Motor 3

end-logo
Sdílejte:

Motor – teorie 3/4

Autor:
Jiří Čech (uveřejněno 10.12.2003)
 

Obsah kapitoly 3:

Ojnice,
Pístní skupina, výroba
pístu
, Propalování pístů,
Pístní kroužky,
Jak se brousí surový odlitek pístu

Ojnice:

Ojnice slouží jako spojovací článek mezi klikovým hřídelem a pístem a řeší se zároveň s klikovým hřídelem, zejména ojniční hlava.
Její rozměry by měly být takové, aby se dala protáhnout vrtáním válce. Pokud
rozdělíme ojniční oko kolmo k ose ojnice, vychází ojnice tužší a lehčí. Klikový
čep vychází nejvýše 0,62 – 0,64 D (D = vrtání válce). Většinou průměr ojničního
čepu vyhoví pevnostně i plochou ložiskové pánve. V některých případech se
používá dělení oka pod úhlem 30° nebo 60° – když je průměr ojničního čepu větší
než 0,66 D a je požadována demontáž vrtáním válce. Takto řešené ojniční oko
dovoluje použít průměr čepu až 0,88 D. Jenže u každého šikmého dělení je velmi
nepříznivé rozložení napjatosti, ojnici nevyjímaje. Ojniční oka musí být co
nejtužší, ale přitom lehká. Tuhost oka je nezbytná pro uložení pánví ložisek,
deformace z provozního namáhání musí být co nejmenší, nejlépe nulová. Je třeba
si uvědomit, že ojnice koná složený kývavý a posuvný pohyb, při kterém je
namáhána tahovými, tlakovými a odstředivými silami, které se pravidelně mění
podle směru pohybu klikového hřídele. Vznikající výslednice sil silně namáhají
ojnici, zhuštěná napětí je nutno při návrhu kontrolovat a podle toho přizpůsobit
tvar jednotlivých částí ojnice. Plynulé přechody z dříku do oka zvyšují tuhost
oka a rovnoměrněji rozloží napětí. Rozměry ojničního oka ovlivňuje umístění
spojovacích šroubů, tyto by měly být co nejblíže čepu. Stěna mezi šroubem a
pánví je jen 1 – 1,5 mm, blízké umístění šroubů omezuje rozevírání styčné plochy
v dělící rovině, které vede k deformaci pánví a jejich zadírání. Tuhost ok se
zvyšuje žebry a nálitky, které zároveň slouží k vyvažování příčných momentů.
Velikost nálitků nebo žeber se určuje jako kompromis mezi tuhostí, hmotností a
velikostí příčného momentu.

Šířka dosedací plochy víka a hlavy ojnice musí být
co největší s těžištěm uprostřed osy šroubu. Přechody z opěrných ploch se řeší
různými zápichy, okrouhlými zářezy apod. pro snížení koncentrace napětí
v přechodech. Nedělená oka se používají u malých motocyklových motorů s děleným
klikovým hřídelem.

Ojniční šrouby se řeší jako průchozí, u šikmo
dělené hlavy se musí použít šrouby zavrtané, které dále komplikují návrh ojnice.
Šrouby a matice se používají speciálně vyráběné z velmi kvalitních materiálů,
závit se vyrábí válcováním pro zvýšení pevnosti. Přesný tvar šroubu se určuje
podle návrhu ojničního oka a tak nelze používat šrouby jiné. Platí i pro matice.
Proto při výměně šroubů používáme originální a pokud možno nové. Pro extrémě
namáhané ojnice závodních motorů se používají šrouby se zúženým dříkem, které
jsou pružnější a přestože mají menší průřez, jejich únavová pevnost je vyšší.
Pokud potřebujeme dosáhnout minimální hmotnosti ojničního oka, používáme šrouby
zavrtané – šroub je kratší a má tedy menší hmotnost. Odpadá výroba dosedací
plochy pro matici, ale zase musíme vyrobit závit ve velmi tvrdém a houževnatém
materiálu.

