Spotřeba a emise

CO2 určují směry vývoje záľehových motorů II

RNDr. Bohumil Ferenc, květen 2001

  • Kvantitativní regulace výkonu motoru
    • Vypínání počtu činných válců
    • Řízení ventilového rozvodu
      • Časování ventilů
      • Řízení zdvihu ventilů
      • Řízení průběhu otevírání a uzavírání ventilů
  • Některé ze současných a připravovaných aplikací
    • Novějąí soustava VVT-i fy Toyota
  • Obrazy

Kvantitativní regulace výkonu motoru

   Jak bylo v předchozí části naznačeno, je nejroząířenějąím způsobem ovládání výkonu motoru kvantitativní regulace. Při ní se do spalovacího prostoru přivádí potřebné mnoľství směsi, jejíľ sloľení se co nejvíce blíľí stechiometrické hodnotě poměru vzduch/palivo, tj. 14,7 kg vzduchu na 1 kg paliva. Toto sloľení má zásadní význam pro účinnost třísloľkového katalyzátoru ve výfukovém potrubí, který provádí dodatečnou úpravu zbytkových plynů hoření, aby obsahovaly na výstupu do okolního prostředí co nejméně ąkodlivých emisních sloľek.

   Protoľe produktem spalování jsou i emise CO2, které katalyzátor nepotlačuje, ale naopak na tento plyn přeměňuje ostatní emisní sloľky, jejichľ obsah má sníľit, musí být termodynamická účinnost spalovacího procesu v motoru co nejvyąąí. K dosaľení tohoto cíle výrazně přispělo pouľití elektronického řízení průběhu zmíněného děje podle co nejvíce parametrů motoru i prostředí, ve kterém je tento provozován.

   Elektronika umoľňuje svými vlastnostmi dosáhnout nastavení jak optimálního sloľení směsi v kaľdém jednotlivém válci motoru v průběhu jeho oběhového cyklu, tak nejvhodnějąího okamľiku jejího záľehu, aby přeměna vzniklého tepla v mechanickou práci motoru proběhla s co nejvyąąí účinností. Byla vyvinuta a zavedena řada soustav jako sekvenční vstřikování paliva s moľností různé doby vstřiku do jednotlivých válců, nebo zapalování s regulací předstihu záľehu podle meze klepání u jednotlivých válců a některé daląí, které přispívají k optimalizaci průběhu spalování. (Větąinou byly popsány v přílohách AE.)

   Stále vąak zůstává jeden z hlavních nedostatků záľehových motorů - horąí termodynamická účinnost kvantitativní regulace jejich výkonu při částečném zatíľení, pouľívá-li se k tomu ąkrtící klapky. Pokud se kvantitativní regulace výkonu motoru provádí natáčením ąkrtící klapky umístěné v sacím potrubí, mění se nejen mnoľství směsi přicházející do spalovacího prostoru válce, ale i aerodynamický odpor kanálu sání. Zmenąováním otevření klapky klesá turbulence nasávané směsi, čímľ je omezováno její vířivé proudění ve válci, které by jinak podporovalo a urychlovalo spalovací postup a zlepąovalo účinnost spalování. Při malé turbulenci celý obsah paliva správně neprohoří. To je, spolu s daląími faktory uvedenými v první části, příčinou rozdílu mezi ideálním oběhem a indikátorovým diagramem reálného záľehového motoru (viz obr. 2a aľ 2c).

   Z indikátorového diagramu je patrné, ľe při vytlačování výfukových plynů je tlak pístu větąí neľ barometrický pb a při sání je ve válci naopak tlak menąí neľ pb. Vznikající ztráty prouděním při sání a výfuku budou tím větąí, čím více bude ąkrtící klapka proudění při sání omezovat.

   Snahou konstruktérů motoru tedy je najít taková řeąení, která by při kvantitativní regulaci výkonu motoru co nejvíce omezila nepříznivý vliv přivírání ąkrtící klapky, ale téľ umoľnila regulovat výkon v oblastech částečného zatíľení při zachování stechiometrické směsi.

