Praktická dílna. Spalovací motory I. utoexper. Servis Podvozek Organizace práce. Motor Systémy a příslušenství. Automobil od A do Z

P R A K T I C K Á

D Í L N A

Automobil od A do Z

Servis

Podvozek

Organizace práce

Motor

Systémy a příslušenství

Bezpečnost a hygiena práce

Geometrie

Nářadí a vybavení dílen

Paliva a maziva

Diagnostika a měření

Elektr. zařízení, elektronika

Praktická dílna Spalovací motory I.

č er ervv en 2005

A ut oEXPER T utoEXPER oEXPERT

1

P R A K T I C K Á

D Í L N A

spalovací motory

Spalovací motory I.

Po poněkud složitější problematice elektronických systémů motorových vozidel, se kterou jste se setkávali na stránkách Praktické dílny AutoEXPERTU až do minulého vydání, se nyní zaměříme opět na ty nejmladší z vás, automechaniků, ale i na studenty odborných učilišť, kteří se na výkon svého budoucího povolání zatím připravují. Opět se podíváme trošku zpátky do vývoje a konstrukce spalovacích motorů a probereme všechny jejich jednotlivé konstrukční části jak po stránce teoretické, tak i po stránce praktické.

O

sobní, ale i nákladní automobily jsou v současné době ve velké míře poháněny spalovacími motory, které lze podle způsobu zapálení směsi paliva se vzduchem rozdělit do dvou velkých skupin na motory zážehové (benzinové nebo Ottovy, podle jejich vynálezce Nikolause Augusta Otta), u kterých je směs paliva zapálena přeskokem jiskry na zapalovací svíčce, a motory vznětové (naftové nebo Dieselovy podle vynálezce Rudolfa Diesela), u kterých je směs paliva se vzduchem zapalována vznícením vlivem vysoké teploty a tlaku ve spalovacím prostoru. Kromě benzinu a nafty se v celé historii spalovacích motorů využívala a využívají další paliva, souhrnně nazývaná alternativní. Při spalování benzinu, nafty, zemního plynu, zkapalněné směsi propanu s butanem, bionafty (řepkového oleje) nebo vodíku vzniká teplo. Jím vyvolané rozpínání plynných spalin vytváří tlak, který působí na dno pístu ve spalovacím prostoru motoru a pohybuje písty z horní do dolní úvratě. Ve spalovacích motorech se tak potenciální (klidová) chemická energie obsažená v palivu mění nejprve na energii tepelnou, která je následně měněna na energii kinetickou (pohybovou). V závislosti na směru pohybu poháněného pístu se pak spalovací motory rozlišují na pístové motory s přímočarým vratným pohybem pístu a motory s rotačním pohybem pístu, tzv. Wankelovy motory s rotujícím pístem, pojmenované podle jejich vynálezce Ernsta Felixe Wankela. Podle způsobu

2

autoEXPERT Aut oEXPER T utoEXPER oEXPERT

práce lze pak motory rozdělit na čtyřdobé (pro jeden pracovní cyklus potřebují 4 zdvihy pístu, tj. dvě otáčky klikové hřídele) a dvoudobé (pro jeden pracovní cyklus potřebují pouze 2 zdvihy pístu, tj. jednu otáčku klikové hřídele). Spalovací motory (čtyřtaktní, bez rozdílu typu používaného paliva) se skládají ze čtyř hlavních konstrukčních skupin, které automaticky spolupracují. Jde o klikový mechanismus (píst, ojnice, kliková hřídel), rozvodový mechanismus (ventily a jejich vahadla, vačková hřídel, kola rozvodu, rozvodový

řetěz nebo ozubený řemen), skříň motoru (hlava válců, válce, kliková skříň, olejová vana a příslušná víka) a zařízení pro tvorbu směsi (vstřikovací zařízení, sací potrubí). Další samostatnou skupinu pak tvoří pomocná zařízení, mezi něž lze zařadit zapalování, mazací a chladicí soustavu a výfukový systém.

R ozdíl mezi záž eho vým zážeho ehovým em a vznět o vým mo a vzněto mott or orem Zážehový motor se od motoru vznětového liší především odlišným principem zapálení směsi a její tvorbou. Zážehový

Obr. 1 – Energetická bilance spalovacích motorů (Sankeyův diagram).

č er ervv en 2005

P R A K T I C K Á

D Í L N A

Tabulka 1 – Roz dílné parametry z áž ehových a vz nětových motorů Parametr/typ motoru Záž ehový motor Vz nětový motor ● při vstři kování do sacího potrubí 7 až 11 : 1 ● přímé vstři kování 15 až 19,5 : 1 ● při přímém vstři kování 11,5 až 12,5 : 1 ● nepřímé vstři kování 21 až 23 : 1 Kompresní poměr ● motor Saab SVC – proměnli vý kompresní ● poměr od 8 : 1 až do 14 : 1 Největší kompresní tlak při spouštěcích otáčkách 0,8 až 1,6 2,5 až 3,5 a provozní teplotě [MPa] Nejvyšší teplota 400 500 až 900 při kompresi [°C] Nejvyšší teplota 2000 2000 spalování [°C] Nejvyšší tlak ● 5,5 až 6,0 u vstři kovacích, ● 7 až 9 u atmosféri ckých motorů při spalování [MPa] ● příp. přeplňovaných motorů ● 12 až 16 u přeplňovaných motorů Zbytkový tlak ve válci 0,3 až 0,5 0,7 až 1,0 (krátce před otevřením výfukového ventilu) [MPa] ● 0,8 až 1,1 (u nepřeplňovaných motorů) ● 0,9 až 1,2 (u nepřeplňovaných motorů) Střední pracovní tlak [MPa] ● 1,1 až 1,5 (u přeplňovaných motorů) ● 1,3 až 2,1 (u přeplňovaných motorů) Teplota výfukových plynů 800 až 1000 400 až 700 při plném zatížení [°C] Účinnost [%] 25 až 35 35 až 50 Měrná spotřeba ● 200 až 230 (přímé vstři kování) 230 až 250 paliva [g/kWh] ● 240 až 250 (nepřímé vstři kování) ● 0,5 až 1,5 % (při volnoběhu) Obsah CO ve výfukových ● 0,03 až 0,05 % (při volnoběhu) ● 0,2 až 1,0 % (při neúplném zatížení) plynech (obj. %) ● 0,05 až 0,25 % (při plném zatížení) ● 2,0 až 4,0 % (při plném zatížení) Teplota vzplanutí paliva [°C] 21 až 23 55 až 100 Teplota vznícení paliva [°C] 500 až 600 300 až 350 Točivý moment malý velký při nízkých otáčkách

motor zpravidla nasává – rovněž na rozdíl od motoru vznětového – již téměř hotovou směs paliva se vzduchem, která se tvoří mimo spalovací prostor. U starších modelů vozidel k této tvorbě sloužil karburátor, u současných vozidel se využívá vstřikování přesné dávky paliva do sacího potrubí, tzv. před ventil. Tato směs paliva se vzduchem se stlačí a krátce před horní úvratí se zapálí jiskrou ze zapalovací svíčky. Zážehový motor tak charakterizuje přeor ba směsi a ne vlas devším vnější tv tvor orba a nevlas vlasttní zapalo vání. Výjimku zpravidla tvoří zapalování zážehové motory s přímým vstřikováním paliva do spalovacího prostoru, jako jsou Mitsubishi GDI, Renault IDE a VW FSI. U vznětového motoru se v průběhu doby sání nasává pouze vzduch, který se v následující době komprese velmi silně stlačí. Protože se tím nasátý vzduch zároveň velmi silně ohřeje, palivo, které je do spalovacího prostoru vstříknuto při poloze klikové skříně několik stupňů před horní úvratí, se samo vznítí. or tvor or-Vznětový motor tak má vnitřní tv tní zapalo vání. a vlastní zapalování bu směsi a vlas

č er ervv en 2005

Zážehový motor se od vznětového liší i v dalších vlastnostech, které demonstruje tabulka 1, přičemž účinnost vznětových motorů může dosahovat až 50 %.