Víko ojnice se musí zajistit proti posuvu
v příčném směru. Nejvíce se používá kalibrovaná válcová plocha na šroubu, která
prochází téměř bez vůle otvory víka a hlavy ojnice. Někdy se používá zajištění
pomocí kolíků, případně se přesazují pánve proti dělící rovině ojničního oka.
Posledním hitem je dělení lomem po obrobení otvoru v ojničním oku, nerovný
povrch lomu do sebe přesně zapadne a znemožňuje posun jakýmkoliv směrem. Používá
se u ojnic vyráběných spékáním z kovových prášků vhodného složení, u výkovků je
čistý lom problémový.

Dřík ojnice mívá nejčastěji profil
I.
Poměr výšky a šířky dříku je nejčastěji 1,3 – 1,6. Vnější
žebra se v přechodu do hlavy rozšiřují pro zvýšení tuhosti a pevnosti. Stojina
se umisťuje v ose válce. Malé vyosení, které se dělá pro zmenšení rozteče mezi
sousedními válci u uložení za každým druhým zalomením, někdy způsobuje
nerovnoměrné opotřebení ojničních ložisek. Profil

H se používal u
hvězdicových motorů a má některé vlastnosti lepší než profil

I.

Tento profil se používá jen vyjímečně, u sériových motorů jsem ho nikdy neviděl,
údajně ho měl v sedmdesátých letech motor Renault 1,5 turbo pro F1.

Délka ojnice bývá asi 1,6 – 2,0 Z (Z = zdvih
pístu). Z tohoto důvodu je lepší uspořádání s menším zdvihovým poměrem, protože
poměrná délka ojnice se zvýší a normálná síla na válec z tlaků plynů se sníží.
Pokud zvolíme malé vrtání a velký zdvih, musíme použít ojnici na spodní hranici
délky, jinak se nepřijatelně zvýší výška motoru. Je to sice dobré, protože má
být ojnice z hlediska tuhosti co nejkratší, ale hodnota pod 1,6 Z nepříznivě
ovlivňuje mechanickou účinnost. Proto nelze volit zdvihový poměr libovolně.
V praxi se většinou délka ojnice odvíjí od požadavku, aby se píst v DÚ co
nejvíce přiblížil vývažkům klikového hřídele (někdy se dokonce upravuje plášť
pístu vybráním pro vývažky). Délka ojnice se nejčastěji pohybuje v rozsahu 1,7 –
1,75 Z.

Pístní oko se provádí pouze jako uzavřené, jen u
velkých lodních motorů je možné je z rozměrových důvodů provést jako dělené.
Pístní čep se dnes používá převážně plovoucí, neboli má vůli jak v oku, tak
v pístu. Plovoucí provedení umožňuje rovnoměrné rozložení tlaků na styčné plochy
a rovnoměrné opotřebení celého obvodu čepu, což znamená vyšší životnost uložení.
Přechod z dříku do oka musí být co nejtáhlejší a nemá se zužovat, jinak má
ojnice v tomto místě snahu se trhat.

V přechodu z ojničního oka do dříku se dělá mazací
otvor, kterým vystřikuje olej a dopravuje se přes stěnu pístu na spodní stranu
dna pístu, který se tímto ochlazuje. Přestože je množství oleje relativně malé,
odvádí dostatečné množství tepla ze dna pístu. Pokud se otvor ucpe a olej nemá
možnost chladit píst, hrozí nebezpečí propálení pístu, proto při jakékoli
manipulaci s ojnicí vždy tento otvor kontrolujte na průchodnost.