Vypínání počtu činných válců

   patří k jednomu z nejdříve pouľitých opatření. Výkonné víceválcové motory jsou v městském provozu a při jízdě niľąí rychlostí větąinou jen velmi málo zatíľeny. Pracují tedy v oblasti, kde je jejich termodynamická účinnost obzvláątě nízká. Jejího zlepąení v této oblasti můľe být dosaľeno odpojením přívodu paliva do jednoho nebo více válců takového motoru. Tím dochází k vyąąímu zatíľení válců ke kterým se palivo přivádí a je v nich spalováno. Při jejich větąím zatíľení musí být ąkrtící klapka mnohem více otevřena, takľe ztráty prouděním při sání jsou nízké. Skrze válce, které nepracují, procházejí horké výfukové plyny, aby je udrľovaly na provozní teplotě motoru. Tím se předchází zvýąenému tření a ztrátám výkonu jím způsobeným. Podle signálu z měřiče mnoľství nasávaného vzduchu rozeznává řídící elektronika, kdy je třeba přepnout na provoz se vąemi válci. (Systém Motronic fy Bosch.) Poněkud jinak pracuje obdobná soustava, pouľitá u některých modelů Alfa Romeo se čtyřválcovým motorem. Při malém zatíľení, které je určováno podle snímače polohy ąkrtící klapky a v rozmezí otáček nad volnoběľnými, aľ po 2/3 maximálních je v činnosti pouze jeden pár válců motoru a páry se střídavě přepínají. Motor tak zůstává v rovnoměrném tepelném stavu a dvojice "nečinných" válců je stále připravena k zařazení bez jakéhokoliv prodlení.

Řízení ventilového rozvodu

   Moderní spalovací motory pouľívají v mnoha případech více neľ dvou ventilů v jednom válci a také samostatných vačkových hřídelí pro sací i výfukové ventily. Takové konstrukce umoľňují pouľít proměnného ovládání chodu ventilů a tím zlepąit parametry motoru v ąirokém rozmezí jeho provozních podmínek. Není tedy třeba volit řeąení, které bývá kompromisem mezi výkonem, kroutícím momentem, spotřebou, emisemi výfukových plynů a neklidem volnoběhu.

   Předmětem řízení můľe být časování ventilů, jejich zdvih, průběh otevírání a zavírání, případně různé kombinace těchto dějů.

Časování ventilů

   udává, kolik stupňů otočení klikové hřídele je otevřený sací a výfukový ventil. Tyto úhly jsou nazývány rozvodové. Protoľe se ventily poměrně pomalu otevírají a zavírají, volí se rozvodové síly větąí, neľ to odpovídá sacímu či výfukovému zdvihu pístu. Tím se dosáhne, ľe na začátku a na konci sacího a výfukového zdvihu je jiľ, respektive jeątě, otevřen malý průřez. Konec výfuku a začátek sání se překrývají, coľ znamená, ľe oba ventily jsou současně otevřené. Tímto překrytím ventilů je moľno zlepąit výměnu náplně ve spalovacím prostoru.

   Výfukový ventil se otevírá krátce před dolní úvratí a vzhledem k nadkritickým tlakovým poměrům ve spalovacím prostoru, opustí tento asi 50 % spálených plynů jeątě před začátkem výfukového zdvihu. Vlivem setrvačnosti proudí sloupec výfukových plynů jeątě i tehdy, kdyľ je píst v horní úvrati. Výfukový ventil se uzavře aľ za horní úvratí, zatímco sací se otevírá krátce před ní. Tímto překrytím vzniká ve spalovacím prostoru podtlak a výfukové plyny proudí do něj, a to jak přímo ze spalovacího prostoru, tak zpětně z výfukového potrubí, dokud se výfukový ventil neuzavře. Tato "vnitřní recirkulace" výfukových plynů se projevuje nepříznivě hlavně při volnoběhu.

