Motor – teorie (1. ?ást)

 

?lánek o teorii spalovacího procesu a získávání výkonu se budu snažit napsat co nejmén? u?en?, p?estože p?evedení u?eného jazyka do populární formy nebývá snadné. Nebudu se pln? p?íliš zabývat vzn?tovými a dvoudobými motory, protože by ?lánek dosp?l do velikosti 5 MB. V poznámkách jen upozorním na odlišnosti, pokud budou mít k výkladu vztah. I tak bude tento ?lánek zna?n? rozsáhlý. Zkusím také osv?tlit funkci p?epl?ování. Každopádn? doporu?uji ?íst pozorn?, i když si budete myslet, že toto už znáte. Nikdy není na škodu si v?ci zopakovat. Výjime?n? použiji i n?kolik vzorc?, protože je považuji za základ znalostí motorové problematiky. Tvorba emisí je dosti rozsáhlý problém, v?noval bych mu n?kdy samostatný ?lánek.

 

Hned na za?átku podotýkám, že získávání energie spalováním je jedna z nejhorších variant získávání energie, protože jednak spalování jako takové p?íliš energie nedává a dále ztráty tepla dosahují 50 – 99% teoreticky získatelné energie. Jenže zatím lidstvo rad?ji svou inteligenci využívá na vymýšlení ?ím dál ni?iv?jších zbraní a pod proklamovanou ekonomi?ností uskute??uje komer?ní cíle zú?astn?ných výrobních, reklamních, prodejních lobby, tedy vše z?stáváp?i starém. Jelikož jsme p?íliš malá piva na to, abychom s tím pohnuli, nezbývá nám nic jiného, než dále spalovat a ni?it životní prost?edí. Ale to odbo?uji.

 

Spalovací motory m?žeme rozd?lit na motory s vnit?ním a vn?jším spalováním. Do kategorie motor? s vn?jším spalováním pat?í parní stroj a jeho r?zné modifikace (parní turbíny) a Stirling?v motor. Parní stroj je všeobecn? známý ze základní školy, takže ten zde vysv?tlovat nebudu. Stirling?v motor vznikl již n?kdy okolo roku 1815. V podstat? jde o pístový stroj, kde práci koná oh?ívané plynné médium (d?íve vzduch, dnes vodík, hélium), které díky pohybu pístu m?ní teplotu a tím i sv?j objem a to s vysokou ú?inností. (Popisování funkce je nutno doplnit obrázky, jinak je t?žko vysv?tlitelné. P?esný popis tohoto velmi zajímavého motoru zpracuji na p?ípadné p?ání ?tená??, zde se pro rozsáhlost jím zabývat nebudu.) U t?chto motor? probíhá spalování vn? pracovní mechanické ?ásti a pracovní tlaky jsou vytvá?eny pomocí spalování oh?átými médii uvnit?. Spalování probíhá kontinuáln? (bez p?erušení) p?i malých tlacích a nižších teplotách, výhodou jsou velmi nízké emise i bez použití katalyzátoru a malé nároky na kvalitu mazadel, protože nep?ichází do styku s palivem a produkty spalování. Nevýhodou je malá pohotovost k provozu, špatná regulovatelnost (pomalu probíhající zm?ny) výkonu. V automobilech se krom? pokusných vozidel nepoužívají.

Do kategorie motor? s vnit?ním spalováním pat?í motory zážehové, vzn?tové, spalovací turbíny a motory raketové. Raketové motory zde nebudeme pojednávat, spalovací turbíny se ekonomicky vyplatí až od asi 735 kW výše a tak na n? zapomeneme také. Nás zajímají motory zážehové a vzn?tové. U t?chto motor? probíhá spalování uvnit? motoru a energie získaná z paliva se p?em??uje p?ímo na mechanickou práci. Spalování probíhá p?erušovan? p?i vysokých tlacích a teplotách, nevýhodou jsou vznikající vysoké emise a složit?jší mechanická konstrukce, dále to, že je nutné používat vysoce kvalitní jak palivo, tak mazací oleje a r?zné filtry. Výhodou je okamžitá pohotovost k provozu a možnost okamžité zm?ny výkonu, regulace je snadná. 

 

Ješt? než za?nu, p?ipomínám trochu fyziky – pokud se rozm?r n??eho zdvojnásobí, plocha se zv?tší 4x a objem 8x. Píši to proto, že když použiji tzv. geometrickou podobnost (použiji ur?itou v?c jako základ a jinou v?c v?etn? všech sou?ástek p?esn? v ur?itém pom?ru zv?tším), ne vždy platí pro nové to, co platí pro základní provedení. Kdybych cht?l škodovácký motor p?esn? zv?tšit 2x, m?l by objem válc? asi 9,5 litr? vážil by 760 kg. To zv?tšení jsem sice trochu p?ehnal (hodnoty ale souhlasí), ale chci upozornit na to, že i malé zv?tšení rozm?ru sou?ástky vede k zna?nému zvýšení hmotnosti. Pro dosažení vysokých otá?ek je hmotnost nejv?tším nep?ítelem. Dále – objem válc? se zm?ní 8x, ale pr?to?ná plocha ventilu jen 4x. Takže p?i stejných otá?kách má motor úpln? jiné rychlosti proud?ní ve ventilu a pln?ní neodpovídá podmínkám „polovi?ního“ motoru. Aby byla dodržena stejná st?ední pístová rychlost, musí být otá?ky polovi?ní a tedy výkon se zv?tší pouze 4x. Zatížení motoru odst?edivými silami se p?i polovi?ních otá?kách nezm?ní, protože plocha dna pístu a plocha ložisek se zvýší 4x. Plocha povrchu spalovacího prostoru se zvýší 4x, ale objem 8x, takže dochází k menším tepelným ztrátám a m?rná spot?eba paliva klesne. Jenže proho?ívací dráhy jsou delší a pr?m?rná teplota p?i spalování se zvýší, takže z d?vodu zamezení detona?nímu ho?ení se musí snížit stupe? komprese. Navíc velikost v?lí se p?íliš nezm?ní a tak nap?. procentuální pom?r plochy pístu k ploše v?le pístu ve válci je pro velké písty lepší. Tlouš?ka olejové vrstvy na st?nách je také konstantní a tak bych mohl pokra?ovat. Jenže hmotnost pístu se nep?im??en? zvyšuje, proto se konstrukce velkých motor? ?eší trochu odlišn?, st?ny se d?lají ten?í (pot?eba pevnosti se totiž osmkrát nezvýší), h?ídele duté atd. Na toto pamatujte p?i jakékoliv úprav?, že n?co v?tšího je vždy i výrazn? t?žší. Také malé zv?tšení pr?m?ru kanál? má za následek velké zv?tšení pr?to?né plochy (tím narážím na ?išt?ní trysek karburátoru drátem atd.). Takže porovnávání dvou motor? tzv. geometrickou podobností je možné jen bezrozm?rnými údaji, jako pom?r vrtání/zdvih, úhly sklon? ventil? a kanál? a tak dál. Ze všeho toho vyplývá, že používání velkých válc? je nevýhodné a proto se v?tšinou nepoužívá objem válce v?tší než asi 500 cm³. K dosažení velkého m?rného výkonu jsou zapot?ebí vysoké otá?ky a to nám velké válce neumožní dosáhnout. Nejde jen o dosažitelnost vysokých otá?ek, ale také v t?chto otá?kách dostate?n? naplnit válce sm?sí, což u nevhodného pom?ru pr??ezu sacího kanálu a objemu válce není bez p?epl?ování možné. Takže pro velké objemy platí, že co litr objemu, to aspo? dva válce navíc. U p?epl?ovaných motor? je nejvýhodn?jší co nejv?tší objem válce, protože klesnou tepelné ztráty a hospodárnost motoru se oproti malým válc?m zlepší. Dobré pln?ní obstará turbo bez ohledu na pr??ez sacího kanálu a vysoká teplota výfukových plyn? je zase výhodná pro výkon turbíny. U vzn?tových motor? pro nákladní vozidla se naopak válce d?lají co nejv?tší, protože zde nastupuje v první ?ad? hledisko ekonomického provozu a životnosti motoru a m?rný výkon je až druho?adý. V?bec nejlepších ekonomických ukazatel? dosahují obrovské lodní motory, kde p?i vrtání okolo 1 000 mm a tém?? stejném zdvihu je pom?r objemu k povrchu válce a spalovacímu objemu natolik velký, že motory tém?? nepot?ebují chlazení – všechno teplo sta?í vysálat b?hem sacího a kompresního zdvihu. Maximální otá?ky t?chto motor? se pohybují n?kde okolo 125/min a tak ?asu pro odvedení tepla je dostatek.

 

 

Motor (bez katalyzátoru):

 

Základ funkce spalovacího motoru znáte ze základní školy (nebo byste m?li znát), proto tuto ?ást p?esko?ím. Vás zajímá, jak dostat z motoru co nejv?tší výkon (za ideálního požadavku nulové spot?eby). Ovšem teoretické závislosti se zrovna na základní škole neu?ily a tak trochu pomohu.

Pokud budu chtít dosáhnout 100% ú?innosti, musel bych dosáhnout nekone?né komprese a nekone?né expanze beze ztrát tepla. P?esn? – m?lo by se dosáhnout takové expanze, p?i které bude teplota výfukových plyn? stejná jako teplota vstupní sm?si. Zatím se to nikomu nepoda?ilo a asi i nikdy nepoda?í. Výrazn? vylepšit ú?innost se dá zm?nou pom?ru komprese v??i expanzi (expanze musí být v?tší než komprese). Laicky se toho dá nejsnáze dosáhnout pozdním zav?ením sacího ventilu a také pozd?jším otev?ením výfukového ventilu. Takhle na to p?išel n?jaký Miller a od té doby se tomu ?íká Miller?v cyklus. S tím Millerem je to sice trochu složit?jší, ale n?jací Japonci zkusili podle n?ho p?epl?ovaný motor postavit a dosáhli o 10% menší spot?eby (mnoho povyku celkem pro nic.) Pokud pozd?ji zav?u sací ventil, ?ást sm?si vytla?ím zp?t do sacího potrubí a tím se mi sníží výkon, navíc klesne stupe? stla?ení. Pro stejný výkon musím mít v?tší objem motoru nemluv? o kompresním pom?ru. Tudy asi cesta nevede. Každopádn? na provedení nesymetrického klikového mechanizmu to chce trochu více fištrónu a spoustu práce s vyvážením. Zatím bylo dosaženo u turbokompaudních motor? (klasický motor se dv?ma turby, jedním se p?epl?uje a další „pohání“ motor) ú?innosti 48%, což je výrazn? více, než b?žných 28 – 33%. B?žn? se po?ítá, že t?etina energie ute?e výfukem, t?etina chlazením a jen t?etina se prom?ní v efektivní práci. Toto platí (p?i konstantních otá?kách) zhruba p?i 40% výkonu, pokud se odb?r výkonu zvýší, p?estává to platit. Poklesne teplo odvedené chlazením a více tepla odchází výfukem, množství efektivní práce z?stává zhruba konstantní. Pokud odebíráme plný výkon, se zvyšujícími otá?kami nepatrn? klesá procento efektivní práce, ale nar?stá množství tepla odvedeného výfukem na úkor tepla odvedeného chlazením (p?estup tepla do st?n probíhá konstantní rychlostí a pokud mu nedáme dostatek ?asu na p?estup, není chlazení schopno odvést p?edpokládané množství tepla). Sou?et všech t?í tepel musí být 100%, proto vždy nar?stá odvod tepla výfukem a je tedy výhodné použít turbínu na využití odcházející teploty výfukových plyn?. V?tšinou se turbína spojí s dmychadlem a toto soustrojí p?epl?uje motor vzduchem (sm?sí). P?i sacím zdvihu p?etlak tla?í na píst a motor tedy nemusí konat zápornou práci pro pln?ní motoru, to p?ispívá ke snížení m?rné spot?eby. Výkon motoru se zvýší, protože dostaneme do válce více palivové sm?si a tím jakoby zv?tšíme objem motoru. Expanze je sice krátká, ale nevyužité teplo se zužitkuje v turbín? a tak se m?rná spot?eba nezvýší. Pokud správn? navrhneme jak motor, tak stupe? p?epl?ování, m?žeme dosáhnout velmi p?ekvapivých výsledk?. Nejlépe je to patrné na vzn?tových motorech, kde p?epl?ování turbodmychadlem zna?n? zvýší výkon a výrazn? sníží spot?ebu paliva. O p?epl?ování bude zvláštní ?lánek.

 

Vzorec pro výpo?et výkonu ?ty?dobého motoru:

 

po staru:

                              

        V_c . n . p_e                 (k;  dm³, 1/min, atm)

                               P =  ---------------

             900

                nov?:

 

        V_c . n . p_e                 (kW;  dm³, 1/min, MPa)

                               P =  ---------------

             120

 

P = výkon v k nebo kW

V_c = objem všech válc? motoru v dm³

n = otá?ky motoru za minutu

p_e = st?ední indikovaný tlak v atm nebo MPa

 

Pro dvoudobý motor použijeme ve jmenovateli hodnoty 450 nebo 60.