Ojnice se vyrábí kováním ze stejných materiálů
jako klikový hřídel. Materiál třídy 16 se používá na ojnice přeplňovaných
motorů, 13 240 se doporučuje pro vznětové motory. Pro malé motory a kompresory
se ojnice vyrábí z litiny. Pro benzínové motory se v ojedinělých případech
používají ojnice kované z lehkých slitin (hliník legovaný hlavně niklem a mědí),
pro závodní motory se používá titan a jeho slitiny. Pro jiné mechanické
vlastnosti titanu proti oceli má titanová ojnice o něco odlišnější tvar v
přechodech, výroba je drahá a obtížná (tvrdost titanu odpovídá tvrdosti korundu
a prakticky se dá jen brousit, běžné soustružnické nože ze slinutých karbidů
hoří). Při výrobě ojnice se obrábí víko ojničního oka společně s ojnicí a oba
díly se označí stejným číslem, většinou číslem válce, v kterém budou pracovat.
Ojnice vyráběné novou technologií spékáním kovových prášků mají několik dobrých
vlastností, výroba je méně energeticky náročná, prakticky se nevytváří odpad a
téměř odpadá finální obrábění. Princip je v slisování přesně složeného kovového
prášku do formy, kde se po stlačení lisem zahřeje. Jednotlivá zrnka kovu se
k sobě spečou a vytvoří díl přesně podle formy (je to vlastně obdoba výroby
slinutých karbidů, které se používají v obráběcí technice). Ojniční oko je
vyrobeno jako celek, rozdělení se provede zlomením na speciálním stroji. Lom je
drsný a obě části do sebe přesně zapadnou podle lomové drsnosti, tím se
zabezpečí neproměnná poloha obou částí vůči sobě. Díky rovnoměrnému prohřátí
materiálu při spékání nedochází k pnutí materiálu a není potřeba dalších
tepelných úprav.

Vůbec posledním nepovedeným hitem je pokus vyrobit
ojnici z pásku zastudena válcované oceli (pevnost 190 – 210 kg/mm2
záměrně používám staré jednotky pro lepší představu). Jde o čs. vynález, snad
dokonce patentovaný. Vezme se pásek výše zmíněné oceli o šířce klikového čepu,
tloušťce asi 1 mm a délce rovnající se obvodu ojnice v ose kyvu + 5%, tento se
přesně v polovině délky obtočí okolo pouzdra pístního čepu (tím se vytvoří
pístní oko), poté se prohnou obě strany v požadované délce dříku do tvaru U
otevřením dovnitř (tím se vytvoří dřík) a opět se rovná část pásku obtočí okolo
pánve klikového čepu (máme ojniční oko) a přesahující materiál se v místě
dolního vývažku ohne ven tak, aby obě části byly skoro u sebe, těsně pod spodní
pánví se provrtají a spojí šroubem s maticí. Přebytečný materiál se odstřihne.
Hmotnost ojnice je nepřekonatelně nízká a výroba neskutečně levná. Jenže tuhost
uložení pánví a pouzdra je diskutabilní a pro sériovou produkci nevyhovující.
Bylo okolo toho dost křiku, jak budeme prodávat licence na Západ atd. Po
ohlášení se uskutečnily provozní zkoušky, jejich výsledek oficiálně zveřejněn
nebyl a jak to rychle přišlo, tak to ještě rychleji odešlo. Každopádně při malé
úpravě ložisek je toto provedení velmi vhodné pro závodní motocyklové motory,
kde se více než 130 km většinou neujede a po závodě se vše vymění.

Úprava ojnice spočívá ve vyleštění povrchu podobně
jako u klikového hřídele. Odběr materiálu pro snížení hmotnosti vždy sníží
únavovou pevnost a tak sníží životnost ojnice na počet ujetých km. Lze odbrousit
vývažky na obou okách, toto na životnost velký vliv nemá. Ztenčování dříku
ojnice se musí provádět až po důkladném prověření na zhuštěná napětí a pevnost,
nesprávně provedený odběr materiálu vede k přetržení ojnice s vážnými následky
pro motor (vzpříčená ojnice prorazí blok a poškodí klikový hřídel). Pro jeden
závod je možné použít extrémě vylehčené ojnice, ale po závodě se musí vždy
vyměnit. Pamatuji si výrobu kované ojnice pro silniční jednoválcový motocykl 125
cm3, kde stojina měla tloušťku papíru a vnější žebra měla méně než
0,5 mm (proti původní ojnici měla 20% hmotnosti). Motor dával 34 k při 12 500 ot/min
a životnost ojnice byla cca 120 km. Po závodě bylo vidět natažení dříku ojnice,
ještě chvíli a podala nám ruku. Pokud se vám stalo, že se sériová ojnice
přetrhla, šlo v drtivé většině případů o vadu materiálu, která se mohla projevit
i po 150 000 km. (Často se s ojnicemi zachází po dobu generální opravy motoru
značně nešetrně, různě se pohazují z bedny do bedny a pokud dojde k nárazu dříku
na tvrdou ostrou hranu, vytvoří se vrub, který po nějakém čase způsobí zlomení
ojnice.) Jak už jsem se zmínil, vlasové trhliny nebo pecky strusky blízko kraje
materiálu postupně naruší soudržnost materiálu a tento se přetrhne. Narušování
materiálu postupuje pomalu, ojnice se začne všelijak kroutit a plochy lomu se o
sebe třou, tím se vyhlazují a proto bývá místo poruchy různě oleštěné. Ojnice se
nepřetrhne hned, zbylý zatím nenarušený průřez dříku nějakou dobu ještě vydrží.
Kované ojnice mají vysokou houževnatost a tak se materiál před přetržením
nejdříve různě ohýbá a protahuje a teprve potom praskne. Proto mají přetržené
ojnice různé nepochopitelné tvary a povrchy v místě zlomení.