   Pouľije-li se alespoň dvoustavové regulace časování, aby při volnoběhu bylo překrytí blízké nule a při vyąąích otáčkách a zatíľení dosahovalo optimální hodnoty pro daný motor, lze termodynamickou účinnost motoru zlepąit.

Řízení zdvihu ventilů

   rovněľ umoľňuje dosáhnout překrytí ventilů ve vyąąích otáčkách motoru a vyloučit jej v jejich dolním a středním rozsahu. Při tomto způsobu se nemění poloha rozvodového úhlu v níľ je zdvih ventilů maximální, ale pouze velikost zdvihu ventilů. Jak vyplývá z obr. 5, při malém zdvihu překrytí nevzniká, pouze při větąím. Rozdílného zdvihu je dosahováno pouľitím dvou různých vaček, které se liąí svým tvarem. Při určování tvaru kaľdé z vaček se vychází z rozvodového úhlu, maximálního zdvihu a otáček motoru, při kterých má být těchto charakteristik dosaľeno. Vzhledem k odliąným poľadavkům při nízkých a vysokých otáčkách jsou vačky podle otáček přepínány. Protoľe se provádí jak větąí zdvih ventilů, tak i malý, bývá úhel jejich dosedací plochy nejčastěji 30°, coľ při malém zdvihu zlepąuje proudění skrze sedla ventilů. To se projevuje příznivě rychlejąím vyprázdněním válce při výfuku. Při tomto úhlu je průtokový průřez větąí a protoľe při malém zdvihu převládají velké rozdíly tlaku, je výsledkem uvedené rychlejąí vyprázdnění. Při větąím zdvihu jsou tlakové rozdíly malé, takľe přínos 30° úhlu je zanedbatelný. Tam se ale uplatní dříve zmíněné překrytí sacích a výfukových ventilů.

   Tohoto způsobu se obvykle vyuľívá u motorů s jednou vačkovou hřídelí, kdy se nemění poloha rozvodových úhlů.

Řízení průběhu otevírání a uzavírání ventilů

   spočívá v spojité změně cyklu vačky mezi dvěma mezemi, přičemľ zdvih ventilů zůstává konstantním. Regulační článek se nachází mezi hřídelí s vačkami a jejím pohonem a působí tak, ľe úplná otáčka hřídele odpovídá otáčce jejího pohonu. Během celé otáčky je ale hřídel vzhledem k pohonu urychlována a zpomalována. Toto můľe probíhat buď tak, ľe hřídel je proti pohonu zpomalována, kdyľ je ventil otevřen a zrychlena, kdyľ je uzavřen, čímľ se cykl vačky prodlouľí. Nebo naopak je cykl vačky zkrácen tím, ľe je hřídel při otevřeném ventilu proti pohonu zrychlena a pak zpomalena, kdyľ je ventil uzavřen. (Viz obr. 6.)

   Vąechny tyto způsoby umoľňují řídit ventilový rozvod, i kdyľ s různým stupněm dokonalosti.

   Pro zlepąení průběhu plnění válců v závislosti na otáčkách motoru je rozhodující okamľik uzavření sacího ventilu. Při jeho dřívějąím uzavření je dosaľeno nejlepąího plnění při nízkých otáčkách, při pozdějąím uzavření se maximum plnění posouvá do vyąąího rozsahu otáček. To má spolu s daląími činiteli, zejména s tvarem vačky, vliv na parametry motoru. Ve sborníku "Automotive Technology International 94" byl zveřejněn článek o této problematice. V něm byl uveden graf závislosti kroutícího momentu motoru na otáčkách pro nízko a vysokootáčkové vačky. I kdyľ jde o určitý typ motoru, takľe je pouze informativní, jsou z grafů zřejmá případná zvýąení kroutícího momentu, vyplývající z volby vačky. To se samozřejmě projeví nejen na spotřebě, která se podle zmíněného článku sníľí o 4 aľ 10 % v závislosti na motoru, ale i na emisích HC a NOX, kde je očekáváno zlepąení o 15 aľ 28 %.

