Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav techniky a automobilové dopravy
Rozvodové mechanismy spalovacích motorů Bakalářská práce
Vedoucí práce:
Vypracoval:
Ing. Jiří Čupera, Ph.D.
Daniel Hána Brno 2012
Brno 2012
PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma Rozvodové mechanismy spalovacích motorů vypracoval samostatně a použil jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém seznamu literatury. Bakalářská práce je školním dílem a může být použita ke komerčním účelům jen se souhlasem vedoucího bakalářské práce a děkana Agronomické fakulty Mendelovy univerzity v Brně.
Dne: ………………………………………. Podpis studenta: ………………………..
Brno 2012
PODĚKOVÁNÍ Děkuji vedoucímu mé bakalářské práce Ing. Jiřímu Čuperovi, Ph.D. za odborné vedení a připomínky při zpracování této práce.
Brno 2012
ANOTACE Bakalářská práce s názvem Rozvodové mechanismy spalovacích motorů, se zabývá současnému stavu a nejčastějším používáním rozvodových mechanismů. V první části je vysvětlen význam rozvodových mechanismů. Dále jsou zde popsány jednotlivé základní rozdělení rozvodových mechanismů pro dvoudobé a čtyřdobé motory. Popsány jsou nejčastější používání pohonů rozvodových mechanismů. V další části jsou rozepsány hlavní části ventilových rozvodů a některé systémy variabilních ventilových rozvodů. V závěru jsou zmíněny vývojové tendence ventilového rozvodu.
KLÍĆOVÁ SLOVA Ventilový rozvod, SV, OHV, OHC, DOHC, DESMO, IOE, CIH, Variabilní ventilový rozvod, BMW VANOS, BMW Double VANOS, PORSCHE VARIOCAM, HONDA VTEC, VVTL-i, VVA
ABSTRAKT This bachelor thesis, titled as Distributing mechanisms of combustion engines, deals with the current state and the most common use of the distribution mechanisms. The first section of this thesis explains the sense/meaning of the distribution mechanisms. Thereinafter it describes particular basic divisions of distributing mechanisms for twostroke and four-stroke engines. It also defines the most common application of drives of the distributing mechanisms. In the next part of this thesis, the main parts of the valve distribution and some systems of variable valve distributions are explained. The development trends of the valve distribution are mentioned in conclusion of this thesis.
KEY WORDS Valve Train, SV, OHV, OHC, DOHC, DESMO, IOE, CIH, Variable valve train, BMW VANOS, BMW Double VANOS, PORSCHE VARIOCAM, HONDA VTEC, VVTL-i, VVA
Brno 2012
OBSAH ÚVOD ......................................................................................................................................................... 7 CÍL PRÁCE ............................................................................................................................................... 8 1
VÝZNAM ROZVODOVÝCH MECHANISMŮ ............................................................................ 9 1.1 1.2 1.3
2
OBĚH SPALOVACÍHO MOTORU P-V DIAGRAM ........................................................................................ 9 ČASOVÁNÍ VENTILOVÉHO ROZVODU .................................................................................................. 11 KONSTRUKCE ROZVODU MOTORU ..................................................................................................... 13
ZÁKLADNÍ ROZDĚLENÍ ROZVODOVÝCH MECHANISMŮ.............................................. 14 2.1 ROZVODOVÉ MECHANISMY PRO DVOUDOBÉ MOTORY ........................................................................... 14 2.1.1 Vyplachování dvoudobých motorů....................................................................................... 15 2.2 ROZVODOVÉ MECHANISMY PRO ČTYŘDOBÉ MOTORY ............................................................................ 17 2.2.1 Rozdělení dle uspořádání ventilů ......................................................................................... 18 2.2.1.1 2.2.1.2 2.2.1.3 2.2.1.4 2.2.1.5 2.2.1.6 2.2.1.7
Ventilový rozvod SV (side valves)............................................................................................... 18 Ventilový rozvod OHV ( Over Head Valves)................................................................................ 19 Ventilový rozvod 0HC ( Over Head Camshaft)............................................................................ 19 Ventilový rozvod DOHC (Double Over Head Camshaft) ............................................................. 20 Desmodromický rozvod ............................................................................................................. 21 Ventilový rozvod IOE (Inlet Over Exhaust) ................................................................................. 22 Ventilový rozvod CIH (Camshaft In Head) .................................................................................. 22
2.3 POHON ROZVODOVÉHO MECHANISMU .............................................................................................. 23 2.3.1 Pohon ozubeným řemenem ................................................................................................. 23 2.3.2 Pohon válečkovým řetězem ................................................................................................. 24 2.3.3 Pohon čelními koly s šikmým ozubením ............................................................................... 25 2.3.4 Pohon rozvodovou hřídelí a kuželovými ozubenými koly ..................................................... 26 3
HLAVNÍ ČÁSTÍ VENTILOVÉHO ROZVODU ......................................................................... 27 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5
4
VENTILY....................................................................................................................................... 27 VENTILOVÉ PRUŽINY....................................................................................................................... 28 VAČKOVÁ HŘÍDEL A VAČKY............................................................................................................... 28 ZDVIHÁTKA VENTILŮ....................................................................................................................... 30 ROZVODOVÉ TYČKY A VAHADLA ........................................................................................................ 31
VARIABILNÍ VENTILOVÉ ROZVODY .................................................................................... 32 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6
BMW VANOS ............................................................................................................................ 32 SYSTÉM BMW DOUBLE VANOS ....................................................................................................... 33 SYSTÉM PORSCHE VARIOCAM .......................................................................................................... 34 HONDA VTEC ( VARIOLE VALVE TININY AND LIFT ELECTRONIC KONTROL)................................................ 35 SYSTÉM VVTL-I (VARIABLE VALVE TININY AND LIFT WITH INTELIGENCE) .................................................. 36 SYSTÉM VVA (VARIABLE VALVE ACTUATION) ..................................................................................... 37
5
VÝVOJOVÉ TENDENCE ............................................................................................................. 38
6
ZÁVĚR............................................................................................................................................. 40
SEZNAM LITERATURY....................................................................................................................... 41 SEZNAM OBRÁZKŮ ............................................................................................................................. 42
Brno 2012
ÚVOD Nedílnou součástí v běžném životě je pro každého z nás dopravní prostředek, který využíváme k dopravě a přepravě osob, zvířat, zboží atd. do určitých vzdáleností. Více než 100 let se používají vozidla se spalovacím motorem. Velmi důležitou součástí konstrukce těchto spalovacích motorů jsou rozvodové mechanismy. Základní funkcí rozvodových (ventilových) mechanismů je řídit plnění válců motoru směsí (motory zážehové) nebo vzduchem (motory vznětové). Rozvodové mechanismy motoru mají velký vliv na dosažení parametrů výkonu. Ústrojí rozvodů přenáší zdvih, rychlost a zrychlení od vačky k funkčním částem, ventilům, pístu vstřikovacího čerpadla apod. Díly těchto rozvodů jsou jednou z nejnamáhanějších částí motoru. Na začátku mé bakalářské práce je popsán význam rozvodových mechanismů, dále jsou vysvětleny čtyři základní doby pracovního oběhu čtyřdobého zážehového motoru a to doba sání, komprese, expanze a výfuk. Důležité je zde také časování ventilového rozvodu, které má vliv na výkonové a ekonomické parametry motoru. V další kapitole se zabývám popisem dvoudobých a čtyřdobých rozvodových mechanismů. U dvoudobých mechanismů rozdělujeme druhy dle vyplachování válce a to na příčné, souproudé a vratné. U čtyřdobých rozvodů jsem se zaměřil na rozdělení dle uspořádání ventilů na různé typy ( SV, OHV, OHC, DOHC atp.). Pro správný chod motoru je nutný pohon ventilového rozvodu. Zde jsem se zaměřil na jednotlivé pohony. Pohon ozubeným řemenem, který je rozšířen nejvíce u osobních automobilů, pohon řetězem, čelními koly a rozvodovou hřídelí. Ventilové rozvody mají velmi namáhané části. Každá část musí plnit svůj význam a účel. Zmínil jsem se jednotlivě o hlavních částech tohoto rozvodu. Ke konci této bakalářské práce jsou popsány některé systémy variabilního časování ventilů ( BMW VANOS, HONDA VTEC, PORSCHE VARIOCAM atp.) a vývojové tendence rozvodových mechanismů.