Při výpočtu ojnice na pevnost musíme započítat
koeficient pro střídavé namáhání, který je asi 0,3. Proto pokud máme materiál
s pevností 100 kg/mm2, pro střídavé namáhání počítáme jen 30 kg/mm2.
Některé konstrukční ocelové materiály mají změřenou přesnou hodnotu pevnosti pro
střídavé namáhání, která může být i vyšší, najdeme ji v technických listech
daného materiálu. Pokud při návrhu ojnice použijeme tuto hodnotu, materiál by
měl mít teoreticky neomezenou životnost (při výrobě bez technologických vad),
počet cyklů střídavého namáhání není omezen (pokud nepřekračujeme jejich
maximální hodnotu, pro kterou byly počítány). Jakmile tuto hodnotu překročíme,
počet cyklů do možného lomu materiálu se začne snižovat. Materiál se sice ihned
nepřetrhne, to by se musela překročit maximální pevnost materiálu (zmiňovaných
100 kg/mm2), ale nelze mít ojnici v motoru donekonečna. Odlehčit
ojnici pro použití v sériovém motoru pro normální provoz lze pro dosažení lepší
mechanické účinnosti, ale nedoporučuji motor dlouhodobě provozovat v maximálních
otáčkách (ovšem záleží na velikosti odlehčení). Hlavně se nesnažte odebírat
materiál v místech přechodu do pístního oka, tam se potom ojnice nejčastěji
trhá. Pokud nemáte po ruce zkušeného úpravce, postupujte asi takhle: nejdříve si
ojnici co nejlépe prohlédněte a zjistěte podle vzhledu povrchu tzv. nadbytečný
materiál (většinou místa hruběji opracovaná, většinou vnější plochy žeber dříku,
různé předlité nápisy a čísla atd.). Potom si prohlédněte všechny hrany, tato
místa většinou síly nepřenášejí a tak je možné je zakulatit. Povrch ojnice je
vhodné vybrousit a vyleštit, povrchová drsnost od odlití a kování stejně pro
pevnost ojnice nedělá vůbec nic a hlavně se v ní skrývají povrchové vady.
Dosedací plochy pro hlavy šroubů a matic vyleštěte do zrcadlového lesku a pokud
možno použijte nové šrouby s maticemi. Je možné odbrousit vývažky na obou okách,
ale musíme zachovat minimální tloušťku oka pro dobré uložení pánví ložisek.
Nikde nesmí zůstat ostrá hrana, vše by mělo mít minimální rádius aspoň 1 mm.
Doporučuji si kompletní ojnici nejdříve zvážit, abychom po opracování mohli
zjistit míru odlehčení. Zvážit musíte ojnici celou a potom hmotnost jednotlivých
ok (jedno oko na váhu a druhé podložit ve stejné výšce nějakou opěrkou). Všechny
ojnice by měly být stejně těžké včetně hmotností ok s tolerancí do 1 g. Pokud
bude snížení hmotnosti při dodržení všech výše popsaných pravidel do 10%, můžete
motor provozovat jako před tím, únavová pevnost poklesne minimálně – výrobce si
vždy nechává bezpečnostní rezervu na tolerance sériové výroby. Pokud odlehčíte i
pístní skupinu, namáhání ojnice poklesne a je možné ojnici odlehčit ještě více
bez nebezpečí destrukce. (Nedokáži vám přesně říct výši poklesu životnosti pro
každé ubrané procento materiálu, záleží na mnoha činitelích. Pokud se skutečně
chcete zabývat úpravou, je nejlepší se zeptat u tuningových firem kam až můžete
jít (mají jakési zkušenosti, většinou jde o bývalé soutěžáky), nebo si příslušně
upravené ojnice u nich koupit. Čím máte lehčí posuvné hmoty, tím jsou menší
mechanické ztráty a i bez dalších zvláštních úprav se zvýší výkon a poklesne
spotřeba. A nezapomeňte, že upravovaná ojnice by měla být nová a nebo by neměla
mít moc naběháno. Pokud má použitá ojnice několik ještě neodhalených povrchových
trhlinek, materiál může již být dost unavený a přestože při úpravě trhlinky
odstraníme, hrozí nebezpečí havárie.