 

Skute?ný výkon získaný spalováním je vyšší, ale je zapot?ebí zapo?ítat mechanickou a hydraulickou ú?innost motoru (to je práv? zohledn?no v hodnot? jmenovatele a st?edního indikovaného tlaku). St?ední indikovaný tlak se získá z indikátorového diagramu (záznam pr?b?hu tlaku kreslícím za?ízením na papír – taková zvláštn? vypadající uzav?ená k?ivka, jejíž kladné a záporné plochy se sejmou planimetrem a výsledek udává st?ední hodnotu prob?hlého pr?b?hu tlaku jednoho ob?hu, je proto nutné zpr?m?rovat n?kolik po sob? jdoucích pr?b?h?, protože se jednotlivé diagramy od sebe dost liší).

B?žn? se hodnota výkonu motoru získává m??ením na motorové brzd?, zde lze také ur?itým postupem zm??it mechanické ztráty motoru. P?i m??ení na brzd? se nem??í p?ímo výkon, ale to?ivý moment motoru, z n?j a z otá?ek motoru se okamžitý výkon vypo?ítává. Dále se tato hodnota p?epo?ítá na barometrický tlak 100 kPa a teplotu 25° C – toto je základní hodnota výkonu motoru, která se udává v technických údajích k vozidlu.

 

Vzorec pro výpo?et výkonu zjišt?ný na motorové brzd?:

 

                               M_t . n

               P =     -----------

                            9 549,3

 

P  = výkon v kW

M_t = to?ivý moment v Nm

n   = otá?ky motoru za min.

 

 

K m??ení výkonu motorovou brzdou je t?eba mít možnost p?ístupu k tomuto drahému za?ízení. Lze si pomoci i jinak – m??ením výkonu akcelera?ní metodou, která vychází z druhého pohybového zákona:

 

                M = ε . I

 

M = to?ivý moment (Nm)

ε = úhlové zrychlení motoru (rad/s²)

I = hmotný moment setrva?nosti rota?ních hmot motoru

     se spojkou a p?edlohovým h?ídelem p?evodovky (kg/m²)

 

Celá „sranda“ je založena na m??ení zrychlení motoru od … do ur?itých otá?ek. Pásmo m??ených otá?ek se rozd?lí na n?kolik stup??, které se mohou mírn? p?ekrývat. Proh?átý motor se prudkým sešlápnutím plynu rozto?í, v ur?ených otá?kách se vypne zapalování ve t?ech válcích (za?ne se m??it ?as) a jeden válec se snaží dosáhnout druhé ur?ené hranice otá?ek (ukon?í se m??ení ?asu). Ostatní válce vytvo?í zát?ž, jinak by m??ení bylo zna?n? nep?esné. Takto se postupuje od prvního válce k poslednímu a m??í se ve všech ur?ených stupních. Získá se tím momentová k?ivka, podle které se výkon vypo?ítá a pr?b?h k?ivky se porovná s p?edpisem výrobce. Nutné je ovšem mít p?epo?ítací tabulky a nebo znát pat?i?né rota?ní hmotnosti. (Pro získání tabulek a kontrolu správnosti vypo?tených hodnot se statisticky m??ilo 40 dobrých motor? od každého typu socialistického vozidla, získané hodnoty se zpr?m?rovaly a byly sou?ástí návodu k použití.) Tohle m??ení umí realizovat PALTEST JT 300, 301 a 302. Šlo v první ?ad? o to nalézt metodu, která by dokázala zm??it co nejvíce parametr? bez demontáže motoru nebo jeho ?ástí, pokud možno namontovaný ve vozidle. Dále bylo možné stejným zp?sobem zm??it t?snost spalovacího prostoru (kompresní tlaky), kdy se m??ilo úhlové zrychlení p?i ?áste?ném a definovaném otev?ení škrtící klapky. Také se dalo bezdemontážn? ov??it stav opot?ebení olejové nápln?, mechanická ú?innost atd. (Chytré ?eské hlavy dokázaly dát dohromady i p?ístroj, který na základ? zvuk? vydávaných motorem dokázal zm??it v?li ventil? s p?esností na 0,01 mm.) Celý test m?l asi 45 krok?, p?i kterých se m??ilo od výkonu p?es dobíjení, zapalování až po velikost emisí. Dnes je to už pry?, moderní vozidla mají u ?ídící jednotky autodiagnostický systém, který po p?ipojení na diagnostický p?ístroj vše d?ležité vypíše.

                Je celkem jasné, že tyto m??ící metody nedosahují p?esnosti p?ímého m??ení motorovou brzdou, p?ípadn? jinými m??idly. Rozdíl je ale malý, opakovatelnost m??ení velmi dobrá a nás ani tak nezajímá absolutní hodnota, jako spíše odchylka od normálu nebo od posledního m??ení. Proto se lze na m??ení t?mito nep?ímými metodami spolehnout. Technicky není obtížné si podobné zjednodušené za?ízení vyrobit i v domácích podmínkách a zm??ením n?kolika nových motor? po záb?hu si vytvo?íme základní tabulku. Pokud jste si všimli, podle vzorce je závislost úhlové rychlosti a hmotnosti rota?ních hmot p?ímo úm?rná (lineární) a tedy procentuální nár?st zrychlení proti p?vodní hodnot? zrychlení sériového motoru udává p?ímo procentuální nár?st výkonu.

 

Takže – výkon motoru je dán t?emi základními veli?inami. Z hlediska spalování tedy množstvím paliva spáleného ve válcích motoru za optimálních podmínek (zapálení sm?si v pravý okamžik a minimální ztráty profukem okolo pístu a (v nejhorším p?ípad?) ventil?). P?edpokládám b?žnou mechanickou ú?innost motoru, která nám nebude ubírat výkon. Tak, jak jsem to napsal, to vypadá jednoduše, jenže ke spálení paliva je zapot?ebí vzduch a to v relativn? úzkém rozmezí sm?šovacího pom?ru s palivem, protože mimo tuto oblast jednak klesá zápalnost paliva a jednak se nedá palivo pln? energeticky využít. Ideální sm?šovací pom?r, kdy je pro každou molekulu paliva p?ítomen pot?ebný po?et molekul vzduchu je 14,7:1. Tato hodnota je tzv. stechiometrický pom?r a ozna?uje se λ = 1. λ < 1 je ozna?ení pro bohatou sm?s a λ > 1 je ozna?ení pro sm?s chudou. Tento pom?r je hmotnostní, tzn. že na spálení 1 kg paliva je zapot?ebí 14,7 kg vzduchu. (Každý si m?že ov??it známý „ekologický“ výpo?et, kolik p?i hodnotách 1,205 kg/m3 vzduchu a 0,75 kg/l benzínu pot?ebuje vozidlo vzduchu na ujetí t?eba z Prahy do Tater (600 km) – toto množství sta?í zhruba na 1 rok ?lov?ku k dýchání.) M??ením ve vývojových laborato?ích se dosp?lo k poznatku, že nejv?tšího výkonu se dosahuje p?i obohacení sm?si palivem o 20% a nejv?tší ú?innosti p?i ochuzení sm?si o 15%. Funkci t?chto hodnot rozeberu pozd?ji. Mezi t?mito hodnotami se v provozu udržuje sm?šovací pom?r, aby motor správn? pracoval. Takže výkon motoru je v prvé ?ad? dán množstvím palivové sm?si, kterou jsme schopni dostat do válc?. Proto hlavním ukazatelem je objem válc? a schopnost tento objem co nejvíce naplnit. Dalším ukazatelem jsou otá?ky motoru a tzv. st?ední indikovaný tlak. Otá?ky motoru nemohou r?st donekone?na, motor by se odst?edivými silami rozlet?l. Otá?ky tedy používáme takové, p?i kterých je ješt? mechanická ú?innost v p?ijatelných mezích. Pro b?žný silni?ní provoz se používá horní hranice asi 6 000 ot/min. Musíme si uv?domit, že odst?edivé síly rostou z druhou mocninou rychlosti a tak je pro vysoké otá?ky nutné použít díly s co nejnižší hmotností, což zase vede bu? k omezené životnosti a nebo k použití drahých materiál?. Pro dosažení vysokých otá?ek musíme používat motory s co nejmenším zdvihem (ale i to má své hranice s ohledem na pom?r vrtání x zdvih, který by nem?l klesnout pod 0,75. P?i menších pom?rech klesá dosažitelný st?ední indikovaný tlak pod rozumnou míru; je to zp?sobeno zhoršující se ú?inností a špatným vyplachováním válc?). Dobrým ukazatelem rezervy je st?ední pístová rychlost – udává se v m/s a vypo?ítává ze vzorce:

 

         L . n

v_p = --------

          30

 

v_p = st?ední pístová rychlost

L = zdvih pístu v metrech

n = otá?ky motoru za minutu

 

Pro b?žné motory tato hodnota v?tšinou nep?ekra?uje 16 m/s (p?i max. výkonu, škodovka má 12 m/s), ?ím je tato hodnota nižší, tím jsou menší mechanické ztráty a z?stává v?tší rezerva pro další sportovní úpravy. Závodní motory dnes dosahují až 28 m/s (b?žn? okolo 20 – 22 m/s) p?i zcela nepatrné životnosti (400 km a dost). Protože maximální velikost objemu je v?tšinou dána velikostí bloku motoru a st?ední indikovaný tlak nelze jen tak snadno zvýšit, jsou otá?ky vlastn? jedinou veli?inou, kterou pro další nár?st výkonu mohu použít. Ovšem dosažení vyšších otá?ek má také své hranice a proto se musí provést spousta relativn? náro?ných úprav, abychom v?bec n?jaký rozumný nár?st výkonu zaznamenali. Zvyšování otá?ek s sebou p?ináší nejen problém zhoršující se mechanické ú?innosti, ale i problém hydraulických ztrát p?i vým?n? obsahu válce. Musíme si uv?domit, že je na vše daleko mén? ?asu a že i vzduch má svoji hmotnost, která podléhá setrva?ným silám. Také se za?ne projevovat viskozita vzduchu, p?i vysokých rychlostech v sacím potrubí nep?ízniv? ovliv?uje plnící ú?innost. (Proto pouhopouhá vým?na va?kového h?ídele nemusí p?inést o?ekávaný výsledek.)

               

                Aby byla sm?s paliva ze vzduchem s nejv?tší ú?inností ve válci spálena, musí být stla?ena. Tomuto se všeobecn? ?íká komprese a pom?ru stla?ení kompresní pom?r. Jak moc je vhodné sm?s stla?it závisí na n?kolika okolnostech, první z nich je tzv. antidetona?ní odolnost paliva. ?esky ?e?eno – odolnost paliva proti detona?nímu ho?ení (známé to cinkání motoru, nesprávn? nazývané klepáním ventil? – p?i výbuchu dojde k nárazu tlakové vlny na st?ny válce a spalovacího prostoru, prudce se vymezí v?le na pístní skupin? a celé to dohromady vytvo?í charakteristické cinknutí), protože palivo má v motoru ho?et (od toho se jmenuje „spalovací“) a ne vybuchovat. Pro? palivo vybuchuje místo aby ho?elo – na to je mnoho teorií, krom? detonace z nadm?rného kompresního tepla nebo vznícení od rozpálených ?ástí spalovacího prostoru nejvíce p?ichází v úvahu vliv chemicko-št?pný, který v detona?ním ho?ení p?evládá. To je povídání na t?i stránky a protože s tím nic neud?láme, necháme to zatím povolan?jším (bude rozebráno v ?lánku o emisích). Rychlost ho?ení je asi 15 – 25 m/s, detonace dosahují až 500m/s. Nedosahuje se mohutnosti detonací výbušnin, kde je rychlost asi 2 500 m/s, ale i tak dlouhodobé p?sobení detonací nep?ízniv? ovliv?uje životnost a tvorbu emisí. Antidetona?ní odolnost paliva se posuzuje tzv. oktanovým ?íslem. Na zjiš?ování oktanového ?ísla paliva a oktanového nároku motoru jsou zavedeny p?esné m??ící postupy. Pro zjiš?ování oktanového ?ísla paliva se používá zkušební motor s m?nitelným kompresním pom?rem. P?i p?esn? daných podmínkách se hledá takový kompresní pom?r, kdy za?ne docházet k detonacím. Potom se použije sm?s heptanu (s okt. ?íslem 0) a isooktanu (s okt. ?íslem 100). Procentuální pom?r sm?si udává oktanové ?íslo. Tato sm?s v r?zném složení se potom zkouší v daném motoru a až se dosáhne stejné mohutnosti detonací p?i stejném kompresním pom?ru, dostáváme oktanové ?íslo paliva. Podobným zp?sobem se zjiš?uje i oktanový nárok motoru. Metody jsou zde dv?, jedna zvaná „výzkumná“ a druhá „motorová“. Ob? metody se liší m??ícími postupy, „motorová“ udává hodnoty pon?kud nižší, „výzkumná“ se více p?ibližuje skute?nému provozu a v?tšinou hodnoty takto získané jsou p?esn?jší.