Brno 2012
Stránka 7/43
CÍL PRÁCE V obsahu práce směřují k objasnění významu rozvodových mechanismů v motoru. Podstatou je seznámení s různými druhy rozvodových mechanismů od méně používaných či zastaralých po nejpoužívanější a nejnovější druhy. Důraz kladu především na porozumění činnosti těchto mechanismů. V jedné z kapitol se podrobněji zabývám některými jednotlivými částmi rozvodu. U konce práce se zmíním o vývojových tendencích.
Brno 2012
Stránka 8/43
1 VÝZNAM ROZVODOVÝCH MECHANISMŮ Ventilový rozvod má za úkol výměnu plynů ve válci motoru, neboli okamžiky otevření a zavření ventilů pro plnění válců vzduchem (motory vznětové) nebo směsi (motory zážehové) a odvod výfukových plynů. Dále utěsnění spalovacího prostoru a zabezpečení bezporuchového chodu. Rozvodový mechanismus motoru má také vliv na výkon motoru. Ústrojí rozvodu přenáší rychlost, zdvih, zrychlení od vačky k funkčním částem (ventilům, pístu vstřikovacího čerpadla apod.). Rozvody musí zaručovat co největší a co nejhospodárnější využití spalovacího prostoru motoru a zároveň má mít tichý chod. Další požadavek je, že do spalovacího prostoru válce motoru se musí přivést co největší množství vzduchu, směsi, dovolit co nejdokonalejší přípravu směsi a spálené zbytky paliva a zplodin co nejrychleji a dokonale odvést. Tímto se rozvody musí otevírat a zavírat ventily nebo překrývat kanály, ve vhodný okamžik, a to tak, aby byl střední časový průřez, daný otevřením ventilu, co největší.
(Vlk, 2003), (Motejl,
Horejš, & kolektiv, 2004)
1.1
Oběh spalovacího motoru p-V diagram
Obr. 1 p-V diagram oběhu pístového zážehového motoru (O nás: eamos)
Brno 2012
Stránka 9/43
Pracovní oběh čtyřdobého zážehového motoru se skládá ze čtyř dob. Každá doba proběhne za jeden zdvih pístu. Celý oběh se uskuteční za 2 otáčky klikové hřídele. K výměně ve válci je zprostředkováno rozvodovým mechanismem a to sacími a výfukovými ventily. Pomocí elektrické jiskry dochází k zapálení směsi. 1.doba – Sání Píst se pohybuje od horní úvratě (HÚ) k dolní úvrati (DÚ). Tím se ve válci vytváří podtlak a přes otevřený sací ventil dochází k nasávání čerstvé směsi paliva se vzduchem. Bod označený v diagramu SO ukazuje okamžik otevírání sacího ventilu. Sací ventil se otevře dřív než píst dosáhne HÚ. Úplné uzavření sacího ventilu je v bodě SZ, tedy až za DÚ pístu. (O nás: eamos) 2.doba – Komprese Píst se pohybuje z DÚ do HÚ, dochází ke stlačení čerstvé směsi. Sací a výfukový ventil je uzavřen. Ke konci kompresního zdvihu vlivem stlačení směsi se zvýší teplota ve válci na 350˚C až 450˚C. Také se zvýší tlak ve válci až na 1,8 MPa. V době označeném Z je směs zapálena elektrickou jiskrou přeskakující mezi elektrodami zapalovací svíčky. To je nazýváno „předstihem zážehu“. Ten je nezbytný, protože zapálení směsi a její prohoření má určitou prodlevu. Jiskra vždy přeskočí před HÚ. (Jan & Ždánský, 2006) 3.doba – Expanze Píst se pohybuje z HÚ do DÚ. Zapálená směs rychle prohořívá a tím roste teplota až na 2500˚C. Žhavé plyny expandují a tím tlačí na píst, který pod tlakem ustupuje směrem k DÚ. Zde nastává důležitý okamžik, kdy se tepelná energie mění na mechanickou práci. Tím je expanze jedinou pracovní dobou čtyřdobého pracovního motoru. (Jan & Ždánský, 2006) 4.doba – Výfuk Píst se pohybuje z DÚ do HÚ a vytlačuje spaliny z válce přes otevřený výfukový ventil do výfukového potrubí. Těsně před dosažením HÚ se začne otevírat sací ventil. Zde nastává okamžik, který je nazýván „překrývání ventilů“. Je to doba, při které jsou
Brno 2012
Stránka 10/43
pootevřeny zároveň oba ventily. Sací ventil se otevírá a výfukový ventil se ještě nezavřel.
1.2
Časování ventilového rozvodu Přesnou dobu otevření jednotlivých ventilů určuje časový diagram v průběhu
jednotlivých pracovních cyklů, tak aby bylo zajištěno dostatečné nasátí nové směsi a vypláchnutí spalovacího prostoru od spalin. Sací a výfukové ventily se otevírají s určitým předstihem před HÚ (DÚ), tím je zajištěno dokonalé naplnění prostoru válce směsí. Při plnění válce je využito určité setrvačnosti kinetické energie, pohybu směsi a sací ventil zavírá několik stupňů za DÚ. Stejně je to u výfukového ventilu, který zavírá za HÚ. Velikostí těchto předstihů a zpoždění určují rozvodové diagramy časování, jejichž data jsou ve stupních natočení klikového hřídele. (Motejl, Horejš, & kolektiv, 2004) Výfukový ventil Výfukový ventil se bude otvírat při 35º až 90º před DÚ (VO) během pracovního zdvihu. Předčasným otevřením výfukového ventilu se využívá vysokého tlaku ve válci (0,3 až 0,4 MPa) pro rychlý únik spalin. Když se výfukový ventil otevře, tak rychle poklesne tlak ve válci a tím se sníží velikost práce potřebné k vytlačení výfukového zdvihu. Výfukový ventil se bude zavírat při 5º až 30º za HÚ (VZ), tedy až na počátku sacího zdvihu, aby proudící spaliny mohly svým účunkem odsát náplň ze spalovacího prostoru a nasát čerstvou náplň otevřeným sacím ventilem. (Jan & Ždánský, 2006) Sací ventil Sací ventil se bude otevírat při 0º až 40º před HÚ (SO) na konci výfukového zdvihu. Dobou mezi S0 a VZ se nazývá překrytí ventilů nebo-li střih ventilů, při této době jsou otevřeny oba ventily. Překrývání ventilů se využije k propláchnutí spalovacího prostoru v horní poloze pístu. Předčasným otevíráním sání dosáhne současně dostatečný průtočný průřez v sedle ventilů již na počátku sacího zdvihu pístu. Tím dojde k zabránění škrcení čerstvé náplně nasávané pístem. Na počátku kompresního zdvihu se bude sací ventil otevírat při 35º až 90º za DÚ (SZ). Tím se umožnuje využít setrvačnosti
Brno 2012
Stránka 11/43
proudící čerstvé nápně k naplnění válce (zvýšení plnicí ůčinnosti). (Jan & Ždánský, 2006)
Toto časování rozvodu závisí na druhu a rychloběžnosti motoru. V úzkém rozsahu otáček motoru plně vyhovují. Důležité pro stanovení časování ventilů je průběh tlakových kmitů v sacím a výfukovém systému motoru. (Jan & Ždánský, 2006)
Obr. 2 Diagram časového průřezu rozvodových ventilů čtyřdobého motoru (Motejl, Horejš, & kolektiv, 2004)
Obr. 3 Kruhový diagram časování ventil rozvodu Škody Octavia ( Motejl, Horejš, & kolektiv, 2004)
Brno 2012
Stránka 12/43
1.3