Pístní skupina:

Záměrně nepíši píst, ale pístní skupina, protože
se při návrhu pístu zároveň řeší uložení kroužků a umístění a provedení pístního
čepu. Píst slouží k přenosu tlaku spalování a těsní spalovací prostor proti
průtoku plynů a proti vnikání oleje při všech provozních podmínkách. Těsnící
funkci napomáhají pístní kroužky, které také zabezpečují minimální průnik oleje
do spalovacího prostoru. Píst pracuje za značného tepelného a mechanického
namáhání při nedostatečném mazání a tak jsou na použitý materiál pro výrobu
pístů kladeny velmi náročné požadavky. Technologie výroby pístů je již u své
horní hranice a tak se nedá v dohledné době počítat s nějakými převratnými
novinkami ve výrobě pístů. I ten nejdokonalejší píst má neodstranitelné
nedostatky. Ovšem pro použití v sériových motorech dnešní technologie vysoce
přesahuje požadavky a tak již píst není problematickou součástí motoru a jeho
poruchovost je zcela zanedbatelná.

Kromě přenosu tlakových sil musí píst odvést
docela slušné množství tepla a tak je snaha o co nejmenší povrch dna pístu,
které by mělo být rovinné, bez různých výstupků a zahloubení pro ventily. Nedá
se to vždy splnit a tak se při výpočtu pístu dbá na dostatečné průřezy dna pro
dobrý odvod tepla z inkriminovaných částí. Materiál pístu by tedy měl mít co
nejvyšší tepelnou vodivost (aby teplo rychle odváděl) a zároveň by měl co
nejméně teplo přijímat. Tomuto nejlépe vyhovují slitiny hliníku. Původně
vyráběné písty z levné litiny se při zvyšování litrového výkonu rychle dostaly
na hranici svých možností a dnes se již nepoužívají. Kromě vysoké hmotnosti měly
i vyšší vlastní teplotu, která vedla u zážehových motorů k samozápalům. Proto
pro použití v zážehových motorech nejsou vhodné. U motorů vznětových ale jejich
vyšší teplota je naopak výhodou, pro zapálení nafty je možné použít menší
kompresní poměr a tím se zmenší mechanické ztráty. Písty pro velké vznětové
motory se v případě použití litiny vyrábí jako dvoudílné – dno pístu se
spalovacím prostorem je litinové, bývají v něm první dva kroužky kvůli odvodu
tepla a plášť je hliníkový a obsahuje zbylé kroužky, obě části do sebe přesně
zapadnou (jako LEGO) a spojí se pístním čepem. Takto provedený píst je relativně
lehký, litina má lepší kluzné vlastnosti proti hliníkové slitině a tak se různé
protichůdné vlastnosti navzájem eliminují. Ovšem nechci tvrdit, že všichni
výrobci velkých motorů používají tuto konstrukci, lisované hliníkové písty
pravděpodobně převládají.