Alt er nativní paliv a a pohon Alter ernativní paliva a pohonyy Po nastínění základních rozdílů mezi oběma typy motorů a ještě předtím, než se začneme spalovacím motorem zabývat podrobněji, krátce odbočíme k alternativním palivům i možnostem alternativních pohonů motorových vozidel. O obou tématech bylo již psáno hodně i na stránkách praktické dílny, proto se tímto tématem budeme zabývat jen okrajově, ale protože zapadá do celkové koncepce, nelze jej opomenout.

Zk apalněné rropné opné plyn Zkapalněné plynyy (LPG) Propan-butan vzniká v rafineriích jako vedlejší produkt při zpracování ropy. Je to lehká plynná frakce, která je zkapalňována chlazením. Vzniká tzv. LPG (Liquified Petroleum Gas), který je mož-

né využít jako palivo v motorových vozidlech. Poměr propanu a butanu se v LPG v zimě a v létě mění, v jednotlivých zemích rovněž existují rozdíly v jeho složení. LPG se jako palivo pro motorová vozidla používá už přes 60 let a ve světě je na něj provozováno přes 5 mil. vozidel. Využívání LPG je ve spalovacích motorech z technického hlediska bezproblémové a léty prověřené. Ve vznětových motorech jsou nezbytné úpravy spojeny se zabudováním zapalovací soustavy. Existují ovšem i vozidla, která využívají tzv. duální systém, kde se malé množství vznícené nafty využívá k zapálení směsi LPG a vzduchu. Nevýhodou používání tohoto paliva je, že manipulace s LPG si vynucuje určitá bezpečnostní opatření, např. zákaz vjezdu do podzemních garáží. Existující infrastruktura a skutečnost, že běžná vozidla mohou být pro pohon na LPG upravena v průběhu jediného dne, činí v krátkodobém hledisku z tohoto paliva velmi atraktivní alternativu k běžným palivům. Na druhé straně jeho použitelnosti ovšem


3

P R A K T I C K Á

stojí omezené výrobní kapacity současných rafinerií, které by uspokojovaly jen 15 % všech současně provozovaných vozidel. Větší výroba je principiálně možná, avšak vyžadovalo by to úpravy v rafineriích, a tedy i vyšší náklady. Z hlediska vlivu na životní prostředí se vozidla na LPG vyznačují nižšími emisemi oxidu uhelnatého, oxidů dusíku, tuhých částic i organických látek. Velmi čisté spalování paliva v tomto případě znamená, že takováto vozidla lze využívat i v uzavřených a slabě větraných prostorách, čehož se využívá především při pohonu vysokozdvižných vozíků. Další výhodou je snížení hlučnosti chodu motoru. Spotřeba LPG je přibližně o 10 – 15 % vyšší, než je tomu v případě spalování benzinu. Současně dochází k asi 3% poklesu výkonu motoru u systémů, které využívají vstřikování plynné fáze LPG. U nových systémů používajících přímý vstřik kapalné fáze LPG naopak dochází u stejného motoru k mírnému zvýšení jeho výkonu.

Zemní plyn (CNG (CNG,, LNG) Výhodou zemního plynu jako alternativního paliva je, že jeho světové zásoby jsou větší než zásoby ropy, a navíc jsou rovnoměrněji rozděleny. Zemní plyn se skládá z 88 a více procent metanu, např. ruský plyn jej obsahuje až 99 %, z malého množství alkanů, propanu

4


D Í L N A

a butanu. Zemní plyn je palivem s vysokým oktanovým číslem (130) a je vhodný jako náhrada za klasická paliva pro motorová vozidla. V mnoha zemích se takto využívá přes 50 let. Ve světě se objevilo velké množství autobusů (ale i jiných automobilů) jezdících na tento plyn hlavně po 2. světové válce, kdy se projevil výrazný nedostatek ropy. Zemní plyn lze použít přímo bez nutnosti jakékoliv úpravy, na rozdíl od ropy, kterou je třeba v rafineriích upravit na benzin, resp. naftu. V motorovém vozidle si (podobně jako v případě LPG) použití zemního plynu vyžaduje upravený zapalovací systém s výhodami a nevýhodami stejnými jako pro LPG. Zapalování směsi vzduch/plyn je řízeno pomocí signálu lambda-sondy. Zemní plyn se skladuje v nádrži, a to buď v plynné – stlačené (CNG, Compressed Natural Gas) – nebo kapalné formě (LNG, Liquified Natural Gas). Nevýhodou je, že na zkapalnění je nutné snížení teploty plynu na –162 °C. Výhodou však je, že v této formě má až třikrát vyšší hustotu energie než CNG. Na dosažení stejného dojezdu proto postačuje menší palivová nádrž, která musí být vzhledem k udržování velmi nízké teploty izolovaná podobně jako např. termoska. Ze zkušeností se ukazuje, že tam, kde neexistuje distribuční sít s LNG, není ekonomicky výhodné jeho používání. Ale všude tam, kde je přístup k zemnímu plynu, je možné

jeho použití ve stlačené podobě, ve které se využívá ve většině zemí. Souvisí to i s tím, že výdej energie na přípravu stlačeného plynu je menší než na jeho zkapalnění. Přestavba vozidla na CNG je zpravidla nákladnější než v případě LPG. Vyšší náklady způsobuje především tlaková nádrž. Potřebný je i speciální směšovač, protože klasický karburátor způsobuje pokles tlaku v důsledku nasávání směsi. Přestavba vozidla vychází ve světě na 1500 až 2000 USD a ve většině zemí je legislativou požadována autorizovaná montáž. V České republice se cena přestavby vozidla s využitím centrálního směšování pohybuje kolem 40 tisíc Kč, při využití vícebodového vstřikování je cena ještě o 20 tisíc Kč vyšší. Sériovou výrobu CNG dodávkových a nákladních automobilů zahájily společnosti Mercedes-Benz, Ford, Toyota, Nissan, Mitsubishi, Citroën, Fiat a další. Rovněž oblast autobusové dopravy nezůstala bez povšimnutí a CNG autobusy nabízí všichni významní výrobci, např. Mercedes-Benz, Iveco, MAN, Volvo, Neoplan, Nissan, Isuzu, Renault, Van Hool, Scania. Ani česká Karosa nezůstala pozadu a jako CNG variantu nabízí vůz Agora. Vozidla na CNG vyžadují jiný systém zásobování a čerpání pohonných hmot, protože tlak plynu v nádrži je vyšší než tlak v běžných plynových potrubích. Čerpání paliva se proto uskutečňuje v kompresních stanicích, které umožňují rychlé nebo pomalé čerpání. Rychlé čerpání trvá přibližně 10 až 15 minut, v případě pomalého čerpání celý proces zabere 6 až 8 hodin. Vozidla upravená pro jízdu na CNG by v budoucnosti mohla jezdit i na plyn vyrobený z uhlí (černého i hnědého). Zplynování uhlí je totiž velmi perspektivní technologie, v současnosti už ověřená i výrobou elektrické energie. V oblasti dopravy by používání takovéhoto paliva mohlo přispět ke snižování emisí v sektoru dopravy. Rozhodující výhodou uhlí jako vstupní suroviny je, že jeho světové zásoby jsou mnohem větší než zásoby ropy nebo zemního plynu. Na základě analýzy British Petroleum dosahuje život-