Stupe? komprese má p?ímý vliv na ú?innost a dosažený výkon, ovšem nár?st není lineární, nejd?íve hodnota ú?innosti rychle stoupá s kompresním pom?rem, pozd?ji ostrý nár?st plynule p?ejde do jen pomalu se zvyšující p?ímky. Z k?ivky vyplývá, že od hodnoty 4:1 do 12:1 (rozdíl 8) se zvýší ú?innost tepelného ob?hu ze 40 na 64%, ale od 12:1 do 20:1 (také rozdíl 8) se zvýší ú?innost jen o dalších 6%. Proto rozumn? použitelná hranice komprese je asi 12:1, p?i dalším zvyšování za?íná p?evládat nep?íznivý vliv ztrát z vysokých tlak? nad ziskem z ú?innosti, dále hrozí nebezpe?í samovznícení paliva kompresním teplem (které je naopak využíváno u vzn?tových motor?) v jiný okamžik, než je ur?eno zapalováním. Pro b?žný provoz i sportovní úpravy se nepoužívají hodnoty vyšší než asi 10,5:1 – potom za?íná být ho?ení tvrdé a pro silni?ní provoz nevhodné. Kompresní pom?r pat?í k d?ležitým konstruk?ním veli?inám motoru a udává se vždy, protože se dá usuzovat na oktanový nárok paliva i bez doporu?ení výrobce. Obecn? se pro sériové motory dá ?íct, že co stupe? komprese, to 9 – 10 oktan?. Každopádn? na vznik detonací má vliv ješt? n?kolik jiných ?initel? – otá?ky motoru, vlhkost vzduchu, obsah kyslíku ve vzduchu, teplota vzduchu, tvar spalovacího prostoru atd. Proto r?zné motory p?i  stejných kompresních pom?rech mají odlišný oktanový nárok.

 

Vzorec pro výpo?et kompresního pom?ru:

 

                               V_1v + V_k

                       ε = --------------

                                    V_k

 

ε = kompresní pom?r

V_1v = objem 1 válce

V_k  = objem kompresního prostoru

 

Skute?ný kompresní pom?r (p?esn?ji stla?ení) ale neodpovídá vypo?tenému ?i jinak zm??enému, protože se sací ventil zavírá až za DÚ a píst zatím urazil ?ást dráhy k HÚ a o tuto ?ást se zmenší objem válce. Skute?ná komprese nastává až po uzav?ení sacího ventilu. Podle momentálního stavu odb?ru výkonu a otá?ek se kompresní pom?r zmenší a nebo i nepatrn? zvýší (vysv?tleno níže).

 

 

                Vliv složení sm?si na ?innost motoru:

 

                Jak jsem již uvedl, v nasávané sm?si musí být ur?ité množství vzduchu a paliva. Pro? to tak je, je dáno výh?evností daného paliva – v našem p?ípad? benzínu. Zde se zohled?uje výh?evnost paliva ve sm?si se vzduchem p?i stla?ení – ta je odlišná od normální výh?evnosti p?i spalování na volném vzduchu. Porovnáme-li  výh?evnost benzínu a lihu, je základní hodnota pro benzín asi o 62% vyšší než pro líh, ale ve sm?si se vzduchem se rozdíl zmenší asi na 2%. Jenže na spálení 1 kg benzínu pot?ebujeme asi 14,7 kg vzduchu a na 1 kg lihu vzduchu asi 6,5 – 8,9 kg, takže pro stejné množství tepla pot?ebujeme více lihového paliva než benzínu (základní výh?evnost se obejít nedá). V p?ípad? výkonu motoru je na tom líh lépe, protože jeho oktanová hodnota (až 130) umož?uje použití výrazn? v?tšího kompresního pom?ru a díky vnit?nímu výparnému teplu (líh p?i odpa?ování odnímá velké množství tepla vzduchu, ten zmenšuje sv?j objem a do válce ho nasajeme hmotnostn? více) a ve stejném motoru vzroste výkon asi o 10% p?i zhruba dvojnásobné spot?eb?. Líh je jediné dostupné palivo, s kterým lze dosáhnout ve stejném motoru stejného výkonu, sta?í jen p?etryskovat karburátor. Problémem je nutnost zna?n? p?edeh?ívat sací potrubí, vysoké výparné teplo lihu zp?sobuje zamrzání karburátoru. Dále líh p?sobí nep?ízniv? na kvalitu mazacích olej? a tak se musí ?asto m?nit a nebo používat speciální oleje pro motory na lihová paliva.

                Líh – pro jednoduchost – rozd?lujeme na etylalkohol a metylalkohol. Etylalkohol jist? všichni d?v?rn? znáte, s metylem se radši moc nekamarád?te, je po n?m špatn? vid?t atd. Etyl má sm?šovací pom?r asi 8,9:1 a metyl 6,5:1. S etylalkoholem se dá p?i ?ádném obohacení (6:1) dosáhnout o 12,5% vyššího st?edního indikovaného tlaku než u benzínu, s metylalkoholem (3:1) o 15% - platí pro p?vodní kompresní pom?r. P?i speciálních úpravách (kompresní pom?r 13,5:1 atd.) se výkon dále zvýší.

Spalování za vysokých tlak? se liší od spalování na volném vzduchu a proto je nutno dodržovat ur?ité zákonitosti p?i tvorb? sm?si. Benzín na volném vzduchu celkem dob?e zapálíte (respektive zapálíte páry benzínu, od kterých se vznítí kapalná ?ást) a protože si samo?inn? odebírá kyslík z ovzduší, celkem dob?e svým tempem vyho?í za tvorby p?ijatelných emisí. Pod tlakem už to není tak jednoduché – protože chceme dosáhnout vytvo?ení velkého tlaku, snažíme se dosáhnout vysoké teploty, která zabezpe?í zna?né objemové roztažení spalované sm?si, jenže p?i vysokých teplotách a tlacích dochází k r?znému slu?ování a disociacím jednotlivých prvk? a meziprodukt? spalování, které v tak krátkém ?ase nemohou prob?hnout úpln? a tak jejich výsledkem jsou jedovaté zplodiny. Zapálení sm?si také probíhá pod tlakem a protože v tomto p?ípad? nebývají páry v takovém stavu jako na volném vzduchu, zapálení je obtížn?jší. V pom?ru λ = 0,75 – 1,2 je sm?s snadno zápalná, proto se tato oblast v provozu motoru využívá. Navíc i výkonové a ú?innostní charakteristiky se shodují se zápalností sm?si a tak nám tato fyzikální shoda spoustu problém? vy?ešila. Pokud za?ne bohatost sm?si p?ekra?ovat uvedenou hodnotu, schopnost zapálení rychle klesá, až nelze sm?s zapálit v?bec (známé to „ulití“ motoru p?i nesprávném postupu spoušt?ní ?i chodu teplého motoru na syti?). V opa?ném p?ípad? lze zvyšováním energie jiskry tuto hranici posunout výrazn? výše, ovšem je zapot?ebí mít sm?s co nejhomogen?jší, aby se v okamžiku zapálení nacházelo v míst? p?eskoku jiskry dostate?né množství zapálení schopné sm?si (kde nic není, ani smrt nebere – ?istý vzduch nezapálíme). Každopádn? oba uvedené limity mají protich?dný vliv na výkon, spot?ebu a tvorbu emisí. Navíc má každá bohatost sm?si jinou rychlost ho?ení. Na rychlost proho?ívání sm?si má vliv také teplota, stupe? ví?ení (podporované otá?kami motoru), vlhkost vzduchu a složení paliva. Každý z t?chto faktor? se podílí jinak, nejvyšší vliv má ví?ení a bohatost sm?si. Bohatá sm?s ho?í rychleji než chudá, ovšem u p?íliš bohaté sm?si rychlost rapidn? klesá. P?i zapálení sm?si probíhá ho?ení nejprve pomalu, s nar?stajícím tlakem a teplotou se rychlost ho?ení zvyšuje, k ?emuž napomáhá i nar?stající ví?ení sm?si. Našt?stí jde o definovatelnou záležitost, takže p?i ur?itém uspo?ádání motoru je rychlost ho?ení p?i stejných podmínkách opakovatelná a to nám napomáhá p?i ur?ování regulace p?edstihu zážehu. Rychlost ho?ení je d?ležitý faktor, i když obtížn? ovlivnitelný.

Nejd?íve si rozebereme sm?s bohatou. Podle m??ení dosáhneme nejvyššího výkonu motoru p?i sm?si bohat?jší o 20%. Pro? to – p?i této bohatosti se zcela jist? využije všechen kyslík p?ítomný ve válci. Teoreticky by se m?l kyslík pln? využít p?i stechiometrické sm?si, protože však neumíme v tak krátké dob? p?ipravit úpln? homogenní sm?s (nespln?ný sen mnoha výzkumných pracoviš?), ur?ité procento molekul paliva nemá okolo sebe dostate?né množství molekul vzduchu na spálení, v pohybu paliva ke vzduchu navíc pozd?ji brání zplodiny již zreagovaných molekul a tak se vždy ur?itá ?ást kyslíku s uhlovodíky nepotká a proto se nevyužije. Z tohoto d?vodu se obohacuje o již zmín?ných 20% sm?s palivem, aby se tomuto odpomohlo. P?ebytek paliva p?i svém odpa?ení odnímá teplo nasávanému vzduchu, ten zmenší sv?j objem a také hmotnost t?žšího paliva pomáhá setrva?nosti sloupce sm?si p?i proud?ní do válce p?ed zav?ením ventilu, tím se ho do válc? dostane více, což ke zvýšení výkonu také p?ispívá (asi o 2%). P?i dalším obohacování se krom? snížení zápalnosti paliva zmenšuje objem vzduchu a tak není možné využít p?vodní množství vzduchu, který je pro maximální výkon optimální. Z hlediska emisí je v p?ípad? bohaté sm?si zna?ná tvorba CO a HC_x, produkce NO_x je díky nižším teplotám p?i spalování bohaté sm?si relativn? malá.

Stechiometrická sm?s, kdy je teoreticky p?esn? spln?na podmínka správného pom?ru paliva a vzduchu, se v motorech bez katalyzátoru používá minimáln?, protože vzhledem k nemožnosti dosáhnout homogenní sm?si dochází p?i spalování k nadm?rné (prakticky maximální) tvorb? NO_x. P?estože hodnota CO je tém?? na dosaženém minimu a tvorba HC_x také siln? poklesne, tento režim se krom? volnob?hu prakticky nepoužívá (volnob?h se vyzna?uje spalováním za nízkých tlak?, kde nevzniknou teploty, p?i nichž vzniká produkce NO_x). P?esn? naopak je tomu p?i použití katalyzátoru, protože se oxida?ní a reduk?ní pochody v katalyzátoru odehrávají p?i použití stechiometrické sm?si nejú?inn?ji.

Chudá sm?s p?ispívá ke zvýšení ú?innosti spalování, která je nejvyšší jen p?i ur?itém pom?ru smíšení ze vzduchem, a to zhruba 16,7 – 17,3:1. Zde se naopak využije všechno palivo, protože se vše odehraje obrácen? než u bohaté sm?si. Rychlost ho?ení je znateln? menší než u sm?si bohaté, teplota p?i spalování je vyšší. Rozdíl v ú?innosti je okolo 20%. P?eloženo do srozumitelného jazyka – rozdíl v ú?innosti je sice 20%, ale rozdíl v dodávce paliva p?ekra?uje (ovšem podle toho jak se to po?ítá) 30%, ale výkon p?i bohaté sm?si vzroste jen o 15%. Takže pro zvýšení výkonu o 15 % se spot?ebuje o více jak 30% více paliva. (Z tohoto pohledu zvyšování výkonu obohacováním sm?si není optimálním ?ešením.) Pokles výkonu oproti bohaté sm?si je normáln? asi 15%, ale sm?rem k otá?kám volnob?hu se musí sm?s z funk?ních d?vod? obohacovat a tak se rozdíl výkonu zmenšuje. Tvorba emisí – NO_x siln? klesne, CO z?stává blízko nulové hodnoty, ale tvorba HC_x se za?íná mírn? zvyšovat oproti stechiometrické sm?si, ovšem po?ád je asi p?ti - šestinová proti sm?si bohaté. Z tohoto pohledu je provoz motoru bez katalyzátoru na takto chudou sm?s s ohledem na životní prost?edí a naši pen?ženku nejšetrn?jší. S dalším ochuzováním sm?si nar?stá HC_x, ostatní sledované emise z?stávají nízké. Protože se p?i pokra?ujícím ochuzování zhoršuje homogenizace sm?si a to dále zhoršuje podmínky spálení paliva, rychlost ho?ení dále klesá, ú?innost poklesne a výkon klesne ješt? více, tento režim – i p?es nepovedené pokusy automobilek s p?ímým vst?ikováním paliva do válc?, kde se snaží dosáhnout pom?ru až 50:1 – je pro provoz spalovacího motoru nevhodný stejn?, jako provoz s nadm?rn? bohatou sm?sí. Karburátory jsou se?ízeny tak, aby pracovaly p?i ?áste?ném zatížení s ochuzenou sm?sí o 15%, kdy se dosahuje nejv?tší hospodárnosti.

 

Provoz motoru v celém rozsahu otá?ek a výkon? pot?ebuje r?zné složení sm?si. V otá?kách volnob?hu se používá sm?s bohatší, se zvyšujícími se otá?kami bohatost klesá (pokud nechceme odebírat plný výkon), v ostatních otá?kách je možné používat jak sm?s chudou, tak bohatou. S ohledem na odebíraný výkon (úhel sešlápnutí plynového pedálu) se v p?i malém sešlápnutí používá sm?s bohatší, od asi 15-20% plynule p?ejde na chudou (v režimu ?áste?ného zatížení je zapot?ebí dosáhnout co nejv?tší hospodárnosti) a mezi 85-90% se op?t pln? obohatí. Tohle umí za?ídit v?tšina karburátor? a mechanických vst?ikovacích za?ízení, v poslední dob? se od maximálního obohacování p?i plném výkonu upoušt?lo z d?vodu zmenšení množství emisí, obohacování se ponechávalo jen u sportovních verzí (proto byl rozdíl ve výkonu škodovek ?ady Š 742, „užovky“ m?ly asi o 5% v?tší výkon než mají „emka“) . Motory s katalyzátory mají režim ?ízení sm?si odlišný, p?evládá stechiometrická sm?s z d?vodu spln?ní emisních norem. Zde je vše ?ízeno po?íta?em, každý typ motoru je vylad?n na motorové brzd? a získané optimální hodnoty jsou uloženy do pam?ti, podle které se vst?ikování a zapalování ?ídí.