Tepelné zatížení pístu silně ovlivňuje velikost
jeho celkového roztažení. Píst by měl mít co nejmenší vůli ve válci, avšak velká
tepelná roztažnost hliníkových slitin nepříznivě ovlivňuje dodržení optimálních
rozměrů pístu. Proto není tvar pístu za studena přesně válcový, ale oválný a
kuželový, po zahřátí na provozní teplotu se vše vyrovná a píst má optimální
válcový tvar. Teplota pístu se mění v provozu až o 120° C a i vůle pístu se
v tomto poměru mění. Aby se roztahování pístu omezilo, je nutné provést určitá
technická opatření. Původní prořezávání drážek v plášti pístu, které zvyšovalo
pružnost pláště a řídilo tok tepla pláštěm dnes ustoupilo zalévání vyrovnávacích
vložek z invaru. Invar je slitina kovů s nepatrnou tepelnou roztažností a
protože má větší pevnost než hliníkové slitiny, znemožňuje roztahování materiálu
pístu v širokém rozsahu teplot. Zvýší se sice vnitřní pnutí v pístu, ale ne
natolik, aby vedlo k jeho poruchám. Nevýhodou je zvýšení hmotnosti pístu proti
celohliníkové konstrukci, invar má vyšší měrnou hmotnost. Přesto všechno výhody
nepatrné tepelné roztažnosti natolik převládají, že se už dnes nekompenzované
písty prakticky nepoužívají.

Jako dilatační vložka se nemusí použít jen invar,
ale i jiné slitiny, nejčastěji Fe – Ni – Co. Poměrem prvků ve slitině se mění
vlastnosti při různých teplotách a tak se dají pro to které provedení motoru
vytvořit optimálně fungující písty. Z těchto slitin se také vyrábějí můstky pro
uložení pístních kroužků, z nich se velmi osvědčilo použití nirezistu.

Malá vůle je nezbytná pro dobré vedení pístu a
hlavně pístních kroužků ve válci, jakékoliv naklopení má za následek obrušování
hran kroužků, které postupně přestávají plnit svoji funkci. Kroužek navíc vydírá
povrch válce a snižuje jeho životnost. Za chodu motoru dochází k přemísťování
kroužků v drážce pístu od jedné strany k druhé, pokud se k tomu ještě přidá
další vektor, kroužek začne vytloukat drážky, čerpací účinek z pohybu „tam a
zpět a ještě kamsi“ se zvýší a olej více proniká nad píst, kde se spaluje a
uniká výfukem ven. Původní písty škodovek dilatační opatření neměly a sami znáte
jejich problémy – po nějakých 50 – 60 000 km se začne spotřeba oleje zvyšovat a
pokud vozidlo jezdí převážně po městě a převládá u něj provoz za nízkých teplot
chladící kapaliny (časté studené starty), v 80 000 km se s motorem pořádně
nedomluvíte. Teprve přísnější legislativa donutila AZNP Mladá Boleslav použít
písty u Favorita s invarovou vložkou, předpokládalo se brzké uzákonění používání
katalyzátorů. Kromě olova a nespálené směsi je špatně spálený olej
nejdůležitější veličinou vedoucí k zničení katalyzátoru. Porovnejte spotřebu
oleje a životnost motorů řady Š 105 – 120 a Favorita, rozdíl je značný. Je
pravdou, že bylo provedeno množství dalších zásahů na motoru včetně použití
jiných pístních kroužků a materiálu válců, ale i tak je použití kompenzovaných
pístů přínosem. Malá vůle pístu ve válci ovlivňuje hlučnost motoru, kompenzovaný
píst má až o 3 dB u vodou chlazeného a 8 dB u vzduchem chlazeného motoru nižší
hlučnost, zvlášť po spuštění studeného motoru je rozdíl výrazný. Pokud je motor
ještě v dobrém stavu, vliv pístu na hlučnost je malý. Jak jsem popsal
v předchozím díle, klopení pístu se omezuje kromě malé vůle ještě vyosením
klikového hřídele od osy válců, písty jsou tak tlačeny více k jedné straně válce
a k významnějšímu klopení ve válci dochází jen krátkodobě při odlehčení motoru.