č er ervv en 2005

P R A K T I C K Á

nost ekonomicky využitelných rezerv uhlí 224 let. Z hlediska vlivu na životní prostředí se vozidla na zemní plyn vyznačují nižšími emisemi oxidu uhelnatého, tuhých částic a organických látek. Souvisí to s tím, že zemní plyn nereaguje se vzduchem, a proto nezpůsobuje problémy se svou oxidační stálostí při skladování, jako je tomu u jiných paliv. Zemní plyn je v plynném a stlačeném stavu na některých místech ČR také celkem dobře k dostání. Na toto palivo jsou provozovány jak osobní, tak i nákladní automobily, zejména pak autobusy. Jejich největší koncentrace na našem území je především v Praze (vozy společnosti Pražská plynárenská) a v Ústí nad Labem (autobusy dopravního podniku). Zajímavější alternativou je zkapalněný zemní plyn, protože v důsledku jeho vysokého energetického potenciálu lze jízdní dosah vozidla zdvojnásobit. V místech, kde je zemní plyn snadno dosažitelný, nabízí provoz vozidel na toto palivo následující výhody: levnější provoz, než umožňuje benzin i nafta, snadné spouštění studeného motoru, tichý chod, čisté spalování a delší životnost motoru, který se nezanáší karbonovými usazeninami. Zkapalněný zemní plyn se tankuje pod tlakem 2,0 MPa, stlačený pod tlakem 20,0 MPa. Hrdla nádrží jsou konstruována tak, aby při tankování nemohlo dojít k záměně s tankovací pistolí na LPG i pistolemi na zkapalněný či stlačený zemní plyn.

energetický potenciál 3.1012 J. To je téměř desetkrát více, než činí roční objem kompletní světové produkce ropy a plynu celkem. V ČR je možné k čistě energetickým účelům využít až 8 mil. tun biomasy. Přestože biomasa nemůže zcela nahradit klasické fosilní zdroje, odhaduje se, že tímto zdrojem může být v naší republice pokryto 15 – 20 % spotřeby všech paliv. Biomasa byla zdrojem energie ještě dřív, než se začal používat benzin. Výroba alkoholů (metanolu a etanolu) pro technické účely z biomasy je známá mnohem déle. Už od třicátých let 20. století se užívalo alkoholu jako motorového paliva. V současnosti jsou nejdůležitějšími palivy vyráběnými z biomasy metanol, etanol a „bionafta“. Do pozadí ustoupilo používání bioplynu a dřevoplynu, jež bylo populární hlavně v období 2. světové války. Z celosvětového hlediska jsou nejrozšířenější tzv. alkoholová paliva – etanol a metanol, která se vyrábějí z obilí, kukuřice a cukrové třtiny. Jednou z výhod těchto biopaliv je, že při jejich spalová-

D Í L N A

ní se tvoří méně škodlivin. Souvisí to s tím, že mají jednodušší strukturu než benzin nebo nafta, lépe hoří a celý proces vede k menší tvorbě nespálených zbytků. Z tohoto pohledu je metanol o něco lepším palivem než etanol.

Hybridní pohon Hybridní pohon představuje kombinaci spalovacího motoru a elektromotoru. Sériově tento typ pohonu poprvé nabídla automobilka Toyota v osobním automobilu Prius. Hybridní systém Toyota (THS) se skládá ze zážehového motoru a synchronního elektromotoru. K nim se řadí generátor, který přejímá funkci světelného dynama a spouštěče, speciální akumulátor s články Ni-hydrid kovu, který nevyžaduje údržbu, invertor (měnič pohonu) a řídicí jednotka. Generátor vyrábí elektrickou energii k pohonu elektromotoru a pro nabíjení Ni-MeH akumulátoru. Protože se k nabíjení akumulátoru využívá i pohybová energie z brzdění nebo nevyužitá energie při jízdě s uvolněným

Biopaliv a Biopaliva Palivo pro motorové vozidlo, které je možné vypěstovat, je snem mnoha lidí. Alkohol nebo rostlinné oleje, které lze získat z biomasy, jsou v našem podnebném pásu právě takovými palivy. Mezi všemi recentními (stále obnovitelnými) zdroji energie má biomasa jedinečné postavení, protože na rozdíl od jiných zdrojů představuje akumulovanou sluneční energii. Její obrovský energetický potenciál několikrát převyšuje současnou spotřebu základní energie. Celosvětový roční růst je odhadován na 2.1012 t/rok – tomu odpovídá

č er ervv en 2005


5

P R A K T I C K Á

pedálem akcelerátoru, nepotřebuje tento automobil žádnou vnější zásuvku pro připojení do občanské elektrické sítě. Invertor převádí střídavý proud z generátoru na stejnosměrný proud pro Ni-MeH akumulátor, ale také naopak jeho stejnosměrný proud na střídavý proud pro pohon generátoru. Kromě toho transformuje napětí o velikosti 274 V z akumulátoru složeného ze sady modulů na napájecí palubní napětí 12 V. Hybridní systém Toyota (THS) pracuje následujícím způsobem: Při rozjíždění a při velmi pomalých rychlostech je automobil poháněn pouze elektromotorem. Od určité střední rychlosti se automaticky připojuje spalovací motor, takže při běžném provozu pohánějí automobil oba motory společně. Tohoto zvýšení výkonu se využívá i při plné akceleraci nebo jízdě do kopce. Při zastavení se spalovací motor automaticky vypne. Hybridní systém tak snižuje hlučnost motoru, spotřebu paliva (chod spalovacího motoru v ustálených režimech) a emise ve výfukových plynech.

Elektrický pohon Největší problém elektromobilů tkví v hmotnosti nezbytných akumulátorů a v krátkém dojezdu, který je v současnosti prodloužen až přes hranici 200 km na jedno nabití akumulátoru. Lze dokonce i tvrdit, že automobily s elektrickým

6


D Í L N A

pohonem, navíc ještě i se speciálními a drahými akumulátory, nepředstavují žádnou alternativu ke spalovacím motorům, protože i proud, odebíraný při nabíjení ze zásuvky, pochází většinou z fosilních paliv nebo z jaderné energie. Jiný případ nastává, pokud potřebný elektrický proud dodávají palivové články, kdy se navíc zmenšuje hmotnost vozu a prodlužuje dojezd. Zde jsou zapotřebí jen malé akumulátory, aby bylo možno ukládat přebytečný proud, vyrobený při brzdění.

