Traktory a dopravní prostředky I I

Transkript

1 e e e Traktory a dopravní prostředky I I Interní učební text e Ing. Antonín Dolan, Ph.D. ČeeeeeeeeČeeeeeeeeeeee8

2 Úvod Předložený učební text je určen studentům Jihočeské univerzity v Českých Budějovicích, obor magisterského studia Zemědělská technika, obchod, servis a služby. Je zpracován podle sylabu předmětu Traktory a dopravní prostředky II. Slouží k osvojení teoretického základu, který je nutný pro praktická cvičení. Učební text obsahově zapadá do souboru skript a učebnic z oblasti motorových silničních vozidel. Jeho úkolem je seznámit posluchače s tímto oborem a získat přehled o technické terminologii. Osnova předmětu: 1. Rozdělení traktorů 2. Provedení traktorů 3. Provedení motorů 4. Spalovací motory 5. Pracovní oběh spalovacích motorů 6. Příslušenství spalovacích motorů 7. Paliva, palivový systém 8. Převodovky traktorů 9. Pojezdové ústrojí traktorů 10. Příslušenství traktorů, elektronika 11. Tahové vlastnosti 12. Pohyb vozidel v terénu 13. Zemědělské nákladní automobily 14. Manipulační a speciální dopravní prostředky Úkolem praktických cvičení je názorně seznámit posluchače s probíranou látkou a ověření znalostí písemnými testy a seminárními pracemi. Garant předmětu: Ing. Dolan Antonín, Ph.D.

3 Obsah: 1. Rozdělení traktorů a jejich historický vývoj Rozdělení traktorů Historický vývoj traktorů Vývoj v Čechách Světoví výrobci Volba traktoru Hlavní rozměry a parametry traktoru Rozdělení vozidlových motorů Vývoj konstrukce motorů Rozdělení spalovacích motorů Rozdělení pístových spalovacích motorů Další konstrukce pístových motorů Hybridní pohon Elektropohon u nákladních vozidel Elektropohon u traktorů Základní parametry a pojmy u spalovacích motorů Základní parametry spalovacího motoru Charakteristiky spalovacích motorů (tahových souprav) Základní části spalovacích motorů Blok motoru Válec Hlava válců Těsnění hlavy válců Kliková skříň Klikové ústrojí Kliková hřídel Setrvačník Píst Ojnice Rozvody Konstrukce rozvodů Uspořádání ventilových rozvodů Ventily Sedla ventilů 50 2

4 Pružiny ventilů Vedení ventilu Ventilová vůle Vahadla Zdvihátka Vačková hřídel Vačky Variabilní rozvody Plně variabilní rozvody Příslušenství spalovacích motorů Chladící soustava Kapalinové chlazení Vzduchové chlazení Mazací soustava Tlakové oběžné Palivová souprava Způsoby hoření paliva Systémy vstřikování u zážehových motorů Způsoby vstřikování benzínu Složení soustavy vstřikování benzínu Vstřikování paliva u vznětových motorů Sací a výfukový systém Elektrická soustava vozidla Akumulátory a baterie Alternátor a dynamo Spouštěč Přenos výkonu motoru na podložku Pojezdová spojka Převodovka Stupňovité řazení s přerušením přenosu přesuvnými koly Stupňovité řazení s přerušením přenosu přesuvnými kroužky Převodovky s omezeným počtem stupňů řazených pod zatížením Stupňovité řazení bez přerušení přenosu planetovým převodem. 80

5 5.2.5 Stupňovité řazení bez přerušení přenosu Power Shift Stupňovité řazení bez přerušení přenosu sekvenční převodovkou Stupňovité řazení bez přerušení přenosu dvouspojkovou.. převodovkou Stupňovité řazení bez přerušení přenosu tříspojkovou převodovkou Stupňovité řazení bez přerušení přenosu desetistupňovou automatickou převodovkou Direct Shift-10AT Stupňovité řazení bez přerušení přenosu Bezstupňové řazení hydrostatické Bezstupňové řazení hydrodynamické Bezstupňové řazení variátorem Bezstupňové řazení toroidním převodem Magnetická převodovka Elektrické převody Rozvodovka Koncový převod Pohon všech kol Brzdy Rozdělení brzdových soustav Odpružení náprav Pneumatiky a pásy Zemědělské pneumatiky Pásové podvozky Bilance výkonů a jízdní vlastnosti vozidla Pro nerovnoměrnou rychlost do svahu Pro rovnoměrnou rychlost po rovině Výkon ztracený mechanickými ztrátami Výkon ztracený prokluzem Výkon na překonání odporu valení Výkon na překonání stoupání Výkon na překonání odporu vzduchu Výkon ztracený zrychlením (zpomalení) Kinematika vozidla Vozidlo na půdě 112 4

6 6.11 Jízdní vlastnosti vozidel Geometrie směrového řízení Řízení pásových podvozků Optimální tahová souprava Paliva a maziva Uhlovodíková paliva z fosilních zdrojů kapalná Uhlovodíková paliva z fosilních zdrojů plynná Uhlovodíková paliva z biomasy Vodík Nitro Maziva a mazadla Elektronika ve vozidlech Čidla ve vozidlech Teploměry Snímače tlaku Snímače proudění Měření chemického složení Měření vibrací Měření zrychlení a zpomalení Senzor deště Zemědělská doprava Mechanické dopravníky Skluzy Válečkové trati Vibrační žlaby Šnekové dopravníky Pásové dopravníky Článkové dopravníky Korečkové dopravníky Pneumatické dopravníky Doprava kapalin Faremní vodovod Doprava kapalin po ose Doprava krmiv Krmní skotu 142 5

7 9.4.2 Krmení prasat Krmení drůbeže Doprava výkalů Seznam použité literatury

8 1. Rozdělení traktorů a jejich historický vývoj Mobilní energetické prostředky v zemědělství (MEP) se rozdělují do třech základních skupin. Jsou to traktory, samojízdné stroje a nákladní automobily. Mobilní energetický prostředek má svojí charakteristickou koncepci (složení). Má vlastní zdroj energie a mechanické práce - motor s příslušenstvím, dále převody, směrové řízení, pojezdové ústrojí a místo obsluhy. 1.1 Rozdělení traktorů Hledisek pro rozdělení traktorů může být celá řada. Mezi hlavní kritéria bych zařadil rozdělení dle druhu pojezdového ústrojí (kolové až 95%, pásové a polopásové), dle počtu náprav (1, 2 i více p. Dvořák prototypy Vichr a Bouře a Fendt Trisix), dle počtu kol nebo pásů (jedno a dvě hobby, zahradnictví, parky, pásové, tři, čtyři, nejčastěji přední menší a řízená, zadní hnací - univerzální traktor, nebo stejně velká, pět a více - stavebnicové konstrukce), dle způsobu řízení (ruční směrování, natáčení kol jedné nápravy, natáčení kol dvou náprav, natáčení kol více náprav, kloubové, směrové brzdy a spojky), dle druhu rámu (bezrámový samonosný, polorámový, rámový, dělený rám, portálový a mostový), dle koncepčního uspořádání -provedení (jednoosá motorová jednotka, rider, malotraktor, univerzální standardní traktor, systémový traktor - nosič nářadí, mobilní manipulátor a speciální traktor - kultivační, viniční, horský, lesní, stavební ). U tohoto rozdělení se objevila v poslední době celá řada nepřesností, zřejmě v souvislosti snahy prodejců a některých rádoby znalců o poangličtění zavedených názvů (nebo chybného překladu). Jedná se zejména o rozdíl mezi riderem a malotraktorem a někteří uvádí i jako koncepci orební traktor. Rider (viz obrázek č. 1) je ze své definice jednoosá motorová jednotka s možností sezení (viz klasická scéna z filmu Slavnosti sněženek s komentářem: To je dost dědku, že jsi nás vyvezl na výlet), kdežto malotraktor je čtyřkolový traktor s výkonem motoru do 30 kw. Orební traktor existoval možná v době parních strojů, nebo počátcích mechanizace polních prací. Dnes jsou traktory, které se používají k orbě zcela shodné s univerzálními traktory (nikdy se nepoužívají pouze a výhradně jen k orbě). Obrázek č. 1 - Rider 6

9 Další hlediska rozdělení traktorů mohou být dle energetického zdroje (parní, zážehový, plynový vznětový motor i s přeplňováním, elektrický pohon, nebo kombinovaný - hybridní a alternativní), dle pohonu kol a náprav (na jedno kolo jedné nápravy, na dvě kola jedné nápravy 2 WD Wheel Drive, na čtyři kola dvou náprav 4 WD, na více kol různých náprav 6, 8 WD a kombinované), dle směru pohybu (jednosměrný vpřed s možností couvání, dvousměrný vpřed i vzad - reverzace) a dle výkonu motoru (do 30 kw malotraktory, kw nízké výkony, kw střední výkony, kw vysoké výkony, kw velmi vysoké výkony a nad 220 kw extrémně vysoké výkony). 1.2 Historický vývoj traktorů Souvisí s vývojem spalovacích motorů po roce U traktorů objevují po roce 1920 (benzínové a na petrolej), do té doby parní stroje s kovovými koly (pouze na pole), ale již mají vývodový hřídel pro pohon nářadí. V 30. létech 20. století se objevuje použití vznětového motoru, pneumatik (již na cestách v dopravě) a tříbodového závěsu pro ovládání nářadí hydraulikou. V 40. létech se objevilo použití vzduchových brzd pro přívěsy, v 50. létech se zvyšují výkony motorů a použití řazení pod zatížením, v 60. létech další zvyšování výkonů, pohon přední nápravy, radiální pneumatiky, důraz již i na ergonometrii a bezpečnost, v 70. létech motory s přeplňováním a mezichladiči, přední tříbodový závěs a vývodový hřídel, v 80. létech se zvyšuje pojezdová rychlost, odpružení kabiny, klimatizace a počátky elektroniky, v 90. létech pak nástup palubních počítačů, ohledy na emise výfukových plynů, snižování spotřeby paliva a vysoké výkony motorů. 1.3 Vývoj v Čechách První zmínka pochází z května 1851, kdy p. Bauer předvedl samojízdné parní pluhy v Židlochovicích u Brna. Před 1. světovou válkou se již objevují motorové pluhy a traktory továrny Laurin & Klement a Praga. Po 1. světové válce jsou to již motorové pluhy s možností pohonu mlátičky. Ve 20. létech byl uskutečněn dovoz amerických traktorů Fordson a John Deere. V roce 1926 vznikl první Český traktor Škoda Plzeň značky HT 30 (30 HP - viz obrázek č. 2). Obrázek č. 2 Traktor Škoda HT30 7

10 Konec 20. let Kolben a Daněk traktory Praga AT 25, Wichterle a Kovařík Prostějov Wikov 22 a 32 na petrolej a Wikov diesel 22-35, V 30. létech p. Svoboda v Kosmonosech u Mladé Boleslavi. Konec 30. let a počátek 40. let univerzální kolový traktor Škoda 30 (nejrozšířenější po 2. světové válce). Po 2. světové válce německá výroba a v rámci akce UNRRA dovoz z USA John Deere, Farmell, Massey - Herris a Ferguson. První prototyp Františka Musila (v soutěži porazil Škodu) vznikl již v roce 1945, sériová výroba traktorů model Zetor 25 (o názvu se vedou diskuze) byla zahájena roku 1946 ve Zbrojovce Brno (dvoulitrový dvouválec o výkonu 26 HP při ot.min -1 ), v roce 1948 Zetor 15 jako jednoválcový motor o výkonu 15 HP se šestistupňovou převodovkou (vyrobeno ks), (viz obrázek č. 3). Obrázek č. 3 Traktor Zetor 15 Od roku 1951 v nové továrně v Brně Líšni Zetory 25 A a 25 K (viz obrázek č. 4). Do roku 1962 se vyrobilo více než ks, ztoho na vývoz. Obrázek č. 4 Zetor 25 K V roce 1949 vznikl prototyp Zetor 30, základ pro Zetor 35 z roku 1955 (čtyřválec o výkonu 42 HP a čtyřstupňová převodovka, vyrobeno ks) a modernizované provedení Zetor 50 až do roku

11 Unifikovaná řada UŘ I (jako první na světě) se objevila v roce 1957 s typy 20, 30 a 4011 s dvou, tří, a čtyřválcovými motory (vysoká unifikace dílů, modifikace pro vinice, s přední poháněnou nápravou, polopásové provedení a pro horské oblasti až do roku 1967, vyrobeno více než ks). První modernizace unifikované řady 1 byla v letech , v roce 1972 druhá, třetí v letech s typy 49, 59 a 6911 (i v provedení s pohonem přední nápravy, polopásové, kloubové nebo úzké pro vinice), čtvrtá v letech s typy 50, 60 a 7011 (s novým moderním designem), pátá v roce 1984 s typy 52, 62 a 7211, v roce 1986 šestá s typy 7711 a 7745 (s maximální rychlostí 30 km.h -1 ). Unifikovaná řada UŘ II vznikala od roku 1962 (vývojové středisko Zetor a Ursus pro vyšší výkony HP (první na světě s bezpečnostní uzavřenou kabinu na silentblocích, hluk pod 85 db byl světový rekord), v roce 1968 zahájena výroba typů 80, 100 Crystal, 1975 šestiválce i 45. Rok 1979 je rekordní co do počtu vyrobených kusů Crystal Turbo. V 80. letech byla výroba přesunuta do ZŤS Martin a dvakrát modernizována. V roce 1983 bylo na severoamerický trh dodáno ks. Unifikovaná řada UŘ III začala být sériově vyráběna od roku 1992 s typy 7520, 7540, 8520, 8540, 9520, 9540, s výkonem HP, 60,2-75,7 kw. V roce 1998 modernizace traktorů Forterra 8621, 8641, 9621, 9641, a 11641, v roce 2002 modernizace na modely 8641, 9641, a 1144 a 2004 model Proxima HP, 47,6-70,3 kw, v roce 2007 Forterra se čtyřválcovým motorem HP, 70,3-100,2 kw, v roce 2009 Maxterra výkonnostní kategorie 130 až 170 HP, 90,6-125 kw a od roku 2013 Major 60 a 80 61,5 a 75,3 HP, 45 a 55,4 kw. Na výstavě Agritechnica v Hannoveru 2015 předvedena studie ve spolupráci se studiem Pininfarina (viz obrázek č. 5), modelová řada Major a šestiválcový Crystal 144 nebo 163 HP, 106,1-120,1 kw. V tomto roce Zetor vyrobil a dodal celkem přes ksusů traktorů. Obrázek č. 5 Studie Zetor Pininfarina V roce 2017 byli modely Proxima, Proxima Plus a Proxima Power, přejmenovány na Proxima CL, Proxima GP a Proxima HS, byla dosažena emisní norma Stage IV - kombinace technologií DOC katalyzátoru (dieselový oxidační katalyzátor), aktivního DPF filtru (filtru pevných částic) a systému SCR (selektivní katalytické redukce). Model Major HS byl představen ve Velké Británii na výstavě LAMMA 17, motor je čtyřválec TCD 2.9 L4 od společnosti Deutz AG 55 kw (75 HP), převodovka má 24 rychlostí vpřed a 12 rychlostí vzad, maximální rychlosti 9

12 40 km.h -1 (o 10 vyšší oproti základnímu modelu CL). Hydraulika je s mechanickou regulací, zvedací síla až 33 kn, plynulá regulace spouštění, uzamknutí v transportní poloze. Traktor má polohovatelný sloupek řízení, novou přístrojovou desku a pohodlnější sedadlo s horizontálním natáčením, dále sedadlo pro spolujezdce a větší počet úložných prostor. Společnost se v roce 2017 v divizi Zetor Ingeneering zaměřuje i na vojenskou techniku - Zetor Wolfdog (viz obrázek č. 6). Obrázek č. 6 Zetor Wolfdog Na největší Evropské výstavě zemědělské techniky Agritechnika 2017 v Hannoveru představil Zetor dva chystané modely malých traktorů, modelové řady Utilix a Hortus výkonové kategorie do 70 HP (29 51,5 kw). Vyrábět je bude jihokorejský koncern TYM Tractor od roku 2018 ve čtyřech provedeních - Utilix modely HT 45 a HT 55 čtyřválce Caterpillar/Perkins o objemu 2,2 l a Hortus modely CL 65 a HS 65 čtyřválce Deutz o objemu 2,9 l. Byl představen i nový design pro řadu Major ve spolupráci se studiem Pinifarina (na trh v polovině roku 2018). Zatím byly odsunuty plány na uvedení silnějších traktorů (celosvětový propad). Této výstavy se z ČR účastnily i společnosti Tatra, Agrio a Farmet. Mezi hlavní úspěchy tradičního výrobce zemědělské techniky v roce 2017 patří úspěšný vstup na řadu nových trhů, mezi které patří Zambie, Keňa, Filipíny, Uzbekistán a další. Aktuálně značka Zetor působí již v 57 zemích světa. Pozornost nyní upírá zejména na Austrálii a Nový Zéland, východní Afriku, Blízký východ. Počátkem října byla podepsána na Mezinárodním strojírenském veletrhu v Brně první dohoda mezi společností Zetor Tractors a.s. a ruskou společností Kovrov Electro Mechanical Plant (KEMP) na dodávku 450 sad traktorů do Ruska v roce Koncem listopadu se v Moskvě při podpisu nového dokumentu dále prohloubila spolupráce. Ruský partner odebere v následujících čtyřech letech až 6000 sad modelových řad traktorů a motorů Zetor. Finanční objem spolupráce je odhadován do výše 550 milionů eur. 1.4 Světoví výrobci Agco od roku 1990, zahrnuje Deutz, Hesston, Massey, Fendt, Caterpillar, Valtra, Sisu, Belarus - od roku 1946 největší výrobce přes 3,5 milionu kusů, Case - od roku 1842, v roce 1910 první traktor, druhý největší výrobce, od r International Harvester, 1999 koupili New Holland, Caterpillar - od roku 1890, Deutz - od roku 1907, 1989 v Agco, Fendt - od roku 1928, nejvíce v SRN, 1997 v Agco, Ferguson - od roku 1884 do 1960, tříbodový závěs a hydraulika, Ford - od roku 1928 s Fergusonem, 1985 ho koupil New Holland, od % Fiat a zbytek Fiat Agri, 1999 Case IH, JCB Joseph Cyril Bamfort od roku 1945, první sklápěcí přívěs 10

13 a radlice a hydraulické rameno, Fastrac, John Deere - od roku 1825 pluhy, 1915 traktor, dnes nejprodávanější ve Světě, Lamborghini - od roku 1949, dřív než auta, 1972 do Same, Landini - od roku 1884, nejstarší Italský traktor 1925, Lanz - od roku 1860, 1956 John Deere, Massey - od roku 1847, 1953 s Fergusonem, od 1991 v Agco, McCormick - od roku 1902, 1999 do Case, New Holland každý pátý na Světě, Renault - od roku 2003 v Claas, Same - od roku 1942 v Itálii, první diesel 4x4, pak Deutz a Agco, Steyer - od roku 1864, od 1996 v Case IH. 1.5 Volba traktoru Závisí na velikosti podniku a jeho výrobním zaměření, velikosti a přístupnosti pozemků, velikosti využití (odpracované hodiny za rok), pořizovací ceny a předpokládané doby používání, dále agregace (vhodnost nářadí a strojů) a v neposlední řadě dle kvality a dostupnosti servisu. 1.6 Hlavní rozměry a parametry traktoru Z rozměrů jsou nejdůležitější celková délka, celková šířka, celková výška, rozvor, rozchod, umístění tažného bodu, poloha těžiště a rozměry kol a pneumatik. Do parametrů patří zejména druh vozidla, tovární značka, typ, výrobce, rok výroby, celková hmotnost, zdvihový objem motoru, počet válců a výkon motoru. 11

14 2. Rozdělení vozidlových motorů Spalovací motor je nejrozšířenější energetický prostředek pro všechna odvětví národního hospodářství (doprava, zemědělství, lesnictví, stavebnictví, těžký průmysl, letectví, lodě, armáda et c.). Spalovací motor je definován jako tepelný hnací stroj, ze kterého se odebírá mechanická energie, získaná termochemickým uvolněním tepelné energie z paliva tak, že se zvýší teplota a tlak uvnitř spalovacího prostoru. Zvýšeným tlakem plynů se při expanzi koná práce, tepelná energie se mění na mechanickou práci (posuvný pohyb pístu ve válci a jeho přenos přes klikový mechanizmus na točivý). Pracovní proces spalovacího motoru spočívá v tom, že se určité množství vzduchu se smísí s určitým množstvím paliva, tím vzniká zápalná směs, ta se stlačí a vhodným způsobem zapálí a při výbuchu (expanzi) shoří. Uvolněná tepelná energie z paliva zvyšuje teplotu a tlak plynů a ten působí na pohybové ústrojí motoru, které vytváří užitečný výkon nebo tah. 2.1 Vývoj konstrukce motorů V roce 1857 Ital Eugenio Barsanti ve Florencii dokončil svůj plynový motor poháněný směsí. Následně v roce 1860 Belgičan Jean Etienne Lenoir sestrojil plynový motor na principu dvoutaktu Němec Nicolaus August Otto na Světové výstavě v Paříži představil dvoudobý jednočinný plynový motor s klikovým ústrojím a tzv. křížákem (druh rozvodového mechanizmu) patentoval Otto plynový čtyřdobý motor, který dopracovali zaměstnanci jeho firmy Gasmotoren - Fabrik Deutz Aktiengesellschaft Gottlieb Daimler (1880 odešel a nahradil plyn benzínem) a Wilhelm Maybach. Francouz Beu de Rochas patentoval podobný motor již v roce 1862, ale žádný nepostavil. Stejný rok 1875 Anličan Clerk předvedl dvoudobý motor s výfukovými otvory ve válci a pístovým dmychadlem. V 80. letech 19. století Němci Daimler, Maybach a Benz uvedli rychloběžné benzínové motory a jejich použití ve vozidlech. Konec 80. let Němec Diesel sestrojil motor na těžká paliva se zapalováním pomocí kompresního tepla (vznětové). Dodnes probíhá neustálý vývoj a modernizace všech konstrukcí spalovacích motorů, snad kromě velkých leteckých pístových motorů a stacionárních motorů na vysokopecní a koksárenský plyn. Staví se jako jednočinné a víceválcové (to umožňuje zvýšení otáček a dosáhnout lepší poměr výkonu k hmotnosti motoru). Mohou být stojaté, ležaté i šikmo položené dle potřeby. Odlišné konstrukce bez klikového mechanismu se neosvědčily nebo není dokončen jejich vývoj. Vývoj v Čechách lze datovat od roku 1870, kdy se začaly objevovat první motory. Roku 1887 v Adamově a následně firmy Laurin & Klement, Walter, Tatra, Praga, Českomoravská strojírna Kolben a Daněk. 2.2 Rozdělení spalovacích motorů Dle způsobu přenosu tepelné energie se dělí na motory s vnějším spalováním (energii přenáší pára, vzduch, nebo plyny - parní motor, Stirling) a s vnitřním spalováním (pracují přímo produkty spalování - pístové motory, proudové a turbíny). Dle kontinuality procesu hoření jsou s přerušovaným procesem (pístové motory s vratným nebo rotačním pohybem pístu využívající dynamickou energii 12