   Řízení ventilového rozvodu, zejména s vyuľitím elektroniky, umoľňuje realizovat i řadu daląích cest ke zlepąení parametrů motorů. Sem patří nejen jiľ dříve zmíněná vnitřní recirkulace výfukových plynů, která sniľuje úroveň emisí NOX, ale při vhodné konstrukci motoru přispívá k vrstvení směsi ve válci, takľe nedojde ke zhorąení její spalování ani při vyąąím mnoľství recirkulovaných plynů. Bude podrobněji popsáno v daląím.

   Za zmínku stojí i vyuľití u silně přeplňovaných motorů, pracujících s tzv. Millerovým cyklem, které dosahují výrazného zlepąení termodynamické účinnosti. Bude rovněľ popsáno později.

Některé ze současných a připravovaných aplikací

   Jedna z prvních soustav je pouľita u některých modelů vozů Alfa Romeo. Mění ve dvou stupních natočení vačkové hřídele sání vůči poloze hřídele klikové. Při volnoběhu nedochází k překrytí ventilů, jeho nejvhodnějąí velikost je nastavena aľ ve vyąąích, předem zvolených otáčkách motoru. Natáčení je realizováno mechanismem, který je tvořen pístem s přímými zuby. Píst je posouván v dráľkové objímce, uloľené ve středu hnacího řetězového kola vačkové hřídele sání. Jak se píst posouvá podél dráľkované objímky, uloľené ve středu hnacího řetězového kola vačkové hřídele sání. Jak se píst posouvá podél dráľkované objímky, zabírá do ąroubovicovitého pastorku. Tím je vačková hřídel natočena o pevný úhel vzhledem k řetězovému hnacímu kolu a dosáhne se potřebného překrytí. K posouvání pístu se pouľívá tlaku oleje mazání motoru. Ten můľe působit na píst po otevření otvoru, kterým je olej přiváděn a také průtoku do ovládací komory. Otevírání přívodu oleje provádí stavěcí člen ovládaný elektromagnetem. Nepůsobí-li elektromagnet na stavěcí člen, jsou přívody oleje uzavřeny a píst je vrácen působením pruľiny do výchozí polohy (bez překrytí ventilů). Současně je olej vytlačen výtokovým kanálem z mechanismu.

Novějąí soustava VVT-i fy Toyota

   umoľňuje spojitou změnu časování sacích ventilů mezi minimálním překrytím při nízkých otáčkách a maximálním při nejvyąąích. Mechanická část sestává ze dvoudílného souosého převodu, jeden díl je upevněn ke hnacímu konci vačkové hřídele sání, druhý k ozubu pro řemen časování. Kaľdý díl se zasouvá do vnějąích a vnitřních ąroubovicových dráľek válcového pístu, který se nachází mezi oběma souosými částmi převodu.

   Píst se pohybuje axiálně působením hydraulického tlaku oleje mazání motoru. Posuvem pístu se mění vzájemné natočení (fáze) mezi oběma souosými díly převodu a tedy i časování ventilů. Tlak oleje je ovládán elektromagnetickým ventilem podle signálů z řídící jednotky, který ovládá i daląí soustavy řízení chodu motoru.

   Soustava můľe měnit časování sacích ventilů v rozmezí aľ do 60 % klikové hřídele naprosto spojité, aľ do maximálního překrytí. Tím se ovládá i vnitřní recirkulace výfukových plynů v různých provozních podmínkách motoru a tak provádí optimalizace spotřeby a emisí NOX, případně i HC.

   Honda vybavuje motory svých modelů soustavou, která pouľívá různých profilů vaček pro nízké a vysoké otáčky. Mimo rozdílných profilů mají vačky i různý zdvih. Provádění změn je ale krokové, nikoliv plynulé.

