a je chlazen kapalinou. T etí adou motor , ur enou pro st edn t žkou a t žkou konstruk ní adu automobil Renault Premium(ur ené pro regionální a dálkovou dopravu) je DXi11. Jedná se o adový motor šestiválcový s mezichladi em stla eného vzduchu, obsah válc je 10837 cm3 s výkony od 272 do 331kW. Rozvodová technika je také ty ventilová, systém vst ikování je ale oproti menším motor m této zna ky odlišný. Zde je použito erpadlových sdružených vst ikova , ímž je dosaženo vyšších maximálních vst ikovacích tlak až 2000 bar . Toto ešení je sice na jedné stran dražší a hlu n jší než systém Common Rail od firmy Bosch, ale dosahuje v tších hodnot vst ikovacího tlaku, a tím i efektivn jší spalování paliva. To s sebou nese v tší ú innost a menší emisní zatížení životního prost edí. Agregát je vysoce p epl ován turbodmychadlem a je chlazen kapalinou. tvrtou, poslední adou motor je DXi13. Ta se montuje výhradn do vlajkové lodi spole nosti Renault Trucks, Renaultu Magnum. Jde o adový motor šestiválcový s mezichladi em stla eného vzduchu, obsah válc je 12 780 cm3. Existují dv výkonové verze tohoto motoru, a to první s 339kW a druhá s 368kW. Rozvodová technika je také ty ventilová, systém vst ikování je shodný s motorem DXi11, tedy erpadlové vst ikova e. Agregát je vysoce p epl ován turbodmychadlem a je chlazen kapalinou. Všechny ady motor nákladních automobil této zna ky jsou schopny plnit emisní normu EURO4 a EURO5. Toho je dosaženo technologií SCR.
45
P EHLED MOTOR
9 A(
2/ #0 $ %$& ' ( )*+ #0 0 ($ : (
)*
%1 ' ( + ; =
>
"
**.'-"!!
* !'-"!!
* .'-"!!
.!'*-!!)*2!! 3 443 1 56 8< 3 ' ?
/.!'*-!!)*2!! 3 443 1 56 8< 3 ' ?
/.!'*-!!)*2!! 3 443 1 56 8< 3 ' ?
*22'-"!!
-!/'-"!!
-" '-"!!
,-!'*-!!)*2!! 3 443 1 56 8< 3 ' ?
*! !'*-!!)*2!! *-!!'*-!!)*2!! 3 443 1 56 3 443 1 56 8< 3 ' 8< 3 ' ? ?
9 A(2 / 2* / #0 $ %$& ' ( )*+ #0 0 ($ : (
)*
%1 ' ( + ; =
>
"
9 A(** / "
*!."2 #0 $ %$& ' ( )*+ #0 0 ($ : (
-2-'*,!! )*
%1 ' ( + ; =
>
"!-'*,!!
""*'*,!!
*2, '** !)* !! *, .'** !)*".! -* *'** ! 0 ($ 0 ($ 0 ($ 8< 3 ' 8< 3 ' 8< 3 ' ? ? ?
46
9 A(*" / *-2.! #0 $ %$& ' ( )*+ #0 0 ($ : (
"",'*.!! )*
%1 ' ( + ; =
"
>
"/.'*.!!
-"!!'*! !)* !! - !'*! !)* "! 0 ($ 0 ($ 8< 3 ' 8< 3 ' ? ?
47
2.6.
obr. 26 adový šestiválec Scania DT 1202 s výkonem 470PS. [30]
Firma Scania, sídlící v jihošvédském Södertälje, je jako jedna z mála zna ek nákladních automobil výhradn výrobcem t žkých nákladních automobil nad 18 tun. Zvláštností t chto motor je to, že i p esto, že jde o kapalinou chlazené agregáty, konstruk n má každý válec svou vlastní hlavu válc . Scania v celé své produkci motor pro nákladní automobily p ešla na modulární koncepci konstrukce svých motor .
„V pr b hu výzkumu r zných jednoválcových motor o r zných kubaturách za alo být zjevné, že kritickým faktorem je samotný obsah motoru. Zjednodušen e eno, potenciálem pro optimalizaci – dobrou hospodárnost, nízké emise a velkorysý to ivý moment – je v nejv tší mí e dosažení toho, aby fyzické rozm ry vrtání a zdvihu z staly v ur itých kritických mezích. To vedlo k vývoji modulární koncepce spalování Scania. Všechny motory Scania jsou v sou asné dob založeny na této moderní koncepci. Motory mají identické spalovací komory a sdílejí také sou ástky jako jsou zvedací ty ky, ventilové rozvody, zdvihátka a pístní kroužky. Hlavy válc , vložky válc a ventily jsou identické; spole ným prvkem je také tvar dna pístu.“ [20]
Nejmenším motorem od Scanie je nový p tiválcový adový agregát DC9, konstruk n vycházející z v tšího šestiválcového motoru „zkrácením o jeden válec“. Rozvodová technika je ty ventilová. Po adí vzn cování válc je 1-2-4-5-3. K dostání je v emisních normách EURO3/4/5. Specifikace EURO3/4 je vybavena vysokotlakým vst ikováním Scania PDE* a požadovaných emisí je dosaženo technologií EGR. Verze EURO5 je vybavena vysokotlakým vst ikováním Scania XPI*. Nejvýkonn jší verze s 320PS/235kW je ješt k tomu vybavena VGT turbodmychadlem( s prom nlivou geometrií lopatek ) a technologií SCR pro úpravu výfukových plyn . Chlazení je kapalinové. Jedenáctilitrové adové šestiválcové agregáty Scania DC11 ukon ily svou produkci pro evropské zem nástupem platnosti emisní normy EURO4, 48
protože jsou dodávány pouze ve verzi EURO3 a nemají p ímé nástupce.Tyto motory byly používány pro mén náro né nasazení, kde nebylo pot eba plný výkon 12tilitrového motoru. Vyráb jí se ve verzích s 340PS/250kW a 380PS/280kW se ty ventilovou technikou. Pro vst ikování je op t použit systém Scania PDE. Chlazení motoru je rovn ž kapalinové. V sou asné dob jsou velmi používané 12tilitrové motory Scania DC12 vyráb né také v emisních normách EURO3/4/5. Jedná se o adové šestiválcové kapalinou chlazené agregáty se ty ventilovou technikou. Jsou vybaveny vst ikováním Scania HPI*. EURO4 je dosaženo technologií EGR a EURO5 technologií SCR. Je možné i sp ažení s automatickou p evodovkou Opticruise. Dalším relativn novým motorem je 13tilitrový motor Scania DC13. Jsou to adové šestiválcové kapalinou chlazené motory s mezichladi em stla eného vzduchu. Všechny spl ují normu EURO5 pomocí technologie two way EGR, což je dvoustup ová recirkulace výfukových plyn . Vst ikovaní je vysokotlaké Scania XPI. Samoz ejm mohou být krom klasických manuálních p evodovek také spojeny s automatickou p evodovkou Opticruise. Vrcholem nabídky Scanie je vidlicový osmiválec o obsahu válc 15600cm3. Úhel rozev ení válc je 90°. Po adí vznícení jednotlivých válc je 1-5-4-2-6-3-7-8. Tento kapalinou chlazený vidlicový motor se ty ventilovou technikou, mezichladi em stla eného vzduchu(tím disponují všechny motory Scania) je vybaven ve všech svých výkonových verzích vybaven vysokotlakým vst ikováním Scania PDE*. Verze EURO4/5 jsou vybaveny shodn technologií úpravy výfukových plyn SCR. Pro p íklad jsou uvedeny výkonové k ivky a k ivky to ivých moment pro dva nejzajímav jší motory : obr.27 - devítilitrového adového p tiválce DC9 EURO5 a obr.27 - šestnáctilitrového vidlicového osmiválce DC16 Euro5. *( popsáno bod 3.2. Vst ikování motor )
obr. 27 Pr b hy výkon a kroutících moment motoru Scania DC9 EURO5 v jeho jednotlivých výkonových verzích. Tento nový motor konstruk n vznikl z v tšího šestiválce "zkrácením o jeden válec." To umožnila modulární koncepce konstrukce všech motor této zna ky. [31]
49
obr. 28 Pr b hy výkon a kroutících moment vidlicového osmiválce Scania DC16 EURO5 v jeho jednotlivých výkonových verzích. [32]
P EHLED MOTOR
?
( 9 ,
../2 #0 $ %$& ' ( )*+ #0 0 ($ : (
*/,'*.!! )*
%1 ' ( + ;
#0 $ %$& ' ( )*+ #0 0 ($ : (
%1 ' ( + ; >
#0 $ %$& ' ( )*+ #0 0 ($ : (
%1 ' ( + ; =
>
--.'*,!!
*,.'*.!!
--.'*.!!
*! !'*!!!)* !! *- !'**!!)* ! * !'**!!)*" ! ? ( 98 ? ( 98 ? ( 98 8< 3 8< 3 8< 3 8@ 8@ 8@
*/,'*,!! )*
*,.'*,!!
*! !'**!!)* !! *- !'**!!)* !! * !'**!!)*"!! ? ( 98 ? ( 98 ? ( 98 8< 3 " 8< 3 " 8< 3 "
*/,'*,!! )*
=
"
-!/'*,!!
-" '*,!!
*! !'*!!!)* !! * !!'*!!!)*" ! */!!'*!!!)*" ! ? ( A 5 ? ( A 5 ? ( A 5 8< 3 8< 3 8< 3 8@ 8@ I I ; 8@
50
? /
( 9 **
*!/ ! #0 $ %$& ' ( )*+ #0 0 ($ : (
"
- !'*,!! )*
%1 ' ( + ;
-.!'*,!!
*/!!'**!!)*"!! *.!!'**!!)*"!! ? ( 98 ? ( 98 8< 3 " 8< 3 "
? /
( 9 *-
"
**2! #0 $ %$& ' ( )*+ #0 0 ($ : (
"!,'*,!! )*
%1 ' ( + ; =
>
#0 $ %$& ' ( )*+ #0 0 ($ : (
; =
>
#0 $ %$& ' ( )*+ #0 0 ($ : (
%1 ' ( + ; =
>
"!,'*,!!
" "'*,!!
*,!!'**!!)*" ! -*!!'**!!)*" ! -- !'**!!)* ! ? ( J 5 ? ( J 5 ? ( J 5 8< 3 8< 3 8< 3 8@ 8@ 8@
"!,'*.!! )*
- !'*.!!
-*!!'*! !)*"!! --!!'*! !)*" ! *2!!'**!!)*" ! ? ( J 5 ? ( J 5 ? ( J 5 8< 3 " 8< 3 " 8< 3 8@
-.!'*.!!
%1 ' ( )*+
" '*,!!
-*!!'*!!!)* !! ? ( J 5 8< 3 ?
51
? /
( 9 *"
"
*-2!! #0 $ %$& ' ( )*+ #0 0 ($ : (
-/ '*,!! )*
%1 ' ( + ; =
>
#0 $ %$& ' ( )*+ #0 0 ($ : (
"- '*,!!
*,!!'*!!!)*"!! -*!!'*!!!)*"!! -"!!'*!!!)*"!! ? ( A 5 ? ( A 5 ? ( A 5 8< 3 8< 3 8< 3 I I ; 8@ I I ; 8@ I I ; 8@
" "'*,!! )*
%1 ' ( + ; =
-, '*,!!
>
- !!'*!!!)*"!! ? ( A 5 8< 3 I I ; 8@
? ( 9 */ . ( ( "
* /!! #0 $ %$& ' ( )*+ #0 0 ($ : (
"/.'*,!! )*
%1 ' ( + ; =
>
#0 $ %$& ' ( )*+ #0 0 ($ : (
%1 ' ( + ; =
>
"/.'*,!!
- !!'**!!)*"!! -2!!'*!!!)*"!! - !!'**!!)* !! ? ( 98 ? ( 98 ? ( 98 8< 3 " 8< 3 " 8< 3 ?
*-'*,!! )*
-/'*,!!
/'*,!!
"/.'*.!!
-2!!'**!!)* !! "!!!'**!!)* !! - !!'*!!!)*" ! ? ( 98 ? ( 98 ? ( 98 8< 3 8< 3 8< 3 ? ? ?
52
#0 $ %$& ' ( )*+ #0 0 ($ : (
*-'*,!! )*
%1 ' ( + ; =
>
/'*,!!
-2!!'*!!!)* !! "!!!'*!!!)* !! ? ( 98 ? ( 98 8< 3 8< 3 ? ?
53
2.7.
Tatra Kop ivnice je náš tradi ní domácí výrobce majoritn t žkých terénních nákladních automobil s více jak stopadesátiletou historií. Ve svém výrobním programu má t i konstruk ní ady ur ené pro civilní použití. Jsou to ady T815-2 TERRNo1 , T815-2 a T163 JAMAL. Pro armádu jsou nov ur ené také t i konstruk ní ady. Jsou to T810, ARMAX a FORCE. Tatra si zachovává svou vlastní konstrukci vidlicového osmiválce v úhlu 90°, s rozev ením válc který má své konstruk ní zvláštnosti oproti konven ním motor m konkuren ních zna ek. obr. 29 Jediný osmiválcový vzduchem chlazený Jedná se totiž o vzduchem p ímo motor nákladního automobilu plnící emisní normu chlazené agregáty (o chlazení EURO5 na sv t . Toho je dosaženo pomocí bloku motoru se stará ventilátor) technologie SCR a katalizátoru pevných ástic, ale vysokop epl ované jedním jen p i mechanické regulaci vst ikování paliva. [21] turbodmychadlem s waste gate kanálem. Obsah válc motoru je 12 667 cm3 ve všech emisních i výkonových verzích. Jednotlivé válce jsou litinové, hlavy válc jsou hliníkové. Zvláštností je také valivé uložení klikového h ídele. Plnící vzduch je chlazen chladi em. Pro vst ikování je použito jen adové vst ikovací erpadlo s mechanickou regulací. Motor je opat en technologií SCR a katalyzátorem pevných ástic. S touto výbavou spl uje emisní normy EURO4. Agregáty této specifikace jsou k dostání v nalad ní 280kW a 325kW. Nov , jako jediný vzduchem chlazený motor nákladního vozidla na sv t , spl uje tento osmiválec i normu EURO5 ! Zvláštností je hlavn to, že takto nízkých emisí je dosaženo ist jen mechanicky regulovaným vst ikováním. V této specifikaci jsou motory k dispozici ve dvou verzích, a to s 280kW a s 325kW. Unikátních ešení voz této zna ky je více, ty ale bohužel nespadají do tématu motor . Pro p edstavu pr b hu výkonu a to ivého momentu jsou na obr.30 jejich k ivky. Jde o motor specifikace EURO4. Produkce ješt zahrnuje velmi po etnou skupinu motor ,které již ale nespl ují dnešní zákonné normy z hlediska istoty výfukových plyn . Ty se p esto vyráb jí, protože Tatra má velké odbytišt svých výrobk i zemích Spole enství nezávislých stát (bývalá SSSR), Rusku a Indii. V t chto státech jsou v tomto sm ru benevolentn jší p edpisy. Krom motor vlastní konstrukce je možné vozidla Tatra osazovat i motory jiných zna ek, nap . vodou chlazenými osmiválci Deutz s výkonem 400kW, taktéž vodou chlazenými šestiválci Cummins o výkonu 298kW a vrcholn i vodou chlazeným dvanáctiválcem MTU s výkonem 610kW. 54
obr. 30 Pr b h výkonu a to ivého momentu osmiválce T3D-928 EURO4 SCR. [22]
P EHLED MOTOR
B"9 ),-. 8< 3 . ( ( *-//2 #0 $ %$& ' ( )*+ #0 0 ($ : (
)*
%1 ' ( + ; =
>
?
"
-.!'*2!!)*2 !
"- '*2!!)*2 !
*.!!'*!!!)*-!! 0 0 8< 3 ?
-*!!'*!!!)*-!! =0 H 8< 3 ?
55
B" ),-. . ( ( *-//2 #0 $ %$& ' ( )*+ #0 0 ($ : (
%1 ' ( )*+ ;
"
- !'*,!!
-2!'*.!!
"!!'*.!!
* ,,'*!!! 0 0 8< 3 "
*. !'*!!!
*."!'*-!!
8< 3 "
8< 3 "
=0 H
B"9 ),-. 8< 3 . ( ( *-//2 #0 $ %$& ' ( )*+ #0 0 ($ :
)*
%1 ' ( + %H'$& =+ ( ; =
>
?
"
-.!'*.!!
"- '*.!!
*.!!'**!!)*-!! 0 0 *," 8< 3 ?
-*!!'**!!)*-!!
56
=0 H *.. 8< 3 ?
2.8.
Firma Tedom z Jablonce nad Nisou je pokra ovatelem zkrachovalé spole nosti LIAZ. Ve výrobním programu Tedomu lze nalézt m stské autobusy, dv konstruk ní ady nákladních automobil a stacionární vzn tové motory spalující zemní plyn, bioplyn a diesel. První typ nákladních automobil je Tedom-d. Jsou pohán ny vzn tovými motory splalujícími naftu. V sou asné dob Tedom nemá sv j vlastní naftový agregát spl ující sou asnou legislativu ohledn emisních norem, proto osazuje naftové verze motory Deutz TCD 2013 L06-4V – EURO4. Jde o kapalinou chlazené adové agregáty o obsahu válc 7200 cm3 s vysokotlakým vst ikováním Deutz Common Rail. P epl ování je realizováno turbodmychadlem a motor má samoz ejm intercooler (mezichladi stla eného vzduchu). Maximální výkon motor 235kW je dosažen p i 2300ot/min a maximální to ivý moment 1200Nm p i 1400ot/min. Motory vlastní konstrukce se montují do ady Tedom-g. Jde o plynové motory spalující CNG spl ující normu EURO4 nebo naftu v nelegislativním provedení. Konkrétn jde o jediný adový šestiválcový motor Tedom TG 210 AV TA04 - Euro4 o obsahu válc 11940cm3. Maximální výkon je dosažen p i 2000ot/min a maximální to ivý moment 1200Nm v rozmezí 1200-1450ot/min. Chlazení je kapalinové. Kompresní pom r je pouhých 11,1:1. P EHLED MOTOR
B /
B@ -*! E B ! )8
**, ! #0 $ %$& ' ( )*+ %1 ' ( +
$
: ( :
-*!'-!!! )*
#0 0 ($
(
;
"
*-!!'*-!!)* ! $ 0 F **G* * 1@ 8< 3
57
2.9.