Písty se dnes vyrábějí jako odlévané (do písku, do kokily) nebo kované (lisované). Odlévané písty dostatečně vyhovují pro sériové
motory a měrné výkony do 60 kW/dm3. Při pečlivém návrhu je možné
použít odlévané písty i pro měrné výkony vyšší, pokud se nepředpokládá
dlouhodobý provoz na plný výkon. Takto zhotovené písty jsou výrobně levné a
výrobní zmetkovitost je na přijatelné úrovni. Kované písty se vyznačují vyšší
pevností a proto je možné snížením tloušťky stěn dosáhnout nižší hmotnosti.
Kované písty jsou nezbytností u vysokovýkonných motorů. Z pevnostního hlediska
je dno předimenzováno, protože dno pístu nejen že přenáší tlak na ojnici a
klikový hřídel, ale zároveň odvádí největší díl tepla, které píst absorbuje.
Proto musí být tloušťka dna dostatečná, aby se teplo rychle odvádělo přes pístní
kroužky do stěny válce. Zesílení pístu v místě uložení pístního čepu se dělá co
nejmenší, aby se zbytečně nezvyšovala hmotnost pístu. Stěna pístu se v ose
pístního čepu může značně vylehčit nebo dokonce úplně odstranit, protože
nepřenáší žádný tlak z působení plynů. U závodních motorů se používají tzv.
T-písty, jejich název vznikl z jejich charakteristického tvaru písmene T při
pohledu na bok pístu kolmo na pístní čep. Plášť prakticky chybí, jen na stranách
kolmých k ose pístního čepu jsou úzké pásky materiálu ode dna dolů, které
nahrazují plášť pístu, aby byl píst ve válci nějak veden. Jde o nejlehčí
variantu pístu danou objemem použitého materiálu. AZNP jimi osazovala svoje
závodní motory již někdy v 70. letech.

Materiálem používaným na výrobu pístů jsou
nejčastěji hliníkové slitiny. (Slitiny hořčíku se používají jen u závodních
motorů, jejich výroba je velmi drahá a dá se zdůvodnit nižší měrnou hustotou
hořčíkových slitin.) Počet a množství legujících prvků se liší podle účelu
použití pístu. Slitiny s vysokým obsahem křemíku mají velmi dobré vlastnosti
ohledně pevnosti a kluzných vlastností a jsou určeny pro písty kované. Mají také
menší tepelnou roztažnost. Z tohoto pohledu se rozlišují písty s obsahem křemíku
do 13% (min. 11%) a nad 13% (max. 18%). První skupina se používá pro zážehové,
druhá skupina pro vznětové motory. Většina výrobců kovaných pístů si
technologické postupy chrání jako průmyslové tajemství a tak se dopátrat
přesných postupů je pro našince nemožné. Ne že by technologie výroby takových
pístů nebyla metalurgům známá, ale při vývoji pístů přidáváním dalších prvků se
původní postup musí upravit a tyto jemnosti si firmy nechávají pro sebe. Nám se
podařilo vyrobit píst do stopětadvacítky až na šestý pokus, když jsme ještě
předtím asi deset pístů úmyslně zničili při kontrole zrnitosti materiálu (čím
jemnější zrnitost, tím pevnější a kvalitnější je materiál). Dnes se vůbec divím
sám sobě a ostatním zúčastněným, že jsme na toto měli odvahu. Na druhé straně
jsme tehdy byli jediní v republice, kdo se kované „třináctiprocentní“ písty
odvážil sám a úspěšně vyrobit, ostatním zbýval pouze nákup v devizové cizině,
nebo jezdit s upravenými sériovými výrobky. Jediný pokus mnohonásobného mistra
republiky (jméno doplň sám) vypadl (po zoufalém „odskákání“ tréninku) v druhém
kole závodu a tím tento pro něj skončil nadobro (píst zadřený tak, že ho
dostávali ven z válce velkou palicí). Jinak obsah křemíku v sériových pístech
většinou nepřesahuje 2%. Při návrhu pístů se musí dbát na umístění dilatačních
vložek a pouzdra pro uložení pístních kroužků. O dilatační vložce z invaru již
byla zmínka, pouzdro pro pístní kroužky je nutné z hlediska životnosti drážek
pro uložení kroužků. Kroužek se za pohybu pístu přemísťuje mezi horní a dolní
stěnou drážky a má snahu drážku roztahovat. Nesmíme zapomínat, že píst provede
za dobu své životnosti několik stovek miliónů pohybů mezi úvratěmi a při
průměrné pístové rychlosti 6 – 10 m/s působí pístní kroužky na stěny drážky dost
velkými silami. Kroužek musí být v drážce volně posuvný, aby mohl svojí
pružností plnit určenou funkci. Přestože je axiální vůle max. 0,03 mm,
k axiálnímu pohybu kroužku dochází a při drážkách vyrobených soustružením
v hliníkové slitině pístu dochází postupně k vytloukání hliníkové slitiny a
zvětšení vůle se všemi negativními důsledky pro činnost pístních kroužků.
Kroužek se potom v drážce nadměrně pohybuje a podporuje čerpací účinek, kterým
se dostává olej nad píst do spalovacího prostoru. Kroužky se proto ukládají do
zalitých vložek z odolnějších materiálů.