   Soustava označovaná V-tec ovládá chod jak sacích, tak výfukových ventilů. Proąla dvěmi etapami vývoje. Starąí typ pouľívá dvou vaček pro niľąí otáčky, které jsou stejné. Mají mírný oblouk, malý zdvih a krátký interval otevření. Jsou umístěny po stranách střední vačky s větąím zdvihem, strmými boky a dlouhým intervalem otevření. Vahadla patřící k vačkové skupině jsou spojena hydraulickými pístky, které působí jako západka.

   Při niľąích otáčkách nechává řídící elektronika elektromagnetický ventil uzavřený, takľe malé pístky, umístěné ve vahadlech za sebou, jsou stabilizované v boční základní poloze pruľinou. Nespojují tedy vahadla, takľe tato se mohou pohybovat nezávisle na sobě, v souladu s průběhem vaček, které s nimi souvisejí. Tedy ventily jsou ovládány oběma bočními vačkami, zatím co prostřední pracuje "volnoběľně". Prostřední vahadlo je k vačce přitlačované pruľinou, která se nachází mezi ventily.

   Jakmile vzrostou otáčky motoru na předprogramovanou hodnoty, otevře elektromagnetický ventil přívod oleje z mazacího systému motoru do olejového potrubí za blokovací pístky. Ty se přesunou proti síle pruľiny do pravé boční polohy. Vąechna tři vahadla se spojí do jednoho celku a určujícím bude prostřední vačkový profil, protoľe jeho zdvih je ve vąech úhlech otáčení hřídele větąí neľ mají obě krajní vačky.

   Při poklesu otáček dochází ke zpětnému přepnutí při poněkud niľąí hodnotě neľ při zvyąování.

   Novějąí typ soustavy pracuje třístupňově. Je poněkud jinak řeąen, olejové potrubí je rozděleno do dvou nezávislých dílů a vahadla jsou vybavena dvěma přepínacími mechanismy.

   Při otáčkách motoru mezi 1200-2500 ot/min není do potrubí přiváděn olej a blokovací pístky jsou vysunuty v základní poloze, takľe vahadla ventilů pracují nezávisle. Jeden sací ventil zůstává uzavřen a druhý je otevírán vačkou pro časování v nízkých otáčkách.

   V rozsahu otáček mezi 2500 aľ 6000 -1 je přiveden olej jen do horní části potrubí. Tím se do záběru zasune jen horní blokovací pístek a obě vahadla pracují současně. Oba ventily jsou tedy současně otevírány, přičemľ je zdvih určován vačkou pro časování při nízkých otáčkách.

   Při rychlostech > 6000 min-1 je olej přiváděn do obou částí potrubí. Oba blokovací pístky jsou v záběru, takľe nejenľe oba ventily pracují současně, ale jejich činnost je řízena oběma vačkami. Vačka pro časování ve vysokých otáčkách je natočena vzhledem k vačce pro časování v nízkých. Jejich společným působením se dosáhne větąího zdvihu ventilů a navíc je moľnost rozdílné rychlosti při otevírání a uzavírání ventilů podle tvarů obou vaček.

   Rover u své motorové řady K pouľívá soustavy označované VVC (variable valve control), která mění geometrickou charakteristiku průběhu otevírání a zavírání sacích ventilů. Mechanická část regulace (zjednoduąeně) vyuľívá hnacího disku mezi hřídelí s vačkami a hřídelí pohonu. Hřídele jsou vzájemně nezávislé, ale jejich osy leľí na stejné přímce. Disk má radiální výřezy do nichľ zabírají klikové čepy jak vačkové hřídele, tak hřídele jejího pohonu.