 

A te? troška informací o d?ležitosti ví?ení sm?si. Ví?ení sm?si napomáhá promísení paliva se vzduchem a urychluje proho?ívání sm?si, ví?ení také zvyšuje antidetona?ní odolnost. Problému se v?noval Harry Ricardo již na po?átku vývoje motor? a dosp?l k záv?ru, že velikost ví?ení má ur?itou míru, p?i p?íliš vysokém ví?ení p?echází nadm?rné množství tepla do st?n spalovacího motoru a zvyšuje tepelné ztráty. Jeho známé spalovací prostory s vysokým stupn?m ví?ení sice p?inášely ur?itý zisk na antidetona?ní odolnosti a kvalit? spalování, ale pro zna?né tepelné ztráty se p?estaly záhy používat. Sm?s by m?la ví?it hlavn? ve válci, pokud dochází k ví?ení už v sacím potrubí, zvýší se hydraulické ztráty a pln?ní motoru se zhorší. Ricardo je jedním z nejznám?jších a nejúsp?šn?jších výzkumník?, jeho práce využívá celý odborný sv?t. Na jeho výzkumech je konstrukce motor? postavena. Firma s jeho jménem existuje dodnes.

 

A jak to tedy vlastn? p?esn? funguje. Budeme p?edpokládat p?ípravu sm?si karburátorem a popis se bude vztahovat na jeden válec, pln? otev?enou škrtící klapku karburátoru a otá?ky nejv?tšího to?ivého momentu. (Tato ?ást je pro další chápání souvislostí d?ležitá, proti školní teorii jsou zde d?ležité odlišnosti.)

Motor se již to?í. Píst se dostává p?i výfukovém zdvihu k horní úvrati a vytlá?í zplodiny spalování p?es výfukový ventil do výfukového potrubí. Asi 10 - 15° p?ed horní úvratí se za?íná otevírat sací ventil a ?ást zplodin se dostává vlivem v?tšího tlaku zplodin do sacího potrubí. Po p?ekro?ení HÚ se za?íná dovírat výfukový ventil a píst pokra?uje v pohybu od HÚ do DÚ. Sací ventil se za?íná otevírat ?ím dál tím více, vytla?ování se plynule m?ní v sání, n?kde okolo 10° za HÚ se výfukový ventil zav?e úpln? a te? již probíhá fáze sání pln?. Píst zrychluje sv?j pohyb sm?rem k DÚ a zárove? pokra?uje otvírání ventilu, p?es který proudí do válce sm?s p?ipravená karburátorem. (Nezapome?te, že se nasají i zplodiny vniklé do sacího kanálu p?i otev?ení sacího ventilu!) Otevírání ventilu se za?ne n?kde v okolí poloviny dráhy pístu zpomalovat, až se zastaví a za?ne se zase zavírat. V tuto dobu i píst za?íná zpomalovat s blížící se DÚ. P?es zavírající se ventil stále proudí setrva?ností do válce sm?s a to i p?esto, že píst stojí v DÚ a za?íná se pohybovat sm?rem k HÚ. Pohybující se píst zmenšuje objem válce, ale vzhledem k setrva?nosti sloupce sm?si v potrubí stále proudí sm?s do válce, i když výrazn? mén? díky zavírajícímu se sacímu ventilu. N?kde okolo 40° za DÚ se ventil uzav?e úpln? a nastává kompresní zdvih. Píst p?i pohybu k HÚ stlá?í nasátou sm?s, její teplota roste a zv?tšuje se tedy tlak více, než by odpovídalo stupni stla?ení. V této fázi se (v ideálním p?ípad?, nemusí to být vždy pravda) všechno palivo rozprášené ve vzduchu teplem odpa?í a stává se plynným, dochází vlivem ví?ení k promíchání sm?si (v ideálním p?ípad? homogenizaci). N?kde okolo 25 – 28° (platí asi p?i 3 000 ot/min) p?ed HÚ dochází k zapálení sm?si jiskrou na elektrodách zapalovací sví?ky. Od tohoto okamžiku za?íná proho?ívat zhruba v kulových plochách objem sm?si, spalováním se zvyšuje teplota a nar?stá tlak ve válci, který až do dosažení HÚ p?sobí proti pohybu pístu. Maximálního tlaku (asi 4,0 – 4,5 MPa) by se teoreticky m?lo dosáhnout v HÚ, ale podle m??ení je nejvhodn?jší maximum tlak? 10 – 15° za HÚ. (Jde totiž o pom?r tlak? p?ed HÚ a za HÚ, pokud by byla sm?s zapálena d?íve, tlak na píst p?ed HÚ by nar?stal do zna?né výše a p?sobil proti pohybu pístu více, než je nezbytn? nutné pro tento druh uspo?ádání motoru. K tomu hrozí nebezpe?í detona?ního ho?ení z nadm?rného nár?stu tlak?. Na to, abychom dosáhli co nejv?tšího zisku výkonu, je zapot?ebí mít co nejv?tší pom?r tlak? ve prosp?ch „za HÚ“.) Píst se dále pohybuje od HÚ k DÚ, sm?s dále proho?ívá, tlaky by se m?ly dále zvyšovat, ale protože se zv?tšuje spalovací prostor, nár?st tlaku záhy p?echází v pokles. (Paradoxn? teplota spalování dosahuje vrcholu opožd?n? za tlakovým vrcholem, v nejvyšším bod? dosahuje asi 2 – 2 500° C a nijak moc neklesá až do otev?ení výfukového ventilu.) Všechno palivo sho?í za dalších asi 40 – 45° oto?ení klikového h?ídele a dále na píst p?sobí jen tlak zplodin. Zhruba 40 - 45° p?ed DÚ se za?ne otvírat výfukový ventil a zplodiny o teplot? asi 900 – 1 000° C za?ínají vlivem tlaku asi 0,5 MPa unikat do výfukového potrubí. Bod otev?ení výfukového ventilu se volí tak, aby se dosáhlo takového poklesu tlaku ve válci, kdy na odstran?ní zbytk? spalování bude zapot?ebí co nejmenšího výkonu. (Tento okamžik ale nesmí nastat p?íliš brzy, jinak dojde ke ztrát? užite?ného tlaku. Je zapot?ebí si uv?domit, že i když je ventil otev?en a zplodiny unikají ven z válce, je v n?m ješt? po?ád n?jaký tlak, který p?sobí na píst. Také rychlost pohybu pístu se m?ní zhruba sinusov? a okolo úvratí je malá a tak na únik zplodin vlastním p?etlakem je relativn? dost ?asu.) Píst dosáhl DÚ a za?íná se pohybovat k HÚ, výfukový ventil se dále otvírá a n?kde okolo 50 – 70° za DÚ dosáhne maxima a za?ne se zavírat. Mezitím píst vytlá?í zbytky zplodin z válce a – dále m?žete ?íst od za?átku tohoto odstavce. Toto vše probíhá za zhruba konstantních rychlostí ho?ení a ostatních pr?b?h? tlak? atd. Vše je optimáln? slad?no a proto máme maximální to?ivý moment a minimální m?rnou spot?ebu paliva.

Pro? takový popis – protože se zde jasn? ukazuje nedokonalost nyn?jší konstrukce spalovacích motor?. Výše uvedené totiž platí pro ur?ité otá?ky a pln? otev?enou škrtící klapku karburátoru, nebo-li plný výkon v t?chto otá?kách. Pokud se nad tím d?kladn? zamyslíte, zjistíte, že jakmile se zm?ní otá?ky nebo otev?ení klapky karburátoru, tak spousta toho, co jsem popsal, najednou není pravda. Seškrcením p?ívodu sm?si se omezí setrva?nost sloupce sm?si a pro nasátí do válce je zapot?ebí více práce odebrané z kladné práce motoru (zvýšení hydraulických ztrát má za následek významný pokles výkonu a zna?né zvýšení m?rné spot?eby paliva), dále se sníží kompresní pom?r, protože do válce se dostane mén? sm?si, která je ale stla?ena do konstantního objemu, platném pro plné napln?ní válce sm?sí, takže ješt? pokles ú?innosti. Sací ventil se zavírá p?íliš pozd? a ?ást nasáté sm?si se vytla?í zp?t do sacího potrubí. Výfukový ventil se otevírá pro tento režim p?íliš brzy a dojde tedy ke ztrát? užite?ného tlaku. P?eloženo do srozumitelného jazyka, pro optimální funkci je zapot?ebí m?nit úhel otev?ení a zdvih ventil?, kompresní pom?r, p?ípadn? délku sacího a výfukového potrubí. P?i p?echodu do jiného režimu se náhle zvýší m?rná spot?eba z n?jakých 280 g/kWh na 500 – 800 g/kWh podle míry otev?ení škrtící klapky, takže p?esto, že odebíráme z motoru jen polovi?ní výkon, spot?eba paliva nijak zvláš? neklesá, spíše naopak. Toto uvádím pro „sportovní ?idi?e“, kte?í drží neustále motor ve vyšších otá?kách bez ohledu na pot?ebu odebíraného výkonu (na trojku t?eba 80 km/h, i když to už vezme p?tka). Nejv?tší ú?innosti a tedy nejmenší spot?eby se dosáhneme, pokud budeme udržovat motor v optimálních otá?kách a pokud možno s pln? sešlápnutým akcelerátorem (vy?adit obohacovací systém karburátoru pro plný výkon, jinak si moc nepom?žeme). V b?žném provozu tém?? nerealizovatelné, lze se tomu p?iblížit zp?sobem jízdy známou z Ekonomy Rallye – rozjet na ur?itou rychlost odvislou od optimálních otá?ek motoru, vy?adit, nechat jet na neutrál, p?i poklesu pod ur?itou hranici op?t za?adit, akcelerovat, dosáhnout ur?ité rychlosti, vy?adit atd.

Celá problematika je o to horší, že výrobci toto nijak necht?jí ?ešit, protože m?nitelný rozvod a kompresní pom?r prodraží konstrukci a v??i konkurenci se vozidlo stává neprodejné. Pokud jim to n?kdo nep?edepíše zákonem, nikdo s nimi jen tak nehne. Motor s pevn? nastaveným rozvodem má jakýsi pr?b?h k?ivky to?ivého momentu a tím i rozmezí použitelných otá?ek a pomocí nastavení rychlosti a úhlu otevírání ventil? se dá toto rozmezí „vyrobit“ dostate?n? široké pro normální provoz (zbytek necháme na p?evodovce). Je to kompromis, protože dosažitelný výkon se „rozpustí“ do pr?b?hu momentu. Ob?asné výk?iky r?zných VVTi, VTEC atd. jsou jen berli?ky, protože bu? ?eší problém jen dvoustup?ov?, nebo jen ?ídí skokov? sací ventily, p?ípadn? plynule posunují úhel va?kových h?ídel? pro sání a výfuk proti sob? (úhel otev?ení z?stává stejný, zm?ní se jen p?ek?ížení ventil? v HÚ) atd. Ani „evropsky ocen?né“ ?ešení BMW, kdy nepoužívají škrtící klapku a množství nasávané sm?si ?ídí velikostí zdvihu ventilu toho moc ne?eší, protože po?ád n?co n??ím škrtí, když už ne klapkou, tak sacím ventilem. N?co sice získali, ale jinak žádná sláva. Jediný, kdo se do toho pustil správným zp?sobem, je Rover, který s nejvyšší elegancí vy?ešil plynulé zv?tšování úhl? otev?ení ventil? pro sání i výfuk (pouze zdvih ventil? z?stal konstantní, což je ka?ka na jinak technicky geniálním ?ešení). Rover ?ešil zm?nu otev?ení ventil? pom?rem zrychlování a zpomalování va?ky b?hem jedné otá?ky (pro každý ventil musí být zvláš? va?ka). (N?kdy okolo roku 1984 jsem zkoušel tuto možnost dát dohromady, ale moje ?ešení využívající vlastnost k?ížových kloub? b?hem otá?ky m?nit úhlovou rychlost v závislosti na vyklon?ní se ukázalo jako p?íliš t?žkopádné a rozm?rov? nep?ijatelné. Proto mne velmi pot?šilo potvrzení principu, tento byl správný, jenže já nem?l po?íta? s CAD – CAM programy, který by mi pomohl najít ?ešení jiné. P?epo?ítávat na kalkula?ce pohyby h?ídel? á la Rover by mi trvalo n?kolik m?síc?. Navíc je toto ?ešení vhodné jen pro rozvod 2OHC.) Jejich provedení je založeno na zm?n? excentricity, dva v sob? nasunuté h?ídele (jeden je dutý) jsou v??i sob? p?i otá?ení vychylovány a tím se m?ní úhlová rychlost jednoho z nich. Celé za?ízení je p?ijateln? malé. Pouze neumož?uje zm?nit zdvih ventil?, byl by pot?eba další vložený prvek mezi va?ku a ventil. (Tady by se velmi hodilo použít ?ešení od BMW.) Každopádn? bu?me rádi aspo? za tyto pokusy, po?ád lepší než drátem do oka.