15 spalin) a s kontinuálním procesem (lopatkové motory, turbíny využívající kinetickou energii spalin). Dle pohybu pístu jsou s přímočarým vratným pohybem (dvou a čtyřdobé), s rotačním pohybem (rotor s otáčením kolem pevné osy - turbíny a proudové, nebo osa koná kruhový pohyb - Wankel). Dle principu činnosti se může jednat o motor zážehový (stlačuje se palivo a vzduch a směs se zapaluje elektrickou nebo laserovou jiskrou, směs se tvoří vně válce, nebo se může i palivo vstřikovat), nebo vznětový (stlačuje se čistý vzduch a palivo se vstřikuje do válce, směs se tvoří pouze ve válci, zapálení samovznícením kompresním teplem). Obě konstrukce mohou být řešeny jako dvoudobé (každý druhý takt je pracovní), nebo čtyřdobé (každý čtvrtý takt je pracovní). 2.3 Rozdělení pístových spalovacích motorů Dle druhu používaného paliva buď na kapalná paliva (benzin, petrolej, nafta, mazut, líh, estery masných kyselin a zkapalněné plyny LPG Liquided Petroleum Gases), nebo plynná paliva (propan-butan, zemní plyn CNG Compressed Natural Gases, dnes i LNG - Liguid Natural Gases, nebo bioplyn). Existují také vícepalivové motory, např. PB - benzín, nebo metan - benzín s plynulým přechodem mezi palivy. Dle tvoření směsi s vnější tvorbou ve směšovači, karburátoru nebo vstřikování do sacího potrubí a s vnitřní tvorbou vstřikem do stlačeného vzduchu. Dle způsobu činnosti je dvoudobý, kde sání, komprese, expanze a výfuk probíhá během dvou zdvihů pístu, tj. jedné otáčky klikové hřídele, cyklus probíhá pod i nad pístem (dvojčinný píst), hrany otevírají a zavírají sací a výfukové kanály (mohou mít i ventily), nebo čtyřdobý, kde cyklus probíhá za dvě otáčky klikové hřídele, sací a výfukové ventily jsou ovládané vačkovou hřídelí, případně pneumaticky nebo magneticky. Dle zapálení směsi se dělí na zážehové (zažehnutí směsi jiskrou), vznětové (vznícení kompresním teplem), nebo kombinace (vznětové motory na plynná paliva, kde se vstřikuje malá dávka paliva do směsi vzduchu a plynu, nebo diesel na benzín Mazda SkyActiv-X systém HCCI - Homogenous Charge Compression Ignition, nebo SPCCI -Spark Controlled Compression Ignition - kontrola zapálení svíčkou). Dle způsobu plnění válce se dělí na atmosférické (přirozené sání pod tlakem při pohybu pístu z HÚ do DÚ), přeplňované (dmychadlem od výfukových plynů turbo, nebo mechanicky - kompresor) a s vyplachováním (u dvoudobých). Dle výměny směsi ve válci se dělí na souproudé (směr pohybu směsi nebo vzduchu a spalin má stejný směr) a protiproudé (opačné směry, písty i s deflektory, nasměrované kanály, menší únik směsi do výfuku, ventily na stejné straně hlavy nebo na opačných stranách - příčná protiproudá výměna). Dle počtu pracovních ploch pístu se dělí na jednočinné a dvojčinné. Dle počtu a uspořádání válců se dělí na jednoválcové nebo víceválcové, uspořádané jako řadové (svislé nebo skloněné), ležaté (boxer), dvouřadé (V) a třířadé (W). Číslování válců se provádí od protilehlé strany odběru výkonu a víceřadých od levé řady. Pořadí zapalování nebo vznětu (pootočení kliky mezi dvěma po sobě jdoucími zápaly nebo vzněty) jsou u řadových 4 válců 1342, nebo 1243, u řadových 5 válců 12453, nebo 15234, u řadových 6 válců , , , 13

16 nebo , u motoru do V 4 válec 1342, do V 6 válec , nebo , u do V 8 válec , nebo , u do V 10 válec , u boxera 4 válec 1432, 6 válec a u trojitého W 18 válec Zajímavostí je např. benzínový třicetiválec Chrysler A57 Multibank, který měl pět řad válců po šesti, 20,5 litru objemu, pět klikových hřídelí napojených ozubenými koly do planetového soukolí. Byl vyvynutý v roce 1941 pro tanky M3A4 Lee VI, hmotnost kg, výkon 476 HP při otáčkách a N.m. Dále pak z našich končin vzduchem chlazený osmnáctiválec Tatra jehož prototyp V 955 sestrojil Hans Ledwinka pro F. Porscheho do tanků Tiger. Jednalo se o třířadý motor po šesti válcích (z Tatry 111), objem cm 3, vrtání 110 mm a zdvih 130 mm, výkon 250,2 kw (340 HP). Jeden exponát je uložen v muzeu Tatra Kopřivnice. Downsizing (snižování zdvihového objemu motorů nejčastěji snížením počtu válců) je trend kterým se vydali výrobci ve snaze snížení emisí a spotřeby paliva. Kladem tohoto řešení je, že kliková hřídel není plochá ale pootočená po 120. Tím má menší velikost, menší hmotnost, menší vnitřní tření, menší spotřebu paliva a emise Naopak je větší Mk při stejném objemu jako čtyřválec (větší vrtání). Záporem jsou podélné vibrace (na jedné straně je vždycky větší síla směrem nahoru a na druhé je menší síla dolů, zážeh nastane každých 240 rotace klikové hřídele). Motor jde pak pomaleji do otáček. Dle rychloběžnosti se dělí na pomaloběžné (střední pístová rychlost do 6,5 m.s -1 ) a rychloběžné (nad tuto hranici). Běžné vozidlové mají tuto rychlost m.s -1. Dle chlazení se dělí na chlazené kapalinou, vzduchem nebo kombinované. Dle zdvihového poměru se dělí na krátkozdvihové podčtvercové, kde poměr zdvihu a průměru < 1 (vysoké otáčky), čtvercové, kde zdvih = průměr a dlouhozdvihové nadčtvercové, kde poměr zdvihu a průměru > 1 (nižší otáčky, ale nižší tepelné ztráty). Dle konstrukce rozvodů jsou to s ventilovými rozvody (SV - Side Valve, OHV - Over Head Valve, OHC - Over Head Camshaft Valve, SOHC Single, DOHC Double a IOE - kombinace OHV a OHC), šoupátkovými, kanálovými, smíšenými (kanál - ventil) a zvláštní případ ventilového - desmodromický rozvod Ducati. Dle pohonu rozvodů se dělí na rozvody s pohonem mechanickým, hydraulickým, pneumatickým, nebo elektromagnetickým. Dle počtu ventilů na válec 2, 3, 4, 5 i více (pro lepší výměnu náplně válce). 2.4 Další konstrukce pístových motorů Klasická je konstrukce s klikovým ústrojím, další známou je konstrukce s rotačním pístem (Wankel). Motor Stirling je motor s vnějším spalováním, dvoupístový pro jeden válec, s přímočarým pohybem pístů, místo klikové hřídele je speciální Rhombický mechanismus (viz obrázek č. 7) 14

17 Obrázek č. 7 Motor Stirling, pozice 2 stlačovač, 3 pracovní píst, 4 a 5 pístnice, 6 rhombický mechanizmus, 7 kliky, 8 hřídele spojené ozubenými koly 9, 10 horký prostor, 11 studený prostor, 12 spojovací kanál, 13 regulátor, 14 chladič, 15 - ohřívač a - písty v krajních polohách, pracovní plyn ve studeném prostoru 15

18 b stlačovač v HÚ, pracovní z DÚ do HÚ a stlačuje plyn při nízké teplotě kolem 70 C c pracovní zůstává v HÚ a stlačovač z HÚ do DÚ a tím přetlačuje plyn kanálem přes chladič, regenerátor a ohřívač do horního horkého prostoru. V regenerátoru se plyn ohřeje na 600 C a v ohřívači ještě o 100 C více 16

19 d v horním prostoru plyn expanduje a stlačuje oba písty do DÚ, pracovní zůstane v DÚ a stlačovač do HÚ tlačí plyn zpět kanálem do studeného. Plyn předá část tepla regenerátoru a ochladí se v chladiči na původní teplotu. Regulace výkonu motoru je množstvím paliva v ohřívači a množstvím pracovního plynu. Výhodou je vyšší objemový výkon (tlak na píst je trojnásobný oproti klasickému pístovému), vyšší tepelná účinnost 35-45%, spalovat lze jakékoliv palivo, dokonalé spalování Přebytek vzduchu), bez emisí, tišší chod bez hluků spalování ve válci. Nevýhodou je složitá konstrukce a nízké otáčky. Motor s axiálními písty má uspořádání pístů do kruhu a klikový mechanizmus je nahrazen speciálním excentrickým mechanizmem (viz obrázek č. 8) Obrázek č. 8 Motor s axiálními písty Tento motor má velmi tichý a klidný chod (odpadají velké setrvačné hmoty klikové hřídele a setrvačníku). Stelzerův motor (s létajícími písty) má oba písty propojeny pevnou pístnicí proměnlivého průřezu a nese uprostřed přepouštěcí píst. Přepouštěcí píst rozděluje nasávanou palivovou směs vždy pro jeden z dvou spalovacích prostorů (viz obrázek č. 9). 17

20 Obrázek č. 9 Stelzerův motor Výkon není převáděn mechanicky, ale je nutné další zařízení, tento motor má o třetinu nižší spotřebu paliva oproti klasickému motoru se stejným zdvihovým objemem. Motor Königsegg používá otvírání ventilů pneumatickými motorky a každý ventil má svůj vlastní motorek s vlastním ovládáním. Lze odstavit jeden, dva, tři válce nebo otvírat u některých válců třeba jen jeden sací ventil místo obou (viz obrázek č. 10). Obrázek č. 10 Motor Koenigsegg Motor Honda s proměnlivým zdvihovým objemem má u každého válce jiný zdvih a lze je libovolně vypínat a zapínat (tří až šestiválcové motory). Nevýhodou, je, že při nepracovních otáčkách vypnutých válců taháme zbytečně moc železa. Motor s proměnnou kompresí Infiniti vychází z toho, že vysoký kompresní poměr může způsobovat detonační hoření. Tento motor má proto v jedné krajní fázi kompresní poměr 14:1 a ve druhé 8:1. Změna je konstrukčně řešena tak, že na středové ose klikové hřídele je vlastně nasazeno pohyblivé rameno, jehož pozice je stavěna pomocí sekundární ojnice upevněné ke stavěcí hřídeli. Ta je ovládána speciálním servomechanismem. U motoru Toyota změna kompresního poměru probíhá v ojnici (hydraulicky ovlivnitelná délka). Proč se konstruktéři snaží o měnitelný Vz (Ɛ)? S rostoucím kompresním poměrem vzrůstá tepelná účinnost ηtep, ale přírůstek je při jeho zvyšování stále menší. Nejrychleji dochází k jejímu zvyšování při nízkých hodnotách kompresního poměru. Mechanická účinnost ηm se zvyšujícím se kompresním poměrem mírně klesá (zvyšování tření v uložení pohyblivých částí). Celková účinnost ηc je dána součtem tepelné a mechanické účinnosti. Vysoký kompresní poměr klade u zážehového vyšší 18

21 nároky na oktanové číslo paliva (samozápaly) motor nabízí vysoký výkon, ale vysokou spotřebu paliva, v částečném zatížení vykazuje hospodárnost. Nízký kompresní poměr je žádoucí u motorů s předpokladem vysokého zatížení, při nízké a střední zátěži vykazuje vysokou spotřebu, při vysoké je hospodárný (sportovní vozy, jízda mimo město). Již v 80. letech tento problém řešila automobilka Saab s motorem SVC (Saab Variable Compression), který umožnil plynule měnit kompresní poměr od 8:1 do 14:1. Změna byla docilována naklápěním hlavy válců vůči bloku až o 4º. K naklápění hlavy se využíval pomocný elektrohydraulický mechanismus v bloku. V roce 1986 tento problém řešil také Mercedes-Benz motorem DiesOtto, který použil v roce 2008 ve vozidle F 700. Jednalo se o turbodmychadlem přeplňovaný řadový čtyřválec o objemu 1,8 litru s proměnným časováním, variabilním kompresním poměrem a přímým vstřikováním benzínu. Výkon byl 175 kw, maximální točivý moment 400 N.m při spotřebě 5,3 l km. Při jeho spouštění a plném zatížení využíval zážehového principu spalování, v režimu částečné zátěže a při nízkých a středních otáčkách přešel plynule (během jednoho pracovního cyklu) na vznětový princip spalování. Změna kompresního poměru byla docilována hydraulicky změnou výšky pístu (zdvojený píst). Skupina MCE-5 z automobilek PSA a Toyota v roce 1997 přišla s motorem VCRi (Variable Compression Ratio inteligent). V roce 2009 byl použit v typu Peugeot 408 o objemu 1,5 litru se spotřebou paliva 6,5 litru, výkonem 162 kw a maximem točivého momentu 420 N.m. Měl výrazně kratší ojnice, jedno oko připevněno ke klikovému hřídeli, druhé ke speciálnímu vahadlu. Píst nepůsobil přímo na ojnici, ale na vahadlo a jeho natáčením docházelo k plynulé změně jeho zdvihu. Nanomotory zkoumají výherci Nobelovy ceny za chemii za rok Vychází se z principů jak dát molekuly uměle do pohybu (pomocí kvantových jevů viz obrázek č. 11). Sauvage již v roce 1983 spojil prstencové molekuly do jednoduchého řetězce, Stoddart kontroloval pohyb molekul v jednoduchých drahách a vyvinul nanostroj schopný se točit 720 miliony otáček a roztočit skleněný válec, který je krát větší než použitý motor. Obrázek č Nanomotor Obecně pro silniční vozidla dnes používají nejvíce spalovací pístové motory vznětové i zážehové, ale začínají se z důvodů snížení emisí výfukových plynů uplatňovat i elektromotory (jak ekologicky ale byla vyrobena elektřina na jejich dobíjení????), případně jejich kombinace, označovaná jako hybridní pohon. O problematice konce používání fosilních paliv se hovořilo již v době, kdy jsem seděl v lavicích jako vy dnes a dosud se toho velmi málo změnilo (stále jsou zásoby na 30 19

22 50 let). Problém vidím zejména v globálním byznysu (proč by se zajímali o ekologii nebo spalování vodíku, když se petrodolary jen sypou). O emisní zátěži životního prostředí ze spalovacích motorů, resp. celkově z dopravy se vedou v poslední době ohnivé diskuze. Jako argument uvádím tabulku emisních látek dle EK za roky (viz tabulka č. 1). Tabulka č. 1 - Emisní látky v EU Z grafů je zřejmé (i z grafu pro dopravu Transport), že téměř všechny hodnoty klesají. Myslíte, že je to tím, že se počet automobilů, nebo přepraveného zboží snížil? Ať se to ekofanatikům, nebo elektromobilistům líbí nebo ne, je to úplně něčím jiným. Zejména novými technologiemi na snižování emisí NO x a prachových částic PM (Particulate Mater) u spalovacích motorů (předpisy Euro 5 a Euro 6) a snižování emisí u průmyslových zdrojů (IPPC Integrated Polution and Prevention Control a z ní vyplývající emisní limity). Pozornost je třeba zaměřit trochu jinými směry (lokální vytápění, výroba elektřiny, prachové částice z brzd a pneumatik). 20

23 Společnost Emission Analytics z USA otestovala přes 500 aut pomocí zařízení na zádi, kdy reálně změřila emise všech typů škodlivých plynů a opravdovou spotřebu paliva. Každé vozidlo jelo trasu o délce 140 kilometrů s jízdou po dálnici, městem, do kopce i z kopce a se zapnutou i vypnutou klimatizací. Z měření vyplynulo, že zázračný vliv na spotřebu se nekoná například u aktivních klapek v přední masce a systému stop start. Reálnou úsporu přinášejí účinnější převodovky s vyšším počtem rychlostí, snižování hmotnosti vozů a volba pneumatik o rozumném rozměru. Motory o zdvihovém objemu mezi dvěma a třemi litry oproti roku 2013 spotřebují o 8% více paliva, u motorů nad tři litry spotřeba o 8% klesla, do dvou litrů objemu se spotřeba nezměnila (kde je Downsizing???). Turbomotory s objemy hluboko pod dva litry jsou úsporné jen při velmi pomalé jízdě, jakmile se začne využívat výkon, jsou daleko méně úsporné než větší atmosférické motory. Nejvíce se vyplatí zmenšit atmosférický motor z objemu přes dva litry na rovný dvoulitr a přidat turbo. Klasické hybridy s pomocným elektromotorem a malým akumulátorem mohou opravdu výrazně snížit spotřebu i emise. 500 ccm na válec a nadčtvercová spalovací komora je pro motory s vnitřním spalováním ideální. Minimalizuje se u nich poměr povrchu k objemu, když se píst blíží horní úvrati (menší tepelné ztráty). BMW proto používá tříválce 1,5 l, řadové šestiválce o objemu 3,0 l a čtyřlitrové V8. Mercedes i Audi pak i u vidlicových motorů 5,0 l V10, 6,0 l V12 a 8,0 l W16. Dvoulitrové čtyřválce jsou nejdominantnější pohonnou jednotkou u aut ve středním proudu trhu, s přeplňováním se dostaneme na potenciál třílitrového atmosférického šestiválce. Vládní agentura USA zveřejnila předpokládaný vývoj silničních vozidel podle jejich druhu, používaného paliva a přepravní vzdálenosti (viz obrázek č. 12). Obrázek č. 12 Vývoj silničních vozidel Z tohoto obrázku je zřejmé, že elektromobily budou používány na krátké vzdálenosti pro osobní dopravu (zejména ve městech). Na střední vzdálenosti pak budou používány hybridní osobní automobily s palivy jak z fosilních zdrojů, tak biopaliv a syntetických paliv. Dálková a hromadná osobní doprava pak bude zabezpečena vozidly poháněnými vodíkem z palivových článků. 21

24 2.5 Hybridní pohon Kombinuje se zde pohon spalovacím motorem a elektromotorem. Dle uspořádání spalovacího motoru a elektromotoru se dělí na: - sériový, - paralelní a - kombinovaný. Dle spalovacího motoru a uložení elektrické energie: - strong hybrid, - medium hybrid, - micro hybrid, - plug-in hybrid, - Mild Hybrid. Sériový hybrid - spalovací motor pohání generátor střídavého proudu, ten jej dodává přes invertor do trakčního akumulátoru. Pohon zajišťuje elektromotor, kola jsou poháněna přes redukční převod bez klasické převodovky (chybí). Používá se např. u diesel-elektrických lokomotiv, Opel Ampera, Chevrolet Volt. Paralelní hybrid - spalovací motor pohání vozidlo přes klasickou převodovku a redukční převod (větší rozsah otáček). Elektromotor pohání kola pouze přes redukci. Elektromotor i generátor jsou v jedné jednotce (jednoduchý). Použit např. Honda IMA (Integrated Motor Assist), BMW 7 Seties Active Hybrid. Kombinovaný hybrid je nejkomplikovanější a tím také nejdražší. Hnací nápravu roztáčí spalovací motor nebo elektromotor, a nebo také oba dohromady. Spalovací motor, motor - generátor a elektromotor se stýkají v jediném uzlu - hybridní převodovce (planetové ústrojí se třemi -Toyota HSD, nebo čtyřmi - Ford Mondeo HEV satelity). Umožňuje nejlépe rozličné jízdní režimy, má nejlepší předpoklady pro jízdu čistě na elektriku. Spalovací motor nemusí být tolik výkonný (konstruktéři se mohou soustředit více na účinnost - často pracuje v Atkinsonově cyklu). Použito např. u Toyota HSD, Ford Mondeo HEV, Lexus CT200h, Lexus RX400h. Strong hybrid - full hybrid umožňuje jízdu pouze na elektriku, potřebuje akumulátor o vyšší kapacitě. Je poměrně složitý, náročný na případné opravy a má i vysokou cenu. Použit např. u Toyota HSD (Hybrid Synergy Drive). Medium hybrid - motor assist hybrid zde elektromotor slouží téměř výhradně v roli pomocníka spalovacího motoru. Jízda pouze na elektriku je dost omezená, ale možná. Použit např. u Honda IMA (Integrated Motor Assist). Micro hybrid zde se využití elektriky se omezuje pouze na systém stop - start s možností rekuperace brzdné energie. Spalovací motor tady není opětovně spouštěn startérem, ale reverzibilním alternátorem přes řemen pohonu příslušenství. Použito např. u systému stop-start skupiny PSA, BMW řady 1. Plug-in hybrid je v podstatě kterýkoliv z předchozích typů, pouze musí mít schopnost dobíjet trakční akumulátor ze sítě. Baterie se používají zpravidla lithiumion. Umožňují ujet na elektriku podstatně delší vzdálenost. Použito např. u Kia Optima plug-in hybrid. 22

25 Mild Hybrid Electric Vehicle MHEV používá 48 i 12 V palubní sít. Reverzibilní generátor BAS může pracovat i obráceně, tedy v úloze spouštěče motoru. Jakmile řidič ubere plyn a vozidlo se pohybuje rychlostí od 30 do 160 km.h -1, dojde k vypnutí spalovacího motoru, a to po dobu maximálně 45 sekund. Sešlápneme-li pedál akcelerátoru, generátor motor velice rychle natočí. Systém používá Audi A8 s šestiválcovými motory 3,0 TFSI a 3,0 TDI. Mercedes třídy S po faceliftu využívá také integrovaný startér/alternátor ISA usazený mezi motor a převodovku. Elektřinou je poháněn i kompresor doplňující standardní turbodmychadlo. Po startu začne kola roztáčet 21 HP a 250 N.m (popojíždění v kolonách), během prvních dvou sekund akcelerace pohání elektrický kompresor. Systém start/stop má dostatek vlastní energie na to, aby klimatizace běžela i ve chvíli, kdy se benzinový motor vypne. Nahrazuje i funkci dvouhmotového setrvačníku (pohlcuje vibrace šestiválce). Hybridní pohon u nákladních automobilů zavádí i společnost Volvo pod označením Concept Truck. Rekuperuje energii při brzdění nebo při jízdě z kopce, z GPS a z elektronické mapy analyzuje profil trasy a vypočítá nejhospodárnější a nejefektivnější poměr využití vznětového motoru a elektromotoru a optimální dobu využití rekuperované energie. Spalovací motor je potom vypnout až na 30 % z celkové doby jízdy, což znamená úsporu paliva 5 až 10 %. Scania G320 GX2 Hybrid má motor s emisní úrovní Euro 6 bez EGR, Nejvýkonnější verze 235 kw a celková kapacita akumulátorů 4,8 kwh na rozjezd do 50 km.h -1. Dále ve spolupráci s norským velkoobchodem Asko využívá elektřinu vytvořenou palivovými články, které pohání elektromotor. Přebytečná energie se uchovává v akumulátorech, například rekuperací při brzdění. Z baterií se využije v případě potřeby vyššího výkonu. Vodík je vyráběn lokálně, prostřednictvím solárních článků např. v Japonsku, Jižní Koreji nebo Kalifornii (tam kde je dostatek slunečního svitu ne na Aljašce). Palivové články využívá i Toyota u tahače Project Portal s baterií o kapacitě 12 kwh. Výkon je až 493 kw [670 HP], točivý moment 1796 N.m. Uveze náklad o hmotnosti 36 t s dojezdem okolo 320 km. Byl v roce 2017 již zkušebně použit v přepravě nákladů z přístavních terminálů do okolních skladů a na železniční nádraží v Los Angeles (již přes km). 2.6 Elektropohon u nákladních vozidel Rakousko od konce roku 2017 uvedlo testovací program se společností MAN Truck & Bus a rakouská CNL (Council for Sustainable Logistics Rada pro udržitelnou logistiku) v rámci vídeňské univerzity BOKU (Universität für Bodenkultur Wien). Pro městskou distribuční dopravu chce využít sériový tahač návěsů TGS 4X2 BLS-TS s celkovou hmotností 18 tun, kde konvenční pohonný systém nahradí elektromotor o výkonu 250 kw a točivém momentu 2700 N.m. Pohánět jej mají Tři lithium-iontové baterie s kapacitou 35,3 kwh, dojezd od 50 do 150 km. Tesla Semi - řidič (jednomístná kabina) řídí jen z dálničního seřadiště do skladu. Po dálnici do cílové destinace jede autonomně sám. Slibuje dojezd 800 km při rychlosti 100 km.h -1. S celkovou hmotností 36 tun zrychluje na stovku za 20 s bez za 5. Tahač pohání čtyři elektromotory kol na zadních nápravách. Elon Musk během oficiální prezentace v prosinci 2017 uvedl, že Semi ve srovnání s dieselovými kamiony ušetří až 20 % nákladů. 30 minut dobíjení má mít 23