   Střed otáčení disku se můľe přemís»ovat vzhledem ke středu otáčení vačkové hřídele. Jsou-li středy shodné, pohon i vačková hřídel se otáčejí společně, jako by tvořily pevný celek. Při posunutí středu hnacího disku od středu vačkové hřídele vytvoří excentricita změnu úhlové rychlosti vačky v průběhu otáčky. Kaľdá úplná otáčka vačky tedy odpovídá otáčce pohonu, ale vačka je během ní vzhledem k pohonu zrychlována a zpomalována.

   Geometrie hnacího disku je uspořádána tak, ľe můľe být posunut, aby prodlouľil cykl vačky (jejím zpomalením, kdyľ je ventil otevřen a zrychlením, kdyľ je uzavřen), nebo zkrátil její cykl (zrychlením vačky, kdyľ je ventil otevřen a zpomalením, kdyľ je uzavřen).

   Ovládání mechanické části se provádí prostřednictvím dvou elektromagnetů. Jeden je k prodlouľení cyklu vačky, druhý ke zkrácení. Elektromagnety jsou řízeny elektronickou jednotkou a ovládají ventil v hydraulické části. Ta je napájena olejem mazání vačkové hřídele.

   Součástí hydraulické jednotky je píst a ozubená tyč, která natáčí ovládací objímku otočného hnacího disku a tím řídí časování sacích ventilů.

   Soustava umoľňuje rozdělení ovládání sacích ventilů, např. dvojice předních a dvojice zadních válců u čtyřválcového motoru. Přitom je pro kaľdou dvojici pouľito jen samostatného řídícího mechanismu.

   Popsaná soustava umoľňuje měnit překrytí ventilů mezi 21° aľ 58°, přičemľ je jejich zdvih konstantní. Sloľitějąí elektronicko-hydraulické soustavy vyľadují pro své řízení nejen informace o provozních podmínkách motoru, ale i o stavu svých důleľitých součástí. Regulace časování se uvádí do funkce pouze tehdy, kdyľ hydraulický tlak a teplota dosáhne určité minimální hodnoty.

   Měření teploty oleje u soustav se spojitou regulací časování je důleľité i pro kompenzaci změn v hydraulické řídící jednotce vlivem teplotní závislosti viskozity hydraulického oleje.

   Spojité soustavy bývají také vybaveny snímači polohy vačkové hřídele, které umoľňují zjistit její skutečné natočení.

   Přes poměrně dokonalé vlastnosti výąe uvedených soustav se uvádí na trh a připravují daląí typy, větąinou vyuľívající odliąná řeąení.

   Soustava Valvetronik společnosti BMW pracuje se spojitě měnitelným časováním ventilů i mechanismem jejich zdvihu. Je navrľena pro sníľení emisí při částečném zatíľení motoru (hlavně CO2) cestou sníľení spotřeby. Dosahuje toho odstraněním ąkrtící klapky - jedné z hlavních příčin čerpacích ztrát u záľehových motorů.

   Místo ąkrtící klapky je pouľito krokového motoru, který řídí výstředníkovou hřídel, umístěnou v blízkosti vačkové hřídele sání. Výstředník ovládá páku mezi vačkovou hřídelí a kaľdou dvojicí zdvihátek sacích vaček. Páka má profilovaný stykový povrch, který se opírá o lalok vačkové hřídele.

   Krokový motor natáčí výstředníkovou hřídel podle signálu snímače polohy plynového pedálu. Jak se jeho poloha mění, rotační pohyb kaľdé páky zase mění zdvih sacího ventilu. Zdvih a časování výfukových ventilů jsou stálé!

   Jak se uvádí v literatuře (např. Grohe: Otto und Dieselmotoren, vydavatelství Vogel SRN) je na zdvihu ventilu závislý jeho průtokový průřez, ale i střední rychlost proudění, čehoľ je pravděpodobně vyuľito u této soustavy k řízení výkonu motoru místo ąkrtící klapky.