Vodík jak o paliv o budoucnos ti jako palivo budoucnosti Zápalná teplota vodíku je 560 °C, bod varu 253 °C a výhřevnost 120,33 MJ/kg. Rychlost plamene při jeho hoření je velmi vysoká i při použití velmi chudých směsí. Neexistují emise CO, CH. Spalováním vznikají jen nízké emise NO x a především značné množství vodní páry. Díky těmto svým vlastnostem se vodík jeví jako vynikající palivo budoucnosti. Jeho masové rozšíření ovšem naráží na řadu problémů. Problémy spočívají v tankování a skladování vodíku. Při dodržení bezpečnostních norem by bylo zapotřebí příliš těžkých tlakových nádrží. Dalším problémem je utěsnění přívodních potrubí, neboť molekula vodíku je tak malá, že při stávajícím tlaku v tlakové nádobě 22 MPa proniká i při použití speciálních dotěsňujících kroužků. Tím

vzniká nebezpečí výbuchu, protože vodík se vzduchem tvoří třaskavou směs. Toto nebezpečí je ještě vyšší v krytých garážích. Jedinou nadějí je absorpce vodíku ve formě hydridu železa nebo titanu. Vodík z něj lze potom jednoduše uvolňovat zahříváním. V roce 1999 byla na mnichovském mezinárodním letišti Franze Josefa Strausse oficiálně uvedena do provozu veřejná „vodíková“ plnicí stanice. Plnicí stanice je součástí „vodíkového“ projektu, který v praxi demonstruje úplný technologický řetězec, počínaje výrobou vodíku pomocí elektrolýzy, jeho uskladňováním, automatizovaným plněním vozidel až po konečné využití v autech a letištních autobusech. Vodík je na letišti vyráběn elektrolýzou pomocí moderního vysokotlakého elektrolyzéru. Potřebná elektřina je získávána z distribuční sítě v době mimo energetické špičky. Po čištění a sušení je vodík uskladňován v metalhydridních zásobnících, které pojmou až 2000 m3 vodíku. Vodík z metalhydridních zásobníků je dvoustupňovým vysokotlakým kompresorem stlačován až na 35 MPa a poté uskladňován v soustavě pěti tlakových zásobníků. Na neveřejné plnicí stanici (uvnitř areálu letiště) je stlačený vodík plněn do nízkopodlažních kloubových letištních autobusů na provozní tlak 25 MPa. Doba naplnění jednoho autobusu se pohybuje okolo 10 minut. Dojezd na jedno naplnění je přibližně 150 km, což plně postačuje pro jeden den provozu. Osobní i nákladní automobily mohou v prostoru mnichovského letiště čerpat také kapalný vodík. Ten je dopravován trajlery z nedaleké zkapalňovací stanice společnosti Linde v Ingolstadtu. Kapalný vodík je na letišti uskladňován v kryogenních nádržích při –253 °C, z nich je přečerpáván jednak do plnicí stanice kapalného vodíku, jednak do odpařovače (přeměna na GH2, který dále putuje do tlakových zásobníků). Veřejná plnicí stanice kapalného vodíku na mnichovském letišti je plně automatická, vlastní plnění vozidla kapalným vodíkem obstarává prostřednictvím speciálního výdejního stojanu robot. Tento způsob zajišťuje nejen vysoký komfort, ale také 100% bezpečnost,

č er ervv en 2005

P R A K T I C K Á

protože špatná manipulace při plnění je takto vyloučena. Naplnění osobního vozidla trvá 6 minut. Osobní automobily BMW, které dnes využívají kapalný vodík jako pohonnou hmotu, disponují 120litrovou kryogenní nádrží, umístěnou v zavazadlovém prostoru. Dojezd automobilu se pohybuje mezi 250 – 350 km. Vozidla jsou dvoupalivová, tzn. že mohou využívat nejen vodík, ale i klasické palivo – benzin.

P aliv o vý článek alivo Palivové články, které jsou považovány za nejčistší pohon, jsou již v automobilovém průmyslu úspěšně zkoušeny. Představují alternativu ke spalovacím motorům zatěžujícím životní prostředí a mohou je v dohledné době alespoň částečně nahradit. V tomto směru je třeba dosáhnout jejich potřebné spolehlivosti a realizovat potřebnou infrastrukturu, zajišťující snadnou a pohodlnou použitelnost vozidel s tímto druhem pohonu. Základním podnětem pro vývoj palivových článků je vyčerpatelnost ropných paliv a výrazné změny atmosféry spojené s oxidem uhličitým, který se vytváří při spalování běžných paliv. Snahou je zachovat mobilitu lidí pomocí nějaké alternativy k benzinu nebo naftě a jako palivo budoucnosti se stále více nabízí vodík. Vodíku lze využívat pro výrobu elektrického proudu v palivových článcích nebo jako palivo pro spalovací motory. Palivový článek vyrábí elektrický proud pro pohon automobilu a potřebuje k tomu pouze vodík a kyslík. Vodík je možné vyrábět externě elektrolýzou vody a pak ho dodávat ve stlačené nebo zkapalněné formě. To se však vyplatí jen v případě, že k elektrolýze potřebný elektrický proud se získává z energie větru, slunce nebo vody – z obnovitelných zdrojů energie. Pokud se vodík využívá v čisté formě, udržuje se při teplotě –253 °C v kapalném stavu v silně izolované nádrži. Kvůli malé dostupnosti čistého vodíku se ovšem nerýsuje jiná cesta než výroba vodíku v samotném automobilu. V tomto případě se po-

č er ervv en 2005

mocí reformeru využívajícího platiny jako katalyzátoru rozkládá metanol na vodík a uhlík. Tento rozklad je ekonomicky i ekologicky výhodný jen tehdy, když se používá metanol získaný z rostoucích surovin (biomasy) a ne vyrobený z fosilních surovin. Elektrický proud se začíná vyrábět sešlápnutím pedálu akcelerátoru, při kterém se v palivovém článku začne vodík slučovat s kyslíkem. Je to obrácený proces elektrolýzy. Palivový článek tak může elektrický proud vyrábět z vodíku, metanolu, benzinu i nafty.

Základní po jm pojm jmyy

D Í L N A

Hor ní a dolní úvr ať Horní úvrať Úvratě jsou koncové body pohybu pístu, ve kterých se obrací směr jeho pohybu zdola nahoru a shora dolu. Podle okamžité polohy pístu ve válci se tak rozlišuje jeho horní poloha jako horní úvrať (HÚ) a spodní poloha jako dolní úvrať (DÚ). V horní úvrati má pracovní prostor (válce) nejmenší a v dolní úvrati největší objem (obr. 2).

Zdviho vý ob jem vválce álce Zdvihový objem Zdvihovým objemem válce motoru VZ rozumíme prostor, který obsáhne píst během svého zdvihu. Jinak vyjádřeno, je to objem válce mezi polohami horní a dolní úvrati pístu (obr. 2).

Pro usnadnění komunikace mezi lidmi, kteří se pohybují v oblasti konstrukce, výroby, ale i oprav spalovacích motorů, se postupně zavedly obecné základní pojmy, které je třeba si osvojit, protože i v dalším textu je budeme hojně využívat.

kde SP je plocha dna pístu, z zdvih a D vrtání válce.

V r tání

Celk o vý ob jem vválců álců Celko objem

Průměr válce D se nazývá vrtání a zpravidla se udává v milimetrech (obr. 2).

Celkový objem válců motoru V M je zdvihový objem všech válců motoru. Udává se v základních jednotkách SI v dm 3 , někdy se používá označení v litrech a ve starší a zahraniční literatuře lze najít označení objemu válců v cm3 (ccm).

Zdvih Zdvih z je dráha, kterou píst ve válci proběhne mezi dolní a horní úvratí.

3,14 . D 2 . z VZ = SP . z = ____________ 4

Obr. 2 – Pojmy a základní rozměry spalovacích motorů.


7

P R A K T I C K Á

D Í L N A

Kompresní prostor VC je prostor, který se nachází nad pístem, jenž je v horní úvrati (obr. 2).

toru na motory s dlouhým nebo krátkým zdvihem (obr. 4). U motoru s dlouhým zdvihem je zdvih větší než vrtání válce, u motoru s krátkým zdvihem je zdvih menší nebo stejný jako vrtání válce. Motory, u kterých jsou zdvih a vrtání stejně velké, se přiřazují k motor ům s krátkým zdvihem a někdy se takové motory označují také jako čtvercové motory, protože podélný řez jejich pracovním prostorem je čtverec. U motorů s dlouhým zdvihem je poměr zdvih/vrtání větší než 1, proto se takové motory označují také jako nadčtvercové. A konečně je-li vrtání větší než zdvih, je poměr zdvih/vrtání menší než 1 a takové motory se analogicky nazývají též jako podčtvercové.

K om pr esní poměr ompr presní

Ojniční poměr

Kompresní poměr ε je poměr součtu zdvihového objemu a kompresního prostoru k objemu kompresního prostoru (obr. 3).

Ojniční poměr λ [lambda] označuje poměr délky ojnice l k poloměru kliky r (obr. 5). Platí tedy:

Obr. 3 – Kompresní poměr.

K om pr esní pr os ompr presní pros ostt or

l λ = __ r

zdvihový objem + kompresní prostor

ε = ___________________________________ = kompresní prostor V Z + VC = ______________ VC

P oměr zdvih/vr tání zdvih/vrtání Pomocí poměru zdvih/vrtání (z/D) lze dále rozdělit konstrukci spalovacího mo-

Obecně ojniční poměr λ nabývá hodnoty 3,0 až 4,5. Čím je ojniční poměr větší, tím menší boční síly působí na stěny válců. Nevýhodou velkého ojničního poměru je ovšem naproti sníženému namáhání stěny válce větší konstrukční výška motoru. Z tohoto důvodu nejsou řadové motory v osobních automobilech vět-

šinou uloženy svisle, nýbrž šikmo, takže velký ojniční poměr může být zachován.

S tř ední rryy chlos tu třední chlostt pís pístu I přes stálost otáček motoru se píst v horní a dolní úvrati na krátkou dobu zastavuje. Na jeho dráze mezi horní a dolní úvratí i naopak se jeho rychlost zvyšuje. Po dosažení maximální hodnoty se rychlost pístu opět snižuje. Kvůli této neustále se měnící rychlosti pístu (zrychlování a zpožďování) se v konstrukčních úlohách a technických výpočtech počítá se střední rychlostí pístu, to znamená teoreticky konstantní rychlostí (průměrnou rychlostí) pístu. Výpočet střední rychlosti pístu se provádí podle vzorce:

z.n vm = _______ 30 kde vm je střední rychlost pístu v m.s-1, z je zdvih pístu v metrech a n jsou otáčky motoru v min-1. Hodnoty střední rychlosti pístu při jmenovitých otáčkách jsou: ● pro motory středního výkonu osobních automobilů 10 až 14 m.s-1; ● pro motory s vysokým výkonem pro osobní automobily 14 až 19,5 m.s-1; ● pro motory závodních vozidel až 25 m.s-1; ● pro vznětové motory nákladních automobilů 10 až 12 m.s-1. Střední rychlost pístu je tak zároveň ukazatelem míry mechanického zatížení motoru.

Maximální rryy chlos tu chlostt pís pístu Píst dosahuje své maximální rychlosti v okamžiku, kdy je ojnice tečnou kružnice, opisované klikou (obr. 6). Pak tvoří ojnice a poloměr kliky pravý úhel. Maximální r ychlost pístu bývá zpravidla asi 1,6krát větší než jeho střední rychlost. Obr. 4 – a) motor b) motor c) motor

8

Poměr zdvih/vrtání. s dlouhým zdvihem: z > D; s krátkým zdvihem: z = D; s krátkým zdvihem: z < D.


Otáčky mo u mott or oru Otáčky motoru jsou otáčky klikové hřídele za jednotku času (minuta). Rozlišují se otáčky:

č er ervv en 2005

P R A K T I C K Á

Obr. 5 – Ojniční poměr.

D Í L N A

Obr. 7 – Konstrukce motorů podle polohy os válců. ● maximální otáčky, tj. maximální

dovolený počet otáček, zaručující ochranu motoru proti mechanickému poškození.

U řadových motorů a řadových motorů typu boxer (obr. 10) jsou válce i ojniční čepy uspořádány přesně proti sobě. Toto uspořádání existuje např. u vozidel Porsche, Alfa-Romeo, Lancia a Subaru.

Základy k ons tr uk ce kons onstr truk ukce palo pís pístt o vých sspalo palovv acích mo ů mott or orů

P oč e t vválců álců a úhel vválců álců oče a úhel

Podle polohy os jednotlivých válců se rozlišují: ● motory uložené nastojato; ● motory uložené naležato (obr. 7). Šikmo uložené motory se řadí k motorům uspořádaným nastojato. Motory naležato se většinou umísťují pod podlahu vozidla (autobusy). Podle uložení válců lze motory rozdělit na jednoválcové a řadové motory (obr. 8). U motorů uspořádaných do tvaru písmene V a u řadových motorů do V (obr. 9) jsou válce, resp. řady válců postaveny většinou pod vzájemným úhlem 60 až 90°. Rozdíl mezi motorem do V s úhlem 180° a motorem typu boxer spočívá v uspořádání ojničních čepů klikové hřídele.

