Ladění motorů, část 2.

Nestacionární proudění

(aneb motor má takový výkon, kolik vzduchu spotřebuje)

Stacionární proudění je takové, u kterého se v daném místě potrubí s časem nemění tlak ani rychlost proudění. Příkladem stacionárního proudění je například vysavač. Pohyb vzduchu (směsi) v potrubním systému spalovacího motoru je řízen tlakovými vlnami – takové proudění nazýváme nestacionární, tedy v jednom místě potrubí se s časem mění tlak a rychlost proudění. Dochází zde k neustálému šíření se tlakových vln různých amplitud a vlnových délek. Právě díky nestacionárnímu proudění můžeme ladit motory – můžeme navrhnout optimální délku a průměr jednotlivých větví potrubí (u výše zmíněného vysavače z pohledu proudění vzduchu opravdu délku sací trubky naladit nelze). A právě parametry sacích a výfukových potrubních systémů mají obrovský vliv na otáčkovou charakteristiku motoru.

Jak jsme vzpomenuli v minulém blogovém příspěvku, ladění motorů je relativně mladá vědní disciplína. Cílem ladičů motorů je dodat do pracovního válce co nejvíce čerstvého vzduchu (resp. směsi paliva se vzduchem). Základní princip ladění motorů je totiž ten, že motor má tak velký výkon, kolik vzduchu dokáže zpracovat. A právě využitím tlakových vln nestacionárního proudění můžeme zajistit kvalitní propláchnutí válce od spalin (otevřený výfukový ventil v okamžiku příchodu podtlakové vlny ve výfukovém potrubí) a následně můžeme dodat do válce více čerstvého vzduchu (otevřený sací ventil v okamžiku příchodu přetlakové vlny v sacím potrubí).

Dříve se na motorových brzdách dělaly hlavně pevnostní a životnostní zkoušky jednotlivých dílů motoru (kliková hřídel, ojnice, písty, …), zkoumaly se optimální tvary spalovacích prostorů, optimalizovaly se ventilové rozvody (vačkové hřídele). Z hlediska výkonu motoru se konstruktéři na motorových brzdách soustředili na ladění předstihu a složení směsi (směšovací poměr lambda). Klasické ladění, tedy návrh sacích a výfukových potrubních systémů, bylo v minulosti pro konstruktéry motorů tabu.

U motoru bez laděného potrubního systému se výraznějších výkonových parametrů docílí jen náhodně. Někteří možná budou argumentovat, že u dnešních přeplňovaných motorů tento handicap dožene turbodmychadlo (kompresor), a to tím, že chybějící vzduch do motoru natlačí přetlakem. To je na jednu stranu pravda, ale i v případě přeplňovaného motoru je velmi vhodné využít dobře naladěného potrubí. Při optimalizaci sacího potrubí můžeme požadovaných výkonových parametrů docílit s nižším plnícím tlakem. Každý motorář ví, co znamená z hlediska životnosti motoru a nároků na chlazení plnícího vzduchu snížení plnícího tlaku např. o 0,2 bar (20 kPa). Plnění méně stlačeného (méně ohřátého) plnícího vzduchu je pro tepelné zatížení motoru obrovským přínosem, o zbytek se postará tlaková vlna dobře naladěného potrubí. Ovšem  je třeba neustále myslet také na to, že velký objem sacího potrubního systému může vést k malým prodlevám reakcí motoru na pohyb plynového pedálu.

Fakt, že je nestacionární proudění relativně mladou vědní disciplínou, je možné dohledat na fotografiích historických vozů. V meziválečném období ještě konstruktérům nebylo známo, jaký vliv mají parametry sacího a výfukového traktu na charakteristiku motoru. Výfukové potrubí bývalo nejkratší cestou svedeno do jedné společné roury a svedeno do zadní části vozu. Zhruba až od poloviny 50. let již můžeme na fotografiích vozů Grand Prix poměrně zřetelně pozorovat tvary laděného výfukového potrubí. Zajímavé by bylo zjištění, do jaké míry v 50. letech za návrhem laděného potrubí byly vědecké výpočty, anebo „pouhá“ praktická zkušenost z měření z motorové brzdy. Vzhledem k tomu, že první technické výpočty nestacionárního proudění se v literatuře objevily až v 60. letech, tak usuzujeme, že se jedná spíše o druhý případ (náhodně naměřené výsledky na motorové brzdě).

Mercedes Benz W25E, Monaco Grand Prix 1936 (Andrea Del Pesco) – výfukové potrubí svedeno nejkratší cestou do společné roury
Connaught C-Type Formula 1 z roku 1957 s laděnými výfukovými svody 4-2-1 (zdroj: racecarsdirect.com)
Maserati 250F z roku 1954 s laděnými výfukovými svody 6-2-1, vítězný vůz mnohých závodů Grand Prix, za jehož volant usedli velikáni jako Juan Manuel Fangio a Stirling Moss (zdroj: postwarclassic.com)
Cooper Climac Type 45 (1958) s motorem vzadu a laděnými výfukovými svody 4-2-1, Britové byli průkopníky samonosných konstrukcí a motorů vzadu (zdroj: racecarsdirect.com)
 Ferrari 312 s 3 litrovým motorem V12 umístěným vzadu (1967), na dnešní dobu netradiční uspořádání s výfuky uvnitř a sáním vně V-konstrukce, není pochyb, že zde již konstruktéři věděli, že délka potrubí hraje u motoru velkou roli (zdroj: bestcarmag.com)

Ing. Petra Mücková

Petra Mücková s.r.o.

www.petramuckova.cz

Related posts

Laděné výfukové svody pro motor TAZ 1,43 hasičského agregátu PS12

by Petra Mücková
3 měsíci ago

Ladění motorů, část 3.

by Petra Mücková
1 rokem ago

Vyvážení klikového mechanismu

by Petra Mücková
1 rokem ago
Exit mobile version