Pro zajímavost jeden teoretický výpo?et:  Favorit pot?ebuje na udržení rychlosti 50 km/h na rovin? výkon 1,5 kW (to není blábol, to je oficiální m??ení). Pokud budeme uvažovat nejnižší m?rnou spot?ebu 280 g/kWh (motor Favorita ji skute?n? v optimu má), tak na ujetí 100 km pot?ebuje 2 x 1,5 (kW) x 0,280 (kg/kWh) x 0,75 (m?rná hmotnost benzínu) =  1,12 l benzínu. Už jste n?kdy vid?li Favorita s takovou spot?ebou? Maximáln? když ho táhli na lan?. Favorit 136 m?l základní výkon 46 kW a tedy odb?r 1,5 kW je mimo jakoukoliv rozumnou možnost ekonomického provozu. Je sice pravdou, že by se v praxi jen st?ží dosáhlo takové spot?eby, ale hodnota okolo 2 l/100 km je reálná. (Oficiáln? spo?ítaná minimální spot?eba pro pat?i?n? „vymakaný“ rodinný v?z velikosti Formana p?i ustálené rychlosti 90 km/h je 1,8 l/100km, pod tuto hodnotu se již dostat nelze. Z praktického hlediska je možné takový v?z provozovat n?kde okolo 3 l/h. Mluvíme o benzínu, s naftou budou hodnoty jiné, možná i vyšší (nižší výh?evnost nafty).)

 

 

Spalovací prostor:

 

Spalovací prostory m?žeme rozd?lit na spalovací prostory umíst?né v hlav? válc? a spalovací prostory v pístu, p?ípadn? kombinované (vzn?tové kom?rkové motory). Spalovací prostory v pístu se používají v tém?? stoprocentn? u vzn?tových motor?, kde to svým zp?sobem ani jinak nejde. Tvar spalovacího prostoru pro zážehový motor je odlišný od tvar? používaných motory vzn?tovými.

Nejd?íve se podíváme na prostory v pístu. Jejich op?tovnému použití p?isp?l za?átkem osmdesátých let minulého století tlak na snížení emisí a spot?eby paliva. Katalyzátory teprve zapo?aly sv?j vývoj a tak jediná cesta byla zdokonalit spalovací proces. Co je na nich zvláštního – díky možnosti velmi p?esné výroby (tlakové odlitky) se dá dodržet stejnost velikosti a tvaru ve všech válcích. Tím je dán i malý rozptyl pr?b?hu spalování p?i jednotlivých cyklech. Tvorba emisí je vzhledem k rovnom?rné teplot? spalovacího prostoru a malému rozptylu pr?b?hu spalování nízká. Ze všech používaných prostor? v pístu se nejv?tšího rozší?ení do?kal prostor Heron?v. Jednoduchý tvar „lavóru“ uprost?ed pístu p?i správn? sklon?ném sacím kanálu napomáhá ví?ení (spíše rotaci s osou válce) sm?si, která umož?uje m?kké vyho?ení. Rota?ní ví?ení sm?si napomáhá zvýšit odolnost proti detonacím. Tento prostor m?žete vid?t ve Felicii 1,6 a t?íválcové Fabii 1,2. Všeobecným problémem prostor? v pístu je omezení velikosti ventil? vrtáním válce, které musí být uspo?ádány svisle. Jen s velkými problémy lze takto realizovat ?ty?ventilové provedení, pro technické komplikace, které nep?inesou o?ekávaný zisk (sm?r proud? sm?si z jednotlivých sacích kanál? si navzájem p?ekáží), se nepoužívá. Z technologického hlediska jde o oblíbené ?ešení, výroba hlavy válc? je jednodušší, všechno je „kolmé a rovné“. Pro úpravy na vyšší výkon zrovna vhodné nejsou, obtížn? se dodate?n? zvyšuje kompresní pom?r a malé ventily škrtí ve vysokých otá?kách p?ívod sm?si.

Spalovací prostory v hlav? prošly rozsáhlým vývojem. P?vodn? velmi používané provedení rozvodu SV (ventily po stran? válc? „vzh?ru nohama“) bylo se zvyšujícími se požadavky na výkon a hospodárnost rychle opušt?no, protože nekompaktnost prostoru omezovala plnící ú?innost (za ventily se proud sm?si o 180° obracel) a zvyšovala náchylnost k detona?nímu ho?ení (použitelné max.do cca 7,5:1). Rozvody OHV a OHC umožnily vytvo?it kompaktní prostory n?kolika provedení, z kterých dnes z?staly miskový, klínový a st?echovitý. (P?lkulový prostor si probereme zvláš?.)

Miskový tvar je vlastn? totéž co Heron?v prostor, jen není kruhový, ale má tvar vani?ky. Vhodný pouze pro dvouventilové provedení. Ventily se umis?ují svisle, vyplachování díky dost velké antidetona?ní meze?e není nejlepší. Produkce CO + CH_x má vyšší, NO_x nižší než ostatní prostory. Pokud se správn? umístí sví?ka, je odolný proti detonacím. Vyniká nad nimi nejmenším pom?rem plochy povrchu k objemu spalovacího prostoru. Kanály se dají vyvést bu? všechny na jednu stranu, nebo sací a výfukové na každou stranu zvláš?. Miskové prostory se ?asem p?estaly používat, výhodn?ji vyšel Heron.

Klínový spalovací prostor všichni znáte, má ho každá škodovka v?etn? Favorita. Op?t jen dvouventilové provedení. Spalovací prostor je v??i ose válce odklon?n, všechny ventily jsou rovnob?žné a odklon?né od osy válce. Vychází lepší pom?r velikosti ventil? v??i vrtání válce, antidetona?ní mezera se snadno nastavuje. Sví?ka se umístí mezi ventily a tak vyjdou proho?ívací dráhy krátké. Klínový prostor se dob?e opracovává, antidetona?ní mezera má 25 – 30% plochy pístu. Klínový prostor se vyzna?uje uspokojivým st?edním indikovaným tlakem, sníženým množstvím CO + CH_x, avšak zv?tšeným množstvím NO_x. Pom?r plochy proti objemu má jen o n?co horší než miskovitý. Kanály se dají rozumn? vyvést pouze na jednu stranu, což je výhodné i nevýhodné z hlediska vyh?ívání sacího potrubí. Moskvi? 408 (1360) m?l kanály rozd?lené a tak pln?ní motoru bylo katastrofální (p?i objemu 1360 cm3 pouze 45 k). Tento prostor je nej?ast?ji používán u dvouventilového provedení, umož?uje také dob?e tvarovat kanály u motor? do V.

  St?echovitý prostor je vlastn? modifikace p?lkulového spalovacího prostoru pro použití ?ty? ventil?. Použití dvou ventil? je také možné, ale není to ono – v tom p?ípad? je lepší použít p?lkulový prostor. Ventily jsou odklon?ny od osy válc? a sací od výfukových. Úhel mezi ventily se d?lá od 45° do 90°, menší úhel je výhodn?jší, v?tšinou se pohybuje okolo 60°. Závodní motory mají úhel co nejmenší, protože se lépe dosahuje vyššího kompresního pom?ru a v p?ípad? prasknutí pružiny píst zatla?í ventil zp?t do vedení a zmenšuje se tak možnost vážného poškození motoru. Menší úhel zlepšuje vyplachování kompresního prostoru. Protože sací ventily mívají v?tší pr?m?r, prostor není geometricky p?esn? st?echovitý, vrchol není v ose válce. Proto sací ventily jsou mén? a výfukové více odklon?ny od osy válc?. (Ovšem nemusí to být pravidlem, lze použít i symetrický tvar.) Umíst?ní sví?ky – nejlepší místo je uprost?ed mezi všemi ventily. Pro letecké motory se používají sví?ky dv?, každá v horním rohu. Proho?ívací dráhy vychází stejn? dlouhé jako p?i použití jedné sví?ky, ale v p?ípad? poruchy jedné válec nevynechá úpln? funkci, i když k mírnému poklesu výkonu na válci dojde. Výroba takového spalovacího prostoru v?etn? kanál? je obtížná, jako materiál hlavy se používají prakticky pouze hliníkové slitiny. St?echovitý prostor se vyzna?uje vysokou ú?inností vým?ny obsahu válce v?etn? vypláchnutí spalovacího prostoru a dosažený st?ední indikovaný tlak je vysoký a m?rná spot?eba nízká. Krátká dráha plamene podporuje odolnost proti detonacím, na stejné palivo lze zvýšit kompresní pom?r až o jeden stupe?. Spalovací tlaky mohou dosáhnout takových hodnot, že je spalování p?íliš tvrdé. Tvorba CO + CH_x bývá nízká, ale z d?vodu vysokých spalovacích tlak? má vysoké NO_x. Pom?r povrchu k obsahu je o 10% horší než u ostatních, proto má v?tší tepelné ztráty. Tento nedostatek se vyvažuje jakostn?jším spalováním. P?i návrhu konstrukce ?ty?ventilového st?echovitého prostoru je nutné zvláš? dbát o správné provedení chlazení m?stku mezi výfukovými ventily, p?i nadm?rném zah?átí se deformuje dosedací plocha sedel a ventily p?estanou dovírat. Kanály se dají vyvést pouze odd?len? na každou stranu zvláš?, pokud se nepoužijí sací kanály souosé s válci (to skute?n? lze).

Pom?r povrchu k objemu závisí na pom?ru Z/D (vrtání/zdvih), proto všechny popisované hodnoty jsou p?epo?ítány na stejný pom?r Z/D.

 P?lkulový prostor má nejnižší pom?r povrchu k objemu a tedy nejmenší tepelné ztráty. Píst má vypuklé dno pro dosažení velkého kompresního pom?ru. Rovné dno je možné použít jen p?i zdvihovém pom?ru > 1. Lze použít nadpr?m?rn? velké ventily se vzájemným úhlem okolo 90°, jejich kolizi p?i p?ekrytí v horní úvrati se zabrání jejich mírným vyosením. Sví?ka se umis?uje na vrcholu prostoru, podobn? jako u st?echovitého prostoru. Pokud to rozvod OHC nedovolí, umístí se sví?ka co nejblíže k výfukovému ventilu. P?i správn? zvoleném sklonu velkého sacího kanálu se proud sm?si minimáln? brzdí a vyplachování je nejlepší ze všech tvar? spalovacích prostor?. Malý pom?r povrchu k objemu ovšem ješt? více zhorší tvorbu emisí a p?estože tento jediný prostor dosahuje tepelné ú?innosti 33%, tak se již prakticky nepoužívá. Posledním „mohykánem“ byly vzduchem chlazené motory Porsche, kde se využívaly p?ednosti tohoto provedení p?i použití jen dvou ventil? na válec. Byly u?in?ny i pokusy vytvo?it p?lkulový prostor se ?ty?mi ventily, u motocykl? usp?la Rudge Whitworth (OHV) a Hopwood BSA (OHC) s jednoválcovým uspo?ádáním, víceválec zkusilo úsp?šn? BMW, ale ani jedno ?ešení se neujalo pro nadm?rnou složitost, která nebyla vyvážena pat?i?ným ziskem výkonu. Sací kanály pro eliminaci m?stku mezi výfukovými ventily byly umíst?ny proti sob?, takže proud sm?si se navzájem ovliv?oval. Konstrukce byla komplikovaná st?ídavým umíst?ním sacích a výfukových kanál?. P?lkulový prostor se nepoužívá ani u závodních motor?, protože dva velké ventily jsou p?íliš t?žké a omezují dosažitelné otá?ky. Kanály se vyvedou odd?len? jako u st?echovitého prostoru. Všichni výrobci poznali výhody st?echovitého prostoru a tak bez mrknutí oka p?lkulový opustili. Ze socialistické produkce m?l tento prostor Moskvi? 412 (1500) se sví?kou umíst?nou zešikma. P?estože tento celohliníkový motor byl vyvinut ve spolupráci s Renaultem (82x70, 8,8:1, OHC s vahadly, plnopr?tokový filtr) výkon 70 k/5800 ot/min nebyl nic moc a spot?eba se nedostala pod 8,5 l/100km. Navíc pod 3000 ot/min se mu zrovna necht?lo jet. Dalším byla Tatra 613 se vzduchem chlazeným motorem, m?rný výkon se pohyboval pod hranicí 50 k/dm³ (velký výkon odebíral chladící v?trák, jinak by parametry byly lepší). Pozd?ji se tvar spalovacího prostoru modifikoval za ú?elem snížení spot?eby, zvýšil se kompresní pom?r a úpravou otev?ení ventil? se zrušilo p?ek?ížení ventil? v HÚ. Spot?eba skute?n? o mnoho klesla, ale po?ád to byl díky objemu 3,5 dm³ „nenažranec“.   