Poznámka:  v detonačním režimu nebo při tepelném
přetěžování (nevhodný předstih nebo použité palivo) dochází k tzv. propalování
pístů. Propalování pístů z účinků tepla je signálem, že píst nebyl optimálně
navržen z hlediska odvodu tepla, nebo není dno pístu zespodu ostřikováno olejem,
který běžně odvádí asi 10% celkového tepla. Tento jev není příliš častý a může
se vyskytovat při zvyšování výkonu pomocí přeplňování. Druhým jevem, který
způsobuje propálení dna pístu, je kavitace. Kavitace je jev velmi známý u
vodních čerpadel a vodních turbín, v principu jde o prudké změny tlaku, kdy se
rychle mění vysoký tlak až na značný podtlak, dochází k tvorbě plynových dutin,
které se rychle zaplňují kapalinou a tak pořád dokola. Projevuje se zvýšeným
hlukem a pokud vzniká kavitace v blízkosti stěn, narušuje jejich povrch
vytrháváním zrn materiálu. Rozdíl mezi propalováním a kavitací se pozná podle
struktury okrajů otvoru, kavitace nezpůsobuje tepelné změny materiálu (není
rozteklý okraj otvoru). Proti působení kavitace příznivě působí vyleštění dna
pístu, případně zvýšení tvrdosti povrchu (nejlépe kombinace obou).

Pístní kroužky se dnes zpravidla používají tři
(dva těsnící a jeden stírací), u vznětových motorů čtyři (tři těsnící a jeden
stírací). Dříve se používaly kroužky čtyři i u zážehových motorů pro doplnění
funkce těsnících kroužků při případném zapečení jednoho z nich. Některé
konstrukce používaly dva těsnící a dva stírací kroužky, kdy jeden z nich byl až
pod pístním čepem a snižoval spotřebu oleje lepším udržováním mazací vrstvy na
stěnách válce. První dva kroužky mají za úkol těsnit píst ve válci proti
pronikání plynů pod i nad píst, třetí kroužek zajišťuje stírání přebytečného
oleje a udržuje optimální mazací vrstvu. Prostřední kroužek zpravidla mívá
kombinovanou funkci těsnící a stírací. Snaha o co nejmenší třecí ztráty vede
k provedení jen se dvěma kroužky, vývoj zatím pokračuje i když už jsem někde
zaslechl, že snad Audi už něco do sériové výroby chystá. Nejvíce namáhaným
kroužkem je kroužek první. Jeho úkolem kromě těsnění pístu je odvod tepla ze dna
pístu do stěny válce. Všechny kroužky odvedou z pístu 60 – 80% tepla, zbytek se
odvede stěnami a umělým chlazením ostřikem spodní části dna pístu olejem
výstřikem z otvoru v ojničním oku. První kroužek odvede až 80% tepla připadající
na kroužky, poslední kroužek odvádí již zanedbatelné množství. Vyrábí se
z litiny nebo oceli. Pro zvýšení životnosti se styčná plocha kroužku s válcem
opatřuje vrstvou tvrdochromu a nebo molybdenu. Tvrdochrom a litina se jako třecí
dvojice při dobrém mazání vyznačují nepatrným opotřebením. Pokovení má ale jeden
zápor – nedají se dodržet vnější ostré hrany kroužku, které jsou důležité pro
těsnící funkci. Zvýšení životnosti prvního kroužku pokovením je natolik
významné, že se ostré hrany oželí. Pokovit litinu nejde a tak se první kroužky
vyrábí vesměs z oceli.

První kroužek má často prostý obdélníkový průřez,
nebo se vyrábí tzv. minutový (se zkosením 0,75

Motor 3 5.00/5 (100.00%) 2 votes


banner pro vstup do katalogu MJauto
Sdílejte: