Ladění motorů, část 3.

Optimální parametry kanálů a potrubí

Jsem přesvědčený, že v 50. letech konstruktéři na základě měření na motorové brzdě věděli, že dlouhé (delší) výfukové potrubí funguje lépe. Ale nevěděli proč. Dříve se často k lepším výsledkům došlo náhodně, vývojáři testovali na motorových brzdách různé délky potrubí (třeba jen proto, že potřebovali odvést výfukové spaliny z prostoru výfukové brzdy). Nutno dodat, že i toto je cesta k vylepšení výkonu daného motoru, jen je velmi pracná a zdlouhavá.

Příkladem tvrzení, že se dříve vyšších výkonových parametrů dosahovalo při vývoji motoru i náhodně, může být historka z 50. let. V Anglii, která je kolébkou motorsportu, se vyvíjely v jedné malé tuningové firmě jednoválcové závodní motory Triumph. Ze základní verze motoru o objemu 250 cm³ vyvíjeli konstruktéři výkonnější motor se zvětšeným zdvihovým objemem 350 cm³ tak, že zachovali vrtání a většího zdvihového objemu docílili zvětšením zdvihu pístu. Probíhal klasický vývoj motoru (testování různých vaček, velikostí ventilů, délek a průřezů potrubních systémů). Jednoho dne se stalo, že u motoru 350 cm³ se skokově zvýšila hodnota max. točivého momentu i výkonu. Toto samozřejmě vývojáře vždy potěší, ale na druhou stranu potřebovali zjistit, proč k takovému nárůstu došlo. Zjištění bylo velmi kuriózní: mechanik, který motor kompletoval, omylem sáhl do sousedního regálu a motor 350 cm³ osadil hlavou válců z motoru 250 cm³ s menšími kanály.

Z této historky se můžeme poučit a můžeme jednoznačně konstatovat, že neplatí „čím větší kanál, tím lepší motor“. Kanály a ventily tedy nesmí být ani příliš velké, ani příliš malé, optimální je jen jedna správná velikost kanálů a ventilů. To stejné platí také pro parametry sacího a výfukového potrubí (větší průměr výfukového potrubí je horší než optimální průměr výfukového potrubí). V další kapitole si vysvětlíme, proč tomu tak je.

Z výše uvedeného příkladu je zřejmé, že intuitivním vývojem motoru metodou pokus-omyl lze dosáhnout uspokojivých parametrů motoru. Tato metoda je většinou náročná nejen z časového, ale také z finančního hlediska.

Typickým českým příkladem nevhodně zvolené velikosti kanálu je litinová hlava závodního motoru Škoda 130 RS, která dominovala na přelomu 70. a 80. let 20. století. Tento závodní motor byl vyvíjen v době, kdy byly v módě příliš velké sací kanály, což negativně ovlivnilo průběh točivého momentu motoru v nižších a středních otáčkách. V té době už jsem věděl, že pro dosažení optimálních výkonových parametrů bude nutné sací kanál zmenšit. Podle předpisů tehdy platné přílohy J technických předpisů FIA nebylo dovoleno jakýmkoliv způsobem přidávat materiál do daného homologovaného dílu (např. vevařování, vlepování). V té době jsem využil skutečnosti, že sací i výfukové potrubí bylo libovolné, a tak jsem použil následující řešení, díky kterému jsme dokázali zmenšit nevhodně velké sací kanály. Originální velké obdélníkové kanály (36 x 32 mm) jsme cca do hloubky 60 mm protáhli vrtákem 35mm a sací potrubí nekončilo u příruby hlavy válců, ale pokračovalo uvedených 60 mm kulatou trubkou průměru 35 x 1,5 mm. Vsunutím takové sací trubky do sacího kanálu jsme docílili zmenšení jeho průřezu, což se pozitivně projevilo na průběhu křivky točivého momentu.

Další příklad z domácího prostředí bychom mohli uvést z Kopřivnické Tatrovky. Ihned po vojenské službě jsem nastoupil do vývojového oddělení motorů v Tatře. Na začátku 80. let už jsem měl „rozjetou“ svou teorii nestacionárního proudění a začal jsem tvořit první návrhy sportovních motorů. V tomto období jsem byl členem vývojového týmu při stavbě motoru T613 pro autokros. Díky možnostem výrobního závodu se mi naskytla příležitost zadat konkrétní parametry při výrobě hlavy válců. Při výrobě hlav válců jsem přímo ve slévárně hliníku upravil jádra sacích i výfukových kanálů tak, že vzniklé odlitky měly ani ne poloviční průřezy kanálů. U takto odlité hlavy jsem mohl nejen průřezově, ale i výrazně tvarově pracovat na parametrech obou kanálů, a tím také měnit parametr úhel kanál-ventil. Nebyla to jediná úprava na motoru, ale výsledek byl velmi povzbuzující. Po optimalizaci směšovacího poměru a předstihu zážehu na motorové brzdě jsme se při třetí křivce dostali na cca o 65 HP vyšší výkon a cca 70 Nm vyšší točivý moment. Když jsme takto vyvinutý sportovní motor předávali Lojzovi Havlovi pro montáž do jeho buginy, tak jsme mu s úsměvem na tváři sdělili, že bude mít v bugině o jednoho Žigulíka navíc. Takto výrazného navýšení parametrů motoru se dosáhlo mj. zmenšením sacího kanálu ze sériové hodnoty 37 mm na 33 mm!!! Lojza Havel s tímto motorem získal titul dvojnásobného vicemistra Evropy. Celou mou éru v Kopřivnické Tatře jsem se i nadále věnoval vývoji benzínových motorů a podnik jsem opouštěl v roce 1991 z pozice vedoucího zkušebny benzínových motorů.

Já osobně jsem vždy preferoval propojení teorie s praxí a veškeré mé teoretické modely výpočtů jsem ověřoval na reálném motoru na motorové brzdě. Za ideální postup považuji v prvním kroku přesný teoretický návrh motoru (naladění motoru) a ve druhém kroku výrobu jednotlivých dílů motoru s finálními parametry (vačka, ventily, kanály, škrtící klapka, sací a výfukové potrubí). A právě první zmíněný krok, tedy teoretický výpočet jakéhokoliv čtyřtaktního spalovacího motoru naše firma nabízí. Ať už se jedná o jednoválec nebo 12válec, motor o objemu jednoho válce 50 cm³ nebo 600 cm³, motor s atmosférickým sáním nebo přeplňovaný, motor karburační nebo vstřikový. U všech těchto motorů funguje nestacionární proudění v principu stejně.

Ing. Tomáš Mück

www.petramuckova.cz