26 dojezd 650 km a spotřebuje přitom elektrickou energii o příkonu kw. Za hodinu je to tedy kw a při ceně jedné kwh elektrické energie v síti v ČR 5,- Kč stojí nabití ,-Kč. Berme, že 650 km ujede za 7 hodin. Běžný tahač s Pe 368 kw [500 HP], který má měrnou spotřebu mpe 180 g.kw -1.h -1 za hodinu spotřebuje 66,2 kg nafty. Při ceně 25,- Kč za litr (29,4 za kilogram). Pak hodina provozu stojí 1 947,- Kč, za 7 hodin ,- Kč což je 85% Tesly. Stanice na příkon kw ale neexistují a kde je tepelná účinnost výroby elektřiny v elektrárnách (od tepelné po jadernou nebo obnovitelné nepřesahuje 35%) a spalovacího motoru??????? Mercedes-AMG F1 M08 EQ Power v Brixworthu na motorové brzdě změřil termální účinnost vyšší než 50% (atmosférické osmiválce s termální účinností končily na 29%). Předchozí PU106A Hybrid ze sezóny 2014 měl účinnost 44% a 760 až 850 HP s evolucí až na loňských cca HP (nyní ještě více). Při snížení spotřeby na polovinu se povedlo dosáhnout stejného výkonu, jaký k Formulím 1 patřil před dlouhými lety. U produkčních aut termální účinnost Mercedesu-AMG Project One dosahuje 40% - jedna z nejvyšších na světě. Cummins AEOS vyvynul elektřinou poháněný tahač s baterií s kapacitou 140 kwh. Dojezd na jedno nabití by měl být kolem 160 km. Vhodný tedy pro distribuční provoz s velkým objemem nákladu na krátkých tratích. Využívá rekuperaci kinetické energie a dobíjení baterií solárními panely na střeše návěsu. Pro sériovou produkci má být k dispozici kolem roku Thor Trucks ET-One avizuje dojezdovou vzdálenost 482 km na jedno nabití. Pojme i dva cestující, rychlost až 113 km.h -1. Využívá rekuperaci a nabití za 90 minut. Dorazí kolem roku Fuso ecanter patří pod křídla koncernu Daimler AG. Od července 2017 byla zahájena sériová výroba. Používá elektromotor o výkonu 185 kw a točivém momentu 380 N.m. Dojezd okolo 100 km, dobití na 80 % zhruba za hodinu, na plnou kapacitu za využití standardní nabíječky a sítě sedm hodin. Celková hmotnost vozidla je 7,49 t, nosnost 4,63 t. Jedna dodávka dodána pro UPS v New Yorku, pro Deutsche Post DHL Group 6 ks, DB Schenker 3 ks atd. A co jiné koncepce? Nikola Motor Company vyvynula Model One na palivové články spojené s bateriemi o kapacitě 320 kwh. Na jedno natankování a nabytí má mít dojezd km. Elektrické pohonné motory mají výkon více než HP a krouticí moment přes Nm. Do prodeje se má dostat v roce Scania G320 GX2 Hybrid splňuje emisní úroveň Euro 6c bez EGR. Nejvýkonnější verze má výkon 235 kw. Celková kapacita akumulátorů 4,8 kwh na dojezd do 50 km. Kenworth ZECT (Zero Emission Cargo Transport) v rámci veletrhu CES 2018 v Las Vegas s palivovými články míří do skutečného provozu. Nejvyšší výkon 412 kw [560 HP], je vybaven kombinací palivových článků a 100 kwh lithiumiontových baterií. Dojezd vozidla s maximální rychlostí omezenou na 105 km.h -1 se má pohybovat okolo 240 km. 24

27 2.7 Elektropohon u traktorů Poprvé jej zkoušel New Holland již v roce 2009 koncept NH2 s lithiumiontovými bateriemi a palivovými články s výkonem 78 kw [106 HP]. John Deere představuje koncept SESAM (Sustainable Energy Supply for Agricultural Machinery), kde jsou na základě sériového traktoru řady 6R přidány lithium-iontové baterie s dvojicí elektromotorů. Ty mají poskytovat výkon 130 kw. Při běžném provozu je v činnosti jeden z nich, druhý se připojí až při vyšším zatížení. Výrobce uvádí, že na jedno nabití má pracovat okolo čtyř hodin nebo ujet kolem 55 km. Představen byl na výstavě Sima Paříž v únoru

28 3. Základní parametry a pojmy u spalovacích motorů 3.1 Základní parametry spalovacího motoru Zdvihový objem Vz je jmenovitý objem mezi horní a dolní úvratí, vypočte se dle vztahu 1: = (1) Kde: D z - průměr válce (vrtání) [cm] - zdvih pístu [cm] Pro celý motor se násobí počtem válců i a pak se hovoří o zdvihovém objemu motoru. Zdvihový poměr ξ se vypočte dle vztahu 2: z ξ = (2) D Souvisí s otáčkami, střední pístovou rychlostí a velikostí motoru. Snižuje tepelné ztráty, zatížení stěn válce teplem, namáhání kliky, zvyšuje mechanickou účinnost a snižuje délku motoru. U čtyřtaktního vznětového motoru bývá v rozmezí 1,1-1,5. U zážehového 0,6-1,1 (u podčtvercových motorů < 1). Poměr poloměru kliky a délky ojnice ovlivňuje výšku motoru, velký zvyšuje normálové síly na píst a zhoršuje vyvážení motoru (mívá hodnotu 0,2-0,3). Kompresní poměr ε je poměr pracovního prostoru Vmax válce a minimálního objemu kompresního prostoru Vmin a vypočte se dle vztahu 3: V V + V = = V V max z k ε (3) Kde: min k Vk - kompresní objem [cm 3 ] Střední pístová rychlost cs je průměrná rychlost pístu mezi horní a dolní úvratí, vypočte se dle vztahu 4: 1 [. ] z cs = = 2. z. n m s (4) t Kde: t z - čas zdvihu [s] n - otáčky klikové hřídele [s -1 ] Slouží pro porovnání motorů, zvyšuje hlučnost a odpor sání. Hodnoty jsou pro: 26

29 Osobní vozidla 8-15 [m.s -1 ] Nákladní 7,5-13 Traktory 5-8,5 Závodní až 25. Otáčky motoru n jsou počet otáček klikové hřídele za čas (většinou za minutu). Jmenovité jsou při jmenovitém výkonu (maximální otáčky při plném zatížení). Formule min -1 Osobní zážehové Osobní vznětové Užitkové vznětové Točivý moment (krouticí, torzní) Mk je moment vyvozený motorem na hřídeli (síla v Newtonech na metrovém rameni) [N.m]. Rozlišuje se efektivní (využitelný) a indikovaný (beze ztrát). Tlaky v motoru p se sledují jako střední indikovaný tlak pi (poměr indikované práce a zdvihového objemu při jednom cyklu) Ai výpočtem křivkového integrálu dle vztahu 5: 6: [ W ] A = p. dv (5) i i α Nebo planimometricky z p-v (oběhového) diagramu (plošný obsah) dle vzathu [ W] A = V p (6) i z. i Skutečný oběhový pv diagram (Ottův, indikátorový) čtyřtaktního atmosférického motoru je na obrázku č

30 Obrázek č. 13 Skutečný oběhový pv diagram, mezi body 5 1 saní směsi vzduchu a benzínu do válce je příčinou mírného podtlaku, od bodu 1 dochází ke kompresi média, v bodě 2 je směs zažehnuta elektrickou jiskrou, která zapříčiní výbuch pracovní látky a prudký nárůst tlaku až do bodu 3, směs expanduje 3 4, v bodě 4 se otevírá výfukový ventil a shořelé palivo je vytlačováno z válce 4 5 Je ovlivněn složitým průběhem přívodu tepla do oběhu, vzájemnou výměnou tepla mezi náplní a stěnami pracovního prostoru válce a řadou ztrát tlakových, mechanických a průtokových. Měří se závislost tlaku ve spalovacím prostoru na zdvihovém objemu válce nebo úhlu pootočení klikového hřídele. Měření se označuje jako indikace (indikování) motoru a zjištěná závislost je indikátorový diagram. Udává skutečný obraz změny tlaku ve válci měřeného motoru, pro teoretické posouzení motorů není vhodný. Teploty a tlaky v oběhu (pv diagramu) jsou v tabulce č. 2 Tabulka č. 2 Teploty a tlaky v oběhovém diagramu T [ºC] p [MPa] 1 na konci sání 390 0,08 2 na konci komprese na konci hoření na konci expanze ,5 Střední efektivní tlak pe se vypočte dle vztahu 7: [ Pa] pe = pi η. m (7) Kde: pi - indikovaný tlak [Pa] ηm - mechanická účinnost, nebo dle vztahu 8: 28

31 2. π. τ pe =. Mt [ Pa] (8) Vz. i Kde: τ - taktnost motoru (pro dvoutaktní 1, pro čtyřtaktní 2), Mt - krouticí moment motoru [N.m]. Ideální pracovní oběh je platný za těchto zjednodušujících předpokladů: - oběh je uzavřený, náplň se nevyměňuje, je konstantní a oběh je dokonale vratný, - pracovní látkou je čistý dvouatomový plyn, jeho měrné teplo je konstantní a plyn se řídí stavovou rovnicí, - komprese a expanze probíhají adiabaticky (bez předání tepla mezi plynem a okolím), s konstantním exponentem změny stavu K = 1,4 - přívod tepla do oběhu probíhá jen za stálého objemu izochoricky (při stálém objemu), nebo za stálého tlaku (izobaricky) nebo v této kombinaci, odvod tepla probíhá za stálého objemu - stěny pracovního prostoru jsou tepelně indiferentní, teplo neabsorbují, nepropouštějí ani nevydávají, stejně tak píst, který se ve válci pohybuje bez tření, - neexistují ztráty netěsnosti spalovacího prostoru ani žádné jiné ztráty. Teoretický Ottův pracovní oběh zpřesňuje ideální oběh, liší se tím, že: - náplň válce se vyměňuje, - pracovní látkou jsou náplně skutečných plynů nebo směsí se stálými nebo proměnnými měrnými teply, - komprese a expanze probíhají polytropicky, s exponentem změny stavu n, zpravidla empiricky zjištěným a závislým na parametrech motoru. Dovoluje posouzení motoru stejného typu a je zobrazen na obrázku č. 14. Obrázek č Teoretický Ottův pracovní oběh, mezi body 1 2 adiabatická komprese, 2 3 izochorický přívod tepla, 3 4 adiabatická expanze, 4 1 izochorický odvod tepla 29

32 Zážehové motory se blíží oběhovým diagramům s přívodem tepla za stálého objemu (izochorickým) - Ottův cyklus. Vznětové spíše s oběhem se smíšeným přívodem tepla částečně za stálého objemu a částečně za stálého tlaku (izobarickým) Dieselův, nebo Sabatův cyklus. Dieselův cyklus je rovnotlaký s velmi vysokými tlaky před vstřiknutím rozprášené nafty do válce, která hoří za téměř konstantních tlaků. Je podobný Ottově cyklu liší se ve způsobu přívodu tepla (viz obrázky č. 15 a 16). Obrázek č. 15 Skutečný Dieselův cyklus Obrázek č. 16 Teoretický Dieselův cyklus, mezi body1 2 adiabatická komprese, 2 3 izobarický přívod tepla, 3 4 adiabatická expanze, 4 1 izochorický odvod tepla Sabatův cyklus je zmodernizovaný Dieselův oběh, kde je smíšený přívod tepla a rychlá indukce nafty do válce, hoří částečně při konstantním objemu a částečně i při konstantním tlaku. Průběh viz obrázky č. 17 a

33 Obrázek č. 17- Skutečný Sabatův cyklus Obrázek č Teoretický Sabatův cyklus, mezi body 1 2 polytropická komprese, 2 3 izochorický přívod tepla, 3 4 izobarický přívod tepla, 4 5 polytropická expanze, 5 1 izochorický odvod tepla Indikovaný výkon motoru Pi se vypočte dle vztahu 9: = A1 1 [ kw] (9) t P i 1 Kde: A1 - plocha horní smyčky (kladné práce) oběhového diagramu t1 - čas závislý na počtu zdvihů za jeden oběh dle vztahu 10: t 1 τ n = s 2 1 [ ]. (10) 31

34 Efektivní výkon motoru Pe se vypočte dle vztahu 11: P = P P [kw] (11) e Kde: Pztr i ztr - ztrátové výkony [kw] Volba efektivního a indikovaného výkonu závisí na tom, že indikovaný Pi přesněji určí závady, měří se při ustálené teplotě chlazení a viskozitě mazacího oleje. Efektivní Pe je skutečný (snížený o ztrátové výkony), je rozhodující pro uživatele, lze z něj určit měrnou spotřebu mpe [g.kw -1.h -1 ]. Velikost mechanických ztrát v motoru je v tabulce č. 3 Tabulka č. 3 Mechanické ztráty v motoru Podíl ztrát v % zážehový vznětový tření pístu tření kliky výměna náplně pohon rozvodů 6 6 pohon příslušenství 6 6 Efektivní výkon v místě odběru Pe se vypočte dle vztahů 12 a 13: [ ] P = M. ω = M.2π nkw (12) e k k. V z. n. pe Pe =. i[ kw ] (13) τ Kde: ω - úhlová rychlost [rad.s -2 ] Litrový výkon Pl se vypočte dle vztahu 14: 3 [ kw. ] Pe Pl = cm (14) V z Hmotnostní výkon Pm se vypočte dle vztahu 15: 32

35 1 [ kw. ] Pe PM = kg (15) m Kde: mm M - hmotnost motoru[kg] Jmenovitý výkon je výkon při jmenovitých otáčkách. Tahový výkon se vypočte dle vztahu 16: [ kw] P = F v (16) t t. Kde: Ft p - tahová síla [N] vp - pojezdová rychlost [m.s -1 ], nebo ze vztahu 17: =. [] (17) Kde: ηc - celková účinnost Výkon motoru se používá i jako diagnostický signál o pístní skupině, rozvodech, palivové soustavě a zapalování s ohledem na hospodárnost a vedlejší nežádoucí důsledky. Určuje se u celého motoru (anonymní neurčí přesně vadný válec), nebo u jednotlivých válců (přesné určení závady). Zde se měří se otáčky, na kterých se ustálí nezatížený motor při plném sešlápnutí akcelerátoru (dodávka paliva do ostatních válců se odstaví). U zážehových motorů je nutné těsné sací a výfukové potrubí (exploze nespáleného paliva) a odstavit katalyzátor, nebo měřit pouze několik sekund (nespálené palivo ho ničí). Měří se otáčky n rotujících částí a krouticí moment (torzní) Mk, který vyvolávají. Otáčky se měří u traktorů z vývodového hřídele (nemusí být přenášen celý výkon), u silničních vozidel z hnacích kol (válcové brzdy dražší a náročnější). Krouticí moment se měří z deformačních členů (tenzometrické snímače), změnou magnetických vlastností (vířivý dynamometr viz obrázek č. 19), změnou pohybové energie na teplo (hydraulické a vzduchové absorpční brzdy viz obrázek č. 20) a změnou pohybové energie na elektrickou (elektrické dynamometry viz obrázek č. 21). 33

36 Obrázek č. 19 Vířivý dynamometr 1. Rotor, 2. Hřídel rotoru, 3. Spojovací příruba, 4. Výstupní ventil s termostatem, 5. Budící cívka, 6. Plášť dynamometru, 7. Chladící komory, 8. Vzduchová mezera, 9. Snímač otáček, 10. Uložení, 11. Základna, 12. Vstupní ventil, 13. Spoj, 14 Vodní potrubí. Vířivý dymamometr je v podstatě asynchronní elektromotor, u kterého se změnou posouvání fáze buzení (vířivými proudy) mění otáčky a brzdí nebo pohání. Stator je výkyvně uložen a přes známé rameno se měří síla. Obrázek č. 20 Absorpční dynamometr Absorpční je konstrukčně v podstatě hydraulická nebo vzduchová brzda, kde poháněný rotor (čerpadlo) přenáší energii na stator (turbínu) se siloměrným zařízením a otáčkoměrem (hydrodynamický měnič). 34

37 Obrázek č. 21 Elektrický dynamometr U elektrického dynamometru je energie absorbována a je přeměna na elektrickou energii, která je odváděna k měřicím přístrojům. Jedná se o aktivní dynamometr s permanentními magnety. Velikost dynamometru se volí pro celý motor dle užitečného výkonu a pro jednotlivé válce přibližně jedna třetina užitečného výkonu (nižší investice). Akcelerační měření výkonu motoru se provádí tak, že se měří úhlové zrychlení u nezatíženého motoru nebo jednotlivých válců, které se rozbíhají z volnoběhu při plném sešlápnutí akcelerátoru, nebo naopak z plného klesají na volnoběh zpomalení (pouze pro celý motor signál ztrátových výkonů). Jako měřicí přístroj se zde využívá tachodynamo viz obrázek č. 22. Obrázek č. 22 Tachodynamo Rychlost otáčení smyčky v magnetickém poli je přímo úměrná výstupnímu napětí, zrychlení je přímo úměrné elektrickou cestou provedené derivaci napětí podle času. 35

38 Vypočte se pak podle vztahu 18: ωi = ωe ωo[rad.s -2 ] (18) Kde: ωi - indikované zrychlení celého motoru [rad.s -2 ] ωe - efektivní zrychlení celého motoru [rad.s -2 ] ωo - zpomalení celého motoru [rad.s -2 ] Lze měřit i pro jednotlivé válce, kdy se vypíná pouze jeden válec (motor pracuje v příznivějších podmínkách než při chodu pouze na jeden válec). Spotřeba paliva mp vychází z palivem přivedená energie Ep dle vztahu 19: E [ J ] = m H (19) p p. Kde: H - skupenské teplo paliva, pro naftu 42,7 MJ.kg -1 Hmotnostní (hodinová) spotřeba paliva Mp se vypočte dle vztahu 20: M p 1 [ kg. ] V ρ = s t. p p Měrná (specifická) spotřeba paliva mpe,pi se vztahuje k výkonu (indikovanému, nebo efektivnímu) a vypočte se dle vztahu 21: m pe Kde: ηe 1 [ g. kw ] 1. M p = = h P η. H e e 1 - účinnost spalování paliva Měrná spotřeba se používá k porovnávání jednotlivých motorů u MEP, kde se nesleduje ujetá vzdálenost, nebo přepravené jednotky. Spotřeba paliva vztažená k ujeté dráze mkm (u dopravních prostředků) se vypočte dle vztahu 22: (20) (21) 1 [ l. ] M P mkm = km (22) km U stacionárních strojů se sleduje spotřeba paliva vztažená ke zpracovanému množství Q dle vztahu 23: [ l. ] 1 M P mt = t (23) Q Účinnost η se stanoví jako poměr užitečného výkonu a palivem přivedené energie za čas dle vztahu 24: 36

39 P η = (24) M p. H Mechanická účinnost ηm se vypočte dle vztahu 25: P p η η = e e e m = = (25) Pi pi ηi U zážehový motorů je %, u vznětových %. Efektivní účinnost ηpe se vypočte dle vztahu 26: 3600 η e = ηi. ηm = (26). H m Pe Spotřeba vzduchu je velmi důležitá, neboť výkon závisí i na plnění válce. Rozlišujeme teoretický stupeň plnění λp a skutečný stupeň naplnění λn. λp je vlastně poměr hmotnosti čerstvé náplně md přivedené do válce za jeden oběh a teoreticky možné čerstvé náplni mt při konstantním tlaku a teplotě v sání dle vztahu 27: λ m m d d p = = (27) mt Vz. ρt Kde: ρt - teoretická objemová hmotnost náplní [kg.m -3 ] md u zážehového motoru = mp +mv (palivo + vzduch), md u vznětového = mv. λn je poměr čerstvé náplně me ve válci před zážehem k hmotnosti čerstvé náplně mt odpovídající Vz dle vztahu 28: λ m m e e n = = (28) mt Vz. ρt Skutečný stupeň plnění se určuje pomocí přibližovacích metod. U zážehových skutečný ~ teoretickému. Bez přeplňování < 1, s přeplňováním > 1. U vznětových bez přeplňování > 1, s přeplňováním > > 1. Směšovací poměr se určuje jako teoretický (poměr vzduchu a paliva vstupujícího do motoru), nebo skutečný (poměr existujícího vzduchu ve válci před zážehem paliva dopraveného do válce za jeden oběh. Pro stechiometrické (úplné) spálení paliva je směšovací poměr u vznětového motoru 14,5 kg vzduchu na 1 kg paliva, u zážehového motoru 14,7. Tepelnou bilanci motoru zobrazuje Sankveyův diagram na obrázku č

40 Obrázek č. 23 Sankveyův diagram 3.2 Charakteristiky spalovacích motorů (tahových souprav) Je možné získat experimentálně, tj. měřením při tahových zkouškách (experimentální charakteristika), nebo výpočtem, při využitím poznatků o standardních podmínkách (výpočtová). K výpočtové charakteristice musíme znát regulátorovou charakteristiku motoru (otáčkovou viz obrázek č. 24), tíhu vozidla a její rozložení, rozměry vozidla (rozvor, výška tažného bodu, poloměr hnacích kol et c.), převodové poměry a mechanickou účinnost a podmínky podložky (součinitel přilnavosti, součinitel využití záběru, druh hnacího ústrojí, počet hnaných kol, odpor valení.). Obrázek č. 24 Otáčková charakteristika motoru Způsoby získání výpočtové charakteristiky vychází ze vztahu 16 a 17 pro výpočet tahového výkonu. Pojezdová rychlost vozidla vp se do těchto vztahů vypočte dle vztahu 29: 38

41 =.1 [. ] (29) Kde: vt - teoretická pojezdová rychlost vozidla [m.s -1 ] δ - prokluz hnacích kol [%] Teoretická pojezdová rychlost vozidla vt se vypočte dle vztahu 30: =! ".#.2.% & [. ] (30) Kde: nm - otáčky motoru [s -1 ] ic rk - celkový převodový poměr - poloměr hnacího kola [m] Tahová síla Ft do vztahu 16 lze vypočítat ze vztahu 31: ' =( &.)[*] (31) Kde: Mk μ - krouticí moment na hnacím kole [N.m] - součinitel přilnavosti k podložce. Experimentální charakteristiky (tahové zkoušky) se provádí nejčastěji při nižších převodových stupních, kde je vyšší převodový poměr a dosahuje se vyšší tahové síly, ale na úkor pracovních výkonů motoru a zvýšení hodinové spotřeby paliva a poklesu pojezdové rychlosti (plošné výkonnosti). Přehledné je pak grafické znázornění vybraných provozních veličin motoru na vyvinuté tahové síle Ft (osa x viz obrázek č. 25), které dává ucelený pohled o tahových vlastnostech vozidel. Jedná se o závislost technicko expoatačních parametrů (Pt, δ, vp, Mp, mpe, na Ft) pro různé převodové stupně za daných podmínek (na určitém povrchu) při rovnoměrném pohybu na rovině (vyloučení vlivu svahu). 39

42 Obrázek č. 25 Tahová charakteristika traktoru ŠT 180 na strništi Požadovaných parametrů tahové soupravy a její efektivní využití (co nejvíce výkonu při nejnižší spotřebě paliva) můžeme dosáhnout, jestliže se správně zvolí parametry vozidla a celé soupravy. Jedná se hlavně o volbu parametrů jako je efektivní výkon motoru, tíha vozidla a její působiště, pojezdová rychlost, pracovní záběr stroje, měrný odpor půdy et c. Možnosti ovlivnění tahové charakteristiky v praxi spočívá zejména ve změně výkonu motoru, tíhy soupravy (celkové a její rozložení na nápravy), působení tahové síly (směr a působiště) a podvozku a podložky. Změna výkonu motoru spočívá prvotně ve správném energetickém sestavení tahové soupravy podle zatížení (s režimem motoru v optimálních otáčkách) s ohledem na opotřebení (nepřetěžování motoru) a s vhodnou volbou zálohy krouticího momentu (přeplňované motory). Změna tíhy spočívá zejména v dotížení hnacích kol přídavným závažím nebo plnění pneumatik vodou, vhodném zavěšení nářadí (přední závěs) a volbě regulace hydrauliky tříbodového závěsu (polohová, silová, smíšená). Zde tahový výkon zůstává stejný, úměrně s tíhou se mění tahová síla, pojezdová rychlost se mírně sníží. Rozložení tíhy u pohonu 4x4 neovlivní tahovou účinnost u 4x2 ano zvýší se tahová síla, mírně i odpor valení. Při dotěžování tahových souprav je nutné nezanedbat riziko nadměrného utužení půdy. Změna působiště tahové síly spočívá ve vhodné agregaci (zavěšení) s nářadím. Za hnacími koly dotěžuje a zvyšuje tahovou účinnost, před předními nebo uprostřed ji snižuje. Změna podvozku a podložky spočívá ve volbě 40

43 konstrukce pojezdového ústrojí energetického prostředku. Kolové pojezdové ústrojí je možné vybavit hřeby, dvojmontáží, nebo plnit vodou. Pásové pojezdové ústrojí má při stejné tíze a tahové síle nižší prokluz (má větší styčnou plochu s podložkou umožňuje i přenos většího tahového výkonu) a nižší kontaktní tak na půdu. Druh a stav podložky ovlivňuje prokluz a odpor valení (prší tak hurá jde se orat, mrzne a napadnul sníh, ale kvůli dotacím musí být zoráno). Prokluz hnacích kol u pohonu 4x4 nemá překročit 10% u pohonu 4x2 20%. Optimální tahová souprava má kromě exploatačních parametrů plnit i další požadavky, jako jsou zabezpečení dobré řiditelnosti a bezpečnosti při přepravě (dotížení předních řídících kol minimálně 25%), nepřekročení předepsaného zatížení pneumatik, dodržení agrotechnických podmínek bez nároků na pozornost obsluhy, dobrá manévrovatelnost, minimalizace utužení půdy, jednoduchá agregace s různým nářadím et c. Kromě otáčkových a tahových charakteristik se můžeme ještě setkat se seřizovací charakteristikou (závislost Pe na mpe případně i dalších veličinách seřízení motoru předstih, nebo předstřik, časování ventilů et c.) nebo úplnou charakteristikou (soustava závislostí dalších veličin většinou na otáčkách vzniklých měřením ze soustavy otáčkových a zátěžových charakteristik). V provozních podmínkách se můžeme setkat i se soupravami, kde energetický zdroj nemusí vyvíjet pouze tahovou sílu, ale může i pohánět pracovní mechanizmy stroje, tedy tzv. kombinovaný přenos výkonu motoru. Rozdíly v mechanických ztrátách při možnostech kombinovaného přenosu výkonu motoru jsou znázorněny v tabulce č. 4. Tabulka č. 4 Ztráty při kombinovaném přenosu výkonu motoru Druh přenosu Mechanická účinnost [%] Vývodovým hřídelem Hydraulickým pohonem Elektromotorem Při kombinovaném přenosu výkonu motoru mají potom charakteristiky změněný průběh, mírně se snižuje pojezdová rychlost a podstatně se snižuje tahová síla (tím i tahový výkon). Od původního krouticího momentu motoru, který by se využil na tahovou sílu, se odečítá část převedená kombinovaným přenosem. Kritéria hodnocení souprav (fyzikální veličiny, které je možné použít pro hodnocení a porovnání souprav a energetických prostředků). Taková účinnost ηt dle vztahu 32: η = +, + - (32) Tahový výkon Pt dle vztahu 16. Tahová síla Ft dle vztahu 33: 41

44 ' =..% / [*] (33) Kde: B - pracovní záběr stroje [m] rz - záběrový odpor [N.m -1 ] Plošná nebo objemová (hmotnostní) výkonnost W dle vztahu 34 a 35: W = B. v m. s, ha. h (34) p [ ] =...h[1. ] (35) Kde: h - měrná hmotnost hmoty procházející strojem [kg.m -3 ] Měrná spotřeba paliva mpe dle vztahu 21. Tahová měrná spotřeba paliva mpt dle vztahu 36: = " 2-3, [1..h ] (36) Sestavení souprav by se mělo provádět dle příkonu pro pohon strojů, dle průchodnosti (objemové nebo hmotnostní), dle plošné výkonnosti a dle tahové účinnosti a odporech půdy a nářadí. Často se provádí jen mírně kvalifikovaným odhadem s velkou rezervou, kdy se obsluha smaží šetřit energetický prostředek, což vede k nevyužití výkonu motoru a vysoké měrné spotřebě paliva. 42

45 4. Základní části spalovacích motorů Pevné nepohyblivé části kam patří blok motoru, kliková skříň, hlava válců, víka, kryty a těsnění, pohyblivé části, kam patří klikové ústrojí a rozvody a příslušenství (chlazení, mazání, palivový systém, zapalování, sací potrubí a příprava směsi, výfukové potrubí). 4.1 Blok motoru Je hlavní nosná část s válci (vložené nebo vložky) a vloženým klikovým ústrojím (viz obrázek č. 26). Jedná se nejčastěji o odlitek z litiny nebo lehkých slitin. 4.2 Válec Obrázek č. 26 Blok osmiválcového motoru Ohraničuje spalovacího prostoru, vede, maže a utěsňuje píst. Působí v něm vysoké tlaky a teploty, je vystaven agresivitě paliva a musí umožnit kluzné tření. Proto je vyroben z vysoce pevných, tvarově stálých, vodivých materiálů s dobrými kluznými vlastnostmi a odolných opotřebení (jemnozrná litina, odstředivě litá, honovaný povrch). Chlazení je provedeno vzduchem nebo kapalinou. Konstrukčně se u vodou chlazených může jednat o vložku válců (není v kontaktu s chladicí kapalinou), nebo vložený válec (viz obrázek č. 27). Obrázek č. 27 Vložený válec VW použil místo litinových vložek na vnitřní plochy válců plazmu. Ta se na válce stříká pokročilou technologií speciálním hořákem, tím se dosáhne zmenšení tloušťky stěn mezi jednotlivými válci, zvýší se odolnost proti otěru a tedy 43

46 mechanickému opotřebení. Tyto vložky válců nemají typickou strukturu honování, ale v jejich ploše jsou mikroskopické výstupky pro uchycení olejového filmu. Mercedes Benz má technologii Nanoslide, která se podobá plazmě, ale tavený drát je z karbidu železa a uhlíku. Tím je umožněno mnohem přesnější sesazení válce a pístu. Inovovaný motor OM 654 má hliníkový blok, v němž jsou pracovní plochy vytvořené nástřikem tvrdokovu z roztaveného drátu (Nanoslide). To umožňuje, aby válce neměly přesně rovné stěny, ale byly v prostředku mírně užší. Po zahřátí se pak roztáhnou do ideálního rozměru se stejným vrtáním v celém zdvihu. Dosavadní stav byl opačný - po zahřátí se válce roztahovaly do soudkovitosti. 4.3 Hlava válců Uzavírá spalovací prostor, k bloku je připevněna šrouby nebo svorníky, mezi nimi je těsnění, uvnitř sací a výfukové kanály s ventily a rozvodovými mechanizmy, zapalovací, žhavící svíčky, nebo vstřikovače (viz obrázek č. 28). Vyrobena bývá z šedé litiny nebo slitiny lehkých kovů s vloženými sedly a vedením ventilů a závity pro svíčky nebo vstřikovače. 4.4 Těsnění hlavy válců Obrázek č. 28 Hlava válců Těsní spalovací prostor i proti úniku chladicí kapaliny a oleje. Je vyrobeno z kombinovaného materiálu (klingerit a kov kolem válce), nebo i celokovové. 4.5 Kliková skříň Je určena pro uložení klikové hřídele. S blokem a hlavou tvoří základní nosný systém pro zachycení sil a momentů za spalovacího prostoru. Může mít různé roviny dělení a utěsnění. Vyrobena může být z šedé litiny, nebo slitiny lehkých kovů. Nutné je odvětrání výparů, spodní část tvoří vanu na zachycení stékajícího oleje od mazaných míst se sacím košem oleje a příčkami, vypouštěcí šroub oleje a venkovní žebra pro větší odvod tepla. 4.6 Klikové ústrojí Tvoří kliková hřídel, setrvačník a tlumič torzních kmitů, píst a ojnice. Rozvody tvoří vačková hřídel, její pohon, zdvihátka ventilů, vahadla a ventily s pružinami. 44

47 4.6.1 Kliková hřídel Převádí přímočarý pohyb pístu na točivý pomocí vyoseného čepu, vyváženého protizávažím a setrvačníkem (i pro start). Pohání rozvody a příslušenství. Přivádí mazací olej k ložiskům a uložením. Má hlavní čepy v ose rotace, uložené v pánvích nebo valivých ložiscích, klikové čepy pro uložení hlavy ojnice, ramena kliky jako spojení hlavních a klikových čepů a na nich mohou být i protizávaží (viz obrázek č. 29) Obrázek č. 29 Kliková hřídel Přední část bývá určena pro pohon rozvodů a příslušenství, zadní část pak pro setrvačník a tlumič torzních kmitů. Oba konce jsou utěsněny proti úniku mazacího oleje. Uspořádání hřídele je podle počtu válců a hlavních ložisek, konstrukce válců a jejich provedení, konstrukce hlavy, uspořádání motoru, pořadí zapalování, výkonu použitého materiálu, způsobu výroby a uložení ložisek Setrvačník Slouží pro akumulaci energie pro nepracovní zdvihy (klidný a rovnoměrný chod motoru). Tvoří jednu třecí plochu pojezdové spojky, je v něm ložisko spojkové hřídele, po obvodu ozubený věnec pro pastorek spouštěče. Musí být vystředěný, staticky a dynamicky vyvážený. Pro tlumení rázů se používají tzv. dvouhmotové setrvačníky (viz obrázek č. 30). Obrázek č. 30 Dvouhmotový setrvačník 45

48 4.6.3 Píst Zachycuje tlaky plynů a sílu přes pístní čep přenáší na ojnici a klikovou hřídel, těsní únik spalin do klikové skříně a odvádí teplo do válce. Skládá se z dna pístu, žárového můstku, hlavy, pláště a uložení pístního čepu (viz obrázek č. 31). Obrázek č. 31 Části pístu Dno pístu má tloušťku dle tepelného a mechanického zatížení, různý tvar pro lepší výměnu náplně nebo vstřikování paliva. Odvádí % tepla. Žárový můstek je část pístu od dna k prvnímu kroužku, chrání ho před přehřátím. Odvádí 30 % tepla. V hlavě jsou drážky pro kroužky (počet těsnících je podle otáček, stírací stačí jeden). Plášť má mít dostatečnou délka pro dobré vedení, odvádí % tepla. Oko pro pístní čep je vyoseno o 0,5-1,5 mm od svislé osy na stranu zatíženou tlakem (píst se klopí) z důvodu snížení hluku při přechodu HÚ, otvor je kalibrovaný za studena. Píst má mírnou ovalitu a kuželovitost. Ovalita průřezu znamená, že kratší osa je v ose čepu (více se zahřívá a lépe se klopí přes horní úvrať). Mohou být použity i bimetalické materiály (slitiny Al a Si). Kuželovitost znamená, že vůle pístu ve válci za studena je v hlavě < než v plášti (0,2 mm). Mohou být řešeny jako jednodílné (lité nebo kované) i skládané u vysoce namáhaných motorů (ocelové dno spojené s Al pláštěm). U vznětových motorů má píst větší výšku, tloušťku stěn a průměr čepu oproti stejnému vrtání u zážehových. Chlazení a mazání rozstřikem oleje na vnitřní povrch a kanály v pístu. U přímého vstřiku je ve dnu komůrka. Ocelové tenkostěnné písty jsou použity u motoru Mercedes OM 654. Ocel má proti hliníku menší tepelnou roztažnost (menší změny jejich vůle ve válci při rozdílných teplotách). Tření tak proti konvenčnímu řešení pokleslo o 40 až 50% (přepočteno na emise CO2 to znamená úsporu 4%). Ocel má proti hliníku vyšší hustotu (objemovou hmotnost), ale je pevnější a odolnější proti vysokým teplotám, takže stěny mohou být podstatně tenčí (nejsou těžší než hliníkové). Méně tepla vzniklého kompresí a spalováním se tak odvede a skončí v kolonce tepelné ztráty (při stejném přídělu paliva vyšší expanzní tlaky a tím i výkon). Pístní kroužky utěsňují válec, odvádějí teplo do válce, řídí olejový film na stěně. Výška kroužku má vliv na odvod tepla, šířka na těsnění. Zámky pro navlečení do drážky na dalších kroužcích nad sebou jsou vždy o 180º pootočeny. Vyrobeny jsou z oceli nebo šedé litiny, odstředivě lité a obráběné, ale i s titanovým pokovením, nebo keramické. Plocha mezi drážkou a kroužkem je jemně broušená (při opotřebení vzniká čerpací účinek). 46

49 Pístní čep slouží pro přenos sil na ojnici, může vznikat únavové namáhání, má malý pohyb třecích ploch. Válcový otvor je kuželovitě rozšířený uprostřed uzavřený, otvory a drážky pro mazací olej. Uložení v pístu může být plovoucí, pevné, nebo kombinace. Čep má kalený cementovaný povrch, lapovaný a leštěný, čela broušená pro pojistky. U vznětových motorů má větší průměr při stejném zdvihovém objemu válce Ojnice Spojuje pístní čep s klikovým čepem. Oko ojnice je nedělené, čep se provléká zároveň s pístem, má otvory pro mazací olej. Hlava je dělená šikmo s drážkami proti střihu a ojniční šrouby s pojistkou, dotažené předepsaným momentem. Dřík má I profil, hladké přechody do oka a hlavy a otvory pro mazací olej. Materiály jsou legovaná ocel kovaná v zápustkách, prášková ocel, slinuté výkovky, kujná nebo tvárná litina, lehké slitiny a kompozity. Pánve ložisek klikových čepů jsou dnes konstruovány jako tenkostěnné z ocelového plechu a naneseným kluzným kovem, se zajištěním proti pootočení a otvory a drážkami pro mazací olej. Mimo kluzného uložení je možno použít i jehličková a kuličková ložiska Rozvody Řídí výměnu náplně ve válci, což má velký vliv na výkon motoru (využití energie z paliva). Nejčastěji jde o přenos zdvihu, rychlosti a zrychlení z vačky na ventil, píst vstřikovacího čerpadla nebo zapalování. Pohon je odvozen od klikové hřídele ozubenými koly, řetězem (duplex, triplex) nebo ozubeným řemenem a má poloviční otáčky oproti klikové hřídeli (pro čtyřtakt) Konstrukce rozvodů U dvoutaktního motoru je řešena konstrukčně tak, že vlastním rozvodem je píst (dvoučinný), který otvírá a zavírá kanály (ty mohou ale být opatřeny i ventily). U čtyřtaktního motoru mohou být řešeny jako mechanické (ventilové, šoupátkové, kanálové, se samočinným nebo vázaným pohybem), hydraulické, pneumatické, nebo elektrické. Důležitý je vždy okamžik (úhel ve vztahu k otočení klikové hřídele) a doba otevření sacího a výfukového ventilu. Tyto stavy jednoduše znázorňuje časovací diagram (viz obrázek č. 32). 47

50 Obrázek č. 32 Časovací diagram čtyřtaktního spalovacího motoru Uspořádání ventilových rozvodů Dělí se podle umístění vačkové hřídele a ovládání ventilů (viz obrázek č. 33). Obrázek č. 33 Uspořádání ventilových rozvodů Rozvod SV (Side Valve - boční ventil) má vačkovou hřídel v bloku a postranní ventil ovládaný zdvihátky se seřízením vůle. Tento rozvod má nepříznivý tvar spalovacího prostoru, malý kompresní poměr (podobně i IOE - Inlet Over Exhaust viz obrázek č. 34). 48

51 Obrázek č. 34 Ventilový rozvod IOE Rozvod CIH má ventily v hlavě válců jako u OHC, ale vačková hřídel je v hlavě válců. Ventily jsou ovládány shora přes zdvihátko s vahadlem. Vačková hřídel bývá poháněna řemenem, častěji řetězem. Rozvod byl používán v motorech Opel v 70. a 80. letech Rozvod OHV (Over Head Valve - ventil nad hlavou) má ventily navrchu hlavy, vačkovou hřídel v bloku, zdvihátka a vahadla se seřízením vůle. Spalovací prostor je již optimální, možno umístit i více ventilů, má velkou vzdálenost vačky a ventilu, více součástek (hmotnost), umožňuje lehkou demontáž hlavy. Rozvod OHC (Over Head Camshaft - vačkový hřídel v hlavě) má vačkový hřídel i ventily navrch hlavy, ta je složitější, ale odpadají zdvihátka, někdy i vahadla. Rozvod má nižší hluk, větší přesnost, umožňuje umístit více ventilů (DOHC duo se dvěma vačkovými hřídeli). Má také optimální spalovací prostor. Limitem ventilových rozvodů při vysokých otáčkách motoru je setrvačnost pružin. Tento problém originálně řeší desmodromický rozvod u firmy Ducati, kde pružiny nahrazují zvihátka (otevírají i zavírají ventily viz obrázek č. 35). Obrázek č. 35 Desmodromický ventilový rozvod 49

52 Zvláštním řešením mechanizmu rozvodů je využití tzv. Královské hřídele (Jawa 500 OHC). Jedná se o rozvod s vačkovou zřídelí v hlavě, která je poháněna z boku hřídelí s kuželovým soukolím. Více ventilů na válec se používá z důvodu lepšího plnění válce. Průměr ventilů a zdvih má být dostatečný, aby byla výměna náplně co nejoptimálnější. Výfukové jsou vždy menší (nebo jejich počet), např. u provedení 3V jsou dva menší sací, jeden výfukový, u 4V jsou dva a dva i dvě vačky, u 5V jsou tři sací Ventily Utěsňují spalovací prostor v sedle hlavy, mají mít minimální odpor proudění. Teplota až 850ºC (sací méně). Má hlavu, dřík a stopku se zápichem pro misky pružin. Materiálem u sacích ventilů je chromkřemičitá ocel, sedlo a dřík tvrzené. U výfukových pak bimetal, spodek a talíř chrommangan, zbytek chromkřemičitá. U sportovních motorů jsou použité i keramické materiály. Tepelně velmi namáhané motory mohou mít i duté ventily chlazené sodíkem (mění skupenství a odvádí více tepla) Sedla ventilů Jsou vyrobeny ze slitiny Cr, Ni a Co, vysoce legované oceli nebo kovaná litina, mají stejný úhel jako talíře ventilů 45º a přechody 15 a 75º, plocha dosednutí zabroušená nebo o 1º menší a sama se zabrušuje Pružiny ventilů Zajišťují uzavření ventilu do sedla. Používají se válcové pružiny s činnými a dosedacími závity, zdvojené (menší průměr jako záloha při prasknutí, nižší rezonance a opačné stoupání). Materiálem je pružinová ocel navíjená za studena, dosedací plochy jsou tepelně zpracované. Pootáčení ventilu v sedle se používá pro vysokootáčkové motory z důvodu rovnoměrného ohřívání hlavy a proti možným teplotním deformacím. Pod miskou je zde rohatka s kuličkami a pružinami Vedení ventilu Má za úkol vystředění, odvod tepla, mazání proti zadření a utěsnění v sacím nebo výfukovém potrubí. Materiálem je perlitická šedá litina, nebo hliníkový bronz Ventilová vůle Je vůle mezi stopkou ventilu a vahadlem, nebo vačkou a musí být z důvodů tepelné roztažnosti (aby ventil pevně dosedl do sedla). U starších konstrukcí je možnost změny její velikosti pomocí seřizovacího šroubu se zajišťovací maticí. Výfukový ventil má větší vůli než sací 0,1-0,4 mm. Tato konstrukce způsobuje ale větší rázy a hluk a je náročnější na údržbu, proto jsou lepší moderní konstrukce se samočinným vymezením vůle (hydraulická zdvihátka viz obrázek č. 36). 50

53 Obrázek č. 36 Hydraulické zdvihátko ventilu Zdvihátko je připojeno k tlakové větvi mazání, vnitřní válec zdvihátka má kuličkový ventil, při pohybu vzhůru tlak ventil zvedá, při zpětném pohybu se doplní prostor olejem a vůle se automaticky dle potřeby vymezí Vahadla Jsou vlastně dvouramenné páky od vačky na dřík ventilu. Uložení je většinou v jehlovém ložisku s otvorem pro mazací olej. Materiálem je uhlíková legovaná ocel kovaná i odlévaná, lehké slitiny, nebo lisovaný plech. Stykové plochy jsou povrchově kaleny a broušeny Zdvihátka Tvoří duté tyčky s kulovými čepy na konci (OHV), někdy mají i pootáčení proti opotřebení. Vymezení vůle je stejné jako u stopky ventilu Vačková hřídel Převádí otáčivý pohyb na posuvný. Uložení je kluzné (dutá hřídel s tlakovým olejem). Může od něj být odvozen pohon vstřikovacího čerpadla a zapalování, může být vcelku i dělená, kovaná i litá a obráběná. Vačky jsou kalené a povrch cementovaný. Pohon vačkové hřídele je řešen ozubenými koly s ozubeným řemenem (nízká hmotnost, tichý chod bez mazání, napínací kladka, s nebezpečím vytahování řemene a možností přeskočení na ozubených kolech, nebo řetězovými koly s válečkovým řetězem (pro větší vzdálenosti os rotace, umožňuje i pohon dalšího příslušenství, je hlučnější, vyžaduje napínání a mazání, nehrozí přeskočení, dvouřadý i trojřadý řetěz - duplex nebo triplex). Čelní ozubená kola (je-li vačka v bloku OHV, nebo malá vzdálenost os rotace, vhodné použít šikmé zuby proti hluku) Vačky Mají různý tvar. Tangenciální vačka má přímý bok (tečny základní a vrcholové kružnice). Má velké zrychlení a zpomalení, vhodná pro nízké otáčky. Harmonická vačka má boky s kruhovými oblouky, proto má pozvolné otevírání a zavírání. Vačka s dutým bokem se používá pro stabilní motory s malými otáčkami a dlouhým zdvihem. Speciální vačky se používají dle požadavků na motor a pro vysoké otáčky, patří mezi ně špičatá (vejčitá) vačka, která se otevírá a zavírá pomalu a ventil je otevřený krátce a vačka strmá (ostrá), která otevírá a zavírá rychle a ventil 51

54 je déle plně otevřený. Často je tvar vaček nesymetrický pro pomalé otevření a rychlé zavření ventilu Variabilní rozvody Používají se z důvodu optimalizace výměny náplně válce v různých režimech a otáčkách motoru, pro pravidelný chod, vyšší výkon a nižší emise výfukových plynů. Provádí se změna doby otevření a překrytí ventilů, a to pomocí změny polohy sacích a výfukových ventilů (pozor na spaliny do sání). Konstrukčně je možné tyto změny provádět fázovým měničem (viz obrázek č. 37), rozdílnou vačkou sacího ventilu (viz obrázek č. 38), napínáním rozvodového řetězu (viz obrázek č. 39), variabilním ovládáním vačkové hřídele natočením celé vačky vůči kolu u sacích i výfukových (otočný hydromotor viz obrázek č. 40), variabilním ovládáním ventilů posunutím celé hřídele (prostorové vačky viz obrázek č. 41), VANOS - VAriable NOckenwelle-Steuerung (hydraulický axiální píst uvnitř řetězového rozvodového kola viz obrázek č. 42), Valvetronic (elektromotor jako akční člen, otáčením se mění poloha vložené páky viz obrázek č. 43), Valvematic (elektromotor natáčí skříň s kolem s vnitřním ozubením, tím dochází k axiálnímu posouvání centrálního kola planetového převodu viz obrázek č. 44), Multiair (výfukové klasickou vačkou a přes tlačený olej ovládají sací viz obrázek č. 45), VVEL - Variable Valve Event and Lift (krokový elektromotor otáčí hřídelem s vnějším závitem, po něm se axiálně pohybuje objímka a s ní je spojen ovládací hřídel s vahadlem s excentrickou vačkou viz obrázek č. 46). Obrázek č. 37 Fázový měnič 52

55 Obrázek č. 38 Rozdílná vačka sacího ventilu Obrázek č. 39 Napínání rozvodového řetězu Obrázek č. 40 Otočný hydromotor 53

56 Obrázek č. 41 Prostorové vačky Obrázek č Hydraulický axiální píst uvnitř řetězového rozvodového kola 54

57 Obrázek č Valvetronic s elektromotorem Obrázek č. 44 Valvematic 55

58 Obrázek č. 45 Multiair Plně variabilní rozvody Obrázek č VVEL Používají se u moderních motorů. Rozvody jsou řešeny tak, že zdvihátka jsou ovládaná hydraulicky, pneumaticky, nebo elektromagneticky (viz obrázek č. 47). 56

59 Obrázek č. 47 Plně variabilní rozvod Königseg 4.7 Příslušenství spalovacích motorů Příslušenství spalovacího motoru tvoří chladící soustava, mazací soustava, palivová soustava, zapalování, sací a výfukové potrubí a elektrická soustava Chladící soustava Odvádí % tepla uvolněného z paliva. Udržuje optimální teplotu pro správný chod motoru, umožňuje tvorbu olejového filmu a chlazení má být rovnoměrné. Dle konstrikce a uspořádání se používá kapalinové (samooběžné termostatické, nebo s nuceným oběhem), vzduchové (náporem za jízdy, nebo nucené s ventilátorem), kombinované a olejové. č Kapalinové chlazení Je řešeno tak, že v bloku a hlavě jsou kanály s chladicí kapalinou - viz obrázek Obrázek č. 48 Kapalinové chlazení s odbočkou k topení 57

60 Samooběh probíhá podle rozdílné objemové hmotnosti ohřáté a studené kapaliny (teplotní spád). Nucený oběh je zabezpečen čerpadlem. Termostat za studena uzavírá chladič, po otevření vpustí ohřátou kapalinu do chladiče a topení (může mít i odbočku). Je řešený jako ventilový uzávěr podle tepelné roztažnosti média uvnitř. Elektronicky řízený termostat je u moderních motorů řešen jako logický člen pro regulaci v celém režimu zatížení podle teplot kapaliny a vzduchu, zatížení motoru, rychlosti jízdy et c. Čerpadlo se používá rotační odstředivé s radiálními lopatkami, otáčky nižší než kliková hřídel, pohon přímo, nebo elektromotorem (otáčky dle teploty viskózní nebo elektromagnetická spojka). Tlak musí překonat ztráty, cirkulace až 12x za minutu, rychlost proudění do 3 m.s -1, přetlak o 0,01 MPa zvyšuje bod varu o 2,1ºC. Expanzní nádoba má objem 30 % chladicí kapaliny, slouží proti tvorbě vodní páry. Jsou plastové s přetlakovým víčkem, přepadem a čidlem výšky hladiny. Množství chladicí kapaliny je 4-6 krát větší než zdvihový objem motoru. Používají se nemrznoucí kapaliny (glykol s antikorozními přísadami), olejové kapaliny pro provozní teploty až 150ºC. Bezpečný provoz musí být zajištěn i při nízkých rychlostech jízdy a vysokých teplotách okolí. Chladič má vstupní a výstupní komoru (plast) propojené sítí (Al). Může být rovnotlaký s přepadem, nebo přetlakový s expanzní nádobou, je pružně uložený, propojený hadicemi. Ventilátor se používá pro vyšší účinnost (i regulované otáčky) Vzduchové chlazení Je konstrukčně jednoduché a nenáročné, avšak hlučnější a nerovnoměrné oproti kapalinovému. Náporové se nejčastěji používá u motocyklů. Má velkou nerovnoměrnost podle teploty okolí a pojezdové rychlosti, hlavy a válce jsou žebrované i s usměrňovacími plechy. Nucené přetlakové s ventilátorem, který vzduch k motoru tlačí, nebo nucené podtlakové, u kterého ventilátor od motoru vzduch odsává. Ventilátory se používají jak radiální, tak i axiální s přímým pohonem, nebo viskózní spojkou řízenou termostatem Mazací soustava Úkolem je snížením tření a tím opotřebení třecích ploch, odvod tepla, ochrana proti korozi, odvod nečistot a utěsnění pístu ve válci. Kapalinné tření je využito u klikové a vačkové hřídele, polosuché tření u všech ostatních ploch (částečný styk vrcholů kovových součástí). U stabilních motorů se může provádět čerstvým olejem (ztrátové mazání), u dvoutaktních motorů mastnou směsí (mazací olej smíchán s palivem), u čtyřtaktních motorů se používá tlakové oběžné mazání (rozvod a rozstřik tlakového oleje) Tlakové oběžné Je provedeno buď se suchou skříní (oddělená olejová nádrž, dvoustupňové čerpadlo, kdy první odčerpává z klikové skříně, druhé tlačí k mazacím místům), nebo s mokrou skříní (nádrž je ve vaně klikové skříně, sání se sítem přes čistič s pojistným ventilem a chladič potrubím k mazacím místům, ve skříni měrka). Tlakem je mazána kliková hřídel (kanály do pánví kluzných ložisek), rozvody, vačková hřídel v hlavě válců i vedení ventilů a ložiska turbodmychadla. Rozstřikem je mazána stěna válce (kanály od ojnice, nebo od klikové hřídele). Čerpadlo se používá zubové, se sáním zubovou mezerou a po obvodě výtlakem. Regulační ventil tlaku má přepad zpět do skříně a kontrolka tlaku s čidlem nebo manometrem, maximální tlak 500, minimální 200 kpa. Čističe se 58

61 používají buď plnoprůtokové (protéká jím všechen olej, má pojistný ventil, při ucpání jde nečištěný olej do mazání), nebo obtokové (přes čistič protéká asi 10 % oleje ve větvi od mazacích míst pro jemnější a pomalejší čištění nejčastější způsob u moderních motorů), případně kombinace obou možností. Plnoprůtokový může být rozebíratelný s papírovou nebo textilní vložkou, štěrbinový z lamel jako přídavné čističe ve velké prašnosti s jemností čistění > 10 μm, nebo odstředivý na stěnu s jemností čistění <10 μm. Obtokový je nerozebíratelný s obtokovým ventilem, vstup oleje je po obvodu, odtok středem. Mohou být i rozebíratelné s vložkou o jemnosti 5 μm. Poruchy mazací soustavy vedou velmi rychle k havárii motoru (nejčastěji zadření pístu ve válci a ložisek klikové hřídele). Zvýšený mazací tlak je signálem zaneseného čističe, vysoké hladiny oleje ve skříni, poruchy tlakového ventilu, nebo ucpaných mazacích kanálů. Snížený tlak je signálem zředění oleje palivem nebo vodou, nízké hladiny oleje ve skříni, defektu tlakového ventilu, průsaku v oběhu (velké opotřebení a vůle ložisek klikové hřídele), poruchy čerpadla, nebo zaneseného síta sání. Nadměrná spotřeba oleje je signálem opotřebení kluzných ploch, vůle pístních kroužků, vadného těsnění hlavy, vadných dříků ventilů, nebo netěsností (únik mazacího oleje mimo prostor motoru) Palivová souprava Má za úkol vytvořit optimálně složenou směs paliva a vzduchu pro hoření ve spalovacím prostoru. U zážehových motorů je možná vnější tvorba směsi v sacím potrubí v karburátoru nebo vstřikováním, nebo vnitřní tvorba směsi vstřikováním rovnou do válce. U vznětových motorů se téměř výhradně používá vnitřní tvorba směsi vstřikováním rovnou do válce Způsoby hoření paliva Má velký vliv na klidný chod motoru, správný výkon a množství emisí výfukových plynů. Detonační hoření vzniká při stlačení zbylé čerstvé náplně tlakovou vlnou hořících plynů do vzdálenějších míst. Rychlost hoření je až 400 m.s -1 (normálně 50), vzniká od horkých míst ve spalovacím prostoru, vede ke zvýšenému namáhání motoru, vzniku vibrací a zvýšené provozní teplotě motoru. Tento způsob hoření je u moderních motorů detekován snímačem klepání motoru (podle jeho a dalších signálů upravuje řídící jednotka časování ventilů, předstih a předstřik). Tento způsob hoření mění správný průběh oběhového diagramu (viz obrázek č. 49). 59

62 Obrázek č. 49 Detonační průběh oběhového diagramu Předzápaly vznikají zapálením směsi od horkých míst před zážehem (vstřikem) od elektrod svíčky, výfukového ventilu nebo karbonu. Vedou ke zvýšenému namáhání klikové hřídele. Opět se mění průběh oběhového diagramu (viz obrázek č. 50). Obrázek č. 50 Průběh oběhového diagramu při předzápalech Samozápaly vznikají tak, že při plném zatížení hoří směs z několika horkých míst a rychleji. Vedou k nárůstu tlaku a zvýšenému namáhání kliky, možný je i běh motoru po vypnutí zapalování (úlohu jiskry ze zapalovací svíčky převezmou horká místa ve spalovacím prostoru). Opět se také mění průběh oběhového diagramu (viz obrázek č. 51). 60

63 Obrázek č Průběh oběhového diagramu při samozápalech Příčiny poruch hoření jsou nejčastěji chyby při předstihu zážehu (u moderních motorů je řízený počítačem podle režimu motoru, otáček, výkonu a druhu paliva), nebo tvar spalovacího prostoru a dna pístu (má omezit tepelné ztráty, rozvířit směs, maximální plocha ventilů, svíčka v optimálním místě, vyloučení horkých míst, vrstvené plnění při vstřikování - u svíčky bohatá okolo chudá, klapka v sání λ sonda, deflektor na pístu, vířivé trysky) Systémy vstřikování u zážehových motorů Používají se simultární, kde všechny ventily vstřikují ve stejný okamžik, dvakrát za cyklus, okamžik je pevně dán. Skupinové, kde jsou dvě skupiny vstřikovacích ventilů a každá vstřikuje jedenkrát za cyklus s odstupem jedné otáčky klikové hřídele již s možností časování a sekvenční neboli volné, kde jsou vstřikovací ventily ovládány nezávisle na sobě, což umožňuje lepší rozdělení směsi na válce, nižší emise a spotřebu Způsoby vstřikování benzínu Vícebodové MPI (Multi Point Injection) u kterého je na každý válec jeden vstřikovací ventil před sacím ventilem. Po jeho otevření proud vzduchu strhává páry paliva a ty víří a tím rovnoměrné plnění a bez kondenzace paliva na stěnách sacího potrubí. Centrální CFI (Central Fuel Injection) je systém přerušovaného vstřikování do sání z jednoho ventilu nad škrticí klapkou, přesnou dávkou dle provozních podmínek. Je zde nutné lépe tvarované potrubí, pro lepší plnění a moment. Jde o obdobu elektronicky řízeného karburátoru, (pneumatické rozprašování kapalného paliva v difuzoru nahrazeno nepřerušovaným trvalým vstřikováním paliva jedinou elektromagneticky ovládanou tryskou umístěnou na sacím potrubí motoru v místě karburátoru). Systém je vhodný do 80 kw výkonu motoru, umožňuje i recyklaci spalin. Přímé vstřikování paliva přímo do každého válce, kde je ve spalovacím prostoru mezi ventily umístěna zapalovací svíčka, po straně vstřikovací tryska (do spalovacího prostoru vstřikuje benzin přímo do vybrání v pístu). Tento systém bývá označován GDI (Gasoline Girect Injection), FSI (Fuel Stratified Injection), nebo Common rail se vstřikovacím tlakem až 250 MPa. Řízení vstřikování benzínu se provádí podle signálů z λ sond před i za katalyzátorem. Soustava má dva katalyzátory, první třícestný, vyhřívaný, druhý zásobníkový na NOx. Když motor pracuje s chudou směsí snímač NOx, dá povel 61

64 na obohacení a probíhá regulace katalyzátoru (zahřátí na 650 ºC a tím spálení nashromážděné síry a NOx se pomocí CO mění na N2 viz obrázek č. 52). Dvoucestný a třícestný katalyzátor se odlišují podle toho kolik základních škodlivin je schopen katalyzátor účinně likvidovat (CO, HC a NOx). Jsou konstruovány jako keramické nebo kovové. Jsou schopné odstranit až 97 % uhlovodíků, 96 % oxidu uhelnatého a 90 % oxidů dusíku. Obrázek č. 52 Palivová soustava s řízeným vstřikováním benzínu Složení soustavy vstřikování benzínu Je patrné z předchozího obrázku č. 52. Nízkotlaký obvod je v palivové nádrži (čerpadlo s regulátorem tlaku 0,35 MPa), vysokotlaký obvod pracuje s tlakem až do 220 MPa. Tvoří jej společný zásobník tlaku (Common Rail musí být pružný, aby tlumil pulzy plnícího čerpadla a tuhý aby mohl být tlak rychle měněn podle požadavků). Tlakový řídící ventil udržuje požadovanou hodnotu tlaku a vstřikovací ventil (upravuje místo a tvar paprsku, krátká doba vstřiku, vrstvený vstřik). Řídicí systém motor management, ovládá elektronicky řízené vstřikování, zapalování a ventily (dle signálů od snímače zapalování, polohy vaček, pojezdové rychlosti, převodového stupně, napětí akumulátoru, teploty motoru a nasávaného vzduchu i jeho množství, natočení škrticí klapky, λ sond, klepání motoru a jeho otáček sériová diagnostika). Pro každou polohu škrticí klapky odpovídající zatížení motoru a pro každé otáčky motoru odpovídající rychlosti vozidla jsou v paměti počítače uloženy údaje pro množství vstřikovaného paliva a předstih zážehu, případně i jiné. Řídicí počítač neustále porovnává digitalizované skutečné údaje příslušných snímačů s údaji v paměti a vhodnými regulačními zásahy se snaží jejich odchylku minimalizovat. Kromě toho řídicí jednotka využívá svých pomocných a korekčních obvodů tak, aby složení směsi i činnost zapalování byla za všech pracovních stavů i provozních režimů optimální s ohledem na co nejnižší emise (ne na výkon, nebo spotřebu paliva). Kapacitní možnosti počítače nejsou i u komplexního řízení motoru zcela využity, je možné i jeho použití k diagnostice motoru (má svoji vlastní vnitřní paměť). 62

65 V posledních konstrukcích zážehových motorů se používají systémy přímého a nepřímého vstřikování benzínu (kombinace). Důvodem je tvorba karbonu na sedlech sacích ventilů, které jsou u systému nepřímého vstřikování směsí benzínu se vzduchem omývány (to u přímého vstřikování odpadlo). Nádrže bývají vyrobeny z plechu nebo plastů s příčkami (vlnolamy), uvnitř je měřič množství (plovák) a dopravní nízkotlaké čerpadlo. V dolní části může být odkalovací šroub, nahoře plnící hrdlo s uzávěrem a sítkem. Důležité je odvětrání do sání nebo přes aktivní uhlí (elektronicky řízené). Objem se kalkuluje u osobních vozidel na dojezd do 500 km. Potrubí spojuje jednotlivé části. Používají se ocelové bezešvé trubky, měděné nebo mosazné i plasty. Mají pružné uchycení a šroubení. Nízkotlaká čerpadla jsou membránová nebo lopatková vícestupňová, před čističe (hrubá sítka, jemná papírová). Na výtlaku je umístěn zpětný ventil. Vstřikovací ventily se používají elektromagnetické a piezoelektrické, zdvih μm, čas otevření 1,5-18 ms, frekvence Hz. Zapalování je řízeno tak, aby hoření směsi bylo optimální v celém rozsahu otáček. Dříve se používal odstředivý regulátor s podtlakovou komorou, u moderních motorů, elektronické systémy řídící jednotky. Zapalovací svíčky musí umožnit bezpečné zapálení za všech režimů chodu motoru (teplota až 2 500ºC, tlak až 18 MPa, až 40 zápalů za sekundu, elektrické napětí až 30 kv a působí chemické vlivy paliva) Vstřikování paliva u vznětových motorů Výkon motoru je zde řízen kvantitou paliva. Důležitý je tvar spalovacího prostoru, začátek vstřiku, doba a průběh, tlak, tvar a směr paprsků, přebytek vzduchu a jeho víření. Tvar spalovacího prostoru může být nedělený, kde je ve dnu pístu otvor pro přímý vstřik (Man systém) označovaný také jako DI (Direct Injection), nebo dělený, kde má kompresní prostor dva objemy s předkomůrkou IDI (Indirect Injection). Zde je lepší dělení paliva, v předkomůrce je umístěno žhavení a tím jsou lepší starty, ale jsou zde nižší kompresní tlaky a vyšší spotřeba paliva. Složení soustav od nádrže je obdobné jako u zážehových motorů. Vedení nízkotlaké větve je ocelovými trubkami nebo z vyztužené pryže, vysokotlaké ocelovými trubkami s kužely. Čističe musí splňovat vyšší nároky, proto bývají dvoustupňové, často i s předehříváním. Rozdělení soustav se provádí podle uspořádání vstřikovacího čerpadla a vstřikovače s tryskou. Jedná se o soustavu s řadovým vstřikovacím čerpadlem, s rotačním čerpadlem s axiálním pístem, s rotačním čerpadlem s radiálním pístem, sdružený vstřikovač PD (Pumpe - Düse) a systém Common Rail. Řadové čerpadlo má pro každý válec jeden vstřikovací element. Jeho píst se pohybuje v ose od vačky a pootočením šikmé hrany pístu se provádí regulace dávky paliva (viz obrázek č. 53). 63

66 Obrázek č. 53 Regulace dávky u řadového čerpadla Regulace výkonu řadových čerpadel se používá mechanická (omezovací regulátor u silničních vozidel udržuje volnoběh a zamezí překročit maximální otáčky, výkonnostní u traktorů udržuje otáčky i při změně zátěže, případně i jejich kombinace) a elektronická. Rotační čerpadlo s axiálním centrálním pístem má centrální axiální píst s vačkou a rotačním rozdělovačem (viz obrázek č. 54). Na každý vstřik je nutný pohyb pístu. Regulace se provádí šoupátkem změnou zdvihu pístu nebo elektromagnetickým ventilem na výtlaku. Obrázek č Rotační čerpadlo s axiálním centrálním pístem Rotační čerpadlo s radiálními písty a vačkovým kroužkem má na každý vstřik jeden píst (viz obrázek č. 55). Počátek vstřiku je řízen vačkovým kroužkem, množství elektromagnetickým ventilem. 64

67 Obrázek č Rotační čerpadlo s radiálními písty Sdružený vstřikovač, PD má čerpadlo i trysku je v jednom bloku u každého válce (viz obrázek č. 56). Pohon je od vačky ventilů, tlaky až 200 MPa, regulace elektronicky natočením vačky. Může být proveden i s krátkou trubkou (Unit Pump System). Neumožňuje řízení fází dávky paliva. Obrázek č Sdružený vstřikovač Systém s tlakovým zásobníkem Common Rail má oddělené vytváření tlaku a vlastní vstřikování (viz obrázek č. 57). Tlak v zásobníku (kovaném) je nezávislý na režimu motoru, dávka je řízena podle polohy akcelerátoru a řídící jednotkou. Vedení má stejnou délkou (z důvodu přesnosti dávkování). Elektronicky ovládané vstřikovače umožňují vrstvení dávky (několik menších). Systém má nižší spotřebu, emise a klepání. 65

68 Obrázek č Common Rail Vstřikovač se skládá z držáku a trysky. Tryska je otvorová (jeden nebo více otvorů 0,05-0,2 mm, kužel º), nebo čepová (pro nepřímé vstřikování, konec jehly je kuželovitý, paprsek má tvar mezikruží s úhlem 60º). Žhavení je ovládáno řídící jednotkou s časovým spínačem. Žhavící svíčky jsou umístěny v předkomůrce nebo u vstřikovací trysky, u malých motorů v sání. Konstrukčně je to kovová trubička, uvnitř s topnou spirálou ve stlačeném prášku oxidu hořčíku Sací a výfukový systém Sání má probíhat s co nejmenší ztrátou tlaku. Tomu musí odpovídat jeho průřez, tvar, povrch a čistič. Potrubí se liší podle způsobu vstřikování paliva, nebo přeplňování. Má být co nejkratší a i s možností změny průřezu. Využívá se i principu magnetická rezonance. Nasávání vzduchu bývá voleno z motorového prostoru nebo u chladiče (u traktorů z důvodu vysoké prašnosti co nejvýše od povrchu podložky). Čističe bývají umístěny nad motorem nebo zboku proti prachu, tlumení hluku a předehřátí vzduchu. Čističe vzduchu jsou s olejovou náplní, cyklónové (předčističe), nebo s papírovou vložkou. Přeplňování se podle principu činností dělí na pulzační, kdy každý válec má své sací potrubí o určité délce, pulzy v plynu vyvolá pohyb pístu tak, aby se vlna šířila zrovna otevřeným ventilem a zlepšila plnění. Pro nízké otáčky je lepší dlouhé a tenké potrubí a naopak (změna délky a průřezu potrubí viz obrázek č. 58), nebo rezonanční, u kterého shoduje-li se frekvence sání s frekvencí kmitů v plynu, dochází k rezonanci a ta způsobí zvýšení tlaku plnění a skupiny válců jsou spojeny krátkým potrubím s rezonanční komorou s impulzy od sacího ventilu. Je možné i přepínání obou systémů podle režimu motoru, nebo přeplňování s mezichladičem (Intercooler). 66

69 Obrázek č. 58 Změna délky sacího potrubí Provádí se mechanicky kompresory (Rootsovo, Lysholmovo, křídlové a s otočnými písty lze řídit plnící tlak obtokem). Mají lepší reakce na změny otáček. Nebo výfukovými plyny turbodmychadly (spirálové, odstředivé). Regulace je možná obtokem elektronicky, teplotou a množstvím výfukových plynů (předstih, předstřik, klepání et c.). Mají horší reakci na změnu otáček (regulace lopatek, průřez vstupu). U vznětových motorů má až ot.min -1, což vyžaduje přesnou výrobu a vhodné materiály (žáruvzdorná niklová litina a dmychadlová slitina hliníku odstředivě lité) s nutností tlakového mazání. Intercooler se vřazuje z důvodu zvýšení objemové hmotnosti vzduchu vháněného do válce. Dvojité přeplňování (biturbo) má dva stupně různě velkých dmychadel a rozdělený proud výfukových plynů. Část jde na nízkotlakou turbínu, chladič a pak na vysokotlakou turbínu (rychlejší nárůst tlaku, mizí turboefekt viz obrázek č. 59). Obrázek č. 59 Biturbo 67

70 Turbodmychadlo Twin-scroll (BMW Twin Power) má zdvojený kanál turbíny. Kanál vedoucí k turbínovému kolu, se rozdělí na dvě části, u čtyřválcového motoru jsou výfukové svody řešeny tak, že ty z 1. a 4. válce vedou do jednoho kanálu, zatímco svody z druhého a zároveň i třetího válce jsou spojeny s druhým kanálem (nerovnoměrnost chodu čtyřválce viz obrázek č. 60). Obrázek č Turbodmychadlo Twin-scroll Turbodmychadlo s variabilní geometrií (VGT- Variable-geometry turbocharger, VNT Variable Nozzle Turbine) dle polohy lopatek (pohyblivě uloženy v prstenci) se mění úhel toku výfukových plynů na kolo turbíny a dochází ke změně kinetické energie plynů, s čímž přímo souvisí regulace otáček turbíny a tedy i plnicího tlaku turbodmychadla (viz obrázek č. 61). Obrázek č Turbodmychadlo s variabilní geometrií Elektronicky podporované přeplňování má mezi turbínu a dmychadlo vřazen asynchronní elektromotor pro krátkodobé zvýšení otáček (proti turboefektu viz obrázek č. 62). 68