   Největąí přínos by se dosáhl zcela nezávislou funkcí jednotlivých ventilů, coľ vąak nelze řeąit mechanickými soustavami, ani kdyľ jsou doplněny elektronikou a hydraulikou. Při plně měnitelném časování se sníľí ztráty vznikající během výměny náplně.

   Soustava EVA (elektromagnetic valve actuator) společnosti Aura System Inc, vyuľívající elektromagnetů a pruľin, je jiľ zkouąena na motorech různých výrobců a bude pravděpodobně uvolněna do r. 2003 pro sériovou výrobu.

   Pro kaľdý ventil je pouľito samostatného elektromagnetu. Konec dříku ventilu je upevněn v disku armatury, který je "zavěąen" ve středu válcového tělesa aktuátoru dvěma pruľinami. Jednou nahoře a druhou dole. Na kaľdé straně disku je také elektromagnet, který po přítahu ventil otevře nebo uzavře. Jsou-li elektromagnety bez proudu, zůstává ventil v mezipoloze. Energie "nahromaděná" v pruľinách podporuje pohyb ventilů.

   Časování ventilů je moľno měnit podle nejrůznějąích parametrů motoru, podobně jako u vícebodového sekvenčního vstřikování, nebo řízení předstihu jednotlivých válců na mezi jejich klepání. Od pouľití se předpokládá sníľení spotřeby o 10 aľ 30 % a zlepąení emisí HC o 10 % a NOX aľ o 40 %.

   Významným přínosem je zjednoduąení konstrukce motoru tím, ľe odpadne vačková hřídel, rozvod časování, řetěz či řemen pohonu časování, dráľky vaček a jiné.

   Větąina z popsaných soustav vyuľívá regulace časování ventilů k omezení jejich nedostatků, které jsou jinak limitujícími činiteli termodynamické účinnosti motoru. Protoľe u čtyřtaktních záľehových motorů je dosud v převáľné míře pouľíváno talířových ventilů, vznikají od toho následující problémy.

   Pouľití vačkové hřídele pro otevírání a uzavírání talířových ventilů vyľaduje, aby vůle mezi vačkou, zdvihátkem a ventilem byla překonána pozvolna a ventil byl zvedán nejdříve pomalu, aby se předeąlo nepřijatelné hlučnosti a opotřebení. Ventil také nemůľe být náhle uzavírán, protoľe by naráľel na své sedlo a "plaval".

   Jinou nepříjemností je "clonění" talířového ventilu při nízkém zdvihu a jeho neľádoucí ovlivňování prouděním sacím a výfukovým kanálem. Ventily této konstrukce, dokonce i s agresivním profilem vačky, spotřebují více času na průchod přes rozsah svého zdvihu, neľ na setrvání při maximálním otevření. Není-li sací ventil dostatečně otevřen, nevyuľije se plně podtlak vytvořený ve válci posunem pístu k dolní úvrati. Proto se otevírá dříve, neľ píst dosáhne horní úvrati a začne sací zdvih. Ve výfukovém kanálu napomáhá dřívějąí otevření výfukového ventilu před dolní úvratí v expanzním (pracovním) zdvihu. Přetlak ve válci urychluje vytlačení zbytků spálených plynů. Pozdějąí uzavření tohoto ventilu za horní úvratí vyuľívá k témuľ účelu setrvačnosti proudícího sloupce výfukových plynů. Tímto dřívějąím otevřením a pozdějąím uzavíráním ventilů dochází k jejich překrytí. To musí být ovąem vhodně nastaveno, aby se urychlilo vyprázdnění válce od spalin, ale aby nedoąlo k vytlačení čerstvé náplně do výfuku.

   Nedostatečná rychlost otevírání ventilů je zřejmou příčinou sníľení termodynamické účinnosti motoru, protoľe se tímto ztrácí energie vyuľívaná v uvedených dějích, které působí proti pohybu pístu ve válci.

   Stejně tak je problémem uzavírání ventilu. Zdvihátko musí být neustále v kontaktu s vačkou, zejména kdyľ přejíľdí její nos a mění směr svého pohybu. Je to zajią»ováno ventilovou pruľinou. Na překonávání její síly je potřeba daląí energie počítané do třecích ztrát motoru, ve kterých je hlavním viníkem ventilový rozvod.

   Převáľnou větąinu výąe uvedených nedostatků má odstranit pouľití kulových rotačních ventilů.

   Společnost Coates International vyvinula a vyrábí soustavy CSRV (Coates Spherical Rotary Valve), která takových prvků pouľívá. Ventily jsou připevněny na hřídeli, která je na obou koncích nesena utěsněnými válečkovými loľisky a jako střední podpěry pouľívá keramické grafitové loľisko. To dovoluje vyloučit mazací olej v horní části hlavy motoru.

   Utěsnění válce zajią»ují dvoudílná kluzná keramicko-uhlíková těsnění. Hřídele ventilů se otáčejí poloviční rychlostí klikové hřídele. Při otáčení se otevírají a uzavírají průchody v bočních a obvodových plochách ventilů, coľ je ekvivalentní funkci talířových (ventilů). Dochází k "převracení" nasávané směsi, které podporuje její rychlejąí spalování. Otevírání průtočného průřezu je podstatně rychlejąí a jeho dosahovaná plocha je výrazně větąí. Není tedy potřebné vyuľívat překrytí ventilů, aby výměna náplně byla dostatečně účinná.

   Kulové rotační ventily odstraňují i jiné nedostatky talířových. Talíře těchto ventilů jsou trvale vystaveny velkému tepelnému namáhání a teplo, které se v nich hromadí, vytváří sklon k detonačnímu hoření, které omezuje horní hranici kompresního poměru.

   Naproti tomu kulové rotační ventily se otáčejí vně spalovacího prostoru a jsou ochlazovány a "plněny" směsí na opačné straně tohoto prostoru. Tím je vytvářena niľąí teplota ve spalovacím prostoru a kompresní poměr motoru můľe být zvýąen. Informační dokumentace fy Coates uvádí, ľe jsou vyráběny motory s kompresními poměry 12:1, 13:1, 14:1 a dokonce 15:1, v závislosti na aplikacích. V téľe dokumentaci se uvádí, ľe zvýąení kompresního poměru se mnohem více projeví na sníľení spotřeby motoru, neľ na zvýąení jeho výkonu. Tak např. zvýąení kompresního poměru z 8.0:1 na 11.0:1 přidá jen 5 % výkonu motoru, ale sníľí spotřebu o 20 %. Předpokládá se, ľe ostatní faktory motoru jsou stejné.

   Moľnost zvýąit kompresní poměr příznivě ovlivňuje i skutečnost, ľe kulové rotační ventily nemusí být mazány, na rozdíl od dříků talířových. U těch dochází k zavádění mazacího oleje do spalovacího prostoru, coľ rovněľ zvyąuje sklon k detonacím.

   Společnost Coates International ověřuje spolu s výrobci motorů vozidel různých značek vyuľití této konstrukce a její přednosti.


Autodíly MJauto, náhradní díly Brno, Vančurova 5, Židenice tel: 548 533 193, 603 812 458

Alfa Romeo -Audi- Austin- BMW- Citroen- Daewoo- Daf- Daihatsu- Dodge- Ferrari- Fiat- Ford- Honda- Hyundai- Isuzu- Jaguar- Iveco- Jaguar- Jeep- Kia- Lancia- Land Rover- Lexus- Maserati- Mazda- Mercedes- Mini- Mitsubishi- Nissan- Opel- Peugeot- Porsche- Renault- Rover- Saab- Seat- Skoda- Smart- Skoda- Subaru- Suzuki- Toyota- Vauxhal- Volkswagen- Volvo.

Copyright© 1998 - 2012 Autodíly MJauto, všechna práva vyhrazena