Konstrukce rozvodu motoru Rozvod motoru je poháněn z klikové hřídele pomocí ozubeného řemene,
válečkového řetězu nebo ozubenými koly. Hnanou částí je vačková hřídel s vačkami, která se zabývá otevíráním a zavíráním sacích a výfukových ventilů a to buď přímo nebo nepřímo přes zdvihátka, tyčky nebo vahadla. Díky ventilovým pružinám dochází k uzavření ventilů. U čtyřdobého motoru se sací a výfukový ventil otevřou a zavřou jednou za dvě otáčky klikového hřídele. Proto musí mít vačková hřídel proti klikovému hřídeli poloviční otáčky. Mezi klikovou a vačkovou hřídelí je převodový poměr 2:1, což znamená, že převod je do „pomala“. (Jan & Ždánský, 2006)
Brno 2012
Stránka 13/43
2 ZÁKLADNÍ ROZDĚLENÍ ROZVODOVÝCH MECHANISMŮ
2.1
Rozvodové mechanismy pro dvoudobé motory
Náplň ve válci u dvoudobých motorů se vyplachuje před koncem expanzního a na začátku kompresního zdvihu. V kratší době, odpovídají zhruba jedné pětině až třetině zdvihu, proběhne tu výfuk, vypláchnutí ostatních výfukových plynů a nová náplň válce. Nejčastěji se používá u rozvodového ústrojí pouze píst motoru, který odkrývá a zakrývá hranami postupně kanály ve stěně válce. Méně používané je rozvodu šoupátkem (šoupátko – válcové, deskové, kuželové) a rozvodu jazýčkovým ventilem. Výhodou první alternativy je jeho jednoduchost. Tento rozvod pístem je symetrický a tudíž neumožňuje dokonalé naplnění válce čerstvou směsí. Když dojde k překrytí kanálů zůstává ve válci motoru určité množství spalin a poměrně velké množství nové směsi je vytlačováno do výfuku. K dobrému naplnění prostoru je zajištěno dmychadlem. Jako plnící dmychadlo se používá upravená skříň motoru. V druhé
alternativě
dochází
k dokonalejšímu
plnění
a
výplachu,
díky
nesymetrickému uspořádání rozvodového mechanismu. Výchozí tlak v pracovním oběhu odpovídá při jmenovitém zatížení
motoru plnému tlaku čerstvé náplně dodávané
samostatným dmychadlem. (Macek, 2007)
Obr. 4 Symetrický a nesymetrický rozvodový mechanismus dvoudobého motoru po) průběh otevření, pp) plnící průřezy, vp) výfukové průřezy, pv) předběžný výfuk, vv) volný výfuk, vpl) vyplachování a plnění, d) doplňování, v) výfuk (Motejl, Horejš, & kolektiv, 2004)
Brno 2012
Stránka 14/43
2.1.1 Vyplachování dvoudobých motorů Rozdělujeme dle uspořádání a to: příčné, souproudé a vratné. Příčné vyplachování Je to nejstarší způsob použitý u dvoudobých motorů s kanály. Přepouštěcí kanál se nachází naproti výfukovému kanálu, proto se říká příčné vyplachování. Při výplachu se pohybuje směs napříč válcem k výfuku. Otevření a zavření těchto kanálů se zabývá horní hrana pístu, tzv. deflektor. Dá se říci, že výhoda tohoto systému je jednoduchá konstrukce. Mezi zápory patří nemožnost plnění válce na plný tlak. Když je zavřen přepouštěcí kanál, tak část směsi uniká do výfukového kanálu, který se zavírá později. Je zde horší vyplachování, účinnost apod. Dnes se tento systém konstrukce nevyužívá.
Obr. 5 Schéma příčného vyplachování (Macek, 2007)
Vratné vyplachování Patří k nejrozšířenějšímu způsobu, který se využívá u dvoudobých motorů. Vyplachování válce je lepší než u vyplachování příčného. Toto vyplachování vratné nebo-li protisměrné se využívá pro výfuk a výplach jen otvorů ve válci motoru, ale jsou umístěny na stejné části obvodu válce nad sebou. Záporem je nemožnost doplnění válce na plný plnící tlak, protože pístem se zavírají plnící otvory dříve než výfukové. Tato nevýhoda je vyřešena šoupátkem nebo výkyvnou Brno 2012
Stránka 15/43
klapkou ve výfukovém kanálu, tím uzavře výfuk dříve, než píst na začátku kompresního zdvihu uzavře plnící otvory. Tím je zabráněno úniku směsi do výfuku a doplnění válce na plný tlak. Další nedostatkem je nutnost zvláštního náhonu šoupátka, tudíž složitější konstrukce. Novější přeplňovaní motory šoupátko ve výfuku nevyužívají.
(Klůna,
Košek, & kolektiv, 1995)
Obr. 6 Schéma vratného vyplachování (Motejl, Horejš, & kolektiv, 2004)
Souproudé vyplachování Dokonale vyplachuje a naplňuje spalovací prostor válce, protože má dobrou konstrukci a umístění kanálů, tudíž je směs dokonale rozvířena při vstupu do válce motoru. Úhel sklonu vrtání kanálů umožní rozvíření, rozmístění a tvar. Plnící a výfukové průřezy ovládají dvě rozdílná ústrojí. Aby se plnění dostalo do nejoptimálnějších rovin musí se rozvodová data časově sladit. Výfukové ústrojí se skládá z jednoho nebo více talířových ventilů nebo šoupátko s nuceným ovládáním. Plnící otvory po obvodu válce jsou nízké a proto se ztrácí poměrně malá část účinného zdvihu. (Horejš, Motejl, & kolektiv, 2009) Jelikož je nutností ovládání ventilů nebo šoupátka je zde složitější konstrukce tohoto vyplachování. Kladem je volba nastavení časování tak, aby bylo dosaženo optimálního způsobu plnění, vypláchnutí, nízké tlakové ztráty, tím vyšší účinnost a nižší spotřeba paliva. Brno 2012
Stránka 16/43
Obr. 7 Schéma souproudého vyplachování (Motejl, Horejš, & kolektiv, 2004)
2.2
Rozvodové mechanismy pro čtyřdobé motory
Tento rozvodový mechanismus má za úkol otevírání a uzavírání prostoru válce motoru ve správném časovém intervalu, přičemž průtočné průřezy pro odvod spalin a přívod čerstvé náplně se musí
značit minimálními tlakovými ztrátami. Rozvod je
značně namáhán mechanicky a tepelně, ale i přesto musí zabezpečit nejnižší hlučnost a bezporuchový provoz. Rozvody dělíme dle konstrukčního řešení na rozvody ventilové a šoupátkové. Šoupátkové rozvody pracují prakticky bezhlučně, mohou mít velké průtočné průřezy. V současné době se tyto rozvody nepoužívají, protože mají malou spolehlivost a nízkou životnost a to hlavně kvůli přehřívání a zadírání šoupátek. Ventilové rozvody dokonale utěsní pracovní prostor válce motoru, na výrobu a opravy jsou jednoduché a v provozu jsou spolehlivé. Ventilové rozvody rozdělujeme podle způsobu ovládání pohybu ventilu na rozvody ovládané mechanicky, hydraulicky a elektromagneticky.
Brno 2012
Stránka 17/43
2.2.1 Rozdělení dle uspořádání ventilů Všechny používané konstrukční řešení rozvodového mechanismu se skládají z různých součástí, které jsou uspořádány a uloženy buď v hlavě motoru nebo bloku válců motoru. Dle toho hlediska rozlišujeme různé ventilové rozvody.
2.2.1.1 VENTILOVÝ ROZVOD SV (SIDE VALVES) Je to rozvod, kde jsou ventily umístěny po straně válce a vačkový hřídel je v bloku motoru. Tento rozvod se také nazývá rozvod s postraními ventily. Díky zdvihátku od vačky se ventily ovládají. Seřízení vůle u tohoto rozvodu se provádí šroubem, který je součástí zdvihátka. Jediná výhoda je v jednoduchosti rozvodu a nízké hmotnosti. Obtížně se vytváří kompresní prostor s vyšším kompresním poměrem a dosahuje se nízkého výkonu motoru. Mezi největší nevýhodu patří spalovací prostor mimo válec, po straně. Tento rozvod se již nepoužívá u současných motorů. (VLK, 2003)
Obr. 8 Ventilový rozvod SV (Gscheidler, 2007)
Brno 2012
Stránka 18/43
2.2.1.2 VENTILOVÝ ROZVOD OHV ( OVER HEAD VALVES) Jedná se rozvod, kde jsou ventily umístěny v hlavě válce a vačkový hřídel se nachází v bloku motoru. U tohoto rozvodu jsou ventily umístěny shora v hlavě válců. V klikové skříni je umístěn vačkový hřídel, který je velmi blízko klikového hřídele. Pohon je zajištěn od vačkového hřídele přes zdvihátka, rozvodovými tyčkami, které vedou blokem válců do hlavy kde vahadla ovládají přímo ventily. Nevýhodou rozvodu je, že obsahuje velký počet součástek, tudíž i větší hmotnost. Následkem je zvýšená hlučnost motoru a nižší tuhost rozvodu. Výhodou zde je jednodušší konstrukce spalovacího prostoru, také možnost umístění většího počtu ventilů, což má následek na lepší spalování.
Obr. 9 Rozvod OHV (O nás: Auta 5P)
2.2.1.3 VENTILOVÝ ROZVOD OHC ( OVER HEAD CAMSHAFT) Tento rozvod je typický tím, že vačkový hřídel je umístěn i s ventily v hlavě válce motoru. Občas je rozvod OHC označován SOHC (Simple OHC). Toto oslovení se používá u více ventilových rozvodů, aby se zdůraznilo na použití jednoho vačkového hřídele pro jednu řadu válců. Znamená to, že jeden vačkový hřídel ovládá jak sací, tak výfukové ventily. V současné době je to nejpoužívanější rozvod motorů osobních automobilů. Vačkový hřídel ovládá ventily rozvodovými pákami nebo přímo přes hrníčková zdvihátka a v posledním případě pomocí vahadel, pokud je vačkový hřídel umístěn mezi Brno 2012
Stránka 19/43
ventily. Výhodou je zde, že se snížil počet pohyblivých součástí. Rozvod má malý počet stykových ploch a vyšší tuhost. Snížila se tu hlučnost a hlavně došlo k zpřesnění a zrychlení doby ovládání ventilů. To má za následek zlepšení výkonu motoru, spotřebě paliva a chod motoru jako celek. Nevýhodou tohoto rozvodu je složitější konstrukce hlavy motoru – větší výška hlavy válců a složitější provedení pohonu vačkového hřídele. Pohon vačkového hřídele je proveden buď přes dvouřadý válečkový řetěz nebo ozubeným řemenem.
Obr. 10 Motory s vačkovou hřídelí v hlavě válců (OHC) ( Gscheidler, 2007)
2.2.1.4 VENTILOVÝ ROZVOD DOHC (DOUBLE OVER HEAD CAMSHAFT) Rozvod je obdobný rozvodu OHC, rozdíl je v tom, že zde jsou dvě vačkové hřídele na hlavě válců. Můžeme se setkat s označením Twin Cam (TC) nebo 2 x OHC. Rozvod DOHC je použit hlavně u více ventilových rozvodů. Nejen, že tento systém zaručuje vyšší tuhost, ale hlavní výhodou je, že umožňuje vynechání vahadel pro přenos síly a tím snižuje hmotnost. Rozvod je vhodný pro výkonnější motory. (Rollinger, O nás: Flyingshadows, 2005)
Brno 2012
Stránka 20/43
Obr. 11 Rozvod DOHC s hrníčkovými zdvihátky (Rollinger, O nás: Motorkáři, 2005)
Obr. 12 Rozvod s dvojicí vačkových hřídelí (DOHC) (Gscheidler, 2007)
2.2.1.5 DESMODROMICKÝ ROZVOD Je to typ ventilového rozvodu, kde je ventil nuceně zavírán speciální vačkou. U předchozích rozvodů se využívalo ventilových pružin, u toho to systému tato pružina odpadá, protože jsou zde vysoké otáčky motoru a pružiny by nezvládaly udržet ventil v kontaktu s vačkou, mohlo by dojít k havárii. Tento rozvod se využívá u závodních vozidel nebo motocyklů. Dříve tento systém využívaly závodní vozy např. značky Mercedes-Benz typu W196 nebo 300SLR. (O nás: Wikipedie). Nejčastěji se v současné době setkáváme s tímto systémem u motocyklů značky Ducati. Využívají se zde dvě vačky na jeden ventil. Princip je takový, že jedna vačka ovládá vahadlo pro otevření a Brno 2012
Stránka 21/43
druhá vačka vahadlo zavírá. Nevýhoda je ve složitější konstrukci a náročnosti na výrobu, kvůli nutnosti velmi přesných dílů. Také je u tohoto systému náročnější seřízení a mazání ventilů, vyžaduje se kvalitní olej s vyšší únosností filmu.
Obr. 13 Desmodromický rozvod (Heisler, 2011)
2.2.1.6 VENTILOVÝ ROZVOD IOE (INLET OVER EXHAUST) Tento rozvod se nazývá rozvod s protilehlými ventily. U tohoto systému se používá kombinace rozvodu OHV (sací ventil je visutý v hlavě válce) a SV (výfukový ventil umístěn v bloku válce). Také se tomu to provedení říká rozvod s F – hlavou. Tento typ se nikdy moc nerozšířil a v dnešní době se nepoužívá.
2.2.1.7 VENTILOVÝ ROZVOD CIH (CAMSHAFT IN HEAD) Je to rozvod s vačkovým hřídelem v hlavě válců. Vačková hřídel je uložena v hlavě válců a pomocí zdvihátek a vahadel ovládá ventily.
Obr. 14 Rozvod CIH (Gscheidler, 2007)
Brno 2012
Stránka 22/43
2.3
Pohon rozvodového mechanismu
Základním pravidlem pohonu rozvodového ústrojí je přesná synchronizace pohybu klikového a vačkového hřídele. Konstrukce pohonu má své klady a zápory. Například v hlučnosti, poruchovosti, přesnosti přenosu ovládací síly apod. Ventilové rozvody mohou být poháněny několika způsoby a to pomocí: •
Ozubenými koly a ozubeným řemenem
•
Řetězovými koly a válečkovým řetězem
•
Čelními koly se šikmým ozubením
•
Rozvodovým ( královským) hřídelem a kuželovými ozubenými koly
2.3.1 Pohon ozubeným řemenem Tento druh pohonu je rozšířen nejvíce u osobních automobilů. Nejčastěji se používá ozubený řemen ze zpevněného plastu a je vyztužen skelnými nebo ocelovými vlákny. Tyto vlákna přenášejí tažnou sílu a omezují roztažnost. Výhodou rozvodových řemenů je nenáročná a jednoduchá údržba (nepotřebují mazání). Mají nízkou hmotnost a pracují nehlučně. Musí však splňovat náročné mechanické požadavky (vysokou pevnost v tahu, odolnost proti otěru). Dále musí odolávat chemickým vlivům (slaná voda, vodní mlha a olej), vysokým teplotám a být pružné při vysokých mrazech. (Vlk, 2003) Při provozu se řemen vytahuje prakticky nepatrně a je napínán z vnější hladké strany pomocí napínací kladky. Tím zabraňuje přeskočení řemene o rozteč jednoho nebo více zubů na ozubené řemenici. Pokud by došlo k přeskočení řemene, tak by se vážně narušilo seřízení motoru. Když dojde k přílišnému vytažení řemene, tak ho musíme vyměnit za nový. Životnost řemene se odvíjí od počtu najetých kilometrů a je vždy určena výrobcem motoru.