71 Obrázek č Elektronicky podporované přeplňování Kompaudní přeplňování Scania má dvě výfukové turbíny za sebou (viz obrázek č. 63). Z druhé jsou otáčky přes pružný člen (hydrodynamický měnič) vedeny na setrvačník (zvýšení mechanické účinnosti, snížení měrné spotřeby). Obrázek č. 63 Kompaudní přeplňování Díky používání těchto systémů se značně zvyšuje výkon spalovacích motorů. Přední výrobci tak přikročili ke snižování zdvihových objemů svých motorů - downsizing. Jednou z možností řešení tohoto trendu je i snižování počtu válců např. Škoda 1,0 TSI. Tříválec má oproti klasickému čtyřválci více nerovnoměrný chod, ale při stejném zdvihovém objemu má větší průměr pístu (vrtání) a tím i možnost přenosu větší síly a vyššího krouticího momentu. Dále je výhodnější i z pohledu termodynamické účinnosti, větší je teplosměnná plocha a přestup tepla z válce do vodního pláště. Lépe si i ve větším objemu řídí vstřikovaná dávka. Na setrvačníku u manuálních převodovek je vytvořen nevývažek (fázově posunutý proti nevyvážené 69

72 části), u dvouspojkových je dvouhmotový. Výhodou je nižší sazba povinného ručení dle zdvihového objemu motoru. K přeplňování se používá Rootsovo dmychadlo, Lysholmovo dmychadlo, křídlové dmychadlo, dmychadlo s otočnými písty, spirálové turbodmychadlo (G) a odstředivé turbodmychadlo. Volvo zavedlo z důvodu odstranění turboefektu systém PowerPulse, který udrží turbínu roztočenou i při zavřené škrticí klapce. Podstatou je odvod přebytečného tlakového vzduchu do dvoulitrového rezervního zásobníku. Při nedostatečném tlaku ve výfukovém potrubí je pak vypuštěn do výfukového potrubí, kde udrží turbodmychadlo v činnosti. Ford patentoval instalaci menšího turbodmychadla pro každý válec a dvou škrticích klapek. Dmychadla jsou výrazně zmenšená, jsou blíže k motoru, zabírají méně místa a výrazně rychleji se plní válec. Výrazně se omezí tzv. Turbo lag. Výfuk odvádí spaliny mimo vozidlo, má snížit hluk a množství škodlivin. Umožňuje pohon dmychadla. Sběrné potrubí je od hlavy válců z litiny nebo plechu s těsněním a na něj navazuje potrubí s tlumičem (absorpční, reflexní, nebo jejich kombinace) a katalyzátorem. Systémy na snížení emisí výfukových plynů EURO 5 od roku 2008 (TIER 3) používají zařízení EGR (Exhaust Gas Recyclation recyklace výfukových plynů) s filtrem pevných částic DPF (Diesel Particulate Filter viz obrázek č. 64), případně i DOC katalyzátor (Diesel Oxidation Catalyst oxydace nespálených uhlovodíků). Obrázek č. 64 Recyklace výfukových plynů U nejstarších vozidel byl pneumaticky ovládaný ventil se snímačem polohy. Vyšší stupně mají ventil ovládaný pneumaticky a velikost přiváděného podtlaku je řízena elektromagnetickým převodníkem. Nové zařízení má elektromotoricky ovládaný ventil přes vhodný převod se zpětnou vazbou o poloze klapky. Spaliny jsou 70

73 odebírány z výfukového potrubí hned na výstupu z motoru před vstupem do turbíny turbodmychadla. Označuje se jako vysokotlaký EGR. Do sání vyúsťuje v prostoru mezi škrticí klapkou, případně i snímačem hmotnosti nasávaného vzduchu. Renault používá dodatečný nízkotlaký systém, kde spaliny z výfuku odebírá až za částicovým filtrem a ústí do sání dříve před sáním dmychadla. U zážehových motorů se začíná používat Ottopartikelfilter OPF (GPF Gasoline Particulate Filter) pro zachycení částic při hoření nehomogenní směsi u motorů s vysokotlakým přímým vstřikováním. Mercedes-Benz jej u modelu S 500 používá od roku Dnes i nové modely BMW v motorizacích xdrive 20i a xdrive 30i. Zavede je i Volkswagen včetně Škody. Systém na snížení emisí výfukových plynů EURO 6 od (TIER 4) využívá zařízení SCR (Selectiv Catalytic Reduction selektivní katalytická redukce viz obrázek č. 65), které oproti předešlé normě Euro 5 snižuje množství pevných částic o 50% a oxidů dusíku o 77%. Do výfukového potrubí se vstřikuje kapalina označovaná jako AdBlue, což je 32,5% hmotnosti močoviny CO(NH2)2 a 67,5% neionizované vody. Při zahřátí nad 40 ºC se z močoviny uvolňuje amoniak NH3 a ten reaguje s oxidy dusíku - NOx + NH3 => N2+H2O. Do ovzduší pak jde čistý dusík a vodní pára. Potřeba je 2 g redukčního činidla pro redukci 1 g NOx. Spotřeba AdBlue představuje 5-7% spotřebovaného paliva. Objevují se i systémy bez filtru pevných částic a bez použití močoviny pouze s EGR ventilem (TIER 4i). Obrázek č. 65 Selektivní katalytická redukce DOC (Diesel Oxydation Catalyst - viz obrázek č. 66) je katalyzátor, který se přeřazuje před filtr pevných částic. Chemickou oxidací se mění CO a HC, stejně jako SOF (Organic Fraction of Diesel Particulates nespálenou naftu, tedy část pevných částic) na H2O a CO2. Při regeneraci DPF se zvýší teplota spalin a zapálí zbytky paliva v oxidačním katalyzátoru a ten vypálí saze ve filtru pevných částic. 71

74 Obrázek č DOC katalyzátor Další možností snižování emisí výfukových plynů u vznětových motorů je využití proměnného časování rozvodů. Využívá se vířivý efekt nasávaného vzduchu pro lepší promíchání nafty se vzduchem (více homogenní směs). Dále pak odpojitelná vodní čerpadlo a vícestupňové chlazení, kdy motor pracuje v optimální teplotě (chlazení se třemi okruhy). První mikro okruh chladí pouze hlavu válců, kapalina je vedena přes chladič systému EGR a výměník topení. Druhý je okruh vysoké teploty - blok válců, termostat, chladič. Třetí okruh je pro chlazení plnění motoru. Každý okruh má samostatné elektrické čerpadlo. Systém EMICAT od společnosti Continental je balík technologií Super Clean Electrified Diesel. Má topné tělísko předřazené systému SCR (místo přídavného vstřiku paliva), které slouží k rychlejšímu zahřátí SCR na provozní teplotu. Využívá rekuperovanou elektřinu o napětí 48 V. Snižuje emise NOx až o 14 %. Projekt VIPER2 (Vehicle Integrated Powertrain Energy Recovery - vestavěný systém záchytu energie pohonné jednotky) má tzv. TEG - termoelektrický generátor za katalyzátorem výfukových plynů (využití zbytkového tepla výfukových plynů). Využívá Seebeckův jev, při kterém se využívá přeměna teplotního gradientu mezi různými materiály na elektrickou energii. Jeden z materiálů je připojen na výfuk a je jím ohříván, druhý zůstává chlazen. Energie je pak použita k pohánění pomocných zařízení, nebo přímo samotného hybridního pohonu. Dosahuje se jím snížení spotřeby paliva až o 5%. Měření emisí upravuje metodika ze dne vydaná Ministerstvem dopravy pod číslem jednacím 34/ SME3/2. Zavedla načítání paměti závad u vozidel s řízenými systémy a vlastní diagnostikou. Metodika platná od zavedla systémy on-line měření (technik nemůže manuálně vstoupit do tvorby protokolu). Metodika platná od 7. června 2016 sleduje i časy volných akcelerací. Od listopadu 2017 se budou protokoly automaticky ukládat do systému CIS na Ministerstvu dopravy (i fotodokumentace - vysunutí sondy z výfuku). Auta s EOBD (2001 Euro 3) musí mít kódy readiness. Řídicí systém musí emisně nejdůležitější komponenty kontinuálně sledovat a jejich činnost ověřovat (výpadky zážehu, sonda lambda, katalyzátor, recirkulace výfukových plynů EGR). Je-li vše v pořádku, ukazují kódy nuly. Provádí se i kontrola původnosti softwaru za účelem odhalení chiptuningu (není povinná). 72

75 4.7.5 Elektrická soustava vozidla Patří do ní akumulátorová baterie, spouštěč, točivý zdroj elektrické energie (dynamo, alternátor) s regulací a zapalování Akumulátory a baterie Akumulují elektrickou energii díky chemické reakci (většinou olověných desek s kyselinou sírovou). Bateriemi se označují díky spojení desek do série z důvodu zvýšení elektrického napětí (paralelně proudu). Rozdělují se do dvou skupin, a to údržbové a bezúdržbové (se zaplavenými elektrodami, s vázaným elektrolytem AGM a gelové). Údržbové akumulátory jsou nejstaršími a dnes klasickými akumulátory, na vrcholu (na víku) jsou šroubovací inspekční zátky, které slouží ke kontrole hladiny elektrolytu a případnému doplňování destilované vody. Bezúdržbové akumulátory využívají několika různých řešení akumulátorů a tedy i cest k bezúdržbě. Údržbou rozumíme pravidelnou inspekci hladiny elektrolytu a tyto akumulátory tuto kontrolu nevyžadují a někdy ani neumožňují. Bezúdržbový akumulátor se zaplavenými elektrodami je v podstatě klasický akumulátor se zaplavenými elektrodami, jen dolévací otvory jsou často skryty pod víkem. Speciální zátky nebo víko akumulátoru jsou osazeny gumovým nebo teflonovým těsněním omezují možný únik elektrolytu při náklonu nebo převržení, zároveň však zajišťují bezpečné odvětrávání nahromaděných plynů. Bezúdržbový akumulátor s vázaným elektrolytem AGM (Absorbed Glass Mat) je akumulátor, kde se článek skládá z množství kladných a záporných elektrod, jež jsou odděleny speciálním separátorem ze skelných vláken dotovaných bórem. Elektrolyt je vázán (vsáklý) v separátoru, proto nemá zaplavené elektrody. Výhodou je velký podaný výkon za nízkých teplot, vysoká odolnost vůči otřesům, zvýšená kapacita při snížení hmotnosti a absolutní bezúdržbovost. Gelový akumulátor tvoří sestava kladných a záporných mřížek oddělených celkem běžným separátorem. Elektrolyt je zde vázán v tixotropním křemičitém gelu. Má nižší citlivost na vyšší provozní teplotu, je bezúdržbový, se zvýšenou kapacitou při snížené hmotnosti a nízkou hladinou samovybíjení. Bezúdržbový HE3DA má hliníkovou katodu a měděnou anodu. Separátor je vytvořen z nanomateriálu nehořlavého keramického vlákna. Není v něm jediná díra ani prasklina nemůže tudíž dojít ke zkratu. Uvolní až 200 ampér při odebraném výkonu 7 kw, teplota při tomto odběru nestoupne ani o 0,1 C. Jedná se o patent Výzkumného a zkušebního leteckého ústavu v Letňanech Hlavní parametry Pb akumulátoru jsou hustota elektrolytu 1,285 g.cm -3 (1,270 ~ 1,330), napětí článku 2,4 V a kapacita akumulátoru (schopnost dodávat požadovanou intenzitu proudu bez výrazného poklesu napětí v Ah) Alternátor a dynamo Alternátor je točivý zdroj střídavého elektrického proudu, u kterého je buzen rotor a elektrický proud a napětí se odebírá ze statoru (u dynama je buzen stator a proud a napětí se odebírá z rotoru je proto zdrojem stejnosměrného proudu). U motorových vozidel se využívá stejnosměrný proud, proto je nutné u alternátoru střídavý proud usměrnit (nejčastěji polovodičovými diodami). Alternátor je využíván častěji, protože dokáže dodávat dostatečné množství požadovaného proudu a napětí již při nízkých otáčkách motoru. Součástí obvodu u obou zdrojů je i systém regulace budícího a dobíjecího proudu a napětí (dnes opět za využití polovodičů a elektronických obvodů). 73

76 Spouštěč Jeho úkolem je spouštění motoru při využití elektrické energie z akumulátoru. Používají se konstrukce s výsuvným pastorkem, s výsuvnou kotvou a Bendix (pastorek se vysouvá setrvačnou rychlostí po šroubovici i s převodem). 74

77 5. Přenos výkonu motoru na podložku Umožňují pojezdová spojka, převodovka, rozvodovka s diferenciálem, koncový převod, brzdy, odpružení náprav a kola s pneumatikami (pásy). 5.1 Pojezdová spojka U motorových vozidel se používá zejména pro přerušení přenosu výkonu a plynulý rozjezd. Konstrukčně může být řešena jako mechanická třecí (kuželová, nebo s plochými lamelami), hydraulická a odstředivá. Traktorová spojka bývá často řešena jako vícelamelová (dvou), kdy jedna lamela slouží pro pojezd a druhá pro vývodový hřídel (viz obrázek č. 67). Ovládání může být řešeno pedálem, pákou i elektromagneticky. Používá se suchá i mokrá (umožní větší přítlak kotouče a tím i menší průměr lamely při přenosu stejného výkonu motoru). 5.2 Převodovka Obrázek č. 67 Dvoulamelová traktorová spojka Zejména u traktorů je požadavek velkého rozsahu pojezdových rychlostí při zajištění přenosu vysokého výkonu (od plazivých rychlostí v desetinách km.h -1 až po dnes již 80 km.h -1 při dopravě po silnici). Proto je nutná změna převodových poměrů od motoru až k místu jeho přenosu na podložku. Prvním stupněm změn převodových poměrů je převodovka. Stupňovité řazení je možné buď s přerušením přenosu (posouvání ozubených kol, nebo posouvání kroužků mezi koly pomocí synchronních spojek), nebo bez přerušení přenosu tzv. pod zatížením (planetové převodovky, Willson, Power Shift, sekvenční převodovky, dvouspojkové převodovky a Vario převodovky). Tyto se někdy mylně označují jako automatické převodovky. Přeřazují pod zatížením a v kombinaci s hydrostatickým měničem nevyžadují klasickou spojku pro rozjezd a řazení. 75

78 Bezstupňové řazení CVT (Continously Variable Transmission) může být řešeno jako hydrostatické, hydrodynamické, nebo s využitím variátoru, toroidního převodu a elektrické Stupňovité řazení s přerušením přenosu přesuvnými koly Princip je znázorněn na obrázku č. 68. Jedná se o konstrukčně jednoduché řešení. Pro přeřazení stupňů je vždy nutné, aby se vyrovnala obvodová rychlost ozubených kol (nutnost dvojitého sešlápnutí spojky při řazení na vyšší a meziplynu při řazení na nižší převodový stupeň). Obrázek č. 68 Přesuvná kola Stupňovité řazení s přerušením přenosu přesuvnými kroužky Princip je znázorněn na obrázku č. 69. U tohoto způsobu jsou kola stále v záběru (vyšší mechanické ztráty). To ale umožňuje použít šikmé zuby a tím tišší chod. Zařazení je snadnější díky synchronní spojce (vyrovná rozdílné obvodové rychlosti - synchronizuje a poté zařadí pomocí kolíků v bocích kol a synchronního kroužku). Obrázek č. 69 Synchronní kroužky 76

79 Převodovka SynchroPlus (John Deere) je nejzákladnější typ převodovky, používaná v traktorech John Deere řady 6030 od 63 do 114 kw. Konstrukčně se jedná o čtyřhřídelovou, plně synchronizovanou převodovku, koncepčně je složená z třístupňové hlavní a čtyřstupňové skupinové převodovky. Má 12 rychlostních stupňů vpřed a 4 vzad, převodovka se vyrábí pouze pro maximální rychlost 30 km.h -1. Pro řazení rychlostních stupňů slouží dvě řadicí páky, umístěné na panelu po pravé ruce. Převod prvního stupně a převod pro jízdu vzad jsou pro snazší řazení umístěné v řadě. Převodovka je v základu vybavena parkovacím zámkem, což má nesmírnou výhodu při zastavování v kopcovitém terénu. Převodovku Power Shuttle můžeme najít například v traktorech MF řady 5700 nebo NH řady T4 PowerStar nebo TD Základ tvoří dvanáctistupňová převodovka, ke které jsou přidané dvě elektrohydraulicky řízené lamelové spojky. U této převodovky odpadá použití velké hlavní spojky, rovněž se zde naskytuje možnost použití spojkového tlačítka většinou umístěného na řadící páce rychlostí namísto nožní spojky. Ovládací páky pro převody a rozsahy jsou umístěny po pravé straně vedle sedačky řidiče. Umístění ovládací páky reverzoru se pro lehčí ovládání nachází vlevo pod volantem. Převodovku Shuttle Command 12/12 je reverzační plně synchronizovaná převodovka, kterou využívají některé traktory od firmy New Holland. Konstrukčně je řešena z reverzační, hlavní a skupinové převodovky. Disponuje 12 převodovými stupni vpřed a 12 stupni vzad. Ve skupinové převodovce odpovídají stupně silničnímu, střednímu a polnímu rozsahu. Které se označují H, L, M (viz obrázek č. 70). Obrázek č. 70 Převodovka Shuttle Command 12/ Převodovky s omezeným počtem stupňů řazených pod zatížením Zástupce těchto převodovek najdeme ve všech řadách nejvíce však v traktorech střední výkonové třídy, kde je zároveň také největší možnost výběru typu převodovky. Převodovku Electro Command nalezneme v traktorech New Holland v řadě T až 131 kw. U traktorů Case v řadě Maxxum 82 až 104 kw. Z hlediska konstrukce se jedná o převodovku se čtyřmi elektrohydraulicky ovládanými lamelovými spojkami pro řazení pod zatížením. Spojky C1 a C2 jsou umístěny v přední části převodovky pracující jako dvoustupňový násobič. Za nimi jsou umístěny dvě synchronizované jednotky převodů (elektrohydraulické řazení). První je pro jízdu vpřed nebo vzad (F, R) a druhá je pro rozsahy rychlostí (1-4, 5-8). Spojky C3 77

80 a C4 umístěné dále plní podobnou funkci jako spojky C1 a C2 (další násobič). Díky větším přenášeným silám jsou však konstrukčně větší (více lamel, silnější pružiny, atd.). Celou skupinu uzavírá synchronizovaná jednotka pro řazení vysokého a nízkého rozsahu (H, L). Převodovka tedy disponuje šestnácti, v případě instalované spojky přímého pohonu sedmnácti rychlostními stupni vpřed a šestnácti vzad. Díky spojkám C1 až C4 se jedná o osm stupňů řazených bez spojkového pedálu pod zatížením. Ovládání převodovky je pomocí páky reverzace vlevo pod volantem, páky řazení rozsahu a displeje rychlostí. Pro řazení rychlostí pod zatížením slouží dvě tlačítka na řadící páce, případně tlačítka pod displejem rychlostí. Převodovka disponuje velkým množstvím elektronických systémů. Mezi nejvýznamnější patří schopnost automatického řazení na silnici, adaptivního AUTO řazení na poli, předvolba stupně v kombinaci s automatikou, automatické přizpůsobení převodového stupně rychlosti traktoru. Převodovky PowrQuad a AutoQuad patří mezi nejvíce používané převodovky značky John Deere, zástupce můžeme najít téměř ve všech výkonnostních třídách jejich traktorů. Například v řadách 5R 59 až 74 kw, až 110 kw a 6030 Premium 70 až 110 kw, 7030 Premium 118 až 143 kw (viz obrázek č. 71). Obrázek č. 71 Schéma převodovky AutoQuad 20/20 B1-4 - pásové brzdy, S1-2 lamelové spojky, a 4 násobič točivého momentu, b - reverzační převodovka, c 5 hlavní převodovka Sestava převodovky je tvořena třemi moduly, čtyřstupňovým modulem PowrQuad, čtyřstupňovým planetovým násobičem plus reverzor a čtyřstupňovou, popřípadě pěti nebo šestistupňovou plně synchronizovanou převodovkou rozsahů převodů. Případná sestava převodovky pro plazivé rychlosti je umístěná mezi oběma moduly. U čtyřstupňové převodovky rozsahů sestava umožňuje řazení šestnácti převodových stupňů vpřed a stejného počtu stupňů vzad. U pětistupňové převodovky je to dvacet stupňů vpřed, vzad a u šestistupňové až dvacetčtyři převodových stupňů vpřed i vzad. Modul PowrQuad je tvořený jednou planetovou převodovou řadou, spojkou pro jízdu vpřed a brzdou pro jízdu vzad. Spojky a brzdy jsou ovládané tlakovým olejem. Převodovka rozsahu převodů je ovládaná mechanicky PowrQuad, krokovým motorem AutoQuad popřípadě hydraulicky PowrQuad Plus, AutoQuad Plus. Konstrukce převodovek PowrQuad, AutoQuad, PowrQuad Plus a AutoQuad Plus je téměř naprosto identická. Jediný velký rozdíl je v možnostech jejich ovládání. 78

81 V případě převodovky PowrQuad, jde o mechanické řízení s dnes už nepoužívaným dvoupákovým ovládáním. Převodovka PowrQuad Plus je už elektronicky řízená, jedna páka, s možností automatického přizpůsobení rychlosti při řazení skupin. Převodovky AutoQuad a AutoQuad Plus navíc zvládají automatické řazení rychlostních stupňů ve skupině. Pro zjednodušení obsluhy jsou ovládací prvky převodovky soustředěny do jediné páky řazení skupin rozsahů. Páka obsahuje tlačítka pro řazení jednotlivých stupňů pod zatížením (želva, zajíc), spojkové tlačítko a v případě převodovky AutoQuad (Plus) i tlačítko auto pro přechod do módu automatického řazení stupňů. U všech typů těchto převodovek je v základní výbavě parkovací zámek převodovky. Ovládací prvky doplňuje elektricky ovládaný reverzor tradičně umístěný vlevo pod volantem řidiče. Převodovka Range Command 18/6 (viz obrázek č. 72) traktoru New Holland, je mechanická převodovka, která má osmnáct převodových stupňů vpřed a šest převodových stupňů vzad. Obrázek č. 72 Schéma převodovky Range Command 18/6, S1-5 lamelové spojky, H - silniční skupina, L - polní skupina, M střední skupina, R reverzace, a 6 hlavní převodovka, b skupinová převodovka Konstrukčně je složena z hlavní 6 převodovky řazené lamelovými spojkami (S1 až S5) a 3 skupinové převodovky řazené synchronizačními spojkami. Všechny převodové stupně se řídí elektrohydraulicky. V hlavní převodovce je každý převodový stupeň řazen dvojicí lamelových spojek. První převodový stupeň se zařadí zapnutím lamelové spojky (S1, S3), kterými je přiveden točivý moment na hnací hřídel v hlavní převodovce. Přes soukolí stálého záběru (1) a se zapnutou synchronizační spojkou (L) je zařazena skupina želva. Při zařazení osmnáctého převodového stupně se zapne lamelová spojka (S2, S5) v hlavní převodovce a synchronizační spojka (H) ve skupinové převodovce, vznikne tak přímý záběr. Celkový převodový poměr je tak nejnižší a traktor může jet maximální pojezdovou rychlostí. Změna smyslu je řazena synchronizační spojkou (R), která se nachází ve skupinové převodovce. Šest stupňů vzad je řazeno lamelovými spojkami, které odpovídají prvním šesti převodovým stupňům vpřed. Řazení je soustředěno do jediné páky, kterou se ovládají všechny převodové stupně jak v hlavní, tak ve skupinové převodovce. Na hlavici páky jsou dvě tlačítka (želva, zajíc) pro řazení pod zatížením. V případě řazení převodového stupně ve skupinové převodovce, je nutno sešlápnout pedál spojky nebo stisknout tlačítko, 79