 

 

 

Po?et ventil?:

 

Použití více ventil? ve válci není op?t nic nového, ?ty?ventilové provedení 2OHC s ovládáním ventil? pomocí krátkých zdvihátek použil Švýcar Henri na t?ílitru Peugeot již v roce 1913. Použití hrní?kových zdvihátek p?evle?ených p?es ventilové pružiny se datuje n?kdy v roce 1920, op?t Henriho konstrukce. Toto ?ešení nebylo dodnes p?ekonáno, jeho hmotnost již nelze snížit jinak, než použitím leh?ích materiál? (titan). Po?et ventil? v jednom válci b?hem vývoje dosáhl osmi (!), ale nakonec se vše ustálilo na ?ty?ech. Naposledy fanatici od Hondy n?kdy v polovin? osmdesátých let použili 8 ventil? u motocyklové závodní ?ty?dobé p?tistovky, která ovšem nem?la válec kruhového pr??ezu, ale oválného – stejný tvar jako atletická dráha na stadionu. Svým zp?sobem jde o „ošvindlovaný“ ?ty?ventil, spalovací prostor byl st?echovitý a na každé stran? „st?echy“ byly v ?ad? ?ty?i ventily. FIFA tento motor zakázala p?edpisem kruhového vrtání válce, protože technické možnosti ostatních výrobc? zaostávaly natolik, že by nakonec závodily jen samé Hondy. Chytré hlavy od Audi zkusili vy?ešit p?tiventilové uspo?ádání rozvodu (t?i sací a dva výfukové), ale když jsem vid?l, jak se pátý ventil stydí p?ed ostatními ?ty?mi a je umíst?n mimo logické chápání, kdy proudy sm?si ze všech t?í sacích kanál? se navzájem bijí, bylo mi jasné, že v obrovské snaze p?edvést technický pokrok za každou cenu zase šlápli vedle (u Audi to není poprvé a asi také naposled). Jedinou pomocí se stalo p?epl?ování turbodmychadlem, to dokáže spoustu technických potrat? napravit. Ani pro závodní WRC není tento motor vhodný, nepoužitelný pr?b?h to?ivého momentu i p?es jeho výši (600 Nm!) z Octavie už p?edem vytvo?il outsidera. Yamaze p?tiventil (pokud nepo?ítám motocyklové motory Yamahy, ale tam se vzhledem k hmotnosti motocyklu všechno „tvá?í jako d?lo“) ve F1 ud?lal nebety?nou ostudu („naho?e nic, dole nic a mezi tím detonace“) a tak jediné p?tiventily u produk?ních model? provozuje Ferrari. Bohužel uspo?ádání jejich rozvodu mi z?stalo utajeno a tak se zdržuji komentá?e. Každopádn? p?tiventilové motory nemají u všech model? a tak si také o tom myslím své. T?i ventily (2 sací a 1 výfukový) používal s oblibou a velmi úsp?šn? Bugatti, v dob? mezi ob?ma válkami se zkoušelo všechno možné.

 

 

Rozvod:

 

Rozvod je mechanické za?ízení, které zajiš?uje otvírání a zavírání ventilu. Sou?ástí rozvodu je va?kový h?ídel s pohonem, zdvihátka, ventilové ty?e, vahadla, ventilové pružiny s p?íslušenstvím a ventily. Podle technického provedení nemusí mít rozvod vahadla a ventilové ty?e, p?ípadn? i vratné pružiny. Rozvod bez ventilových pružin se nazývá desmodromický, zavírání ventil? zajiš?uje druhý va?kový h?ídel s p?islušným mechanizmem (velmi náro?né na technické provedení a p?esnost výroby, krom? Ducati nevím o nikom, kdo by desmodromický rozvod používal). Dob?e navržený desmodromický rozvod umož?uje extrémn? zvýšit rychlosti a p?echody ze zrychlení do zpomalení, na stejnou plochu otvírací k?ivky sta?í daleko menší úhel otev?ení. Na tvaru a velikosti zdvihu va?ky záleží pln?ní a vyprazd?ování obsahu válce. Va?ka by m?la zajiš?ovat rychlé otev?ení a zav?ení ventilu, ?ím rychleji dokážeme ventil otev?ít a zav?ít, tím se nám lépe poda?í naplnit a vyprázdnit válec. Jenže to je ten kámen úrazu – rychlost otvírání a zavírání ventilu je omezena dynamickým namáháním p?íslušných ?ástí. Nechci se poušt?t do hlubokomyslného teoretického rozboru v?etn? graf? a vzorc?, ti, kdo se výrobou va?kových h?ídel? zabývají, to znají lépe a ostatním to vlastn? k ni?emu není. Pouze chci vysv?tlit funkci a pro? to nebo ono funguje a nebo nefunguje.

 

Z hlediska uspo?ádání rozvodu se dnes používají dva systémy, OHV, OHC (2OHC). Rozvody SV a F se již nepoužívají pro nemožnost dosáhnout kompaktního tvaru spalovacího prostoru.

OHV rozvod je význa?ný tím, že va?kový h?ídel je uložen v bloku motoru blízko klikové h?ídele a ovládání ventil? se ?eší pomocí zdvihátek, ventilových ty?í a vahadel. Pohon je krátkým ?et?zem nebo ozubenými koly. Jeho výhodou je levn?jší odlitek hlavy, který nemusí být extra p?esný a z pozice servisních prací se p?i demontáži hlavy nemusí znovu pracn? se?izovat poloha va?kového h?ídele v??i klice. V?le ventil? se snadno se?izuje pomocí šroubu na vahadle. Nevýhodou je krom? slévárensky složit?jšího bloku zna?ná pružnost rozvodu a v?tší po?et sou?ástí rozvodu, které zvyšují hmotnost pohyblivých ?ástí, které musí pružina vracet. Také ovládání ?ty? ventil? na válec je rozvodem OHV problematické.

OHC rozvod má va?kový h?ídel uložený v hlav?, pohon je ?et?zem nebo ozubeným ?emenem, výjime?n? n?kolika koly. Ovládání ventil? je vahadly, pokud jsou ventily v ?ad?, je možné použít p?ímo hrní?ková zdvihátka nasazená na ventily, hmotnost takového ?ešení je nejmenší dosažitelná. Rozvod má minimum sou?ástí, které jsou navíc lehké, pružina ventilu m?že mít menší sílu. Výhody a nevýhody jsou v obráceném gardu proti rozvodu OHV.

Rozvod 2OHC se nejvíce používá u ?ty?ventilových provedení (i když existuje mnoho dvouventil? s 2OHC v?etn? Tatry 613), kde jedna va?ka ovládá sací a druhá výfukové ventily. Lze to i jednou va?kou, ale u ?ty?ventil? se umís?uje sví?ka do osy válce uprost?ed mezi ventily a její poloha koliduje s polohou va?kového h?ídele. (P?i použití OHC u ?ty?ventilu va?ka ovládá pomocí hrní?kových zdvihátek jedny ?adu ventil? a druhou pomocí vahadel, tím se uvolní místo pro umíst?ní sví?ky do osy válce.) Pohon bývá ?et?zem nebo ozubeným ?emenem, ozubená kola jen zcela výjime?n? u závodních motor?. Odd?lení obou va?ek umož?uje za chodu jejich vzájemné úhlové nato?ení. U OHC i 2OHC je p?i použití hrní?kových zdvihátek problém s nastavováním v?le ventil?, chybí regula?ní prvek. ?eší se to kalenými podložkami vkládanými mezi zdvihátko a ventil, nebo mezi va?ku a zdvihátko do vybrání ve sty?né ploše va?ky a zdvihátka atd. Každopádn? se musí demontovat va?kový h?ídel, což prodražuje servisní práce. Sériové motory dnes používají zdvihátka s hydraulickým vymezováním v?le, kde tlak oleje zajiš?uje dodržování stanovené v?le za cenu v?tších mechanických ztrát. P?edepsaná bývá jen kontrola rozvodu po 80 000km.

Z pohledu sériové produkce se rozvody mezi sebou z provozního hlediska neliší, záleží jen na úvaze výrobce, který rozvod je pro dané použití vhodn?jší (vhodnost motoru pro pozd?jší závodní úpravy atd.). V p?ípad? závodních motor? p?ipadají v úvahu pouze OHC a 2OHC, OHV neumožní dosažení vysokých otá?ek. Dnes je celkový trend p?idávat ventily a tak se OHV rozvod pomalu opouští, Japonci už rozvod OHV nepoužívají p?es 15 let. OHV rozvod je ale ekonomicky velmi výhodný p?i použití u osmiválcových motor? do V a úhlu otev?ení 90°. Pokud uložíme va?kový h?ídel vysoko mezi ob? ?ady válc?, lze jedním h?ídelem ovládat všechny ventily (nap?. Tatra 603).

Pokud jste již vid?li va?kový h?ídel, jist? víte, že je na n?m cosi, co má vej?itý tvar. To jsou jednotlivé va?ky a jejich tvar ur?uje pr?b?h otvírání ventilu vzhledem k otá?kám klikového h?ídele. Tvar va?ky je p?edevším dán požadavkem na co nejmenší skokové zm?ny ze zrychlení do zpožd?ní – ventil se nejd?íve co nejrychleji otvírá, p?ed dosažením maximálního otev?ení za?ne zpomalovat až se zastaví, okamžit? se zase za?ne zavírat (zrychluje) a p?ed uzav?ením op?t zpomalí, aby dosednutí do sedla m?lo optimální rychlost (musí trochu „?uknout“, p?íliš pomalé dosednutí snižuje životnost sedla). P?echody mezi jednotlivými stavy musí být plynulé, jinak i sebelepší materiál se za?ne vytloukat z nezvládnutých sil – vratná pružina nedokáže zachytit zrychlující síly, ventil a všechny p?íslušející ?ásti odskakují a dochází k nekontrolovatelným náraz?m mezi sebou. Zmenší se p?esnost otev?ení ventilu, ventil m?že „p?esko?it“ va?ku (p?i otvírání se urychlí natolik, že pokra?uje setrva?ností proti síle pružiny dále a než se s tím pružina vyrovná, zavírací bok va?ky už odb?hne ze své polohy a nem?že ?ídit rychlost pohybu ventilu a tak ventil dosedne se zpožd?ním vysokou rychlostí do sedla, kde ud?lá ješt? 2-3 odskoky, které výrazn? ovlivní pln?ní válce). V nízkých otá?kách problémy nejsou, ale pokud se motor více rozto?í, mohou se p?i použití nevhodn? nabroušené va?ky rozkmitat vratné pružiny a prasknout. P?i návrhu rozvodu je nutné p?ihlížet i k pružnosti rozvodu, OHV má nižší tuhost než OHC. Tuhost rozvodu se projevuje vlastním kmitáním, které se r?zn? p?i?ítá nebo od?ítá od frekvence ostatních ?ástí rozvodu a je nej?ast?jší p?í?inou havárií rozvod?. Práv? rozvod OHV je na správné provedení va?ky citlivý a neumož?uje kv?li své malé tuhosti dosažení vysokých otá?ek, hranice u škodováckých motor? byla n?co málo nad 8 500 ot/min. OHC rozvody, protože se u nich nepoužívají velké a dlouhé sou?ásti, má sv?j rezonan?ní kmito?et asi 3x vyšší. Co se týká sériových motor? a používaných otá?ek, poruchy rozvodu a praskání pružin jsou v?ci zcela ojedin?lé a mají ji na sv?domí v?tšinou vady materiál?, nebo nedostate?né mazání.

 

Nej?ast?ji se pro sériové motory používala tzv. va?ka harmonická, která se dob?e navrhuje a vyrábí. Protože u ní vznikají ost?ejší p?echody ze zrychlení do zpožd?ní, které mají vliv na životnost ?ástí rozvodu p?i provozu ve vyšších otá?kách, va?ka se za?ala modifikovat vytvo?ením dvou až t?í kruhových oblok?, které rozvedou jeden skok na n?kolik stup??, což už je technicky p?ijatelné. (Existují zp?soby výpo?tu va?ky s plynulým pr?b?hem zrychlení, ale výpo?et je zna?n? složitý a má význam jen pro vysokootá?kové motory.) Rozdíly mezi harmonickou a modifikovanou va?kou ve zdvihové k?ivce jsou minimální a na plnící ú?innost nemají vliv. P?estože maximální rozdíl v k?ivce zdvihu je asi 0,07 mm, rozdíl v pr?b?hu zrychlení je významný (dob?e vid?t na grafickém znázorn?ní). Tvar va?ky je krom? t?chto d?ležitých veli?in dán také uspo?ádáním rozvodu, jestli va?ka b?ží po rovném dnu zdvihátka a nebo po obloukové ploše vahadla, vizuáln? se mohou va?ky se stejnou zdvihovou k?ivkou zna?n? lišit. Rozm?ry va?ky jsou dány dodržením Herzových tlak? ve sty?né ploše, p?ekro?ení vypo?ítaných hodnot vede k vydírání materiálu ve sty?né ploše, proto polom?r kružnice a ší?ka va?ky nesmí být p?íliš malá.

Úhel otev?ení a zdvih ventilu mají vliv na plnící ú?innost. Zde se proti sob? staví n?kolik vliv?. Výsledek je ten, že s ur?itým nastavením rozvodu m?žeme dosáhnout optimálního pln?ní jen v ur?itém úzkém rozsahu otá?ek. Jak jsem uvedl výše, ventil se otevírá p?ed a zavírá za úvratí, a?koli teoreticky by tomu tak být nem?lo. Otevírání a zavírání se musí p?izp?sobit zrychlujícím silám v rozvodu, protože není možné otev?ít ventil naráz v HÚ a také naráz zav?ít v DÚ. Snad v n?jakých extrém? malých otá?kách se tomu m?žeme technicky p?iblížit, ale jinak nejsme schopni ud?lit ventilu nekone?né zrychlení a zpomalení. Také v dob? za?ínajícího sání musíme mít již n?co p?im??en? otev?eno, aby se nezvyšovala ztráta v sání (ventil je pr?m?rem o dost menší než vrtání válce a i malý pohyb pístu vytvo?í zna?ný sací efekt v pr??ezu ventilového sedla). Z tohoto d?vodu se ventil za?íná otevírat již p?ed HÚ. Pr?b?h otevírání ventilu by se m?l p?izp?sobovat pohybu pístu, proud?ní sm?si ventilem má optimální rychlost a pozitivn? ovliv?uje pln?ní válce. Jelikož sm?s má n?jakou setrva?nost, dochází k pln?ní válce i p?i zavírání ventilu p?etlakem sm?si, vyvolaným setrva?ností proud?ní. Proto se ventil zavírá opožd?n? za DÚ, jinak by se nadm?rn? škrtil p?ívod sm?si do válce. Pohyb pístu sm?rem k HÚ sice zmenšuje objem válce, ale ventil už je zna?n? p?iv?ený a tak k vytla?ení sm?si zp?t do sání nedochází. Dob?e provedený rozvod zabezpe?uje asi 85-90%-ní napln?ní válce ?erstvou sm?sí, praktické hodnoty jsou asi o 10% nižší. Pokud se podíváte na bod maximálního otev?ení ventilu v??i poloze pístu, bývá n?kde okolo 120° za HÚ, kdy již píst zpomaluje rychlost. Tato „teoretická anomálie“ má jednoduché vysv?tlení – uvedení sloupce sm?si v sacím potrubí do pohybu nastává vždy s ur?itým zpožd?ním díky momentu setrva?nosti a pružnosti sm?si (jako by jste se snažili n?co uvázané na pružin? rychle p?emístit, nejd?íve se to pohne pomalu a potom pružina p?edm?t vymrští ur?eným sm?rem), proto i proud?ní sm?si nemá konstantní rychlost a nekopíruje pohyb pístu. V moment? dosažení maximální rychlosti sm?si je nutné mít ventil co nejvíce otev?ený, aby neškrtil zbyte?n? p?ívod ?erstvé sm?si do válce. Z tohoto d?vodu je otev?ení ventilu v??i úvratím asymetrické. B?žn? používané hodnoty pro oblast otá?ek maximálního to?ivého momentu karburátorového motoru okolo 3 000/min jsou: otev?ení 8-15° p?ed HÚ a zav?ení 40-45° za DÚ, takže celkové otev?ení se pohybuje mezi 230 - 240°. Pokud chci dosáhnout stejného napln?ní válce v jiných otá?kách, musím upravit úhel otev?ení ventilu a také pokud možno i zdvih ventilu. V nízkých otá?kách se za?íná s otvíráním pozd?ji a se zavíráním d?íve, je dobré p?im??en? zmenšit zdvih ventilu, aby se dodržela stejná rychlost proud?ní sm?si ventilem. Ve vyšších otá?kách je tomu naopak. O kolik zv?tšit a nebo zmenšit otev?ení a zdvih ventilu se nedá jednozna?n? ?íci, protože zde vstupují do hry další ?initelé, jako je pr?m?r a délka sacího potrubí a tzv. plnost va?ky, neboli „plocha“ otev?ení ventilu (o kolik se otev?e ventil na 1° oto?ení klikové h?ídele). Názorn? je to vid?t v rozdílném pr?b?hu k?ivky to?ivého momentu u Felicie BMM a MPI, kdy p?i prakticky stejném úhlu otev?ení ventil? má MPI maximální to?ivý moment o 1 150 ot/min níže (u MPI je použito dlouhé sací potrubí menšího pr?m?ru). Je ale známé, že vyššímu to?ivému momentu ve vyšších otá?kách pomáhá opožd?n?jší zavírání sacího ventilu, závislost ale není lineárn? úm?rná. Pokud chcete zvyšovat výkon motoru vým?nou va?ky, nechte si poradit od lidí, co se tím zabývají a mají p?sobení r?zn? velkých va?ek zm??ené.

Ješt? poznámku, úhel otev?ení se udává p?i ur?ité ventilové v?li, která bývá v?tší než provozní. Tato v?le eliminuje nep?esnosti vzniklé p?i broušení na za?átku a konci zdvihu a negativn? ovliv?uje m??ení. Skute?né otev?ení je tedy v?tší, ale nebere se vážn?, protože nepatrný zdvih ventil? pln?ní neovlivní. Pokud si u specializované firmy vyberete odpovídající va?kový h?ídel, nezapome?te se zeptat na p?edepsanou provozní v?li. Bývá odlišná od sériového provedení (v?tšinou v?tší), p?i nastavení jiné v?le se nedosahuje optimálního výkonu.

 

Sací potrubí má významný vliv na pln?ní válce. Ideální potrubí je rovné, maximáln? hladké a není narušeno žádnou škrtící klapkou ?i vystupujícím vst?ikovacím ventilem. Každý ventil by m?l mít samostatné potrubí. Tohoto ideálu dosáhneme jen u p?ímého vst?iku do válce a náhradou škrtící klapky posuvným šoupátkem (a? žije diesel!). Posuvná šoupátka se u závodních motor? používají b?žn?, s p?ímým vst?ikem už to tak silné není. Jakýkoliv ohyb sacího potrubí zv?tšuje hydraulický odpor a nep?ízniv? p?sobí na pohyb vzduchu. O vlivu sacího potrubí toho všeobecn? mezi laiky není moc známo, v?tšinou se jen ud?lá „v?tší díra a vyleští se to“. Jak to vlastn? ve skute?nosti funguje. Každé potrubí má ur?itou délku a vnit?ní pr?m?r, tím je dán i objem potrubí. Každý objem znamená i vlastní rezonan?ní frekvenci, ovšem neplatí to absolutn? – na vlastní frekvenci p?sobí i pr?m?r, délka, drsnost st?n potrubí, ohyby a r?zná p?esazení, teplota a vlhkost sm?si. Zde se ?ešení pom?r? velmi obtížn? po?ítá, protože na ?ešení kmit? v potrubí p?sobí mnoho prom?nných a zatím nikdo nedal dohromady výpo?etní postup, který by byl natolik p?esný, že by za to stál. Za chodu motoru se díky sacím cykl?m rozpohybuje sloupec sm?si, p?i sacím zdvihu se hmota sloupce pohybuje sm?rem k ventilu. Tento se v ur?itý okamžik zav?e, pohybující se sloupec narazí na p?ekážku, od které se odrazí a pohybuje se zp?t, dosáhne otev?eného konce sacího potrubí, od kterého se odrazí (ano, od otev?eného konce – p?sobí zde rozdíl tlak?) a vrací se zp?t. Je jasné, že hmota vzduchu, která se dostala do válce, se automaticky p?isaje. Pokud se otá?ky a rezonance sloupce sm?si dostane do shody, dochází k pln?ní válce s minimálním nárokem na odb?r energie z kladné práce motoru. P?i perfektn? provedeném sacím traktu je možné vlivem setrva?né hmoty sloupce sm?si dosáhnout v rezonanci p?epln?ní válce p?etlakem až 0,5 bar, což vlastn? úpln? eliminuje zápornou práci sání a navíc zp?sobí napln?ní válce p?es 100% (podobn? jako nízkotlaké p?epl?ování). Kmit? v sacím potrubí m?že za jednu sací periodu prob?hnout i více, pokud jde o celé ?íslo, podmínky pro pln?ní jsou stejné, jako když prob?hne jen jeden kmit. Kdo jste vid?l výkonové k?ivky závodního motoru, jsou na nich z?eteln? viditelné hrby, kdy se sání nacházelo v rezonanci a kdy ne. P?i zm?n? otá?ek na kteroukoli stranu od optima se postupn? m?ní tlakové pom?ry v sání a pln?ní se plynule zhoršuje. Nejnep?ízniv?jších podmínek se dosáhne v okamžiku, kdy v moment? zav?ení ventilu k n?mu dorazí podtlaková ?ást kmitu. Z m??ení vyplynulo, že malý pr?m?r nebo velká délka potrubí p?ízniv? p?sobí na pln?ní motoru v nízkých otá?kách, velký pr?m?r nebo krátké potrubí pozitivn? p?sobí v otá?kách vysokých. Což znamená, že pro provoz ve vysokých otá?kách je lepší používat velkých pr?m?r? sacích kanál? a v?tší délky, protože p?i malém pr?m?ru by výsledná délka potrubí mohla vyjít p?íliš malá. Velký pr?m?r omezí ztráty turbulencemi sm?si u st?n. Totéž obrácen? platí pro se?ízení na provoz v nízkých otá?kách. Popsané jevy jsou platné pro pevn? nastavený rozvod. Každopádn? ?ím menší pr?m?r použijeme, tím pe?liv?ji musíme vyhladit st?ny pro omezení seškrcení pr??ezu potrubí turbulencemi. Pokud použijeme plynulou zm?nu otvírání ventil?, kmity nastanou v?etn? všech vliv? také, ale rovnom?rnost pln?ní válc? se ve velkém rozsahu otá?ek zlepší, rezonan?ní kmity motoru a nasávané sm?si nebudou mít takový rozdíl. P?i správn? navržené zm?n? úhlu otev?ení ventil? a pr?m?ru a délky sacího potrubí se dosáhne konstantní plnící ú?innosti ve velkém rozsahu otá?ek. Pokud to nejde, lze si pomoci prodlužováním a zkracováním délky sacího potrubí. Celé to lze realizovat i obrácen?, ovšem m?nit délku sacího potrubí nelze donekone?na (v nízkých otá?kách vychází délka i p?es 1000 mm). (Už jste to n?kde v praxi vid?li? Já ješt? ne. Sice n?které motory mají n?kolika stup?ové zkracování ?i prodlužování sacího potrubí pomocí klapek, ale k dokonalosti to má daleko.)

Jenže v praxi sací potrubí není rovné a hladké a v?tšinou není p?esn? slícováno s kanály v hlav? válc?. Od takových nep?esností nastávají odrazy vln a jsou obtížn? definovatelné. P?esahy p?i lícování zp?sobují silné turbulence a tím seškrcují pr?tok sm?si kanály. Navíc jsou jednotlivé v?tve na jednom konci spojeny a ústí do spole?né komory pod karburátorem nebo jednobodovým vst?ikováním a navzájem se ovliv?ují. Škrtící klapka karburátoru negativn? ovliv?uje pln?ní válce, i když je pln? otev?ena. Nic z toho pro pln?ní motoru není ideální. Tady n?jaké lešt?ní a broušení moc zisku nep?inese, i když je každé procento dobré. Z pohledu ?ty?válce je nejhorší varianta p?tikanálová hlava. Velká oblíbenost p?tikanálové hlavy vyplývala z jednoduché slévárenské technologie výroby, hlava se odlévá na mén? jader a jednodušeji se dodrží p?esnost polohy kanál?. Sací potrubí je také jednoduché. Kanály musí v hlav? ud?lat prudkou zm?nu sm?ru, která nep?ízniv? ovliv?uje proud?ní sm?si. Slou?ení sacích kanál? do dvojic zp?sobuje následující: po sacím zdvihu prvního válce nastává sání t?etího válce, sm?r proud?ní sm?si musí ost?e zm?nit sm?r a tak pln?ní t?etího válce se zhorší. Pln?ní válce ?tvrtého nastává ve stejném sm?ru proud?ní a tak se podmínky pro pln?ní zlepší. Ovšem pro pln?ní druhého válce platí totéž, co pro válec t?etí. První válec je na tom stejn? jako ?tvrtý. Každopádn? se zde o n?jakém pulza?ním pln?ní dá jen velmi t?žko mluvit. Takže pokud chceme dosáhnout kvalitního pln?ní všech válc?, je zapot?ebí mít pro každý válec samostatné potrubí. Ne že by to nešlo i s p?tikanálem, ale nedosáhne se tak dobrých výsledk?. Pokud chcete vyrazit z motoru n?jaký v?tší výkon, poohlédn?te se po motoru, který má více kanál? než p?t.

Pokud chcete využívat pulsa?ního pln?ní, je d?ležité mít vícebodové vst?ikování. Použití karburátoru nebo n?kolika karburátor? tento jev naruší až znemožní. Pokud už se poda?í sloupce sm?si rozkmitat, prochází sm?s dvakrát a vícekrát p?es karburátory, kdy si vždy p?isaje paliva. Protože nemáme jistotu po?tu pr?chod? sm?si p?es karburátor, rozhodí se nám bohatost sm?si natolik, že p?estane být zápalná. Navíc p?i kmitu sm?rem ven se odst?edivou silou vymrští palivo ze sm?si a z?stane v lepším p?ípad? zachyceno ve filtru (p?i dalším sání se nasaje zp?t do potrubí), v horším odletí do ovzduší. Z tohoto d?vodu bývá pod karburátorem prostor, do kterého ústí všechny v?tve sacího potrubí, tam dochází k ur?itému vyrovnávání jednotlivých pulzací a p?es karburátor proudí vzduch jen jedním sm?rem. Problém pulzací p?es karburátor je zvláš? z?etelný u dvoudobých motor?, kde se používá jeden karburátor na válec umíst?ný co nejblíže k motoru. Jak se to ?eší dnes nevím, ale d?íve se u závodních motor? do sání mezi karburátor a motor vkládaly jazý?kové ventily, které bránily zp?tnému pohybu sm?si.

 

Zatím jsme se v?novali pouze sacímu traktu. Výfukový trakt je také d?ležitý, a?koli jeho provedení není tak citlivé na nep?esnosti. Proudící plyny mají v??i atmosfé?e p?etlak a tak je jejich pohyb mén? brzd?ný. Každopádn? za výfukovým ventilem musí být kus trubky o n?jaké minimální délce, jinak se nep?ízniv? zm?ní podmínky pro vým?nu obsahu válce a motor nedostanete p?es 30% výkonu. Trubka totiž vytvo?í ur?itý p?etlak, který omezuje rychlost výtoku plyn? z válce. Pokud se odvádí plyny nadm?rnou rychlostí, která bývá i v nadzvukové oblasti, dochází k rozkmitání objemu plyn? ve válci a následnému ovlivn?ní pohybu pístu a za?áte?ní fáze sání. Pokud tomu nev??íte, zkuste si odmontovat výfukové potrubí hned za litinovým svodem a garantuji vám, že škodovka za obrovského randálu víc než 60 km/h nepojede. Pro kmity v potrubí platí vše podobn? jako pro sání, jenom délky potrubí jsou pro vysokou rychlost horkých plyn? výrazn? delší. Kmity v potrubí mají probíhat tak, aby se p?i plném otev?ení ventilu dosáhlo maximálního podtlaku, který pomáhá vyprazd?ování válce, protože se p?i tom vzhledem ke zna?nému p?ek?ížení ventil? v HÚ nasaje ?erstvá sm?s až do výfukového potrubí, má p?etlaková vlna dorazit k výfukovému ventilu v okamžiku jeho zav?ení, protože se op?t ?erstvá sm?s vrátí do válce. Opracování kanál? se provádí podobn? jako u sání. Velkým problémem je zm?na délky výfukového potrubí, protože se všechny použitelné klapky v horkých spalinách ni?í. V Jaw? na to šli jinak, pro rozší?ení použitelných otá?ek u dvoudobých motor? použili rezonan?ní Hellmholtzovy komory. Každá komora byla vylad?na na ur?itý kmito?et a p?iva?ena v p?esn? ur?ené vzdálenosti k výfukovému potrubí a tak napomáhala rezonancí pln?ní motoru v daných otá?kách. Komor bylo asi 7. Tyto komory lze pro ?ty?taktní motor použít také, výpo?et najdete v patentové literatu?e Jawy. Zatím jsem nevid?l, že by je n?kdo v praxi používal.

Na rozdíl od sacího traktu lze jednotlivé v?tve výfukového potrubí na druhém konci spojovat. Pokud správn? zvolíme délky a ?ísla válc?, dosáhneme lepšího pr?b?hu to?ivého momentu v nízkých otá?kách a tím rozší?íme rozsah použitelných otá?ek p?i ?áste?ném snížení maximálního výkonu. Spojují se vždy válce, kde probíhají cykly v protifázi (u ?ty?válce 1./4. a 2./3.). Na konci se ob? potrubí spojí do jednoho, p?i výfuku v jednom potrubí dochází k Venturiho efektu a zvyšuje se podtlak v potrubí druhém. Ob? dvojice se po ur?ité dráze dají spojit a tak docílit dalšího prohloubení tohoto jevu. Toto ?ešení se používá u motor? pro rallye a podobn?, kde zase tak na maximálním výkonu nezáleží. Motory pro r?zné formule a pro závody na okruzích mívají v?tve samostatné, protože se zde pot?ebuje dosáhnout maximálního výkonu. Provedení výfukového traktu je ?ist? individuální, pokud není motor omezen hlukovými limity, záleží na stylu jízdy toho kterého závodníka, jaký pr?b?h to?ivého momentu zvolí.

Tlumi?e hluku výfukového potrubí každopádn? negativn? ovliv?ují dosažitelný výkon a tak jejich ?ešení by se m?la v?novat mimo?ádná pé?e. V sériové produkci používané levné rezonan?ní tlumi?e jsou pro sportovní úpravy nevhodné, protože expanzní kmitání v tlumi?i brzdí odvod plyn? ven do ovzduší. Pro škodovky bylo vyvinuto n?kolik typ? sportovních tlumi??, které jsou vyrobitelné i v amatérských podmínkách. Jejich popisy s výkresy byly zve?ejn?ny v literatu?e o úpravách škodovek, není problém se k nim dostat (navštivte knihkupectví nebo obecní knihovnu). Vymýšlet n?co jiného považuji za ztrátu ?asu a plýtvání materiálem, tyto tlumi?e jsou navrženy dob?e. Po vyrobení doporu?uji jako povrchovou úpravu šopování hliníkem, jakákoli jiná povrchová ochrana nemá životnost. Jestli máte možnost, použijte k výrob? plášt? nerezový plech.

Pro dosažení slušných výkonových parametr? a ploché momentové k?ivky se za?ala v sériové produkci používat v rezonan?ních tlumi?ích výfuku speciální tlumítka, která udržují konstantní protitlak. P?esný princip vám neposkytnu, ale jde pravd?podobn? o n?co na principu rychlého termostatu (se zm?nou zatížení se m?ní teplota výfukových plyn?). Bohužel samostatn? nejsou tlumítka k sehnání.

 

Pro zvýšení výkonu lze postupovat dv?ma sm?ry (použijeme-li konstantní objem motoru) – bu? se budeme snažit co nejvíce naplnit válce sm?sí a tím získat vysoký to?ivý moment v b?žných otá?kách, nebo p?jdeme cestou zvyšování otá?ek p?i zhruba p?vodní velikosti to?ivého momentu. Zde popíši jen n?které principy, kompletní popis a vysv?tlování p?ínosu jednotlivých úprav je minimáln? na dva obsáhlé ?lánky.

První varianta je obtížn?jší a nep?inese zvláš? velký zisk, protože vyžaduje zásadní zm?ny sacího a výfukového traktu, pro které nemusí být v motorovém prostoru dost místa. (Jedno ?ešení je použití p?epl?ování turbodmychadlem nebo mechanickým kompresorem, toto ?ešení nebývá vždy optimální a cenov? vychází nep?ízniv?.) Zcela jist? pom?že vým?na karburátoru za vícebodové vst?ikování v?etn? sacího potrubí, protože se zmenší ztráty v sání, které jsou velmi významné. Zvýšením komprese asi na 10,5:1, použitím sportovního vzduchového filtru, vylepšeným vyvážením a snížením posuvných a rota?ních hmotností, obrobením sacích a výfukových kanál? a nalad?ním délky sacích a výfukových v?tví potrubí v?etn? vým?ny tlumi?e, úpravou tvaru ventil? a zm?nou zdvihu se lze dostat ke kýženému výsledku. Pokud použijeme klasický va?kový h?ídel, zvýší se nám výkon asi o 20 – 35%. Krom? toho nám slušn? klesne spot?eba paliva, protože se sníží mechanické a hydraulické ztráty. Máme-li možnost použít ješt? va?kový mechanizmus umož?ující v ur?itém rozsahu (aspo? dvoustup?ov?) m?nit otev?ení a zdvih ventil?, m?žeme se dostat ke zvýšení výkonu o 50 – 80% a to s lepším pr?b?hem výkonové k?ivky. Motor je sice více namáhán spalovacími tlaky a teplotami, ale odst?edivé síly z?stávají na p?vodních hodnotách a dokonce se v ur?itých režimech mohou snížit (odst?edivá síla p?sobící na píst je eliminována v HÚ tlakem plyn? ze spalování atd.). P?i použití p?vodního zp?evodování sice nezískáme o moc vyšší maximální rychlost, ale budeme silní v kopcích, nemluv? o akceleraci. Omezujícím faktorem pro takový postup je dimenzování p?evodovky na takový to?ivý moment, u škodovek byla p?evodovka po?ítána na 120 Nm, Favorit spolehliv? snáší 165 Nm. Pokud nemáme p?evodovku zrovna dvakrát bytelnou, je lépe se zam??it na dosažení ne sice vysoké, ale co možná nejplošší k?ivky to?ivého momentu v co nejv?tším rozsahu otá?ek. Pokud vlastníte kalkula?ku, spo?ítejte si výkon (podle vzorce na za?átku ?lánku) p?i 120 Nm a 5 500 ot/min. A te? zp?tn? p?epo?ítejte, jaký to?ivý moment dá 50 kW a 5 500 ot/min. Už víte o ?em je ?e?? Pokud po?ád ješt? ne, podívejte se na výkonové k?ivky škodovek nebo Favorita v Andrtovi nebo Cedrychovi. Motor s plochou k?ivkou to?ivého momentu dokáže jet na p?tku 40 km/h a také z ní akcelerovat bez kašlání a škytání a celková dynamika vozu odpovídá motoru s minimáln? o 25 – 40% v?tším objemem. Ovšem plochou k?ivku to?ivého momentu bez m?nitelného rozvodu dosáhnete jen s obtížemi.

Druhá varianta není tak náro?ná na náklady, v?tšinou sta?í odleh?it díly, podobn? jako v p?edchozí variant? opracovat sací a výfukový trakt, zvýšit kompresi, p?etryskovat karburátor nebo upravit program v ?ídící jednotce vst?ikování a zapalování a použít va?kový h?ídel s velkým stupn?m otev?ení. Výkon se zvedne o více než 60%, ovšem za cenu provozování ve vysokých otá?kách, které namáhají mechanické díly (zvláš? ojnice a písty) nad únosnou mez. Protože pro dosažení vysokých otá?ek se v?tšina díl? odleh?uje ubíráním materiálu, zvýší se hodnota zatížení na 1 mm² a je nebezpe?í havárie p?i zanedbání v?asné vým?ny t?chto díl?. Rozvod OHV za?íná být na hranici použitelnosti a vybrat vhodné ventilové pružiny nebývá snadné. Problémem je malý to?ivý moment v nízkých otá?kách, motory mají vysoký volnob?h a p?i va?ce 320/320 do 5 500 ot/min kašlou a chrchlají. P?i otev?ení nad 270° za?ínají problémy s teplými starty, p?i náhodném zhasnutí motoru je obtížné motor uvést op?t do chodu. Takto vylad?ný motor není vhodný do normálního provozu, velmi obtížn? se ovládá p?i pomalé jízd? v kolon?. Náklady sestávají pouze v nákupu va?kového h?ídele, p?ípadn? zakoupení nového programu do ?ídící jednotky, ostatní je vlastn? jen hromada práce, kterou si zru?ný ?lov?k m?že ud?lat sám (pokud ví jak). Použití suché klikové sk?ín? sníží ztráty p?i ví?ení vzduchu s olejem v klikové sk?íni a to dost významn?, ovšem pokud to nekoupíte jako hotové a odzkoušené, nedoporu?uji se tím zabývat, není to pro amatérské laborování.

U motor?, které mají klikový h?ídel uloženou za každým zalomením a robustní blok válc? se s úsp?chem dá použít p?epl?ování turbodmychadlem ?i mechanickým dmychadlem. V takovém provedení se dá dosáhnout zvýšení výkonu nad 100%, aniž by se motor musel zvláš? vysoko vytá?et. U motor? s klikou uloženou za každým druhým zalomením je problémem menší tuhost bloku, prost? chybí v kritických místech materiál. Tyto motory není vhodné p?epl?ovat vysokým tlakem, doporu?uje se maximáln? 0,4 bar (motor se kroutí), což zvýší výkon asi o 30%. P?i zvyšování výkonu p?epl?ováním není nutné v?novat zvláštní pé?i provedení sacího traktu, p?etlak do válc? dostane co chcete. Výfukový trakt se od atmosférického liší významn?, turbo se umís?uje co nejblíže k ventil?m, aby se nezvyšovala ztráta tepla expanzí a sáláním. V dnešním provedení se turbodmychadlo vyrábí jako sou?ást výfukového potrubí, celek je velmi kompaktní. Problémem p?epl?ování je enormní nár?st tepelného namáhání, zvláš? u malých válc?.

Pro všechny varianty zvyšování výkonu platí, že ?ím v?tší výkon chceme dosáhnout, tím v?tší pé?i musíme v?novat provedení jednotlivých detail?. I p?i p?epl?ování je nutné pro dosažení extrémních výkon? vše ?ešit jakoby pro atmosféricky pln?ný motor, jinak p?i tlacích i okolo 5 bar nemusí být pln?ní válc? dostate?né. Dále platí, ?ím v?tší výkon, tím nižší životnost. Každý motor má svoji výkonovou hranici, na kterou byl p?i vývoji po?ítán. Tato hranice bývá asi o 30 – 50% vyšší než výkon základní. Pro? tomu tak je – žádný výrobce neriskuje problémy s životností a poruchami, pokud by dodával motory na horní hranici výkonu. P?i sériové výrob? dochází k ur?itým povoleným odchylkám rozm?r? odlitk?, drsnosti a pr?m?ru potrubí atd., výrobce se tímto jistí, že i p?i hodn? velkém úletu (když se sejdou povolené tolerance na negativn? maximální hranici) bude vše v normálu. Všimn?te si, že n?které motory jedou lépe a n?které h??e – sta?í, když se sejde nebo nesejde n?kolik p?esn? lícujících díl?. (Jen pro zajímavost – motory pro skupinu N se nesmí krom? p?etryskování nijak upravovat. U továrního Favorita se pe?livým výb?rem díl? podle povolených tolerancí, lícování a hmotnosti dosáhlo nár?stu výkonu tém?? o 9 kW.) Pokud zvýšíme výkon do této hranice, životnost a poruchovost nám z?stává stejná.

Pokra?ování p?íšt?.

Autor článku: CJ (Ji?í ?ech)
E-mail: jicech@quick.cz