Brno 2012
Stránka 23/43
Obr. 15 Rozvodový řemen automobilového motoru (O nás: Wikipedie) Obr. 16 Pohon ozubeným řemenem (Gscheidler, 2007)
2.3.2 Pohon válečkovým řetězem Pohon řetězem se nejčastěji využívá u motocyklů. U tohoto pohonu dochází k přenosu síly pomocí řetězových kol a ocelových řetězů. Používají se řetězy válečkové nebo pouzdrové. Napínák a vodítka (vodící lišty) nám slouží ke správnému vedení a napnutí řetězu ve všech režimech. Jedním řetězem mohou být poháněny současně dva vačkové hřídele, tak i ostatní zařízení jako např. olejové čerpadlo. Válečkové a pouzdrové řetězy bývají většinou dvouřadé (duplex) nebo třířadé, ale můžeme se setkat i s jednořadými (simplex). U řetězových kol může mít jednostranný nebo dvoustranný náboj. Materiál řetězových kol závisí na uspořádání ventilového rozvodu, provozních podmínkách a přenášeném výkonu. Tyto kola volíme z legovaných ocelí, uhlíkových ocelí a ze slinutých materiálů. (Vlk, 2003)
Brno 2012
Stránka 24/43
Obr. 17 Řetězový pohon Suzuki DR-BIG (O nás: Suzuki DR BIG 750 S)
Obr. 18 Řetězová kola (Motejl, Horejš, & kolektiv, 2004)
2.3.3 Pohon čelními koly s šikmým ozubením Tento pohon se vyznačuje vysokou spolehlivostí a životností. Proti předchozím pohonům ozubeným řemenem a ocelovým řetězem je konstrukčně složitý a nákladnější. Použití pohonu čelními koly je zejména u rozvodů typu OHV, kde vačková hřídele umístěna v bloku motoru. Mezi klikovým a vačkovým hřídelem je poměrně malá vzdálenost. Aby se snížila hlučnost pohonu, tak se nejčastěji používají čelní ozubená kola s šikmým ozubením. Tento pohon se používá nejvíce u nákladních automobilů. (Jan & Ždánský, 2006), (Vlk, 2003)
Brno 2012
Stránka 25/43
Obr. 19 Pohon ozubenými koly (Motejl, Horejš, & kolektiv, 2004)
2.3.4 Pohon rozvodovou hřídelí a kuželovými ozubenými koly Tento druh pohonu je velmi kvalitní. Vyskytuje se velmi málo, protože je výrobně náročný a drahý. Královská hřídel s kuželovými ozubenými koly vede od klikového hřídele podél válce do hlavy válců na vačkový hřídel. (Rollinger, O nás: Motorkáři, 2005). Tento pohon byl používán u známého motocyklu značky Jawa 500 OHC nebo také u veteránu Tatra 17.
Obr. 20 Pohon vačkového hřídele svislým hřídelem ( Tatra T 17 z r. 1925)
(O nás: Tatraportal)
Brno 2012
Stránka 26/43
3
HLAVNÍ ČÁSTÍ VENTILOVÉHO ROZVODU • Ventily • Ventilové pružiny • Vačková hřídel a vačky • Zdvihátka ventilů a ventilové tyčky • Vahadla ventilů
3.1
Ventily
Ventily slouží k otevírání a zavírání sacích a výfukových kanálků v hlavě válce na straně spalovacího prostoru. U čtyřdobého motoru je na válec nejméně jeden sací a jeden výfukový ventil. Ve válci nejčastěji vyráběného motoru jsou čtyři ventily. (dva větší sací ventily a dva menší výfukové ventily). Na výrobu ventilu jsou kladeny vysoké nároky, protože odolávají vysokým teplotám, mechanickému a chemickému namáhání. Tepelně nejvíce namáhanou součástkou motoru je výfukový ventil, ten musí odolávat až 850˚C u zážehového motoru a 650˚C u vznětového motoru. U čtyřválcového motoru působí na ventil tlak okolo 80 barů, musí odolávat teplotám přes 800˚C. Během jedné sekundy se ventil až padesátkrát otevírá a pomocí ventilové pružiny uzavírá. (Motejl, Horejš, & kolektiv, 2004) Ventil tvoří talíř ventilu (hlavu) s kuželovou těsnící plochou, také nazývanou sedlo talířku ventilu, dřík a stopku ventilu. Ve spojení se sedlem musí talíř ventilu plynotěsně uzavírat v hlavě válců spalovací prostor, tudíž je přesně obroben soustružením a broušením. Na konci dříku ventilu je jeden zápich (jedna nebo více drážek), do kterých zapadají upevňovací klíny ventilu. Tyto klíny přenášejí vratnou sílu ventilové pružiny s talířem pružiny na ventil. (Gscheidler, 2007) Sací ventily jsou nejčastěji vyráběny z chromo křemičité oceli, jejich sedlo a dřík jsou tvrzené. Výfukové ventily jsou většinou bimetalové, protože odolávají vysokým teplotám. Talíř ventilu a spodní konec dříku jsou vyrobeny z chromo manganové oceli. Jelikož se chromo manganová ocel nedá tvrdit, sedlo ventilu bývá zpevněno návarem ze
Brno 2012
Stránka 27/43
slitiny chromu,niklu nebo kobaltu. U vysoce zatěžovaných motorů jsou výfukové ventily chlazeny sodíkem.
Obr. 21 Výfukový ventily HUSQVARNA TC,TE,SMR 450, 06-07 (O nás: MXTECH)
3.2
Ventilové pružiny
Mají za úkol zajišťovat trvalý styk ventilů se sedlem v hlavě válce. Pružina ventilů musí spolehlivě zajišťovat stálý styk s vačkou, aby se dodrželo požadovaného průběhu zrychlení, rychlosti a zdvihu ventilu. Ventilová pružina vyvozuje sílu, která musí překonat všechny setrvačné a třecí síly v rozvodovém mechanismu. Také musí překonávat síly, které působí na ventil vlivem podtlaku ve válci a přetlaku ve vnějším potrubí. Nejčastěji se setkáváme s pružinami válcovými a méně časté jsou pružiny vlásenkové nebo torzní. (Jan & Ždánský, 2006)
3.3
Vačková hřídel a vačky
Úkolem vačkové hřídele je zajištění otevírání ventilů ve správném pořadí a umožnění uzavírání ventilů ventilovými pružinami. U automobilových motorů je vačková hřídel vyrobena z jednoho kusu jako odlitky z tvárné, temperované litiny nebo jako zápustkový výkovek z uhlíkové oceli. Pro správnou funkci je nutné mazání v místech uložení. Čepy a vačky vačkového hřídele jsou cementovány a kaleny, po kalení se brousí. Polohu vačky na vačkovém hřídeli udává počátek otevírání ventilů. Brno 2012
Stránka 28/43
Tvar vačky je důležitý na určení zdvihu ventilu, rychlosti otevírání a zavírání ventilů a době otevření ventilu. Dle tvaru rozeznáváme vačky tangenciální, harmonické, s dutým bokem a speciální. Tangenciální – Vytvořeny s přímým bokem, boky jsou tvořeny tečnami k základní a vrcholové kružnici. Tvar zajišťuje velké zrychlení a zpomalení zdvihu. Nejčastější použití je u pomaluběžných motorů. Harmonické – Tvořeny kruhovými oblouky, tvar je určen základní kružnicí na kterou navazuje další kružnice. S dutým bokem – Základní a vrcholová kružnice je spojena kruhovým obloukem. Vytvořený bok vačky je dutý. Nejčastější použití je u stabilních motorů. Speciální – Boky jsou tvořeny tak, aby vyhovovaly požadavkům zrychlení a zdvihu ventilu. Použití je u současných motorů, které jsou buď krátko zdvihové, pod čtvercové a vysokoobrátkové. (Motej, Horejš, & kolektiv, 2004)
Obr. 22 Druhy vaček a) tangenciální, b) s dutým bokem, c) harmonická, 1- výška zdvihu (Motejl, Horejš, & kolektiv, 2004)
Vačky jsou často provedeny nesymetricky. U špičaté vačky se otevírá a zavírá ventil pomalu, ventil bývá otevřený krátkou dobu. Strmá (ostrá) vačka otevírá a zavírá ventil rychle a zůstává delší dobu otevřený. U plošší náběžné straně na vačce způsobuje pomalejší otevírání, strmější strana umožní delší trvání otevření ventilu a rychlejší zavření.