Švédská spole nost Volvo je globálním výrobcem, který má sv j výrobní program jak v Evrop , tak v Severní Americe. Zde bude popsána pouze evropská provenience. Ta ítá p t konstruk ních ad nákladních automobil a ty i ady vzn tových motor . Vždy se jedná o motory adové, kapalinou chlazené. Pro nejleh í konstruk ní ady automobil Volvo FL a FE je ur en adový, turbodmychadlem vysokop epl ovaný šestiválec DC7E s rozsahem od 240 do 320PS. Obsah výkon obr. 31 adový šestiválcový kapalinou chlazený válc je 7200 cm3, je vybaven vzn tový motor Volvo D16E nalad ný ve své mezichladi em stla eného vzduchu a nejvýkon jší verzi na 660PS. [23] vysokotlakým vst ikováním Common Rail. Rozvodová technika je ty ventilová. Agregáty plní normy EURO 3/4/5 pomocí technologie SCR. Pro st edn t žkou adu Volvo FM jsou ur eny motory Volvo D9B, D13A a D13B. D9B je adový šestiválec s obsahem 9400cm3. Je nalad n na t i výkonové verze: 300,340 nebo 380PS. Je vybaven taktéž mezichladi em stla eného vzduchu. Rozvodová technika je ty ventilová. Vst ikování je realizováno elektronicky ízenými erpadlovými vst ikova i a pomocí technologie SCR jsou pln ny normy EURO4/5. Tém t ináctilitrové motory D13A a D13B o shodném obsahu 12777cm3 se odlišují je zp sobem zpracování výfukových plyn . Zatímco D13A na to jde technologií SCR a dosahuje emisí normy EURO4/5, D13B používá technologii EGR a plní normu EURO4. Vst ikování obou motor je elektronicky ízenými erpadlovými vst ikova i. Oba jsou také vybaveny mezichladi em stla eného vzduchu. Vrcholem nabídky, montovaným do vlajkové lodi evropského Volva FH16, je šestnáctilitrový šestiválcový adový , kapalinou chlazený vzn tový motor D16E a D16C. Ve svém nejvýkonn jším provedení disponuje 660PS v rozmezí 1500-1800ot/min a 3100 Nm mezi 1000-1450ot/min. Všechny verze tohoto motoru používají technologii SCR. Palivo je stejn jako u menších motor vst ikováno elektronicky ízenými erpadlovými vst ikova i. Emisn je pln na norma EURO4. Kompresní pom r verze D16E je 17,3:1 , D16C 18:1. P epl ování je realizováno turbodmychadlem. Rozvodová technika je ty ventilová. Podle výrobce je maximální to ivý moment dostupný už po 2 sekundách stla ení akcelera ního pedálu. Všechny motory Volvo mají také jedinou hlavu válc pro celou jednou jejich adu. Pro p íklad jsou níže uvedeny grafy v sou asnosti asi nejmodern jšího motoru z produkce Volva, D13A s výkonem 520PS a kroutícím momentem 2500Nm.
58
obr. 32 Výkonová k ivka motoru D13A s výkonem nalad ným na 520PS. [24]
obr. 33 K ivka kroutícího momentu motoru D13A 520. [24]
P EHLED MOTOR
E / 2-!! #0 $ %$& ' ( )*+ #0 0 ($ : (
)*
%1 ' ( + ; =
>
9 28
"
*22'-"!!
-!/'-"!!
,-!'*-!!)*2!! 3 443 1 56 8< 3 "' ' ? %8 ' +
*! !'*-!!)*2!! *-!!'*-!!)*2!! 3 443 1 56 3 443 1 56 8< 3 "' ' 8< 3 "' ' ? %8 ' + ? %8 ' +
59
-" '-"!!
E / , !! #0 $ %$& ' ( )*+ #0 0 ($ : (
; >
*-222 #0 $ %$& ' ( )*+ %1 ' ( + ; =
>
#0 $ %$& ' ( )*+ #0 0 ($ : (
; =
>
%1 ' ( + ; =
>
".-'* !!)*.!!
9 *"K
"
-/ '* !)*.!! )*
"- '* !!)*.!!
- !!'*! !)* !! - !!'*! !)* ! 0 ($0789 0 ($0789 8< 3 ' 8< 3 ' ? ?
*-222 #0 $ %$& ' ( )*+
-, '* !!)*.!!
*.!!'*! !)* !! -!!!'*! !)* !! --!!'*! !)* !! 0 ($0789 0 ($0789 0 ($0789 8< 3 ' 8< 3 ' 8< 3 ' ? ? ?
E /
#0 0 ($ : (
"
" "'* !!)*.!!
%1 ' ( )*+
-.!'*/!!)*,!!
9 *"
-/ '* !!)*.!! )*
- !'*/!!)*,!!
* !!'**!!)*" ! */!!'*-!!)* ! *2!!'** !)* ! 0 ($0789 0 ($0789 0 ($0789 8< 3 ' 8< 3 ' 8< 3 ' ? ? ?
E /
#0 0 ($ : (
"
-- '*2!!)*,!!
%1 ' ( )*+
=
9 ,K
-, '* !)*.!!
"- '* !)*.!!
*.!!'*!!!)* !! -!!!'*!!!)* !! -* !'*!!!)* !! 0 ($0789 0 ($0789 0 ($0789 8< 3 8< 3 8< 3 8@ 8@ 8@
60
#0 $ %$& ' ( )*+ #0 ($ :
"/.'* !!)*.!! )*
0
%1 ' ( +
(
; =
>
- !!'*! !)* ! 0 ($ 8< 3 8@
E /
9 */8
"
*/*!! #0 $ %$& ' ( )*+
",2'* !)*.!!
%1 ' ( )*+
#0 0 ($ : (
; =
>
9 */
*/*!!
#0 0 ($ : (
%1 ' ( + ; =
"
! '*,!! )*
>
. '* !!)*.!!
-/!!'*!!!)* ! -.!!'*!!!)* ! "*!!'*!!!)* ! 0 ($0789 0 ($0789 0 ($0789 8< 3 8< 3 8< 3 ? ? ?
E /
#0 $ %$& ' ( )*+
-/'* !!)*.!!
,'*,!!
-/!!'*!!!)* !! -.!!'*!!!)* !! 0 ($0789 0 ($0789 8< 3 8< 3 ? ?
61
2.10.Ekonomické parametry motor Hlavním ekonomickým parametrem pro provoz motoru je spot eba pohonných hmot. Bohužel z d vodu neposkytnutí údaj od výrobc nelze tato data seriozn interpretovat. Tato práce se zabývá výhradn motory nákladních automobil , nikoliv automobily samotnými. Proto nelze uvád t spot ebu jednotlivých vozidel v l/100km. Jeden typ motoru je montován do r zných typ automobil jedné nebo více zna ek. V každém vozidle bude však vykazovat jinou spot ebu paliva z d vodu rozdílných hmotností vozidel, jiných pohonných ústrojí apod. Seriozní hodnotou v tomto p ípad by byla m rná spot eba udávaná v g.kW -1.hod-1 . Jediným výrobcem uvád jícím tuto hodnotu alespo u n kterých svých motor je automobilka Tatra. Níže je proveden výpo et pro motor Tatra T3D-928 EURO4 SCR. Výrobcem udávaná spot eba iní 188 g/kW.hod . P i dostatku údaj by tímto zp sobem bylo možno spo ítat každý motor nákladního vozidla. Výpo et: motor: obsah válc : po et válc : kompresní pom r: jmenovitý výkon: max. to ivý moment: otá ky motoru s nejnižší spot ebou: min. m rná spot eba udávaná výrobcem: výh evnost nafty: poissonova konstanta: V
objem jednoho válce: V= n v =
T3D-928 EURO4 SCR V=12667cm3 nv=8 =17,1 P=325kW p i otá kách n=1800rpm M=2100Nm p i otá kách 1100 až 1200rpm nmaxM=1100rpm mmvýrobce=188g.kW -1.hod-1 qv=42MJ.kg-1 =1,4
12667 = 1583 cm 3 8
V 12667 3 kompresní objem: V kompres= = 17,1 = 741 cm
kompresní objem pro jeden válec : V kompres1v =
teoretická termická ú innost motoru:
teoretická=
V kompres 741 = = 93 cm3 nv 8
1−
1 −1
= 1−
1 = 67 , 878 17,11,4− 1
Protože vypo tená termická ú innost je ist teoretická, tedy pro ideální p íklad, je nutné do ní ješt zakalkulovat r zné druhy ztrát. Jsou zp sobeny chlazením bloku válc , mechanickými ztrátami t ením, nedokonale spáleným palivem a podobn . 62
Pokud od ideální ú innosti cyklu ode teme tyto ztráty, které u tohoto konkrétního typu motoru tvo í celkem 32,9% ú innosti teoretické, získáme ú innost reálnou. reálná termická ú innost :
t=
P
0,671
teoretická=
0,671 0,67878= 45 ,546
325
= 40 , 625 kW výkon jednoho válce: P 1v= n v = 8
Jde o ty taktní vzn tový motor, tzn., že pracovní otá ka je každá druhá. Minimální spot eba se nachází v oblasti maximálního kroutícího momentu. Zde konkrétn je to p i 1100ot.min-1. po et pracovních otá ek: n pra cov ních=
n max M 2
60
=
1100 = 550 rpm 2
60
= 1,042 s as pro jeden pracovní cyklus: t 0= n p = 550
práce jednoho válce za jedno oto ení klikového h ídele: P 1v =
A0 t0
A0 =P 1v t 0 = 0,042 MJ
teplo, které je nutné p ivést do válce:
t
=
A0 QH
QH =
A0
=
t
0,042 = 0,093MJ 0,45546
hmotnost paliva vst íknutá do válce pro jeden pracovní cyklus: m=
QH qv
=
0,093 = 2,212 g 42
spot eba všech válc : mc = m nv = 2,212 8 = 17 ,696 g spot eba motoru za hodinu: mh = mc
m rná spot eba motoru: mm =
hod 3600 = 17 ,696 = 61137 ,81g hod t0 1,042
mh 61137 = = 188,116 g kW P 325
1
hod
1
1
Tímto byla pom rn p esn spo ítána m rná spot eba motoru Tatra T3D-928 EURO4 SCR. Dalším ekonomickým parametrem jsou náklady na údržbu a pravidelný servis agregát . Jsou u v tšiny výrobc velmi podobné p i porovnání motor s adekvátními technologiemi. Do budoucna významnou položkou je kapalina AdBLUE(mo ovina (NH2)2CO ). Je vyžadována pro provoz motor plnících normy EURO4 a EURO5 pomocí technologie SCR. Její spot eba se pohybuje u první normy mezi 3-4% na jeden litr paliva a u druhé normy mezi 5-7% na jeden litr paliva. Je možné uvést modelový p íklad: 63
P i b žném vytížení vozidla v mezinárodní doprav ujede vozidlo cca 180000 km za rok (resp. 15000 km za m síc). Jeho pr m rná spot eba iní nap . 31l/100 km. V z je specifikace EURO5, tedy spot eba AdBLUE je mezi 0,05-0,07 litru na jeden litr nafty. spot eba pohonných hmot za rok :
V paliva =
ujeté kilometry 100
31 =
180000 31 = 55800litr 100
cena za pohonné hmoty (1l nafty = 29K ) cena palivo= 55800 29= 1618200 K
minimální spot eba AdBlue: V AdBLUEmin = 0,05 55800 = 2790l maximální spot eba AdBlue: V AdBLUEmax = 0,07 55800 = 3906l p i cen cca 1l AdBLUE=0,33 a 1 =24K odpovídají litrové hodnoty: cena AdBLUEmin = 2790 0,33 = 920,7 = 22080 K cena AdBLUEmax = 3906 0,33 = 1288,98 = 30935 K celkové ro ní náklady na pohonné hmoty: náklady minimální = 1618200 + 22080 = 1640280 K náklady maximální = 1618200 + 30935 = 1649135K
procentuální podíl kapaliny AdBLUE na výdajích za pohonné hmoty:
cena AdBLUEmin 22080 = = 0,0134 = 1,34 náklady minmální 1640280 cena AdBLUEmax 30935 = = = 0,0187 = 1,87 náklady maximální 1649135
podíl minimální = podíl minimální
Z t chto orienta ních výsledk plyne, že AdBLUE se na výdajích za pohonné hmoty podílí 1,34 až 1,87%. (pozn.:Dnes tato kapalina není zatížená spot ební daní nikde v EU.)
64
3.Hlavní vývojové tendence Hlavní vývojové tendence v konstrukci motor dob se ídí n kolika faktory:
pro nákladní automobily v dnešní
1) V sou asnosti nejpal iv jším úkolem konstruktér je vyhov ní sou asné legislativ omezující emise škodlivých výfukových plyn . To v podstat ur uje fakt, jestli se daný agregát ur ený pro pohon vozidla bude moci montovat a následn prodávat. 2) Dalším faktorem ovliv ujícím konstrukci motor je požadavek co nejnižší spot eby pohonných hmot p i co nejvyšším výkonu. Tato skute nost nejvíce zajímá koncového zákazníka v podob dopravní spole nosti a podobn . To s sebou nese pochopiteln více díl ích úkol . 3) Za ur itých okolností se projevuje v menší mí e i downsizing, který je možný díky rychlému vývoji sou asných agregát . 4) Prodlužování servisních interval , které zlepšuje ekonomické parametry motoru. 5) Zvyšování spolehlivosti motor , které vyplývá z neustálého vývoje a v neposlední ad konkuren ního boje mezi výrobci. 6) Pokusy o zavád ní biopaliv jako alternativních pohonných hmot a alternativních druh pohon .
65
3.1.Snižování emisí výfukových plyn
Povolené hodnoty emisí výfukových plyn podléhají v Evrop normám známým jako EURO 0 až EURO V. V sou asné dob je v platná norma EURO IV z roku 2006. Ta upravuje povolené emisní hodnoty výfukových plyn na tyto hodnoty : -oxid uhelnatý:1,5 g /kW.hod -oxidy dusíku: 3,5 g /kW.hod -uhlovodíky:0,46 g /kW.hod -pevné ástice:0,02 g /kW.hod P ehled emisních limit jednotlivých norem: 3
13#
J
8< 3 !
*-G"
* G.
-G/
)
8< 3 *
G,
,
*G-"
!G
2
*G*
!G*
!G//
!G*
8< 3 -
F
(
8< 3 "
-G*
8< 3
*G
"G
!G /
!G!-
8< 3
*G
-
!G /
!G!-
Grafické znázorn ní tabulky:
Hodnoty jednotlivých sledovaných emisí ve výfukových plynech. 66
Díky této regulaci se od roku 1988 ( za átek platnosti normy EURO 0 pro t žké nákladní automobily) zlepšily exhalace výfukových plyn : -oxidu uhelnatého : -oxid dusíku: -uhlovodík : -pevných ástic:
8,2x 4,51x 5x minimáln 20x
Výhledov bude od roku 2009 platit ješt p ísn jší norma EURO V, která dále omezuje emise oxid dusíku. Dnes již ada automobilek nabízí modely vybavené motory spl ujícími i tuto normu. Norem EURO IV/V již bylo ale nutno dosáhnout nejen dalším vývojem sou asných agregát , ale do hry vstoupilo i následné upravování výfukových plyn , ješt než projdou filtrem pevných ástic. Toho je dosahováno v sou asnosti dv ma nejpoužívan jšími technologiemi : a) EGR (Exhaust Gas Recirculation) b) SCR (Selective Catalytic Reduction)
67
3.1.1.Technologie EGR Technologie EGR je založená na recirkulaci výfukových plyn . ást spalin, cca 30%, je p ivedeno zp t do spalovacího prostoru válce. Tento zp sob snížení emisí je charakteristický pro USA, ale používaný je samoz ejm také v Evrop . „Systém EGR pracuje na principu odvád ní ásti výfukových plyn zp t do motoru. P ed vlastním spalováním výfukových plyn musejí být nejprve zchlazeny a smíchány s erstvým vzduchem. Výsledkem je nižší teplota spalování, která vede ke snížení obsahu oxid dusíku. Zárove však vede k vyššímu obsahu pevných ástic, proto je nezbytné integrovat do výfukového systému ur itý typ filtru pevných ástic. Recirkulace výfukových plyn zp t do motoru m že rovn ž zp sobit kontaminaci motorového oleje a filtr , což má za následek kratší servisní intervaly. Technologie EGR navíc v sou asnosti vyhovuje pouze emisním normám Euro 4 a ve srovnání s motory Euro 3 zvyšuje spot ebu paliva o 2 % nebo více.“ [25]
obr. 34 Princip funkce systému EGR. [33]
Na obr.34. je nazna eno, jakým zp sobem pracuje technologie EGR. Modrou barvou ozna ený erstvý vzduch, p ivedený od sání motoru, prochází p es turbodmychadlo. Tam je stla en a následn p iveden do intercooleru za ú elem zchlazení . Dále je hnán do válc , kde je zah át na vysokou teplotu a vyfouknut p es výfukový ventil ( již zna eno ervenou barvou). ást spalin odchází do výfukového systému a ást recirkuluje. Ta je op t zchlazena a smíchána s erstvým vzduchem.
68
3.1.2.Technologie SCR Tato technologie je preferována v tšinou evropských automobilek vyráb jících t žké nákladní automobily. Oproti EGR technologii má nevýhodu v použití další provozní nápln . Touto náplní je mo ovina, známá a distribuovaná pod obchodním názvem AdBLUE. Je to 32,5% vodný roztok mo oviny (NH2)2CO. Je bez zápachu, není toxická, „Nákladní automobil nebo autobus s naftovým motorem má AdBlue® uloženo v samostatné nádrži, odd len od nádrže s naftou. P i provozu motoru dochází k automaticky ízenému vst ikování AdBlue® do zabudovaného katalyzátoru. Zde dochází k p em n oxid dusíku, které vznikají p i spalování nafty, na dusík a vodní páru. Dusík je, na rozdíl od problematických oxid dusíku, p irozenou a neškodlivou sou ástí ovzduší.“ [35]
obr. 35 Princip funkce systému SCR [34]
Na obr.35. je schématicky zobrazen princip funkce technologie SCR. V podstat nejsou nutné zásadní zm ny v konstrukci a snižování emisí je ešeno až následn po vyfouknutí spalin ze spalovacího prostoru. Tím pádem nijak neovliv uje spalovací proces. Servisní intervaly z stávají na stejné úrovni nebo se i prodlužují. Chemické rovnice „Adblue® obsahuje vodný roztok mo oviny o vysoké chemické istot . Tento roztok je v d sledku vysoké teploty ve výfukovém systému rozšt pen na amoniak (NH3) a oxid uhli itý (CO2): voda, teplo mo ovina
CO2 + 2NH3
Práv amoniak je ú innou látkou a hlavní složkou procesu, ke kterému dochází v katalyzátoru technologie SCR. V následném chemickém procesu jsou škodlivé oxidy dusíku (NO a NO2, souhrnn nazývané NOX) p em ovány p sobením amoniaku na dusík (N2) a vodní páru (H2O): 69
NO + NO2 + 2NH3
2N2 + 3H2O“
[35]
V sou asnosti je pln vy ešena tato technologie jak pro normu EURO IV, tak i pro normu EURO V. U EURO V je vst ikováno vyšší množství mo oviny.
3.2.Vst ikování motor 3.2.1.Vst ikovací erpadla 3.2.1.1. adové vst ikovací erpadlo Každý válec má sv j vlastní vysokotlaký element. Zm na dodávky paliva je uskute ována prost ednictvím regula ní ty e, která je spojena s plynovým pedálem. Regula ní ty svým pohybem natá í pístky a tím se m ní dodávka paliva. Po átek vst iku je ur en va kovým h ídelem (potažmo otá kami motoru obr. 36 adové vst ikovací erpadlo vyrobené protože erpadlo je firmou Bosch. [40] pohán no od motoru) a polohou ty e.Integrován je také odst edivý regulátor otá ek, který omezuje nejvyšší otá ky. erpadlo je mazáno motorovým olejem. 3.2.1.2.Rota ní vst ikovací erpadlo Je pohán no taktéž motorem, ale má jen jeden vysokotlaký element. Mazáno je jen palivem. Palivo je do jednotlivých trubek rota ním tla eno rozd lova em.
obr. 37 Rota ní vst ikovací erpadlo firmy Bosch. [42] 70
3.2.2.Vst ikova e Vst ikova e jsou upevn ny v hlav motoru. Vst ikova em se vst ikuje palivo do válce. To probíhá tak, že když se tlak vyvozený palivem v trysce zvýší natolik, aby nadzvedl jehlu (ta je do sedla trysky p itla ována pružinou), dojde ke vst íknutí paliva do válce. Pružina op t jehlu p itla í do sedla, jakmile tlak paliva poklesne. Tím se tryska uzav e a p ísun paliva se p eruší.
obr. 38 Vst ikova e od firmy Bosch. [43]
3.2.3EDC Electronic Diesel Control, neboli ektronická regulace vst ikování paliva, ur uje, jaké množství paliva bude vst íknuto. Dále ídí i plní tlak vzduchu, dobu p edžhavování, p esné asy vst ik atd. Tento el. ízený proces zajiš uje lepší pr b h spalování.
3.2.4.Common Rail
obr. 39 Schéma systému Common Rail. [44]
71
„Common Rail je celosv tov nejrozší en jší systém p ímého vysokotlakého vst ikování nafty u vzn tových motor . Palivo, které je vst iknuté do válce pod vyšším tlakem vytvo í lepší sm s pro ho ení a tím je dosaženo v tší ú innosti motoru. Výhodou t chto agregát oproti klasickým diesel m je p edevším vyšší výkon, zvýšený to ivý moment a snížená spot eba. V sou asnosti se u vozidel používá systém Common Rail první a druhé generace, které se od sebe liší dosaženými vst ikovacími tlaky. Vedle nízké spot eby a dobrých výkonových charakteristik je motor s tímto systémem charakteristický tichým chodem. Systém Common-Rail je v ad p ípad dopln n o turbodmychadlo s variabilní geometrií lopatek, používá se i turbodmychadlo s pevnými lopatkami. Systém pracuje na principu hlavního vst iku paliva pod vysokým tlakem, který je u první generace 150 až 160 MPa. Common Rail druhé generace pracuje na stejném principu jako jeho p edch dce, pouze se zvýšily vst ikovací tlaky a to na 180 až 200 MPa. Hlavnímu vst iku p edchází vst ik (p edst ik) zanedbatelného množství paliva, které proh eje spalovací prostor a umož uje dosažení nižší spot eby paliva. U druhé generace systému Common Rail se používá ješt t etí fáze, tzv. dovst ik, která stanovuje kone né množství vst iknutého paliva pro jeden spalovací cyklus ve válci. Palivo do vst ikova e systému Common Rail je dopravováno vysokotlakým palivovým erpadlem do zásobníku, který je spole ný pro všechny vst ikova e jednotlivých válc . Celý proces vst iku paliva, množství paliva a okamžik vst iku, je ízen elektronickou ídicí jednotkou na základ p esn stanovených hodnot podle zatížení motoru. V hlav jednotlivých válc je umíst n vst ikova , jehož sou ástí je elektromagnetický ventil. Tento ventil se otevírá na základ pokynu z ídicí jednotky a tím odm uje množství paliva. Na pokyn ídicí jednotky se ventil uzav e a vst ikovací cyklus je tak dokon en.“ [37] Dnes je u nákladních automobil nejb žn jší vst ikovací tlak kolem 1600 bar . Je tedy dosahován menší tlak než u systému erpadlo-tryska. Je velmi pravd podobné, že vývoj p jde cestou zvyšování vst ikovacího tlaku. U osobních aut vybavených systémem Common Rail jsou již dnes dosáhnuty tlaky kolem 2000 bar . ím je vyšší vst ikovací tlak, tím je palivo lépe atomizováno a podmínky pro spalování jsou p ízniv jší.
3.2.5.Sdružené vst ikova e Jedná se o systém vysokotlakého vst ikování. Vst ikovací tlaky dosahují až 2000 bar a zaru uje tak dobré rozptýlení nafty do spalovacího prostoru. „Vst ikovací jednotka tvo í jeden celek, který se nazývá sdružený vst ikova . Sdružený vst ikova v sob integruje vysokotlaké vst ikovací erpadlo, vst ikovací trysku a elektromagnetický ídicí ventil. Palivo do vst ikova e je dopravováno nízkotlakým erpadlem. Elektronická ídicí jednotka motoru (motormanagement) reguluje pomocí elektromagnetického ventilu dobu vst ikování a dávku paliva. Tyto hodnoty jsou závislé na 72 obr. 40 Sdružený vst ikova firmy Bosch. [45]
poloze plynového pedálu, režimu motoru, teplot nasávaného vzduchu a dalších parametrech. Funkci vysokotlakého erpadla plní u sdruženého vst ikova e pístek. Tento pístek je stla ován va kou na va kovém h ídeli p es vahadlo proti vratné pružin . P i stla ování pístku dochází i ke stla ování paliva ve vst ikova i. Vyvine se tak vysoký tlak, který otvírá jehlu vst ikova e. Tím dochází ke vst iku paliva otv rky v sedle jehly do spalovacího prostoru válce. Proces každého jednotlivého vst iku je ukon en uzav ením vst ikovacího otv rku jehlou p i poklesu tlaku. Pokles tlaku zajiš uje elektromagnetický ventil, který se otev e a palivo se tak dostává do p epadu. Následuje pohyb pístku erpadla nahoru, kdy se nasává palivo do vst ikova e p es otev ený ventil. Poté se ventil uzav e a následuje opakování celého d je. Celý proces vst iku je ízen ídicí jednotkou motoru. Ta stanovuje p esn množství paliva a okamžik vst iku, což optimalizuje b h motoru, umož uje dosažení vysokého výkonu, nízké spot eby a minima škodlivin ve výfukových plynech. Vzhledem k v tší pracnosti výroby a požadavku vyšší kvality je cena motoru se systémem vst ikování erpadlo-tryska vyšší než u koncep n starší naftových motor . Z výrobního hlediska je výhodn jší i systém Common Rail, který je mén pracný a tudíž i levn jší. Lze p edpokládat, že i cena za p ípadné opravy a b žnou servisní údržbu bude vyšší. V porovnání s konkurenty má motor se systémem vst ikování erpadlo-tryska možnost dosažení lepších výkonových charakteristik a nižší spot eby.“ [36] 3.2.6.Vysv tlení pojm firmy Scania Scania HPI „Systém Scania HPI (vysokotlaké vst ikování) minimalizuje škodlivé emise aniž by zp soboval zbyte né omezení rychlého nár stu to ivého momentu. Je to systém, který je vysoce efektivní i z hlediska spot eby paliva. Nízká spot eba je dosahována pln variabilními a okamžitými úpravami asování, které zajiš ují dodání paliva vždy v p esný okamžik.Vst ikova e Scania HPI jsou v mnoha ohledech podobné tradi ním mechanickým injektor m, které se používají již mnoho let. Palivo je pod vysokým tlakem vst íknuto do spalovací komory mechanickým pístem pohán ným va kovou h ídelí motoru. Inovace vst ikova e spo ívá v odm ování tlaku a asování. Technologie pro úpravu asování využívá odd leného p ívodu paliva do vst ikova e. Neustálými malými úpravami objemu paliva a asováním jeho p ívodu do injektoru je možné dosáhnout p esné kontroly nad vst ikem a tudíž i nad tím, jak je ovlivn na spot eba a emise.“ [38]
Scania PDE „Každý vst ikova má své vlastní integrované vysokotlaké erpadlo, p i vst ikování samostatn ovládané. Není zapot ebí úst edního vysokotlakého erpadla a složitých soustav potrubí pro každý vst ikova .To na druhou stranu znamená, že je systém p irozen spolehliv jší než leckterá p edchozí technologie. Dojde-li už k selhání funkce, tak ka ur it se objevilo jen v jednom válci. Znamená to, že výpadek nákladního automobilu je velmi nepravd podobný. Testování funkcí, používající 73
zabudovanou diagnostiku, trvá pouhých pár vte in, a technik Scanie jej m že v p ípad pot eby provést i na míst u krajnice.“ [39]
3.3.Snižování spot eby paliva a provozních náklad , zvyšování spolehlivosti P i dnešních stále se zvyšujících cenách pohonných hmot je jejich spot eba nejv tší finan ní položkou v provozu nákladního vozidla. Spolu s efektivn jším spalováním jejich spot eba s každou novou generací motor klesá. Je ovšem technicky nemožné bezztrátové využití energie paliva. Stále lepší maziva pomáhají eliminovat nežádoucí t ení, které snižuje ú innost motoru a prodlužovat intervaly pravidelných vým n. Použití nových materiál redukuje hmotnost agregátu. To p ispívá ke snížení hmotnosti celého vozidla a naopak zvyšuje možné užite né zatížení. Stejn tak za využití softwaru založeném na metod kone ných prvk a podobn , je možné lépe optimalizovat rozm ry p i konstrukci motoru a zbyte n nep edimenzovávat.
3.4.Zvyšování výkonu a downsizing I když to na první pohled nemusí být patrné, je možné pozorovat i ur itý trend downsizingu, který je znám p edevším u osobních automobil . Ten je podporován i samotnými automobilkami tím, že disponují širokou škálou motor o r zných výkonech, objemech a konstruk ních uspo ádáních. V posledních letech se nap íklad hojn uplat ují agregáty s objemy válc od 9ti do 11ti litr i v aplikacích, kde by p ed n kolika lety byl nasazen automobil s agregátem 12tilitrovým. Je to zp sobeno hlavn tím, že prudký vývoj a výzkum v oblasti vzn tových motor zajistil, že je možné i z menších objem dostat v tší výkony. Nap íklad vrcholn nalad ný motor Scania DC9 je nalad n na výkon 235kW, což zhruba výkonov odpovídá b žnému 12ti litrovému agregátu nákladního vozidla p ed dvaceti lety. V praxi se dnes nap íklad osv d ují vozidla MAN TGA/TGX osazená motory D20 Common Rail s obsahem 10,52l , výkonem 324kW a kroutícím momentem 2100Nm. To je plná obr. 41 Turbocompound, mod e je nazna en sm r proud ní náhrada za 12ti litrový erstvého vzduchu do spalovacího prostoru, erven je agregát. N které en proud spalin a orandžov sm r rotace sou ástí (oz. nazna automobilky využívají ke kol). [46] 74
zvýšení výkon svých motor i dalších cest než jen konven ního p epl ování. Krom turbodmychadla je další metodou jak využít energii výfukových plyn turbocompounding. Jde o další turbínu umíst nou za turbínou turbodmychadla. Výfukové plyny ji roztá ejí až na 55000ot/min. To ivý moment od turbíny je p enesen p es hydraulickou spojku a ozubená kola na klikový h ídel. Otá ky turbíny jsou p evodovým pom rem redukovány na nižší hodnotu. Tento p ídavný to ivý moment je „p i ten“ k momentu od motoru. Systém vyvinula a používá dodnes Scania.
3.5.Použití alternativních pohon a biopaliv
V oblasti alternativních pohon je možno íci, že vzn tové a zážehové motory, jako nej ast jší reprezentanti pohon ve všech automobilových odv tvích, z stali do dnešní doby nep ekonány. V sou asnosti neexistuje adekvátní plnohodnotná alternativa a v nejbližší budoucnosti se nep edpokládá významný p evrat v tomto trendu. Až na malé výjimky se nákladní automobily s alternativními pohony neprovozují. Tyto technologie bu nabízejí malý dojezd, jsou konstruk n nedotažené, p íliš složité i asto poruchové. Situace s biopalivy je odlišná. P estože situace není nijak dramatická, je tu snaha o nahrazení tradi ních pohonných hmot (dále jen PHM), ropného paliva nafty ( u osobních automobil i benzín ).
3.5.1.Biopaliva V poslední dob se v tomto smyslu zm nila legislativa upravující kvalitu ropných paliv, konkrétn jde o zákon .86/2002,§ 3a, který se zabývá istotou a složením ropných PHM. Upravuje povinnost p imíchání biosložky, již má každý da ový sklad, který expeduje pohonné hmoty koncovým zákazník m, nebo každý subjekt dovážející PHM ze zahrani í. Povinné obsahy p imíchávání bioložek jsou : 1) od 1.9.2007 minimáln 2% FAME* v naft 2) od 1.1.2008 minimáln 2% bioethanolu** v benzínech Od 1.1.2009 se tyto hodnoty procentuáln zvedají na : 1) minimáln 4,5% FAME v motorové naft 2) minimáln 3,5% bioethanolu v benzínech *FAME - (Fatty Acid Methyl Ester) methylester mastných kyselin známý pod ozna ením bionafta, biodiesel. **Bioethanol – kvasný líh (denaturovaný) Zde je vid t, že význam biopaliv jako takových, roste. P í inou toho však není “hlad trhu“, ale je to spíše snaha EU o postupném zmenšování závislosti na rop . Dalším cílem EU p i zavád ní biopaliv je snaha o podporu ekologi t jších PHM. To se ale jeví jako velice diskutabilní. 75
3.5.1.1.Bionafta FAME neboli bionafta je nejznám jší biopalivo, z toho d vodu mu bude v nováno více prostoru. Je vyráb na esterifikací rostliných olej . Její vlastnosti m žeme charakterizovat takto : =
%$H' = #( =
C(
"
+ %L + ;% H'$H+ (( %=+ ;% H'$H+ %L +
./!),!! *-! !)*! / !) !! $
C
Zdroje FAME : epkový olej ( RME, ME O ) - Je nejkvalitn jší, p stuje se p edevším v Evrop , filtrovatelnost je -13°C. Sojový olej - V Evrop se tém nepoužívá, protože je ho nedostatek. Slune nicový olej - Je nevhodný z cenových d vod , používá se hlavn v potraviná ství. Palmový olej - Jde o nejlevn jší cestu, jak vyrobit FAME. Takto se vyrábí p edevším v Jihovýchodní Asii. Filtrovatelnost tohoto paliva je od 6 až 11°C. Výroba je však ze všech variant nejvíce zatížena nep íznivými ekologickými dopady jako deforestace pralesa, p stování monokultur, nebo vznik pustých rašeliniš , ze kterých následn uniká CO2. Živo išný olej - Vyrábí se z odpadu p i zpracování na jatkách a kafilériích. Použitý olej( “fritovací“ ) - Nejhorší kvalita, vážné problémy se zanášením filtr . Podle sou asných zákon lze použít bionaftu ve t ech variantách, a to smíchanou s motorovou naftou a istou: 1) dle SN EN 590 jako maximáln 5%ní p ídavek do motorové nafty (dále jen NM). Je nutná úprava NM z d vodu zvýšení hustoty paliva po p imíchání FAME. Takové palivo pln spl uje požadavky normy. Už p i této koncentraci za ínají problémy p i dlouhodobém skladování. Snahou EU je zvýšení podílu FAME v NM až na 10%. 2) dle SN EN 65 6508 jako sm snou naftu s obsahem minimáln 31% ME O*. P i použití tohoto paliva je nep ízniv ovlivn na spot eba motoru asi o 5% a výkon motoru sou asn klesne cca o 3%. Dále toto palivo nelze skladovat déle než 3 m síce (pak nastává jeho znehodnocení) . Je nevhodné pro v tšinu moderních vst ikovacích systém . 3) dle SN EN 14214 jako 100% FAME. Lze použít jen v n kterých starších typech motor . Výkon motoru ovšem klesne a p itom se zvýší spot eba o cca 15%. Samozd ejm i zde je problém ve skladování. P i specifických podmínkách lze skladovat také maximáln t i m síce. 76
Hlavní výhodou bionafty jsou nižší emise škodlivých výfukových plyn a její neomezené zdroje. Nap íklad p i spalování ME O dochází ke snížení emisí uhlovodík . Naopak mírn vzrostou emise aldehyd a keton . Ty jsou dále áste n snižovány v katalyzátoru. Na druhou stranu v tšímu rozší ení bionafty brání n kolik problémových faktor : 1) Obecn m žeme íci, že toto palivo motor zanáší usazeninami. Úsady se tvo í na st nách spalovacích motor , mezikroužkových mezerách a drážkách pro pístní kroužky. 2) Poškozuje jakékoliv pryžové sou ástky ( t sn ní, hadi ky atd.) se kterými p ijde do styku. Je nutné všechny zam nit za plastové. 3) Bionafta má menší výh evnost, proto je nutné vst ikování v tších dávek paliva (vyšší spot eba). 4) Bionafta je náchylná k oxidaci, v tší riziko koroze v motoru. 5) Nutnost ast jší vým ny oleje motoru. 6) Nemožnost transportu FAME produktovodem.
3.5.1.2.Bioethanol Bioethanol je dalším v malé mí e používaným alternativních palivem. Je vyráb n fermentací rostlin s vysokým obsahem cukru. Dlouhou dobu je používán jako náhrada benzínu v n kterých zemích. P íznivá je redukce škodlivin ve výfukových plynech. Spalování tohoto paliva ve vzn tových motorech má dva problémy, které je nutné ešit. Bioethanol má oproti naft malou výh evnost, konkrétn je to 26,8MJ/kg oproti 42MJ/kg. Proto je nutné vst ikování v tšího množství paliva. Dalším zm nou oproti naft je nízká vzn tlivost ethanolu. Jeho cetanové íslo je oproti naft min. ty ikrát menší. Tím se nep ízniv prodlužuje as pot ebný ke kompresním vzplanutí. To je ešeno aditivy, které snižují bod vzplanutí. Hlavní vlastnosti bioethanolu jsou: =
%$H' "+ F = = %' + = %4M'$H+ = ;% ' +
2,* . ( 0,,G2 -/G. !)!G",
Zdroje bioethanolu: Obilniny - Jsou používány ve v tšin lihovar . Cukrová epa Kuku ice - Takto je vyráb n hlavn v USA Cukrová t tina
77
-
Jedná se o nejlevn jší výrobu ethanolu. Tato plodina je preferována v zemích jako Pakistán nebo Brazilie. Stinnou stránkou jsou stejné ekologické dopady jako v p ípad palmového oleje k výrob FAME. Je p í inou kácení prales a p stování monokultur.
Podle sou asných zákon lze použít bioethanol v n kolika variantách a to smíchaný s benzínem (nap . dnes je již každý benzín zakoupený u erpací stanice s 2% p ím sí ethanolu.) nebo jako již také používaná paliva s ozna ením E85 nebo E95. Z hlediska užitkových vozidel je významné palivo E95, protože se používá do vzn tových motor : E95 je palivo složené z 95% bioethanolu a 5% aditiv, která jsou p imíchávána na podporu vzn tlivosti paliva. V sou asné dob probíhá ve Švédsku projekt se 400 autobusy spalujícími E95. Uplatn ní tohoto paliva ve v tším m ítku brání majoritn jeho cena, kterou zvyšují nutná aditiva. V sou asnosti by se reálná cena jednoho litru E95 pohybovala p es 50 K . Nap íklad v již zmi ovaném Švédsku je tento projekt siln dotován vládou, bez ehož by nem l šanci na úsp ch. Hlavní výhodou bioethanolu z stávají stejn jako u FAME nižší emise škodlivých výfukových plyn a neomezené zdroje. Velkou výhodou je možnost použití produktovodu p i transportu. Mírn vzrostou emise aldehyd , ale ty jsou následn snižovány v katalyzátoru. Problémy p i používání bioethanolu: 1) 2) 3) 4) 5)
Vysoká cena kv li nezbytným aditiv m. Podporuje korozi. Stejn jako FAME je nešetrný k pryžovým ástem motoru. Odstra uje olej. Vyšší spot eba motoru oproti naftovému.
3.5.1.3.Methanol Methanol je také alkohol. Vyrábí se zplyn ním biomasy (biologický materiál ze kterého je možné získat energii). I zde je nutné p idávat aditiva na podporu vznícení. Vzn tové motory spalující metanol vykazují výrazné snížení škodlivin ve výfukových plynech: - 65% snížení emisí NOx - 95% snížení emisí CO - 95% snížení emisí HC - 35% snížení emisí formaldehydu - údajn až 100% snížení emisí pevných ástic
78
3.5.1.4.Zemní plyn CNG CNG(Compressed Natural Gas) je zemní plyn skládající se z 85% metanu, 10% dusíku a CO2 a 5% jiných uhlovodík . Protože jde o plyn, je nutné ho skladovat v tlakových lahvích. To nep ízniv zvyšuje hmotnost automobilu a tím vlastn snižuje užite né zatížení. Objemn jší a t žší nádrže lze však umístit i na st echu (v p ípad autobus ) nebo pod automobil (nákladní automobil). Dalšími nevýhodami jsou nap . menší dojezd automobilu, nedostatek erpacích stanic a v neposlední ad i p ísn jší bezpe nostní opat ení, nutnost pravidelných kontrol. Použitím CNG ve vzn tových motorech se snižuje hlu nost takovýchto motor . Další výhodou oproti motorové naft je lepší mísitelnost CNG a vzduchu. Spalování CNG je také šetrn jší k motorovým maziv m, takže se teoreticky prodlužují intervaly na vým nu oleje. V R se výrobou motor ur ených pro autobusy a nákladní automobily provozované na CNG zabývá spole nost Tedom (viz. výše). Základní vlastnosti CNG : =
%$H' "+ = %4M'$H+ $ >(%4 +
* ! 2G2 -!
3.5.1.5.Další alternativní paliva Existuje ješt n kolik v sou asnosti zkoušených alternativních paliv ur ených pro vzn tové motory nákladních aut. Jsou to zejména: Syntetické dieselové palivo – Je to sm s synteticky vyrobených uhlovodík . Jako výrobní surovina se používá biomasa. Míchání s tradi ní naftou je bezproblémové. Vodíkový plyn smíchaný s bioplynem (nap . CNG) – Jedná se o nízkokoncentrovanou plynovou sm s vodíkového plynu a bioplynu v pom ru cca 8 hmotnostních jednotek (zde je ale bezpodmíne n nutné použití zapalovacích sví ek). Výroba vodíkového plynu je ale v sou asnosti drahá. DME – Dimetyléter je plyn vyrobený zplyn ním biomasy. Manipulace však probíhá v kapalném stavu, protože kapalní již p i nízkém tlaku.
79
3.5.2.Hybridní pohon
Technologie hybridního pohonu se pro nákladní automobily, nasazené v mezinárodní doprav , zdá nevhodná, nicmén pro regionální a hlavn rozvážkovou dopravu se s ním do budoucna po ítá. Vozidlo nasazené v mezinárodní kamionové doprav stráví v tšinu svého života na dálni ních spojích, kde udržuje pokud možno konstantní rychlost. Zde by byl elektromotor nevyužitý a zbyte n by zvyšoval hmotnost obr. 42 Koncept hybridního pohonu od firmy Volvo. vozidla. Tento systém je velice [47] složitý. Automobil je pohán n jak klasickým spalovacím motorem, tak elektromotorem. Koncepce pohonu je výhodná hlavn v m stském provozu,kde automobil asto akceleruje, brzdí a stojí v m stských zácpách se zapnutým motorem. P i nízkých rychlostech je vozidlo pohán no jen samotným elektromotorem, a tím pádem neprodukuje žádné emise. P i vyšších otá kách je motor zapnut, elektromotor mu však pomáhá nap . p i akceleraci z nízkých otá ek apod. To klade nižší výkonové nároky na spalovací motor, proto vykazuje hybridní pohon menší spot ebu PHM než klasický pohon samotným spalovacím motorem. Spojení spalovacího motoru na naftu nebo benzín a elektromotoru ne eší p edpovídané vyschnutí zásob ropy (i když tento scéná nelze v žádném p ípad pop ít, ani dnes se tato možnost nejeví p íliš aktuální v horizontu desetiletí). Problémem íslo jedna je složitost celého za ízení. Dále je celé za ízení dosti t žké a snaha o co nejnižší hmotnost vozidla je tím ma ena. Ekologi nost provozu hybridního pohonu je dána nižší spot ebou PHM, a tím i vypoušt ním nižších emisí do ovzduší. Diskutabilní je ale celková ekologi nost výroby automobilu s hybridní technologií. V oblasti nákladních automobil se tuto koncepci pokouší spole nosti jako Volvo, MAN nebo Mercedes Benz.
80
4.Záv r Tato práce byla zam ena na sou asný stav a vývoj v konstrukci motor pro nákladní automobily. Na úvod byla krátce uvedena historie vývoje spalovacího motoru. Dále byly popsány hlavní mechanické ásti motoru, které byly rozd leny na pohyblivé a nepohyblivé. Tabulkovou formou byly uvedeny parametry tém všech dnes sériov vyráb ných agregát od hlavních zna ek evropského trhu, kterými se osazují nákladní automobily. N kdy pro p íklad nebo pokud se jednalo o motor n ím výjime ný byl p iložen i graf s pr b hem to ivého momentu a výkonu agregátu. Ekonomickým parametr m nebylo možné v novat více prostoru z d vodu neposkytnutí informací od jednotlivých výrobc , proto byl uveden výpo et m rné spot eby motoru obr. 43 Taha MAN TGX 680, nejsiln jší sériový Tatra T3D-928 EURO4 SCR, ke nákladní automobil sv ta. [48] kterému byla tato informace poskytnuta. Jako další byl uveden modelový výpo et, který ukazuje jakou m rou se prodražuje provoz vozidla specifikace Euro5 se za ízením pro vst ikování mo oviny do výfukového potrubí (SCR). Z vypo tených hodnot je z ejmé, že tento systém zdražuje výdaje za pohonné hmoty o 1 až 2% což je p ijatelné a podstatným zp sobem to neohrožuje zisky podnikatele. V poslední ásti byly shrnuty hlavní vývojové tendence motor nákladních automobil . Byly uvedeny legislativní d vody vedoucí ke snížení škodlivých emisí výfukových plyn , sou asný stav a výhledy do budoucna ohledn využití alternativních zdroj paliv a pohon . Biopaliva byla zhodnocena i z hlediska problematiky jejich výroby, surovin pot ebných k jejich výrob , skladování a možnosti transportu . Krom toho byly uvedeny i v sou asnosti používané technologie ve vst ikování paliva vzn tových motor a sm r jakým se konstrukce motor ubírá a do budoucna by m la ubírat. Další vývoj motor pro nákladní automobily je velice ovlivn n jeho ekonomickou náro ností. P i jeho vývoji je zapot ebí mít na pam ti, že koncový zákazník se primárn rozhoduje pro takový motor, který mu jednak zajistí adekvátní výkony pot ebné pro konkrétní druh p epravy nákladu, a na druhé stran bude jeho provoz stát co nejmén vynaložených financí. Nedílnou a zásadní sou ástí této filozofie je také spolehlivost motoru. Logický by se zdál další vývoj naftových motor , ale v horizontu dvaceti let se po ítá se zvyšováním podílu motor spalujících alternativní paliva na trhu. Dle mého názoru bude t eba b hem tohoto asového období najít adekvátní náhradu za dnešní naftu. Nejpravd podobn jší je zdokonalení sou asných technologií používajících alternativní paliva. Problematika distribuce t chto paliv je specifická pro každý druh paliva. Silni ní nákladní doprava má ale tolik výhod a je takovým zp sobem dominantní a rozvinutá, že její stagnace nebo dokonce úpadek nelze v žádném p ípad o ekávat.
81
5.Seznam použitých zdroj [1] Oldengine.org. URL:< http://www.oldengine.org/members/diesel/GasEngine/Gas16.htm> [cit. 2008-0515]. [2] Otto Gas Engine Works. URL:<www.dol.net/~dave.reed/carb.htm> [cit. 2008-01-10]. [3] Collard Green Fuels. URL:
[cit. 2008-01-12]. [4] Beroun, Stanislav.Vozidlov motory, Technická univerzita v Liberci, URL: [cit. 2008-01-12]. [5] Drouzhba Co. URL: [cit. 2008-01-12]. [6] Scania CV AB. URL: [cit. 2008-01-12]. [7] Refit 95, spol. s r.o. URL: [cit. 2008-01-12]. [8] Germes online. URL: [cit. 2008-01-12]. [9] Kingsbury Corporation. URL: [cit. 2008-01-14]. [10] Kennedy's Dynotune. URL: [cit. 2008-01-14]. [11] VegBurner. URL: [cit. 2008-01-16]. [12] American Cars s r.o. URL: [cit.2008-01-20]. [13] DAF Trucks N.V. URL: [cit. 2008-01-22]. [14] Iveco Group. URL: [cit. 2008-01-22]. [15] MAN Nutzfahrzeuge AG. URL: [cit. 2008-01-22]. [16] MAN Nutzfahrzeuge AG. URL: [cit. 2008-02-09]. [17] Daimler AG URL: [cit. 2008-02-10]. 82
[18] Daimler AG URL: [cit. 2008-0210]. [19] RENAULT TRUCKS Component Partnerships. URL: [cit. 2008-02-10]. [20] Scania CV AB. URL: [cit. 2008-02-10]. [21] Server AUTO.CZ. URL: [cit. 2008-04-15]. [22] Tatra a.s. URL: [cit. 2008-03-18]. [23] Volvo Trucks Image Gallery. URL: [cit. 2008-0305]. [24] Volvo Trucks Czech Republic. URL: [cit. 2008-03-05]. [25] DAF Trucks N.V. URL: [cit. 2008-03-05]. [26] Scania Image Bank. URL: [cit. 2008-03-05]. [27] Scania Image Bank. URL: [cit. 2008-0305]. [28] Scania Image Bank. URL: [cit. 2008-0305]. [29] Scania Image Bank. URL: [cit. 2008-0305]. [30] Scania Image Bank. URL: [cit. 2008-0305]. [31] Scania Image Bank. URL: [cit. 2008-0305]. [32] Scania Image Bank. URL: [cit. 2008-0305]. [33] Scania Image Bank. URL: [cit. 2008-03-05]. [34] Scania Image Bank. URL: [cit. 2008-03-05].
83
[35] ADAM & PARTNER, s.r.o. URL: [cit. 2008-03-05]. [36] Server AUTO.CZ. URL: [cit. 2008-0305]. [37] Server AUTO.CZ. URL: [cit. 2008-0305]. [38] Scania CV AB. URL: [cit. 2008-04-01]. [39] Scania CV AB. URL: [cit. 1999-12-10]. [40] Robert Bosch GmbH. URL: [cit. 2008-04-15]. [41] Robert Bosch GmbH. URL: [cit. 2008-04-15]. [42] Robert Bosch GmbH. URL: [cit. 2008-04-15]. [43] Robert Bosch odbytová s.r.o. URL: [cit. 2008-04-15]. [44] US Autoparts. URL: [cit. 2008-0415]. [45] Robert Bosch odbytová s.r.o. URL: [cit. 2008-04-15]. [46] Scania Image Bank. URL: [cit. 2008-05-03]. [47] Volvo Trucks Image Gallery. URL: [cit. 2008-0503]. [48] MAN Nutzfahrzeuge AG. URL: [cit. 2008-05-04]. [49] Robert Bosch GmbH. Automotive Handbook, 7th Edition. 7. vyd. Plochingen: Bosch 2007. 1199 s. ISBN: 978-0-470-51936-3 [50] VLK, František. Vozidlové motory. 1.vyd. Brno : Prof.Ing.František Vlk, DrSc.,nakladatelství a vydavatelství 2003. 580s.ISBN 80-238-8756-4. [51] FERENC,Bohumil. Spalovací motory-Karburátory a vst ikování paliva. 1vyd. Praha: Computer Press 2004. 388 s. ISBN 80-251-0207-6. [52] VLK, František. Alternativní pohony motorových vozidel. 1.vyd. Brno : Prof.Ing.František Vlk, DrSc.,nakladatelství a vydavatelství 2004. 234s.ISBN 80-239-1602-5.
84
[53] PAVELEK, Milan a kol. Termomechanika. 1.vyd. Brno: Akademické nakladatelství CERM,s.r.o.2003.284 s. ISBN 80-214-2409-5. [54] Truck Katalog-Katalog užitkových vozidel 2007-2008. Praha: Springer Media CZ,s.r.o.2007.284 s. ISBN 978-8086411-67-5. [55]Trucker-Fernfahrer Magazin Praha: Business Media CZ, s.r.o. 2002- . MK R 11473
85
Seznam obrázk a graf obr.1 obr.2 obr.3 obr.4 obr.5 obr.6 obr.7 obr.8 obr.9 obr.10 obr.11 obr.12 obr.13 obr.14 obr.15 obr.16 obr.17 obr.18 obr.19 obr.20 obr.21 obr.22 obr.23 obr.24 obr.25 obr.26 obr.27
obr.28 obr.29 obr.30 obr.31 obr.32 obr.33 obr.34
Lenoir v motor Ott v motor Diesel v motor z roku 1893 Pracovní cykly ty dobého vzn tového motoru Napravo p-V diagram Dieselova ob hu rovnotlakého motoru, vlevo p-V diagram smíšeného porovnávacího ob hu vzn tového motoru Indikátorový diagram Pohonné ústrojí nákladního automobilu Motor Scania V8 580PS Píst nákladního automobilu vyrobený firmou Drouzhba Ojnice nákladního automobilu Avia Klikový h ídel firmy Cummins Setrva ník 9-ti litrového motoru Scania DC9 Vyvažovací h ídel Va kový h ídel Turbodmychadlo Scania s variabilní geometrií lopatek Hlavní díly bloku motoru Scania DC13 P íklady ventilových rozvod . Zleva rozvod typu OHC, uprost ed OHV a napravo dnes již nepoužívaný rozvod typu SV. V.H. zna í va kový h ídel. Motor PACCAR MX montovaný do automobil DAF ad XF a CF. Motor Cursor Motor MAN D20 Common Rail plnící emisní normu EURO V. V sou asnosti nejsiln jší sériový motor nákladního automobilu, vidlicový osmiválec MAN D28 montovaný do vozidla MAN TGX V8. Pr b h výkonu a kroutícího momentu obou verzí motoru D28. Vidlicový osmiválec Mercedes-Benz s objemem válc 16 l montovaný do model Actros. Pr b h výkonu a to ivého momentu vidlicového osmiválce Mercedes OM 502 LA o maximálním výkonu 598PS a kroutícím momentu 2800 Nm. Motor Renault DXi5 EURO4 montovaný do nákladních automobil Renault Midlum. adový šestiválec Scania DT 1202 s výkonem 470PS. Pr b hy výkon a kroutících moment motoru Scania DC9 EURO5 v jeho jednotlivých výkonových verzích. Tento nový motor konstruk n vznikl z v tšího šestiválce "zkrácením o jeden válec." To umožnila modulární koncepce konstrukce všech motor této zna ky. Pr b hy výkon a kroutících moment vidlicového osmiválce Scania DC16 EURO5 v jeho jednotlivých výkonových verzích. Jediný osmiválcový vzduchem chlazený motor nákladního automobilu plnící emisní normu EURO5 na sv t . Toho je dosaženo pomocí technologie SCR a katalizátoru pevných ástic, ale jen p i mechanické regulaci vst ikování paliva. Pr b h výkonu a to ivého momentu osmiválce T3D-928 EURO4 SCR. adový šestiválcový kapalinou chlazený vzn tový motor Volvo D16E nalad ný ve své nejvýkon jší verzi na 660PS. Výkonová k ivka motoru D13A s výkonem nalad ným na 520PS. K ivka kroutícího momentu motoru D13A 520. Princip funkce systému EGR. 86
obr.35 obr.36 obr.37 obr.38 obr.39 obr.40 obr.41
Princip funkce systému SCR adové vst ikovací erpadlo vyrobené firmou Bosch. Rota ní vst ikovací erpadlo firmy Bosch. Vst ikova e od firmy Bosch. Schéma systému Common Rail. Sdružený vst ikova firmy Bosch. Turbocompound, mod e je nazna en sm r proud ní erstvého vzduchu do spalovacího prostoru, erven je nazna en proud spalin a orandžov sm r rotace sou ástí (oz. kol). obr.42 Koncept hybridního pohonu od firmy Volvo. obr.43 Taha MAN TGX 680, nejsiln jší sériový nákladní automobil sv ta.
87