Je známo, že se výkon a klidný chod motoru mohou velmi jednoduše zlepšit zvýšením počtu válců. To je však u řadových motorů v důsledku omezené konstrukční délky možné jen do určité míry. S délkou klikové hřídele se navíc zvětšuje i její torzní kmitání. Tomu se proto u víceválcových motorů zabraňuje uspořádáním válců do tvaru písmene V, resp. konstrukcí typu boxer. K uvedenému přistupuje i skutečnost, že např. motor V6 vystačí pouze se čtyřmi hlavními ložisky, zatímco řadový šestiválec zpravidla potřebuje sedm hlavních ložisek. Tím se zmenšují jak ztráty třením, tak i výrobní náklady. Z hlediska vyvážení hmot, které mají vliv na klidný chod motoru, je pak

Obr. 6 – Klikový mechanismus v okamžiku maximální rychlosti pístu. ● spouštěcí, tj. nejmenší otáčky, kte-

ré jsou zapotřebí k bezpečnému naskočení motoru; ● otáčky při volnoběhu, tj. otáčky, kdy spuštěný motor zůstává sám dále v chodu; ● jmenovité otáčky, tj. otáčky, při kterých motor dosahuje svého maximálního výkonu;

č er ervv en 2005

Obr. 8 – Jednoválcový motor, řadový motor.

Obr. 9 – Motor do V, řadový motor do V.


9

P R A K T I C K Á

šestiválcový řadový motor, jehož dynamické setrvačné síly se vyrovnávají samy, v jednoznačné výhodě. Stejně jako v běžném životě jsou i v konstrukci motorů zapotřebí určité kompromisy. Řadové šestiválcové motory a šestiválce typu boxer (Porsche) nemají žádné rušivé setrvačné síly a vyznačují se proto velmi klidným chodem. U motoru Mercedes V6 se rušivé setrvačné síly navíc kompenzují pomocí speciální vyvažovací hřídele. Volkswagen se svým motorem VR6 (úhel válců 15°), kombinací vytvořené z řadového motoru a motoru do V, zahájil éru motorů s velkým počtem válců a značnou úsporou zástavbového prostoru. V konstrukci spalovacích motorů s uspořádáním do V existuje několik různých, nejčastěji používaných úhlů postavení válců, které se v těchto motorech nejvíce prosadily: ● motory V6 – 54° (Opel), 60° (Ford a Alfa Romeo), 90° (Audi a Mercedes); ● motory V8 – 75° (Mercedes); ● motory V12 – 60° (BMW, Mercedes, Maybach), 72° (VW, Audi – motor do W). Úhel válců má vliv na interval zapalování a tím i na celkový klid chodu motoru, přinejmenším za nízkých otáček a hlavně za studena. Pro dosažení rovnoměrného intervalu zapalování a tím i klidného chodu se u současných

D Í L N A

Obr. 10 – Motor typu boxer, řadový motor typu boxer.

Obr. 11 – Označení směru otáčení a pořadí jednotlivých válců u řadového motoru.

Obr. 12 – Označení směru otáčení a pořadí jednotlivých válců u řadového motoru do V.

Obr. 13 – Označení směru otá− čení a pořadí jednotlivých válců u řadového motoru typu boxer.

motorů V6 s úhlem válců 90° využívají klikové hřídele s kolíky, tzv. split-pin hřídele.

P oř adí zapalo álců ořadí zapalovv ání vválců U r č ení směr u o táč ení směru otáč táčení Pravotočivý motor je motor, jehož kliková hřídel se při pohledu na stranu proti straně umístění spojky otáčí ve směru pohybu hodinových ručiček, tzn. doprava. Levotočivý motor je motor, jehož kliková hřídel se při stejném směru

Obr. 14 – Označení směru otáčení a pořadí jednotlivých válců u řadového motoru. a) u řadového čtyřválce; b) u osmiválce do V; c) u dvanáctiválcového motoru do W.

10


pohledu otáčí proti směru pohybu hodinových ručiček, tzn. doleva.

Hledí-li pozorovatel na motor, stejně jako při určování směru otáčení, pak u řadového motoru stojí přímo před prvním válcem. Pak už stačí jen počítat válce ve směru ke straně spojky (obr. 11). U motorů s více řadami válců je to v zásadě stejné, přičemž se nejprve počítá první a pak druhá, resp. i třetí řada válců. První řada válců leží z pohledu pozorovatele o 90° vlevo, tzn. v myšlené poloze 9 hodin (obr. 12 a 13) nebo v následující rovině určené hodinovou ručičkou. Na druhou, resp. třetí řadu válců se automaticky narazí při dalším sledování otáčení pomyslné hodinové ručičky (obr. 14). Pořadí počítání válců u motoru Volkswagen VR6 (zkrácený řadový motor) ukazuje obr. 15. To se týká i motoru Volkswagen W12 (obr. 16).

P oř adí a int er ořadí a inter ervv aly zapalo zapalovv ání Pořadí zapalování je pořadí, ve kterém se válce motoru po sobě zapalují – dochází buď k přeskoku jiskry na zapa-

č er ervv en 2005

P R A K T I C K Á

Obr. 15 – Pořadí válců u motoru VR6.

lovací svíčce, nebo ke vstřiku a vznícení nafty. Výrobce sám určuje nejvýhodnější pořadí zapalování pro své motory a dosahuje tak u nich optimálního a kulti-

D Í L N A

Obr. 16 – Motor Volkswagen W12, kombinace dvou motorů VR6 v uspořádání do V.

U čtyřtaktních motorů se nejčastěji používají následující schémata zapalování: ● Řadové motory: – čtyřválec 1-3-4-2 nebo 1-2-4-3;

– pětiválec 1-2-4-5-3; – šestiválec 1-5-3-6-2-4; – šestiválec VR6 (VW) 1-5-3-6-2-4. ● Motory do V: – čtyřválec (Ford) 1-3-4-2;

Obr. 17 – Označení jednotli− vých válců u VW a Porsche.

vovaného chodu. Obr. 18 až 21 ukazují standardní pořadí zapalování u různých motorů. Aby se mohl některý válec vůbec zapálit, musí být příslušný píst v poloze vhodné pro zapalování, tj. v horní, resp. několik stupňů před horní úvratí, což znamená, že příslušné ventily (sací i výfukový) musí být zavřené. To je možné jen tehdy, když kliková a vačková hřídel mají správné vzájemné postavení podle značení. Z konstrukčního hlediska je pořadí zapalování jednotlivých válců motoru určeno: ● klikovou hřídelí – přesazení čepu klikové hřídele, ● vačkovou hřídelí – přesazení vaček.

č er ervv en 2005

Obr. 18 – Zobrazení pořadí za− palování 1−4−2−5−3−6 u šestivál− cového motoru do V (Ford).

Obr. 19 – Zobrazení pořadí zapalování 1−5−4−8−6−3−7−2 u osmiválcového motoru do V.

Obr. 20 – Zobrazení pořadí za− palování 1−4−3−2 u čtyřválcové− ho motoru typu boxer.

Obr. 21 – Zobrazení pořadí zapa− lování 1−6−2−4−3−5 u šestiválcové− ho motoru typu boxer (Porsche).


11

P R A K T I C K Á

D Í L N A

● vzájemnou polohou os válců; ● pořadím zapalování motoru.

Obr. 22 – Kliková hřídel dvouválce s přesazením ojničních čepů 180°. Interval zapalování je nerovnoměrný, průběžně se střídají hodnoty 180° a 540°.

Obr. 23 – Kliková hřídel dvojitého motoru. Protože se ojniční čepy nacházejí ve stejné výšce, je interval zapalování rovnoměrný (360°).

– šestiválec (Ford) 1-4-2-5-3-6; – šestiválec (Audi) 1-4-3-6-2-5; – šestiválec (Nissan) 1-2-3-4-5-6 (pořadí počítání válců střídavě vpravo, vlevo); – osmiválec (Audi, BMW, Mercedes) 1-5-4-8-6-3-7-2; – osmiválec (Porsche) 1-3-7-2-6-5-4-8; – desetiválec (VW) 1-6-5-10-2-7-3-8-4-9; – dvanáctiválec (BMW) 1-7-5-11-3-9-6-12-2-8-4-10; – dvanáctiválec (Mercedes, VW, Audi, Jaguar) 1-12-5-8-3-10-6-7-2-11-4-9. ● Motory typu Boxer: – čtyřválec (VW) 1-4-3-2; – šestiválec (Porsche) 1-6-2-4-3-5. Interval zapalování je úhel otočení klikové hřídele mezi dvěma po sobě jdoucími zápaly. Během pracovního cyklu zapaluje každý válec jednou. Pracovní cyklus – sání, komprese, expanze, výfuk – trvá u čt yřtaktního motoru dvě otáčky klikové hřídele, což se rovná úhlu otočení 720°. Rovnoměrně rozdělený interval zapalování se při všech otáčkách stará o rovnoměrný chod motoru. Tento interval zapalování je možné vypočítat takto: Interval zapalování = 720°/počet válců Čím větší je počet válců, tím menší je interval zapalování. Čím menší je interval zapalování, tím je chod motoru rovnoměrnější a klidnější. Obr. 22 ukazuje, že intervaly zapalování mohou být i nerovnoměrné. K těmto výjimkám patří:

12


● dvouválcové čt yřt aktní motor y

s přesazením ojničních čepů na klikové hřídeli o 180°; ● většina víceválcových motocyklových motorů; ● motory do V, které mají normální klikovou hřídel a u kterých násobek počtu válců a úhlu válců nedává 720°, např. 6 x 90° = 540°.

Podle použití v určitém typu motoru se rozlišují: ● klikové hřídele pro řadové motory; ● klikové hřídele pro motory do V; ● klikové hřídele pro motory typu boxer.

Klik o v é hř ídele pr o dv ouv álce Kliko hřídele pro dvouv ouválce Kliková hřídel pro dvouválcový motor má určitá specifika. Vesměs se používají dva konstrukční typy – kliková hřídel s přesazením ojničních čepů a tzv. motor twin. U klikové hřídele s přesazením ojničních čepů (obr. 22) jsou oba ojniční čepy vzájemně přesazeny o 180°, kliková hřídel bývá většinou uložena ve dvou ložiscích. Výhodou tohoto konstrukčního uspořádání je snadnější vyvažování hmot v porovnání s dvojmotory (motor

Klik o vý mechanismus Kliko Klikový mechanismus pístového spalovacího motoru se skládá z: ● klikové hřídele a ložisek; ● ojnice a pístních čepů; ● pístů a pístních kroužků; ● setrvačníku a řemenice.

Klik o v é hř ídele Kliko hřídele Klikové hřídele převádějí přímočarý pohyb pístů na pohyb otáčivý. Typy konstrukce klikových hřídelí jsou určovány těmito faktory: ● počtem válců;

Obr. 24 – Rovnoměrný interval zapalování (360°) u dvouválcového motoru typu boxer.

Obr. 25 – Kliková hřídel čtyřválcového řadového motoru s uložením ve třech ložiscích.

č er ervv en 2005

P R A K T I C K Á

twin), protože nevyžaduje žádná velká a těžká protizávaží. Jeho nevýhodou je však nerovnoměrný interval zapalování, který je jednou 180°, pak 540° atd. Tímto typem klikové hřídele bývají vybaveny motory s pomalým chodem (stacionární motor y). Velmi velké a těžké setrvačníky v nich i přes nerovnoměrné intervaly zapalování udržují rovnoměrnost jejich otáčivého pohybu v přijatelných mezích. Motor twin (dvojmotor nebo dvojitý motor) je čtyřtaktní řadový motor, u něho jsou oba ojniční čepy klikové hřídele uloženy ve stejné výšce. Tato kliková hřídel může být uložena ve třech, ale i ve dvou ložiscích. Výhodou tohoto typu konstrukce je rovnoměrný interval zapalování (obr. 23). Jeho nevýhoda spočívá v tom, že pro dosažení potřebného vyvážení hmot na klikové hřídeli jsou zapotřebí velká a těžká protizávaží.

Dv ouv álco vý čt yřt aktní mo Dvouv ouválco álcový čtyřt yřtaktní mott or t ypu bo boxx er Tento typ konstrukce využívá automobilka BMW už od začátku výroby motocyklů. Spojuje v sobě výhody dvojitého motor u – stejný inter val zapalování – a přednosti pomaloběžných vznětových motorů – dobré vy-

D Í L N A

Obr. 26 – Kliková hřídel čtyřválcového řadového motoru.

Obr. 27 – Kliková hřídel pětiválcového řadového motoru s uložením v šesti ložiscích.

vážení hmot. Ojniční čepy jsou vzájemně přesazeny o 180°, kliková hřídel je krátká (malá citlivost na torzní kmitání, obr. 24). Jako v každé oblasti i zde ovšem existují výjimky, protože např. moderní dvouválcové čt yřtaktní motor y s velmi vysokými otáčkami (8000 až 12 000 min -1) jsou rovněž vybaveny klikovými hřídelemi, u nichž jsou oj-

niční čepy přesazeny o 180°. Tím je u těchto vysokootáčkových motorů dosaženo lepšího vyvážení hmot. Nerovnoměrný interval zapalování už není u vysokých otáček tohoto typu pozorovatelný. Naproti tomu jsou moderní rychloběžné vznětové motory konstruovány jako dvojité. Vynikající klidnosti chodu motoru se dosahuje přidáním vyvažovacích hřídelí poháněných pomocí ozubených kol.

Klik o v é hř ídele čt yř vých Kliko hřídele čtyř yřvv álco álcových ř ado vých mo ů adových mott or orů Ojniční čepy klikových hřídelí čtyřválcových řadových motorů jsou přesazeny o 180°, přičemž čepy pro válce 1 a 4 a pro válce 2 a 3 jsou vždy ve stejné výšce (obr. 25). Tímto uspořádáním je dosaženo následujícího stavu: Je-li píst 1 v horní úvrati a v tomto válci dochází k zapálení směsi, pak se píst 4 nachází těsně za horní úvratí a obráceně. Stejně je tomu u pístů 2 a 3. Je-li píst 3 v horní úvrati před zapálením, píst 2 se nachází těsně za horní úvratí a naopak. Podle počtu hlavních ložisek lze rozlišovat: ● klikové hřídele uložené ve třech místech pro motory s malým a středním výkonem (obr. 25),

č er ervv en 2005


13

P R A K T I C K Á

D Í L N A

● klikové hřídele uložené v pěti mís-

tech pro moderní výkonné motory (obr. 26).

Klik o v á hř ídel pětiv álco Kliko hřídel pětiválco álcovv ého ř ado u adovv ého mo mott or oru Na klikové hřídeli pětiválcového řadového motoru jsou ojniční čepy navzájem přesazeny o 72° (360 : 5 = 72). Na rozdíl od dosud popisovaných klikových hřídelí řadových motorů neleží vždy dva a dva ojniční čepy v jedné rovině (obr. 27).

Klik o v é hř ídele šes tiv álco vých Kliko hřídele šestiv tiválco álcových ř ado vých mo ů adových mott or orů U šestiválcových řadových motorů jsou ojniční čepy na klikové hřídeli přesa-

Obr. 28 – Kliková hřídel šestiválcového řadového motoru se sedmi− násobným uložením (schéma). Přesazení ojničních čepů je 120°.

zeny o 120°, takže vždy v jedné rovině leží ojniční čepy válců 1 a 6, 2 a 5, jakož i 3 a 4 (obr. 28). Nachází-li se píst 1 v horní úvrati v poloze zapalování, je píst 6 těsně za horní úvratí a naopak. Stejně je tomu u pístů 2 a 5 i 3 a 4.

Šestiválcové motory mají zpravidla sedm hlavních ložisek (zážehové motory vyššího výkonu i vznětové motory). Počet potřebných hlavních ložisek závisí na výkonu motor u, protože s vyšším výkonem související větší tlaky více namáhají klikovou hřídel v ohybu. To pak ovlivňuje její kmitání, opotřebení a také životnost.

Klik o v é hř ídele mo ů do V Kliko hřídele mott or orů U klikových hř ídelí motor ů do V mohou mít dvě ojnice buď společný ojniční čep (pravé motory do V) nebo má každá ojnice svůj vlastní čep (nepravé motory do V). Přesazení ojničních čepů je u pravých motorů do V rovnoměrné, u nepravých nerovnoměrné, avšak ojniční čepy nejsou postaveny přesně proti sobě jako u motorů typu boxer. Kliková hřídel čtyřválcového motoru do V (obr. 29) je uložena ve třech místech (tři hlavní ložiska). Ojnice každého ze čtyř válců má svůj vlastní čep. Protože osy obou řad válců svírají úhel 60°, jsou ojniční čepy válců 1 a 4 a ojniční čepy válců 2 a 3 navzájem přesazeny o 60°. Úhel mezi čepy 1 a 2, jakož i 3 a 4, činí 120°. Tím se dosahuje rovnoměrného intervalu zapalování rozděleného po 180°, i když úhel mezi řadami válců je 60°. Kliková hřídel šestiválcového motoru do V (obr. 30) má čtyřnásobné uložení (čtyři hlavní ložiska). Po dvou ojničních čepech přichází vždy jedno ložisko. Všechny ojniční čepy jsou rovnoměrně rozděleny po plném úhlu (360°), takže po každých 60° je umístěn jeden čep. Při úhlu os válců 60°

14


č er ervv en 2005

P R A K T I C K Á

D Í L N A

intervalu zapalování 150-90-150-90150-90° (válec 1 a 4, 2 a 5, 3 a 6).

Klik o v á hř ídel s děleným Kliko hřídel s děleným o jničním ččepem epem (s plit-pin) (split-pin)

Obr. 29 – Kliková hřídel čtyřválcového motoru do V (schéma), pořadí zapalování 1−3−4−2.

U této klikové hřídele jsou ojniční čepy dělené, tzn. že sousední ojnice mají vždy svůj vlastní čep, vzájemně přesazený o 30° (obr. 32). Tím se dosahuje rovnoměrného intervalu zapalování rozděleného po 120°. Optimalizuje se tak klidný chod motoru i při malých otáčkách.

Klik ová Kliko mo u mott or oru

Obr. 30 – Kliková hřídel šestiválcového motoru do V (schéma), pořadí zapalování 1−4−2−5−3−6.

hř ídel osmiv álco hřídel osmiválco álcovv ého do V

Na klikové hřídeli osmiválcového motoru do V jsou čtyři ojniční čepy navzájem přesazeny o 90°. S ohledem na dobré vyvážení hmot – klidný chod motoru ve všech oblastech otáček – byly první a poslední ojniční čep stejně jako druhý a třetí uspořádány proti sobě (180°). Na každém ojničním čepu jsou nasazeny dvě ojnice za sebou. Čtyři přední ojnice vedou k jedné řadě válců, obvykle (při pohledu ve směru

Obr. 31 – Ojniční čepy klikové hřídele, vlevo nedělené, takže dvě ojnice mají společný čep; vpravo dělené (split−pin), takže každá ojnice má svůj vlastní čep.

se tak dosahuje intervalu zapalování 120°. Řady válců u motorů s šesti válci svírají obvykle úhel 90° a mají tři ojniční čepy, které jsou navzájem přesazeny o 120°. Tyto ojniční čepy mohou být nedělené nebo dělené (obr. 31). Nedělené čepy nesou vždy dvě ojnice, takže ty mají společnou osu. To má však nevýhodu v nerovnoměrném

č er ervv en 2005


15

P R A K T I C K Á

D Í L N A

jízdy) pravé, čtyři zadní ojnice k druhé řadě, levé. V tomto uspořádání jsou obě řady válců navzájem posunut y o šířku oka ojnice. Obr. 33 znázorňuje schematické zobrazení této hřídele.

Klik o v é hř ídele pr o mo Kliko hřídele pro mott or oryy t ypu bo boxx er U klikových hřídelí pro motory boxer má každá ojnice svůj vlastní čep, přičemž tyto čepy jsou usazeny přesně proti sobě. Je možné říci, že písty proti sobě doslova boxují. Kliková hřídel čtyřválcového motoru typu boxer (obr. 34) vypadá podobně jako kliková hřídel pro čtyřválcový řadový motor. V důsledku konstrukce motoru boxer je však kratší. Tím se mimo jiné dosahuje: ● velké pevnosti v krutu; ● velké odolnosti proti torznímu kmitání, vyvolávanému nerovnoměrnostmi otáčivého pohybu klikové hřídele. Díky protilehlému uspořádání válců není nutné – u motorů středního výkonu a otáček – na rozdíl od klikové hřídele pro řadový motor přidávat protizávaží (např. VW Brouk). Obr. 32 – Účinek zalomení (dělení) ojničních čepů na klikové hřídeli (motor Audi V6).

Obr. 34 – Kliková hřídel čtyřválcového motoru typu boxer (schéma).

Obr. 33 – Kliková hřídel osmiválcového motoru do V (schéma).

Kliková hřídel šestiválcového motoru typu boxer se podobá klikové hřídeli pro šestiválcový řadový motor. I u této hřídele platí vše, co bylo řečeno o klikové hřídeli pro čtyřválcový motor boxer. Protože šestiválcový motor Porsche 911 je konstruován pro vyšší otáčky a výkon, je jeho kliková hřídel pro dosažení co nejlepšího vyvážení hmot opatřena protizávažím. Pokračování příště ZPRACOVÁNO PODLE ZAHRANIČNÍCH MATERIÁLŮ JIŘÍ ČUMPELÍK

16


č er ervv en 2005

Praktická dílna. Spalovací motory I. utoexper. Servis Podvozek Organizace práce. Motor Systémy a příslušenství. Automobil od A do Z

Recommend Documents