Brno 2012
Stránka 29/43
Obr. 23 Vačkový hřídel čtyřválcového motoru (Vlk, 2003)
3.4
Zdvihátka ventilů
Úkolem zdvihátek je přenášet zdvih od vačky na ventilovou tyčku u rozvodu OHV. U motorů s rozvodem OHC, SV zdvihátka přímo ovládají ventil. Rozdělujeme 3 typy zdvihátek podle konstrukce na zdvihátka rovná, oblá a s kladkou. Zdvihátka rovná – Patří mezi nejpoužívanější zdvihátka. Výhodou je malé opotřebení styčných ploch a také jejich malé rozměry. Zdvihátka oblá – Tato zdvihátka jsou také menších rozměrů. Hlavní nevýhodou je přímkový styk s vačkou a jeho neměnná poloha, tudíž se velmi rychle opotřebovává styčná plocha. Zdvihátka s kladkou – S těmito zdvihátky se setkáme nejvíce u vstřikovacích čerpadel nebo velkých motorů. Výhodou je kladka, která snižuje třecí odpory mezi vačkou a zdvihátkem. Nevýhodou je jejich objemný rozměr. Dále rozdělujeme zdvihátka dle tvaru a to na talířová a hrníčková. Nejčastější poruchou je opotřebení stykové, broušené a kalené plochy. Tuto poruchu lze odstranit přebroušením. Pokud by bylo opotřebení většího rozsahu, provede se výměna za nové. Při nadměrné vůli se zvyšuje hlučnost rozvodu i motoru. (Vlk, Automobilová technickí příručka, 2003) Hydraulické zdvihátko odstraňuje nevýhodu hlučnosti, oproti předchozím druhům. Výhodou je automatické vymezení vůle rozvodového mechanismu i vůli ventilů. Tím snižuje hlučnost rozvodu a chod motoru. Za pomoci tlakového oleje od mazání motoru je provedeno vymezení. Nevýhodou těchto zdvihátek je, že jsou nákladnější na výrobu a
Brno 2012
Stránka 30/43
musí být stálý styk mezi vačkou a zdvihátkem. Aby došlo k otevření zdvihátek musí být vždy v prostoru zdvihátek olej.
Obr. 24 Hydraulické zdvihátko ventilů (O nás: ELIT)
3.5
Rozvodové tyčky a vahadla
Tyto mechanismy jsou konečnou součástí rozvodů. Rozvodové tyčky se používají u rozvodu typu OHV, kde přenáší pohyb ze zdvihátek na vahadla. Jelikož jsou vysoce namáhány na vzpěr, jsou rozvodové tyčky většinou duté. Na koncích jsou opatřeny vylisovanými čepy a pánvemi. Ty slouží k uložení do zdvihátka a k opření o vahadlo. (Motej, Horejš, & kolektiv, 2004) Ventilové vahadlo je dvouramenná páka, jejíž úkolem je u rozvodu OHC přenášet pohyb z vačky na ventil nebo u rozvodu OHV přenášet pohyb z rozvodových tyček na ventil. Vahadla používáme jen tehdy nejsou-li ventily přímo, případně prostřednictvím hrníčkových zdvihátek ovládány vačkovou hřídelí.
Brno 2012
Stránka 31/43
4 VARIABILNÍ VENTILOVÉ ROZVODY Úkolem variabilních rozvodů je zlepšení plnění válce ve velké oblasti provozních otáček. Plnění válců u motorů s obvyklým ovládáním ventilů je pouze při určitých otáčkách. U těchto otáček má motor nejvyšší točivý moment a vozidlo má největší hnací sílu na kolech. Jestliže budeme zvyšovat otáčky, tak se zvýší výkon až na maximální hodnotu, ale točivý moment se snižuje pro zhoršené plnění válců. Pokud necháme co možná nejdéle otevřený sací ventil, tak se mnohem zlepší plnění válců při vysokých otáčkách. Když má motor nízké otáčky, tak dochází vzhledem k velkému překrytí ventilů k nepravidelnému chodu motoru a výrazným ztrátám při výměně obsahu válců. Tím se snižuje výkon a zvyšují se škodliviny ve výfukových plynech. (Gscheidler, 2007), (Vlk, Automobilová technickí příručka, 2003) Mezi výhody těchto variabilních rozvodů patří:
4.1
•
Vyšší výkon
•
Lepší průběh točivého momentu v určitých oblastech provozních otáček
•
Nižší obsah škodlivin ve výfukových plynech
•
Nižší spotřeba paliva způsobená lepší tvorbou směsi
•
Menší hlučnost motoru
BMW VANOS
Zkratka systému Vanos vznikla z německého VAnos NOckenwellen Steurung (variabilní časování vaček). U toho systému se mění časování plynulým natáčením vačkového hřídele sacích ventilů dle provozních režimů. Tento systém představila společnost BMW v roce 1992 u modelu BMW M50. Na základě údajů o otáčkách motoru a poloze plynového pedálu natáčí vačky sacích ventilů a tím posouvá časování ventilů až o 42˚ vůči klikovému hřídeli. (Jan & Ždánský, 2006)
Brno 2012
Stránka 32/43
Obr. 25 systém BMW Vanos (O nás: autozine)
4.2
Systém BMW Double Vanos
Společnost BMW přišla v roce 1996 s tímto vylepšeným systémem Double Vanos, kde dochází k fázovému posunu jak vačkového hřídele sacích ventilů, tak i vačkového hřídele výfukových ventilů. Umožňuje se tím lepší regulace časování ventilového rozvodu. Oproti klasickému systému Vanos má tento systém vetší rozsah nastavení vačkového hřídele sacích ventilů (30˚ proti 21˚, tedy 60˚ proti 42˚ natočení klikové hřídele). Poloha vačkového hřídele se mění vůči rozvodovému kolu plynule a je řízena řídící jednotkou motoru prostřednictvím elektromagnetických ventilů.
(Vlk,
Automobilová technickí příručka, 2003)
Obr. 26 Systém BMW Double Vanos (O nás: Armandduco)
Brno 2012
Stránka 33/43
4.3
Systém Porsche Variocam
Je to jednodušší způsob dvoustupňového fázového posunu na vačkovém hřídeli sacích ventilů za podmínky, že je poháněn řetězem nebo rozvodovým ozubeným řemenem. Natáčení vačkové hřídele dosáhneme za pomoci dvou napínacích kladek, které na jedné straně spojovací díl zkracují a na druhé prodlužují. Této změny fázování se můžeme setkat i u motorů Audi. Časování sacích ventilů se mění nastavením vačkového hřídele dle předem určených vztahů zatížení a otáček motoru. U volnoběžných a vysokých otáček je vačkový hřídel sacích ventilů nastaven, tak že sací ventily zavírají později. To má za následek, že nedojde k překrytí s výfukovými ventily, což přispívá ke stabilizaci běhu naprázdno a co nejvyššímu výkonu při vysokých otáčkách. U nízkých a středních otáček je vačkový hřídel sacích ventilů nastaven, tak že zavírá sací ventily dříve. Zde dochází k mírnému překrytí s výfukovými ventily. Zlepší se naplnění válce a průběh nastavovače vačkové hřídele. Ovládání tohoto nastavovače je elektrickým řízeným hydraulickým válcem, který je umístěn v nastavovači vačkového hřídele. Hydraulický válec je regulován elektrickou řídící jednotkou motoru prostřednictvím elektromagnetického ventilu.
Obr. 27 Systém přestavování vačkového hřídele řetězem (Vlk, Automobilová elektronika 3 - Systémy řízení motoru a převodů, 2006)
Brno 2012
Stránka 34/43
4.4
Honda VTEC ( Variole Valve Tininy and Lift Electronic Kontrol)
Firma Honda vyvinula systém s elektronicky řízenou změnou časování a zdvihu ventilů v závislosti na provozním režimu původně pro závodní motory F1 s důrazem na co nejlepší výkonové parametry. Po určité době byl tento systém upraven pro „civilní“ účely a v několika verzích použit v nejnovějších generací sériových motorů. Funkci systému VTEC popíši u automobilu Honda Civic 1.6 VTi. Tento motor od Hondy Civic má čtyřventilový rozvod DOHC, který má pro každou dvojici sacích resp. výfukových ventilů tři vačky a tři rozvodové páky. Při nízkých otáčkách otevírají krajní vačky ventily přímo rozvodovými pákami. Ventily mají různý zdvih, aby při nízkých otáčkách bylo dosaženo náležitého rozvíření směsi. Časování a zdvih obou ventilů je navrženo tak, aby se zaručilo příznivému průběhu točivého momentu a nízké spotřebě. Prostřední vačka běží naprázdno a střední rozvodová páka se vykyvuje volně na čepu. U vyšších otáček dochází hydraulickým posuvem děleného čepu k mechanickému propojení všech tří rozvodových pák. Dále se aktivuje prostřední rozvodová páka a „ovládání“ ventilů určuje střední vačka. Elektronická řídící jednotka motoru v závislosti na zatížení, otáčkách, teplotě chladící kapaliny a rychlosti jízdy určuje přechodový režim. Ve vhodném okamžiku dá signál hydraulické soustavě, která přesune dvoudílný propojovací čep, procházející otvory ve všech třech rozvodových pákách a zatížený pružinou tak, že spojí obě krajní rozvodové páky s prostřední. Ta ovládá současně oba ventily dle profilu střední vačky. Tento motor má příznivý průběh točivého momentu a velký výkon, který mezi otáčkami 2100 1/min až 8000 1/min neklesá pod 90% maxima a má hospodárný provoz. (Jan & Ždánský, 2006)
Brno 2012
Stránka 35/43
Obr. 28 Variabilní rozvod Honda VTEC (Honda Civic 1.6 VTi) (Jan & Ždánský, 2006) (1)vačkový hřídel výfukových ventilů, (2)vačkový hřídel sacích ventilů, (3)krajní vačka pro nízké otáčky, (4)střední vačka pro vysoké otáčky, (5a),(5b)primární a sekundární krajní rozvodové páky, (6)prostřední rozvodová páka, (7)dvoudílný spojovací čep, (8)doraz s tlačnou pružinou, (9)opěrka, (10)výfukové ventily, (11)sací ventily
Později se systém VTEC rozšířil i na motory s jedním vačkovým hřídelem v hlavě válců ( rozvod SOHC ). Pro ovládání tohoto systému Honda nepoužívá jednoramenné rozvodové páky, ale vahadla. Zdvih a variabilní časování ventilů se děje zjednodušeně pouze na straně sání. Princip funkce zůstává stejný. Dále byl vyvinut systém VTEC-E, pro ekonomický provoz motoru.
4.5
Systém VVTL-i (Variable Valve Tininy and Lift with Inteligence)
Další systém variabilního časování ventilů, který umožňuje zvětšení zdvihu ventilu pomocí druhé vačky s větším profilem. Když má motor nízké až střední otáčky ( pod 6000 1/min) nedochází ke změně zdvihu ventilů a větší vačka pouze stlačuje kolík, který se ve vahadle volně pohybuje. U vyšších otáček je do stavěcího mechanismu Brno 2012
Stránka 36/43
vahadla přiveden tlakový olej. Ten vymezí zámkem vůli pod kolíkem a větší vačka začne pohybovat celým vahadlem. Když se sníží otáčky pod 6000 1/min je přerušen přívod tlakového oleje. Za pomoci vratné pružiny se zámek opět uvolní.
(Vlk,
Automobilová elektronika 3 - Systémy řízení motoru a převodů, 2006)
Obr. 29 Systém variabilního časování a zdvihu ventilů VVTL-i (Vlk, Automobilová elektronika 3 - Systémy řízení motoru a převodů, 2006)
4.6
Systém VVA (Variable Valve Actuation)
Tento způsob ovládání ventilů vyvinula automobilka Fiat. Rozdíl mezi VVT, který mění jen časování ventilového rozvodu, systém VVA rozšiřuje možnosti řízení činnosti motoru. U tohoto systému je mechanická funkce vačky elektronicky řízena hydraulickým systémem mezi vačkou a sacím ventilem, který může u provozního režimu motoru měnit jak dobu otevření ventilu, tak i jeho zdvih. Systém je vhodný jak pro zážehové, tak pro vznětové motory. Je zde úspora paliva až o 15% a stejné zvýšení výkonu a točivého momentu.
Brno 2012
Stránka 37/43
5 VÝVOJOVÉ TENDENCE S vývojem spalovacích motorů roste požadavek na zvýšení výkonu a točivého momentu motoru. Požadována je i nižší spotřeba paliva a nižší koncentrace škodlivin ve výfukových plynech. Nejvíce používaným typem u osobních automobilů je rozvod OHC, který je tvořen ve více variantách a to buď SOHC nebo DOHC. Rozvod DOHC se spíše využívá u výkonnějších motorů a více ventilových rozvodů. Rozvodu OHV se v dnešní době používá hlavně u traktorů, nákladních automobilů a jen z mála u osobních automobilů. Pro vysokootáčkové motory se používá desmodromického rozvodu, ale novějším řešením těchto motorů je pneumatické uzavírání ventilů, používají se hlavně u motorů formule 1 a moto GP. Existuje také elektromagnetické ovládání ventilů, v současné době jsou ve vývoji. Tyto dva systémy popíši. Pneumatické zavíraní ventilů Toto provedení se používá u vysokootáčkových motorů a to nejvíce u motorů formule 1 a moto GP. Hranicí u ventilové pružiny je 14000 otáček za minutu při použití lehkých titanových ventilů. S touto myšlenkou uzavírání ventilů přišla jako první francouzská automobilka Renault a dosáhla tím zvýšení maximálních otáček asi o 4000 1/min. Namísto pružiny je v části dříku ventilu připevněn píst, který se pohybuje v pracovním válci. Pracovní prostor válce je spojen potrubím se zpětným ventilem, přes který se přivádí stlačený vzduch a s přetlakovým ventilem. Přetlakový ventil má za úkol, aby tlak ve válci nepřekročil hodnotu 9,5 MPa. Regulací tlaku vzduchu se vyrovnají různé výrobní tolerance a netěsnosti. V průběhu otevírání ventilu vačkou se píst ve válci pohybuje dolů a stlačuje vzduch na maximální tlak. Vačka uvolní ventil a stlačený vzduch ho rychle uzavře. Takto popsaný cyklus se neustále opakuje. Před spuštěním motoru je důležité mít naplněny vzduchem všechny válce s přetlakem 1,2 až 1,5 MPa, aby motor mohl pracovat. (Jan & Ždánský, 2006)
Brno 2012
Stránka 38/43
Elektromagnetické ovládání ventilů Otevírání a zavírání ventilů u systému EVA (Electromagnetic Valve Actuator) mají na starosti elektromagnety. Systém je od firmy Aura Systems Inc. Princip způsobu výměny plynů ve válci motoru je velmi jednoduchý. Ventil opatřený vratnými pružinami je elektromagnety posouván. Elektromagnety působí na jádro spojené s ventilem. Doba otevření ventilu a velikost zdvihu je řízena elektronickou řídící jednotkou na základě informací ze snímačů chodu motoru. Tento systém EVA v sobě zahrnuje různé výhody a navíc je méně náročný na prostor. Jeden z hlavních důvodů, proč systém nebyl dosud zaveden do série výroby jsou problémy s přesností ustavení ventilu do požadované polohy při různých režimech chodu motoru. Systém je stále ve stádiu vývoje. (Jan & Ždánský, 2006)
Brno 2012
Stránka 39/43
6 ZÁVĚR Cílem této práce bylo přiblížit různý druhy rozvodových mechanismů, popsat hlavní částí ventilového rozvodu a jeho provoz. V závěru se zaměřit na vývojové tendence. První část práce se zaměřuje na význam rozvodových mechanismů, kde je schematicky znázorněn oběh spalovacího motoru a popsány jsou čtyři základní doby pístového zážehového motoru. Také je vysvětleno časování ventilkového rozvodu a konstrukce rozvodu motoru. Další část je věnovaná základnímu rozdělení rozvodových mechanismů, kde jsem podrobně popsal rozvodové mechanismy pro dvoudobé a čtyřdobé motory. Důraz jsem kladl na pohon těchto mechanismů. Dle mého názoru je nejpoužívanější pohon ozubeným řemenem u dnešních motorů pro osobní automobily. Potvrzuje to přehled pohonů u různých typů motorů a také výborné vlastnosti např. nenáročná údržba, nízké výrobní náklady, nízká hlučnost atd. Poslední část obsahuje popis hlavních částí ventilového rozvodu. Popsal jsem např. výfukové a sací ventily. Tyto ventily jsou nejvíce namáhanou součástí motoru a musí odolávat vysokým teplotám. Dále jsem se zmínil o různých systémech variabilního časování ventilů. Konec této práce je zaměřen na vývojové tendence, kde jsem popsal dva typy ovládání ventilů. Prvním typem je pneumatické ovládání ventilů, které vyvinula jako první francouzská automobilka Renault. Tento typ je zaměřen na vysokootáčkové motory. Druhým typem je elektromagnetické ovládání ventilů. Ovládání ventilů mají nestarosti elektromagnety. Tento systém je stále ve vývoji.
Brno 2012
Stránka 40/43
SEZNAM LITERATURY 1. 0 nás: Wikipedie. (nedatováno). Získáno 5. duben 2012, z Wikipedie: http://cs.wikipedia.org/wiki/Ozubený_řemen 2. Gscheidler, R. k. (2007). Příručka pro automechanika- 3.vydání. Praha: Karel Černý. 3. Heisler, H. (27. únor 2011). O nás: Autoznalci. Získáno 30. březen 2012, z Autoznalci: http://www.autoznalosti.cz/index.php/motor/36-ventilove-rozvodyzakladni-rozdeleni.html 4. Horejš, K., Motejl, V., & kolektiv, a. (2009). Příručka pro řídiče a opraváře automobilů 4.vydání. Brno: Littera. 5. Jan, Z., & Ždánský, B. (2006). Automobily 3. Brno: Avid s.r.o. Brno. 6. Klůna, J., Košek, J., & kolektiv, a. (1995). Příručka opraváře automobilů. Brno: Littera. 7. Macek, J. (2007). Spalovací motory I. Praha: Nakladatelství ČVUT. 8. Motejl, V., Horejš, K., & kolektiv, a. (2004). Učebnice pro řidiče a opraváře automobiů. Brno: Littera. 9. nás: Armandduco. (nedatováno). Získáno 13. duben 2012, z Armandduco: http://www.armandduco.com/v3.6.8/News/Achives/Vanos/WhatIsVanos.htm?P HPSESSID=9f070bb36c044726f2e6864853f32c02 10. nás: Auta 5P. (nedatováno). Získáno 3. Březen 2012, z Auta 5P: http://www.auta5p.eu/informace/motory/motory.php 11. nás: autozine. (nedatováno). Získáno 13. duben 2012, z autozine: http://www.autozine.org/technical_school/engine/vvt_3.htm 12. nás: eamos. (nedatováno). Získáno 15. duben 2012, z eamos: http://www.eamos.cz/amos/kat_fyz/modules/low/kurz_text.php?identifik=kat_fy z_7356_t&id_kurz=&id_kap=9&id_teach=&kod_kurzu=kat_fyz_7356&id_kap =9&id_set_test=&search=&kat=&startpos=2 13. nás: ELIT. (nedatováno). Získáno 9. duben 2012, z ELIT: http://www.elit.cz/cz/sortiment-a-sluzby/nahradni-dily-pro-osobni-a-uzitkovevozy/motorove-dily/ventilovy-rozvod/art_146/ina-ventilovy-rozvod.aspx 14. nás: MXTECH. (nedatováno). Získáno 8. dubna 2012, z MXTECH: http://www.mxtech-eshop.cz/mxtech-eshop/eshop/7-1-MOTOR/182-3Brno 2012
Stránka 41/43
HUSQVARNA/5/17852-Vyfukovy-ventil-HUSQVARNA-TC-TE-SMR-45006-07 15. nás: Suzuki DR BIG 750 S. (nedatováno). Získáno 5. duben 2012, z Suzuki DR BIG 750 S: http://suzuki-dr-big-750.howto.cz/motor_rozmontovani.php 16. nás: Tatraportal. (nedatováno). Získáno 7. duben 2012, z Tatraportal: http://www.tatraportal.com/popisky/t17/t17_14.jpg 17. nás: Wikipedie. (nedatováno). Získáno 30. březen 2012, z Wikipedie: http://cs.wikipedia.org/wiki/Desmodromický_rozvod 18. Rollinger, M. (1. prosinec 2005). O nás: Flyingshadows. Získáno 3. březen 2012, z Flyingshadows: http://www.flyingshadows.cz/rady/ventilove_rozvody.html 19. Rollinger, M. (1. prosinec 2005). O nás: Motorkáři. Získáno 15. březen 2012, z Motorkari: http://www.motorkari.cz/clanky/jak-na-to/technika-motocyklu-7.cast-rozvody-3399.html 20. Vlk, F. (2006). Automobilová elektronika 3 - Systémy řízení motoru a převodů. Brno: František Vlk. 21. Vlk, F. (2003). Automobilová technickí příručka. Brno: fvlk.
SEZNAM OBRÁZKŮ
Obr. 1 p-V diagram oběhu pístového zážehového motoru .......................................................... 9 Obr. 2 Diagram časového průřezu rozvodových ventilů čtyřdobého motoru ............................. 12 Obr. 3 Kruhový diagram časování ventil rozvodu Škody Octavia ............................................. 12 Obr. 4 Symetrický a nesymetrický rozvodový mechanismus dvoudobého motoru ................... 14 Obr. 5 Schéma příčného vyplachování........................................................................................ 15 Obr. 6 Schéma vratného vyplachování ......................................................................................... 1 Obr. 7 Schéma souproudého vyplachování ................................................................................ 17 Obr. 8 Ventilový rozvod SV ......................................................................................................... 18 Obr. 9 Rozvod OHV ..................................................................................................................... 19 Obr. 11 Rozvod DOHC s hrníčkovými zdvihátky.......................................................................... 21
Brno 2012
Stránka 42/43
Obr. 10 Motory s vačkovou hřídelí v hlavě válců (OHC) ............................................................... 1 Obr. 12 Rozvod s dvojicí vačkových hřídelí (DOHC) .................................................................... 21 Obr. 13 Desmodromický rozvod ................................................................................................. 22 Obr. 14 Rozvod CIH ..................................................................................................................... 22 Obr. 15 Rozvodový řemen automobilového motoru.................................................................. 24 Obr. 16 Pohon ozubeným řemenem........................................................................................... 24 Obr. 17 Řetězový pohon Suzuki DR-BIG...................................................................................... 25 Obr. 18 Řetězová kola ................................................................................................................. 25 Obr. 19 Pohon ozubenými koly................................................................................................... 26 Obr. 20 Pohon vačkového hřídele svislým hřídelem ( Tatra T 17 z r. 1925) ............................... 26 Obr. 21 Výfukový ventily HUSQVARNA TC,TE,SMR 450, 06-07 .................................................. 28 Obr. 22 Druhy vaček.................................................................................................................... 29 Obr. 23 Vačkový hřídel čtyřválcového motoru ........................................................................... 30 Obr. 24 Hydraulické zdvihátko ventilů........................................................................................ 31 Obr. 25 systém BMW Vanos ....................................................................................................... 33 Obr. 26 Systém BMW Double Vanos .......................................................................................... 33 Obr. 27 Systém přestavování vačkového hřídele řetězem ......................................................... 34 Obr. 28 Variabilní rozvod Honda VTEC (Honda Civic 1.6 VTi), .................................................... 36 Obr. 29 Systém variabilního časování a zdvihu ventilů VVTL-i.................................................... 37
Brno 2012
Stránka 43/43