82 které je umístěno z boku na hlavici páky. Reverzace je ovládána elektrohydraulicky páčkou pod volantem Stupňovité řazení bez přerušení přenosu planetovým převodem Princip je znázorněn na obrázku č. 73. Podle brzdění korunového kola umožňuje změnu převodového poměru podle odvalování satelitů na unašeči. Nevýhodou jsou větší mechanické ztráty (přenos přes vložené kolo satelit). Pro větší možnost změny převodových stupňů je možné zařadit několik planetových převodů za sebe (Dual syncro, Willson). Přiváděný hnací moment se rozděluje na několik satelitů, takže je v záběru více zubů najednou a modul ozubení může být menší. Zástavbový prostor je dobře využit. Vhodně zvolené planetové převody vynikají dobrou účinností. Nevýhodou někdy bývá složitost a velký počet dílů. Obrázek č. 73 Planetový převod Na obrázku č. 74 je znázorněn dvoustupňový planetový násobič točivého momentu. Točivý moment do násobiče vstupuje na korunovém kole (1) a vystupuje na unašeči satelitu (2). Sepnutím lamelové spojky (S) umístěné mezi unášečem a centrálním kolem (3) se zamezí vzájemnému pohybu součástí planetového převodu. Násobič je tím vyřazen z činnosti a převodový poměr je 1. Jestliže zastavíme centrální kolo brzdou (B) a současně rozepneme spojku, satelity (4) se budou odvalovat po stojícím centrálním kole. Otáčky unašeče se sníží a točivý moment potažmo tahová síla se zvýší úměrně převodovému poměru. 80

83 Obrázek č. 74 Schéma dvoustupňového planetového násobiče točivého momentu Druhým konstrukčním řešením je předlohový násobič (viz obrázek č. 75). Jedná se vlastně o předlohovou převodovku řazenou dvojicí lamelových spojek. Při sepnuté spojce (S2) jsou otáčky hnacího hřídele (1) totožné s otáčkami hnaného hřídele (2) a jde o přímý záběr. Při řazení dochází k postupnému vypínání spojky (S2) a zapínání spojky (S1) a výkon je přenášen přes ozubená soukolí (3,4) a (5,6). Převodový poměr je větší než jedna. Obrázek č. 75 Schéma dvoustupňového předlohového násobiče točivého momentu Stupňovité řazení bez přerušení přenosu Power Shift Jedná se o kombinaci několika planetových převodů v kombinaci s vícelamelovými spojkami, které spojují nebo rozpojují jednotlivé možnosti činnosti planetových převodů (převodových stupňů viz obrázek č. 76). Přepínání je řízeno řídící jednotkou a prováděno hydraulicky. Vícelamelové spojky se používají z důvodu možnosti zmenšení průměru lamel při přenosu výkonu (vyšší přítlačná síla a mokré spojky pro odvod tepla). 81

84 Obrázek č. 76 Převodovka Power Shift Převodovka firmy Case Full Powershift 18/4 (viz obrázek č. 77) disponuje šesti rychlostními stupni vpřed a dvěma vzad, skupinová převodovka je třístupňová. Obrázek č Schéma převodovky Powershift 18/4 firmy Case Dle požadavku uživatele může být namontován plazivý převod. Všechny stupně jsou řazené hydraulicky ovládanými lamelovými spojkami. Točivý moment je přiváděn k lamelovým spojkám (S1) a (S2), které zdvojnásobují počet převodových stupňů. Při sepnutí spojky (S2) je moment přenášen ozubeným kolem (1) na ozubené kolo (2) pevně spojené s předlohovým hřídelem (3). Na tomto hřídeli jsou jednotlivá ozubená kola převodových stupňů hlavní převodovky. Převodové stupně 2, 4 a 6 se řadí zapnutím lamelových spojek (S3), (S4) a (S5). K zařazení převodových stupňů 1, 3 a 5 se použijí tytéž spojky (S3), (S4) a (S5), s tím rozdílem, že točivý moment je přenášen přes soukolí ozubených kol (4) a (5) po zapnutí spojky (S1). Na přání montovaným plazivým převodem dosáhneme nejnižších pojezdových rychlostí sepnutím jeho lamelové spojky a tím přivedením momentu na hřídel (3) přes ozubená kola (6) a (7). Lamelovou spojkou (S6) se současným zapnutím spojky (S1) nebo (S2) se řadí rychlostní stupně vzad, výkon jde ozubenými koly (4), 82

85 (5), (2) a dále přes ozubená kola (1) a (8). Spojka (S6) změní smysl otáčení předlohového hřídele (9). Tímto způsobem se získají dva převodové stupně vzad z hlavní převodovky. Za hřídelem (9) je zařazena pojezdová spojka a skupinová převodovka L a M, která výsledný počet rychlostních stupňů zdvojnásobí. Pro dosažení nejvyšších pojezdových rychlostí vpřed je určena skupina H. Na výstupu 23 z převodovky je ještě vloženo redukční soukolí stálého převodu (10) a (11). Převodovka Ultra Command je používaná v nejvyšší výkonnostní třídě traktorů New Holland v řadách T8 216 až 250 kw a T9 287 až 477 kw. Svoje zástupce má i v traktorech Case, řada Magnum 199 až 276 kw. Konstrukce převodovky je založená na dvanácti elektrohydraulicky ovládaných lamelových spojkách. Je zde spojka pro pohon přední nápravy, spojka pro plazivé rychlosti dále tři spojky rozsahů (Low, Medium, High), dvě spojky lichých a sudých rychlostí, tři spojky rychlostních stupňů (1/2, 3/4, 5/6) plus spojka zpátečky (reverz). Poslední dvanáctá je tzv. hlavní spojka. Jedná se o velkou vícelamelovou spojku, která má za úkol zachytávat případné rázy vzniklé při reverzaci. Ovládá se pomocí jedné jediné páky umístěné na loketní opěrce integrované do sedadla řidiče. Na páce řadění jsou umístěna tři tlačítka. První dvě slouží pro ovládání tříbodového závěsu u traktoru a třetí je parkovací brzda. Traktory s touto převodovkou jsou obvykle vybaveny nejrůznějšími systémy pro usnadnění ovládání. Mezi nejvíce používané patří automatické řazení převodových stupňů v polním (při rychlostech 1 až 12) a silničním režimu (11 až 19) dále pak omezení maximálního převodového stupně a v neposlední řadě pak systém GSM (Ground Speed Management), který automaticky upravuje otáčky motoru a převodové stupně převodovky na základě zatížení Stupňovité řazení bez přerušení přenosu sekvenční převodovkou Sekvenční převodovka SMT (Sequential Manual Transmission) či SMG (Sequential Manual Gearbox) je v podstatě klasická mechanická převodovka s elektronicky řízenou samočinnou spojkou. Stupně se mění pomocí tlačítek na volantu, pádel pod volantem či lehkými pohyby řadicí páky za sebou (ne do H jako klasické stupňovité převodovky) Stupňovité řazení bez přerušení přenosu dvouspojkovou převodovkou V osmdesátých letech nasadilo Porsche převodovku nazvanou Porsche Doppelkupplung (PDK) a dostalo ji také legendární Audi Quattro S1. Teprve v roce 2003 jsme se dočkali první dvouspojkové převodovky v automobilu pro běžné smrtelníky to když Volkswagen představil svou převodovku DSG (Direkt-Schalt Getriebe nebo také Direct Shift Gearbox) v modelu Golf. Je to typ poloautomatického ústrojí, kde může výkon od motoru k hnacímu hřídeli téci dvěma cestami (viz obrázek č. 78). To, kterou z nich je právě výkon přenášen, určuje sepnutí jedné z dvojice spojek. Jedna spojka přitom zapojuje liché rychlostní stupně, druhá stupně sudé. Zatímco na aktuálně sepnuté spojce je zařazen rychlostní stupeň, na spojce rozepnuté dojde k předřazení jiného rychlostního stupně. Přeřazení pak probíhá tak, že se první spojka rozepne a druhá sepne, takže prakticky nedojde k přerušení toku výkonu. 83

86 Obrázek č. 78 Dvouspojková převodovka Mezi výrobci traktorů nabízí tuto koncepci převodovky jako jedna z mála firma John Deere. Na obrázku č. 79 je schéma nové převodovky Direct Drive. Hlavní převodovka nabízí osm stupňů řazení pod zatížením spojkami S2 (liché stupně) a S3 (sudé stupně). Jednotlivé stupně jsou předvoleny elektromagneticky pomocí synchronizačních spojek. Spojka S1 je pojezdová a dále společně s brzdou B1 slouží k reverzaci celé převodovky. Převodová skříň disponuje celkem 24 rychlostmi vpřed i vzad díky dovybavení třemi rychlostními rozsahy (A, B, C). Obrázek č. 79 Schéma převodovky John Deere Direct Drive 24/ Stupňovité řazení bez přerušení přenosu tříspojkovou převodovkou Honda si patentovala jedenáctistupňovou převodovku, která má zařazený jak vyšší, tak i nižší stupeň, ten správný se pak vybere podle aktuální situace Stupňovité řazení bez přerušení přenosu desetistupňovou automatickou převodovkou Direct Shift-10AT Toyota vyvinula ozubení s vnitřním výrazně nižším třením než dnes, převodovka je kompaktnější, lehčí, má plynulé rychlé reakce, kombinuje se s hybridním pohonem. 84

87 Stupňovité řazení bez přerušení přenosu Převodovku Vario již v roce 1987 český konstruktér Robert Honzek společně se dvěma svými kolegy v německé firmě Fendt začal realizovat podle nápadu Hanse Marschalla. Nakonec po osmi letech utajeného vývoje představili traktor Fendt 926. Jedná se o kombinaci mechanického planetového a hydrostatického pojezdu IVT (Infinitely Variable Transmission viz obrázek č. 80). Obrázek č. 80 Vario převodovka Fendt Při rozjezdu zabírá pouze hydrostatika, kterou při zvyšující se pojezdové rychlosti postupně doplňuje pohon mechanický. A to do té míry, že při dosažení maximální rychlosti mechanický pohon hydrostatiku zcela nahradí. Převodovka je taktéž vybavena spojkou přední nápravy a spojkou vývodového hřídele. Výkon od motoru je přiváděn na unášeč satelitů planetového soukolí. Zde se výkon dělí na mechanickou část odváděnou přes centrální kolo dál a na hydrostatickou část odváděnou korunovým kolem k pístovému hydrogenerátoru (hydromotoru). Obě výkonové větve se opět sčítají na sumarizační hřídeli odkud je přes dvoustupňovou skupinovou převodovku dále rozváděn k pohonu přední a zadní nápravy. Převodovka je ovládaná pomocí jedné páky umístěné na multifunkční opěrce sedadla popřípadě pedálem pojezdu. Pohybem páky vpřed traktor zrychluje a pohybem vzad zpomaluje, v případě nahnutí páky doleva dojde k reverzaci a pohybem doprava se zapíná tempomat. Páka obsahuje přepínač nastavení požadované rychlosti akcelerace a tlačítka pro ovládání tříbodového závěsu. Traktory Fendt jsou standardně vybaveny systémem TMS (Tractor Management System) umožňujícím ovládání motoru společně s převodovkou, 4 režimy ovládání, případně i systémem palubního počítače Variotronic (viz obrázek č. 12), který spojuje ovládání traktoru, připojeného nářadí, satelitní navádění VarioGuide a další systémy do jednoho ovládacího panelu, který výrazně zvyšuje komfort obsluhy. Převodovka Auto Command je používaná v traktorech New Holland řady T7 118 až 192 kw a v traktorech Case-IH v řadě CVX 104 až 144 kw. Převodovka je založená na kombinaci mechanické a hydraulické části posléze spojené ve slučovacím planetovém soukolí (viz obrázek č. 81). 85

88 Obrázek č Převodovka AutoCommand Mechanická část je tvořená tříhřídelovou stupňovitou převodovkou se třemi páry synchronizovaných soukolí a dvěma lamelovými spojkami, jejichž kombinací se dosahuje čtyř rychlostních rozsahů vpřed a dvou vzad. Hydrostatická část je složena z regulačního pístového hydrogenerátoru a neregulačního pístového hydromotoru. Aby nedocházelo ke zbytečným ztrátám, vedením kapaliny v potrubí, je hydrogenerátor s hydromotorem uložený ve spojené skříni. Devíti pístový hydrogenerátor je schopný vytlačit až 110 cm 3 a lze ho regulovat sklonem desky ± 10. Hydromotor pracuje trvale s geometrickým objemem 90 cm 3. Maximální konstrukční rychlost je 70 km.h -1. Rychlost je však elektronicky omezena sklonem regulační desky hydrogenerátoru na rychlost 50, nebo 40 km.h -1. Výkon od motoru je přiváděn na hřídel, kterou je poháněno centrální kolo slučovacího planetového soukolí, soukolí pro pohon pístového hydrogenerátoru a dále pak vývodový hřídel. Korunové kolo slučovacího převodu je poháněno hydrostatickou jednotkou. Výkon slučovacího planetového soukolí je pak odebírán přes unašeč satelitů (spojka A), nebo vložené centrální kolo (spojka B). Spojka A má na starost sepínání rychlostních rozsahů F1,F3 pro jízdu vpřed a rozsahu R2 pro jízdu vzad. Spojka B sepíná rychlostní rozsahy F2 a F4 pro jízdu vpřed a rozsah R1 pro jízdu vzad. Řazení jednotlivých rozsahů využívá principu dvoutoké převodovky DSG. K řazení převodových stupňů dochází v okamžiku, kdy není daný převod v záběru, což výrazně snižuje opotřebení všech třecích částí a díky dvěma mokrým elektronicky ovládaným lamelovým spojkám umožňuje tento systém řazení všech převodů pod zatížením s možností rychlé reverzace. Ovládání převodovky je soustředěno do jedné páky umístěné na opěrce sedačky obsluhy traktoru. Na ovládací páce můžeme najít tlačítka tempomatu, tlačítka pro řazení jednotlivých rychlostních rozsahů, tlačítka ovládání tříbodového závěsu a hydrauliky. Při pohybu páky dopředu (dozadu) se začne traktor rozjíždět vpřed (vzad). Traktor zrychluje (zpomaluje) úměrně podle toho s jakou rychlosti obsluha pákou pohybuje. Díky elektronickému řízení, převodovka disponuje velkým množstvím nastavení. Mezi základní typy režimů převodovky patří například plně automatický mód, manuální režim a tempomat. 86

89 Převodovka AutoPowr je konstrukčně složená ze dvou planetových převodů, které plní funkci slučovacího a reverzačního převodu. Řazení probíhá díky dvěma lamelovým spojkám a jednou lamelovou brzdou. Hydrostatický převodník tvoří regulační hydrogenerátor (regulace geometrického objemu nakláněním celého bloku v obou směrech pod úhlem αmax = 45 ) a pístový hydromotor, u kterého je konstantní geometrický objem (viz obrázek č. 82). Převodovka AutoPowr má čtyři základní stavy: neutrál, rozjezd a zrychlování, nejvyšší rychlost a jízda vzad. Obrázek č. 82 Schéma převodovky AutoPowr, P1,2,3, - planetová kola, k1,2 korunová kola, s1,2,3 satelity, u unášeč, B lamelová brzda, KL a KS lamelové spojky Při neutrálu je točivý moment přiváděn do hydrostatického převodníku soukolím (1) a současně je veden do slučovacího planetového převodu (P), kde pohání planetové kolo (p). Úhlová rychlost je regulována hydrostatickým převodníkem přes soukolí (2). Blok regulačního hydrogenerátoru je nakloněn pod úhlem α = -45 a korunové kolo (k1) tak dosahuje maximální obvodové rychlosti, ale v opačném smyslu, než jak se otáčí planetové kolo (p2). Protože jsou obvodové rychlosti korunového kola (k1) a planetového kola (p2) stejné, ale mají opačný smysl otáčení, unášeč (u) se zastaví. Přes spojku (KL) je tento stav přenesen na další převodová ústrojíprvní rychlostní rozsah (0 až 15,2 km.h -1, spojka KL zapnutá). Nastavení hydrostatického převodníku je stejné jako při neutrálu. Při snížení úhlové rychlosti korunového kola (k1) se uvede do pohybu unášeč (u), a tím i traktor. Při snižování úhlové rychlosti korunového kola dojde k přiblížení bloku hydrogenerátoru k poloze α = 0 a jeho dalšímu naklánění až k poloze α = +45. Při nejvyšší pojezdové rychlosti se korunové kolo (k1) otáčí stejně jako planetové kolo (p1,2) a unášeč. Druhý rychlostní rozsah (15,2 až 63 km. h -1, spojka KS zapnutá). V okamžiku, kdy úhlová rychlost unášeče (u) dosáhne maxima, dojde k rozepnutí spojky KL a zapne se spojka KS. Následkem toho se stane výstupní částí planetového kola (p2). Při snižování geometrického objemu hydrogenerátoru se začne zpomalovat korunové kolo (k1). Jakmile regulační blok dosáhne hodnoty α = 0 korunové kolo (k1) se zastaví. Pojezdová rychlost je nyní 38 km. h -1. Dalšího zrychlení planetového kola (p2) dosáhneme vykloněním regulačního bloku až do polohy α = -45. Nejvyšší pojezdová rychlost traktoru tak může přesáhnout 50 km.h -1. Ke změně 87

90 smyslu jízdy, dochází při zabrzdění lamelové brzdy (B), která zastaví korunové kolo (k2). Regulační blok hydrogenerátoru má sklon α = -45. Jakmile se sklon začne zmenšovat a přibližovat k α = 0, korunové kolo (k1) začne zpomalovat a unášeč (u) naopak zrychlovat. Pohyb unášeče se začne přenášet na planetový převod (R). Vlivem zastaveného korunového kola (k2) a pohybu satelitů (s2, s3) se začne otáčet planetové kolo (p3) v opačném smyslu než unášeč. Kombinace převodovek s hybridními technologiemi např. firma GKN název etwinster pro pohon všech kol s pomocí hybridního systému s krátkým jízdním dosahem. Zadní nápravu pohání elektromotor o maximálním výkonu 60 kw, maximálním točivém momentu 240 N.m a otáčkách až za minutu. Místo diferenciálu je dvojice lamelových třecích spojek, ovládaných hydraulicky od funkce diferenciálu s omezeným prokluzem až po odpojení pohonu zadních kol, nebo může vůz pohánět pouze zadní náprava. Lze namontovat do téměř jakéhokoliv auta, zvládá rekuperaci brzdné energie a z jakékoliv předokolky vytvoří hybridní čtyřkolku. Jaguar a Land Rover vyvinul samočinnou převodovku s dvojicí soustředných spojek s dvourychlostní zpátečkou. Společnost ZF (Zahn Fabrik) vyvíjí převodovku s pouhými šesti převody, ale dodatečným elektromotorem. K rozjezdu vozidla a k jízdám velmi nízkou rychlostí. Změnou elektrické polarity lze elektromotor použít místo zpátečky. Společnost Oerlikon Graziano vyvinula šestistupňová samočinná převodovka s integrovaným elektromotorem o výkonu 120 kw pod označením OGeco. Byla testována při jízdních zkouškách v Mercedes-Benz SLS AMG. Rozměry má jako sedmistupňová dvouspojková skříň pro příčnou zástavbu. Umožňuje pohánět čistě elektricky, při požadavku na vysoký výkon podporovat spalovací motor, rekuperovat brzdnou energii a spouštět spalovací motor. Bosch eaxle tvoří kompletní modul elektrického pohonného ústrojí, který se namontuje přímo na nápravu auta. Elektromotor, převodovka i řídící elektronika a baterie lze dodat do jakéhokoliv osobního či dodávkového auta. Může se umístit na zadní nápravu a přední kola může pohánět pouze konvenční motor. Výkon je v rozsahu od 68 do 408 HP Bezstupňové řazení hydrostatické Jde o uzavřený hydraulický okruh s malým průtokem oleje, ale pod velkým tlakem. Motor točí čerpadlem (hydrogenerátorem), jež posílá olej do hydromotoru, díky kterému se následně točí kola (viz obrázek č. 83). Oba jsou řešeny se šikmými deskami pro změnu objemu válců a tím i otáček, čímž se dosáhne plynulého ovládání a citlivosti. Systém má i integrovanou funkci brzdění a nižší spotřebu paliva. Obrázek č. 83 Hydrostatický pohon Bezstupňové řazení hydrodynamické Hydrodynamický měnič má mezi čerpadlovým a turbínovém kolem vložené řídící kolo (deflektor, stator, násobič momentu viz obrázek č. 84), které řídí tok 88

91 viskózní kapaliny (oleje). Zařízení bez statoru se označuje jako hydrodynamická spojka (v kombinaci s převodovkami řazenými pod zatížením). Regulace se provádí otáčkami a zátěží (brzděním). Obrázek č. 84 Hydrodynamický měnič Převodovka Turbomatic je řešená kombinací hydrodynamické spojky a mechanické převodovky, která je složená z čtyřstupňového násobiče s reverzačním převodem, pojezdové spojky, skupinové převodovky se dvěma rychlostními rozsahy, šestistupňové hlavní převodovky a spojky pohonu přední nápravy. Dohromady poskytuje možnost řazení 44 rychlostních stupňů vpřed a stejného množství stupňů vzad (viz obrázek č. 85). Obrázek č Schéma převodovky Turbomatik 44/44 (Fendt) a hydrodynamická spojka, b násobič točivého momentu a reverzační převod, c - hlavní pojezdová spojka, d skupinová převodovka, e hlavní převodovka, S1-6 lamelové spojky 89

92 Bezstupňové řazení variátorem Variátor tvoří dvě řemenice s axiálně posuvným kuželovým kolem, mezi nimiž obíhá klínový řemen, nebo řetěz - viz obrázek č. 86. Jedna řemenice je spojena se vstupním hřídelem (primární), druhá s výstupním (sekundární). Oddalováním a přibližováním kuželů se mění průměr, který řemen opisuje, a tím i samotný převodový poměr. Převod má výrazně nižší ztráty třením oproti planetovému soukolí. Je vhodnější pro městský provoz než dlouhé jízdy (často se mění převod, kdežto u dlouhé jízdy ne a pak vznikají opotřebením na řemenicích drážky). Obrázek č. 86 Variátor Bezstupňové řazení toroidním převodem Toroidní převod byl patentován již v roce Jedná se o třecí převod, který místo dvou řemenic a řemenu (jako variátor) používá dva toroidní disky (viz obrázek č. 87). Jeden spojený se vstupním a druhý s výstupním hřídelem, mezi nimiž je kladka. Samotná změna převodu se děje jejím naklápěním, čímž se mění bod dotyku kladky s toroidními disky. Účinnost je přes 95 % a v sériovém automobilu Nissan se objevil v roce Problematický je mechanický styk kladek Magnetická převodovka Obrázek č. 87 Toroidní převod Nepotřebuje tlumič torzních kmitů v dvouhmotovém setrvačníku, elektrický generátor, ani převody. Vystačí si s magnetickou silou. Rotující magnetické pole mění 90

93 převodový poměr mezi elektromotorem a spalovacím motorem, případně je může zcela oddělit Elektrické převody Pohon pomocí elektromotoru, do kterého je dodáván proud z generátoru, akumulátoru nebo spalovacího motoru s generátorem. Motory mohou být umístěny i přímo v kolech hnací nápravy (vyšší účinnost nad 95%). Elektromobil má maximální točivý moment od nulových otáček a se zvyšujícími se otáčkami točivý moment klesá (viz Graf č. 1). Graf č. 1 Průběh momentu a výkonu u elektromotoru Za snižováním točivého momentu s rostoucími otáčkami stojí tzv. zpětné elektromotorické napětí (BEMF Back Electromotive Force). Elektrický proud začne na cívku působit elektromagnetickou silou a ta se začne otáčet, a pokud jí nebude nic klást odpor, budou se její otáčky zvyšovat s rostoucím proudem. Klíčový je maximální proud, který jsou schopny baterie vyvinout (čím větší proud, tím větší točivý moment). Na stejném principu funguje i generátor - elektromotor se stane zároveň i generátorem ve chvíli kdy se roztočí (BEMF). Nulové BEMF nastává pouze ve chvíli, kdy se elektromotor netočí. Proto elektromobily dokážou bleskurychle vystřelit z místa, ale v určité rychlosti jim začne docházet dech. Elektromotor poskytuje výrazně vyšší účinnost než spalovací motor 85 až 90 % prakticky 70 i méně (MB u spalovacího motoru dnes více než 50). Má odlišnou momentovou charakteristiku. Vystačí si s jednostupňovým redukčním převodem. Do budoucna se počítá se zavedením vícestupňové převodovky, např. e-golf má mít dva převody 2,704:1 a 3,609:1. To má zlepšit celkovou účinnost elektrického pohonu vozidla až o 15%, prodloužit reálný dojezd a snížit točivý moment (hnací hřídele kol a diferenciál nemusejí být tolik dimenzovány). Práce elektromotoru má pak probíhat v příznivějších otáčkách charakteristiky. 91

94 5.3 Rozvodovka Rozděluje tok krouticího momentu na dvě kola jedné nápravy (případně i mezi nápravami). Aby byl přenos správně rozdělen i v zatáčce, nebo na rozdílném povrchu kol na nápravě, je opatřena diferenciálem, v některých případech i s uzávěrkou (mechanická, samosvorná - ATB Automatic Torque Biasing). Samosvorná uzávěrka je řešena jako lamelová, nebo mechanická a u moderních vozidel je její činnost řízena řídící jednotkou. Řízení průjezdu zatáčkou je u moderních výkonných vozidel řešeno pomocí brzd (nejlevnější způsob, nejméně efektivní, využívá doplňkové funkce systémů ABS/ESP XDS a XDS Plus, má omezenou účinnost, zvýšené opotřebení brzd, funguje pouze při velkém bočním zrychlení), aktivním členem (účinný, rychlý, ale drahý, kde jedna nebo více aktivně ovládaných lamelových spojek je ovládána buď elektromotoricky, elektrohydraulicky, nebo elektromagneticky, spojka může blokovat konvenční otevřený diferenciál, nebo aktivně připojovat/odpojovat pohon jednoho z kol nápravy, nebo připojovat/odpojovat přídavný planetový převod za účelem zvýšení otáček vnějšího kola v zatáčce), elektrohydraulicky ovládanou lamelovou spojkou (pod označením VW VAQ Vordeachsquesperre, pracuje odobně jako systém XDS nebo XDS Plus, zde svorný účinek není docilován brzdami, ale speciálním zařízením s elektrohydraulickou lamelovou spojkou, tlak oleje k sevření lamel spojky je generován elektricky poháněným čerpadlem na základě pokynu z řídicí jednotky), spojkami místo diferenciálu (označené jako GKN Twinster - alternativa systému VAQ pro pohon všech kol, zde se používá jednotka pohonu zadní nápravy PTU - Power Transmission Unit - úhlový převod, od ní vede hnací hřídel pro pohon zadní nápravy, zakončený opět úhlovým převodem, systém si vystačí jen s dvojicí lamelových spojek, z nichž jedna dokáže zcela odpojit levé zadní kolo, druhá pravé zadní kolo, jejich stlačováním se mění rozdělení hnací síly mezi přední a zadní nápravu, vzniká zde nepotřebnost centrálního diferenciálu či mezinápravové spojky, spojky zajišťují dvě funkce - dělí hnací sílu mezi obě poháněné nápravy a současně mezi obě zadní kola) a poslední možností je použití lamelových spojek s přídavným převodem (označené jako Audi Sport Diferencial, což je systém podobný GKN Twinsteru, zde jsou ale dvě lamelové spojky s běžným kuželovým otevřeným diferenciálem, kromě spojek je na každé straně kuželového diferenciálu planetový převod s dvojicí centrálních kol a korunových kol, spojky jsou ovládány elektrohydraulicky, nepřenášejí plný točivý moment, ale pouze výrazně redukovaný). 5.4 Koncový převod Redukuje přenášený výkon a otáčky na pojezdové ústrojí. Vřazuje se z důvodu konstrukce převodovky a rozvodovky, neboť existuje závislost mezi průměrem hřídele, otáčkami a přenášeným momentem (hřídele a ozubená kola mohou mít menší průměry při vyšších otáčkách a přenosu stejného krouticího momentu). U traktorů jsou konstrukčně řešeny jako portály (čelní ozubená kola s možností změny světlé výšky vozidla), nebo jako planetové převody. 5.5 Pohon všech kol Označení AWD - All Wheel Drive znamená stálý pohon všech kol. Může být řešen jako Symmetrical AWD s mezinápravovým diferenciálem v poměru 50:50 mechanicky, nebo Active Torque Split AWD, kdy se zadní připojuje pomocí vícelamelové spojky. 4WD - Four Wheel Drive znamená přiřaditelný pohon všech kol 92

95 pomocí mechanického středového diferenciálu, nebo připojitelný pohon všech kol pomocí spojky. Hybrid 4x4, E-Four znamená, že spalovací motor pohání přední nápravu a elektromotor zadní. U posledních modernizací nákladních automobilů (jak terénních, tak třeba i silničních tahačů návěsů se objevuje přídavný pohon předních kol (MAN Hydrodrive, Mercedes HAD - Hydraulic Auxiliary Drive, Renault Optitrack). Záběr předních kol se na omezený časový úsek přiřadí pomocí tlakového oleje s převodovkou. Hydraulický pohon je zajištěn s čerpadlem (hydrogenerátorem) s tlakem až 45 MPa, výkonem až 112 kw při dodávaném množství oleje až 360 l.min 1. V náboji předního kola je pak umístěn radiální vícepístový hydromotor. Nedochází na rozdíl od přenosu hřídelí k omezení rejdu předních kol a celá konstrukce je o hodně lehčí (až o 400 kg). Po zapnutí je pohon aktivní až do pojezdové rychlosti 30 km.h -1 a po jejím překročení se automaticky vypíná. 5.6 Brzdy Slouží pro provozní brzdění (musí zastavit vozidlo za všech podmínek, jako je vysoká rychlost, zatížení, stoupání, klesání a účinek musí být rozdělen symetricky), dále jako nouzové brzdění (zastavení vozidla v případě poruchy provozního brzdění) a parkovací brzdění (pro udržení vozidla v nehybném stavu na klesající, nebo stoupající vozovce) Rozdělení brzdových soustav Dle použitého zdroje energie jsou přímočinné (s využitím svalové síly řidiče) mechanické, nebo kapalinou bez posilovače, polostrojní (s posilovačem) přetlakové, podtlakové a hydraulické, strojní (s využitím tlakové energie) kapalinové (pro vozidla nižších kategorií B), vzduchové (pro autobusy M2 a M3 a střední a těžké nákladní automobily), nebo jejich kombinace (automobily kategorie N2 a některé typy autobusů) a odlehčovací (pro snižování rychlosti vozidla) výfukové (klapka ve výfukovém potrubí), motorová brzdy (změna časování rozvodů) a aerodynamické brzdy (elektromagnetické, kapalinové). Dle způsobu ovládání jsou nožní (tlakem na pedál), ruční (tlakem nebo tahem na páku brzdy), samočinné (pro zabrzdění přípojného vozidla po odpojení) a nájezdové (využití síly při přiblížení přívěsu k tažnému vozidlu). Dle konstrukce jsou čelisťové (bubnové), kotoučové a pásové. Pro brzdy motorových vozidel na pozemních komunikacích platí předpisy. Jedná se o technické požadavky na brzdy silničních vozidel - homologační předpisy EHK č. 13, 78 a 90 a předpisy pro brzdy vozidel v ČR, zejména zákon č. 56/2001 Sb., o technických podmínkách provozu silničních vozidel na pozemních komunikacích, ve znění pozdějších změn a doplňků (novelizace zákonem č. 239/2013 Sb. s platností od ), vyhláška č. 341/2002 Sb., o schvalování technické způsobilosti a technických podmínkách provozu silničních vozidel na pozemních komunikacích, ve znění pozdějších změn a doplňků a vyhláška č. 302/2001 Sb., o technických prohlídkách a měření emisí vozidel, ve znění pozdějších změn a doplňků. Traktorové brzdy jsou řešeny jako bubnové, nebo kotoučové (i vícelamelové). Umožňují i brzdění jednoho kola na nápravě (pro zmenšení poloměru otáčení na souvratích pozemků). Pro přívěsy se používají vzduchové, jednookruhové i dvouokruhové bubnové brzdy. 93

96 5.7 Odpružení náprav Slouží k tlumení otřesů vozidla a pohodlí obsluhy. Dle pružících prvků se dělí na listové nebo vinuté pružiny, torzní tyče, pneumatické měchy, hydropneumatické, hydraulické, hydroelastické (pryžokapalinové) a pryžovými pružinami. Odpružení náprav kolových traktorů bývá řešeno u předních řiditelných náprav jako lichoběžníková ramena, nebo tuhá náprava s vinutými pružinami s tlumiči. U zadních náprav je problematický poměr odpružených a neodpružených hmot (sedadlo obsluhy oproti převodovce s rozvodovkou, koncovými převody a hydraulickými okruhy). Proto se nejčastěji odpružuje celá kabina mechanickými, nebo pneumatickými pružinami. Pásové podvozky mají nejčastěji pneumatické odpružení. Silniční vozidla využívají odpružení McPherson, kde je kolo příčně vedeno pouze jednoduchým ramenem, šikmé síly zachytává stabilizátor (s kolem se otáčí i tlumič s pružinou viz obrázek č. 88). Obrázek č. 88 Náprava McPherson Dále pak lichoběžníkové zavěšení (dvě ramena) spodní a horní příčné rameno. Do rejdu se vytáčí pouze těhlice s kolem, tlumič s vinutou pružinou se neotáčí (viz obrázek č. 89). Obrázek č. 89 Lichoběžníkové zavěšení 94

97 Variabilní tlumiče pérování mohou být řešeny jako pasivní adaptivní odpružení s mechanicko-hydraulickým principem (tuhnou v závislosti na zdvihu pístu), nebo semi-aktivní odpružení s využitím magnetoreologického jevu (jsou naplněny olejem na bázi hydrokarbonu ve kterém jsou volně rozptýlené částice o rozměru 3 až 10 mikrometrů, uvnitř pístu tlumiče je uložen elektromagnet a po přivedení proudu dojde k vytvoření magnetického pole a to ovlivňí chování zmíněných částic v oleji), nebo s využitím solenoidového nastavovače (mění průřez škrticích ventilů tlumiče systém CDC - Continously Damping Control), který je uložený vně tlumiče, nebo je součástí pístu tlumiče. Aktivní odpružení umožňuje změnu tuhosti tlumení a navíc eliminovat náklony karoserie aktivními stabilizátory ABC (Active Body Control). Pružicí jednotka s integrovanou pružinou, tlumičem s hydraulickým pracovním válcem, vše řídí dva proporcionální ventily, které ovládají tok oleje mezi pružicími jednotkami a tedy hydraulickými válci. Skyhook - jako v letadle dosud žádný sériově vyráběný automobil nepředvedl, nejblíže je Mercedes- Benz třídy S se systémem Magic Body Control, kombinující systém ABC s funkcí Road Surface Scan. Jde o předvídatelné odpružení se stereokamerou, umístěnou za čelním sklem. Ta snímá povrch vozovky před a na základě získaných údajů dokáže odpružení připravit (viz obrázek č. 90). 5.8 Pneumatiky a pásy Obrázek č. 90 Odpružení Skyhook Musí v zemědělství odpovídat požadavkům jízdy v porostech zemědělských plodin. Používané rozchody kol (podle rozteče řádků) jsou 1250, 1350 a 1500 mm. Lze je měnit otočením disků nebo posouvat celá kola po hřídelích, nebo celé nástavce. Značení disků i pneumatik je dáno normou. 95

98 Značení alu disků např. 8Jx17 ET35 5/100/57,1: - 8 šířka disku v palcích, - J typ patky (tvar), nominální průměr příslušného disku v palcích, - ET 35 - (Einpresstiefe = zális) v milimetrech, vzdálenost dosedací plochy kola od pomyslné roviny dělící šířku kola - neboli jak hluboko zapadne kolo do blatníku, počet šroubů (děr v ráfku), průměr roztečné kružnice upevňovacích šroubů, - 57,1 - průměr středového středícího otvoru. Značení plechových disků: - 5 1/2 J x 14 H2 - ráfek s hlubokým prolisem, široký 5,5 palce, s patkou typu J, průměrem ráfku 14 palců a hřbety v provedení "Double-Hump", - 5,50 B x 14 CH - ráfek s hlubokým prolisem, šířkou 5,5 palce, s patkou typu B, průměrem 14 palců a hřbety v provedení "Combinations Hump", - 14 x 5 1/2 J H2 x 45 - ráfek s hlubokým prolisem, šířkou 5,5 palce, patkou typu 3, průměrem 14 palců a hřbety v provedení "Double-Hump, jako dodatkový údaj je uveden zális. Pneumatiky se používají vzduchové (někdy i s možností plnění vodou) s textilními vložkami a ocelovými lanky v patkách. Na disk se montuje vlastní plášť, duše (nebo bezdušové) a ochranná vložka. Konstrukce pneumatiky se liší podle použité kostry, nárazníku, běhounu, patky a boku pláště. Jako balonové se označují pneumatiky, u kterých výška boku šířce pneumatiky, jako nízkoprofilové pak pneumatiky, kde výška boku < šířka pneumatiky ( ). Podle směru vláken v kostře pneumatiky se rozdělují na diagonální (vlákna od patky k patce šikmo) a radiální (od patky k patce kolmo), které mají měkčí boky, a tím menší valivý odpor. Značení pneumatik pro osobní vozidla např. 205/ 60 R V: šířka pneumatiky v anglických palcích (diagonální) nebo milimetrech (radiální), profilové číslo - poměr výšky profilu pláště k jeho šířce [%], - R radiální, u diagonální není žádné písmeno nebo D, B pro smíšenou kostru (bias belted), Z pro rychlosti nad 300 km.h -1, průměr pneumatiky (dosedací plochy ráfku) v anglických palcích, nosnost pneumatiky, index zátěže (LI Load Index viz tabulka č. 4) - V - rychlostní kategorie, index rychlosti (SI Speed Index viz tabulka č. 5). 96

99 Tabulka č. 4 - Load index Index LI Hmotnost [kg] Index Hmotnost [kg] Index Hmotnost [kg] Index Hmotnost [kg] Index Hmotnost [kg] Tabulka č. 5 - Speed index Index SI Q R S T U H V W Y Rychlost [km.h -1 ] nad Slovní označení pneumatik: - RADIAL radiální konstrukce kostry, - STEEL nárazník z ocelového kordu, - ALL STEEL nárazník i kostra z ocelového kordu, - TUBE TYPE pneumatiku je nutné použít s duší, - TL(TUBELESS) pneumatiku je možné použít bez duše, - REGROOVABLE možnost dodatečného prořezání dezénu, - RF (Rein Forced) zesílená kostra, - M+S (Mud+Snow) bláto + sníh, - AW All Weather celoroční, - Outside označení vnější strany pneumatiky při montáži, - TWI indikátor opotřebení v běhounu [1,6 mm], - Kombinace čísel za DOT (Department of Transportation) poslední čtyřčíslí obsahuje datum výroby, první dvojčíslí kalendářní týden a druhé rok. 97

100 Od musí být nové pneumatiky označeny ekoštítkem, kde se uvádí hlučnost, valivý odpor (spotřeba paliva) a brzdná dráha na mokré vozovce (viz obrázek č. 91). Obrázek č. 91 Ekoštítek pneumatiky Poslední novinkou v oblasti konstrukce pneumatik osobních vozidel je implantace čipu do kostry pneumatiky, který sleduje jaký je momentální tlak, teplota, svislé zatížení, počet ujetých kilometrů a aktuální opotřebení pneumatiky. Data se ukládají na firemní cloud, přístup k nim mají operátoři, kteří je zpracovávají a posílají zpět do aplikace a využívají pro inovace. Continental vyvinul pneumatiku ContiSense, která při proražení pláště okamžitě zasílá informace (díky nové elektricky vodivé směsi). Průběžně sleduje hloubku dezénu a jeho teplotu. Mikroprocesory ContiAdapt jsou schopné upravovat tlak vzduchu díky ráfku s proměnlivou šířkou pro různé povrchy. Kola speciálně pro elektromobily, které ke zpomalování využívají především rekuperaci a díky tomu tradiční ocelové kotouče časem zareznou. Proto byl vyvinut speciální velký hliníkový kotouč uchycený k dvoudílnému ráfku vnějším okrajem. Tím došlo ke snížení neodpružené hmotnosti. Je navržen tak, aby se neopotřebovával a vydržel celou životnost vozidla (mění se pouze destičky). Goodyear vyvinul technologii SoundComfort. Z 208 zveřejněných testů pneumatik se ve 43 testech umístily na prvním místě. Využívá technologii pro snižování hluku i pro zimní pneumatiky. Hlavním zdrojem hluku pneumatik je rezonance prostor uvnitř pneumatiky vibrací vzduchu. Proto je uvnitř vrstva pokročilé pěny s otevřenými buňkami, která snižuje hluk v interiéru v až o 50 %. Navíc nemá vliv na kilometrový proběh, valivý odpor a rychlost vozidla. U pneumatik Wrangler All Terrain Adventure byl použit kevlar, jehož odolná syntetická vlákna v běhounu zvyšují odolnost proti průrazům, mají lepší samočisticí schopnost. Na bočnicích je pak použita technologie DuraWall, která má lepší pružnost, dobrou adhezi na vlhku a odolnost proti bočním průrazům. Toyota představila na autosalonu v Tokiu 2017 pneumatiky bez vzduchu tedy plné pneumatiky, které mají snížit hmotnost automobilů. Určeny jsou především pro elektromobily a vozy poháněné vodíkovými motory. 98

101 Nasa vyvinula kolo bez defektů s tvarovou pamětí, které využívá inovativní strukturu materiálů pro zvýšení schopností v terénu. Materiálem je stechiometrická slitina niklu a titanu, uvnitř není žádný vzduch, je tvořeno mřížkou svinutého kovu s tvarovou pamětí Zemědělské pneumatiky Značení zemědělských pneumatik viz obrázek č. 92. Obrázek č. 92 Značení zemědělských pneumatik Pro zvýšení kontaktu s půdou a snížení zhutnění půdy se stává běžnější snižování tlaku v pneumatikách nízkotlaké pneumatiky. Tím se snižuje prokluz, zvyšuje se tažná síla a tažný výkon. Předpokládá se, že standardní zemědělské pneumatiky mohou pracovat dobře i za sníženého tlaku na 0,07 MPa. Ani při tomto tlaku nehrozí nebezpečí dočasného poškození pneumatiky. Nicméně dlouhodobé využití běžných pneumatik při nízkém tlaku může zkrátit jejich životnost. Z tohoto důvodu byly vyvinuty speciální konstrukce pneumatik určené pro provoz s nízkým tlakem, které mohou být trvale provozovány při tlaku pod 0,1 MPa, a to jak při práci tak i při přepravě. Příkladem tohoto typu pneumatiky jsou například Michelin XeoBib, CerexBib nebo Terra. Podobně společnost Mitas vyvíjí pneumatiky kombinující vlastnosti klasické pneumatiky a pásu pod označením PneuTrac (viz obrázek č. 93) a plánuje do roku 2018 jejich uvedení do výroby. 99

102 Obrázek č. 93 Pneumatiky MItas PneuTrac Systém rychlospojek je nejjednodušší a nejlevnější systém změny tlaku v pneumatice. Vše je postaveno na systému vzduchových rychlospojek, které jsou umístěny místo ventilku. Při požadavku na změnu tlaku pneumatiky musí obsluha stroje buď vzduch upustit, nebo ručně dohustit pneumatiky. Tento systém je vhodný pro stroje, které se po poli pohybují delší dobu. V případě dopravy by se jednalo o značně neefektivní a časově náročný způsob. Centrální huštění pneumatik CTIS (Central Tire Inflation System) nebo také CHP (centrální huštění pneumatik) je systém, který umožňuje změnu tlaku v pneumatikách z místa obsluhy. Můžeme se setkat s dvěma typy centrálního huštění. První variantou je integrovaná regulace, kdy rozvod vzduchu je veden zevnitř nápravy a odtud je napojený na ventilek kola, tato varianta (viz obrázek č. 94). Druhou variantou jsou dodatečně instalované regulace tlaku. Systém je konstruován tak, že se vzduch přivádí trubicí nebo tlakovou hadicí zvnějšku do otočného převodníku na náboji kola, odkud je napojen na ventilek kola. Obrázek č. 94 Centrální huštění pneumatik Dvojmontáž kol je systém přídavného kola ke kolu hlavnímu. Použitím tohoto systému lze získat větší dosedací plochu, zmenšení prokluzu kol, přenos větší tahové síly a při optimálním tlaku v pneumatikách se změní měrný tlak na půdu. Dvojmontáže mohou být použity na jedné nebo obou nápravách. K dvoumontážím lze přidat další kola a tím dojde k vytvoření vícemontáží. Přídavné kolo se ke kolu hlavnímu nejčastěji montuje pomocí upínacích spon s oky (viz obrázek č. 95). 100

103 Obrázek č. 95 Dvojmontáž kol Existuje několik dalších systému, kterými lze přídavné kolo připevnit, například DUAL 3000 (viz obrázek č. 96). Obrázek č. 96 Dvojmontáž kol DUAL 3000 KN systém využívá dvou ozubených spojek přišroubovaných k diskům kol, které do sebe zapadají. Kola jsou následně spojena a zajištěna šroubem (viz obrázek č. 97). Obrázek č. 97 Dvojmontáž kol KN systém U systému ALPAS jsou dvoumontáže vybaveny třípaprskovým, pětipaprskovým nebo sedmipaprskovým zámkem. Tyto paprsky se spojí s kruhem (All Position Ring APR) a je možno je uchytit do kruhu v jakékoliv poloze (viz obrázek č. 98). 101

104 Obrázek č. 98 Dvojmontáž kol ALPAS Chytré pneumatiky uvádí na trh firma Trelleborg pod označením ConnecTire (viz obrázek č. 99). Jde o inteligentní pneumatiku, která je založená na senzorech, které umožňují sdílet data na více úrovních, což snižuje riziko poškození pláště. ConnecTire umožňuje zemědělcům využívat internet věcí pro bezpečnější a efektivnější operace. Obrázek č. 99- Chytrá pneumatika Během provozu se tlak v pneumatikách může měnit díky řadě faktorů, včetně teploty okolí a půdy, intenzity prováděné úlohy a konfigurace samotného stroje. ConnecTire nepřetržitě monitoruje dvě hodnoty, a to tlak a teplotu v pneumatice. Data jsou bezdrátově přenášena do mobilu obsluhy stroje. Řidič nastaví svůj cílový tlak ve speciální mobilní aplikaci, a pokud budou mít hodnoty výkyv, dostane obsluha upozornění. 102

105 5.8.2 Pásové podvozky Pásové jednotky rozdělujeme podle konstrukce, uspořádání konstrukčních částí, a tvarem na trojúhelníkové, lichoběžníkové a ploché (obdélníkové). Hlavními částmi pásových jednotek jsou rám, hnací kolo, vodící kolo, pojezdové kladky, podpěrné kladky, pásy a napínací mechanismus. Současným trendem je vývoj pásových jednotek s odpružením. Rám je základní nosná část celé jednotky, ke které jsou namontovány jednotlivé části. Setkáváme se s nosníkovými typy, tvarovými odlitky a segmentovanými rámy. Hnací kolo přenáší krouticí moment od koncového převodu na pojezdový pás. Pásy jsou poháněny pomocí přesně profilovaných zubů nebo třením mezi pásem a hnacím kolem. Hnací kola mohou být celistvá, většinou se jedná o odlitek nebo segmentovaná, tedy sestavená z několika dílů. Mají pogumovaný plášť, čímž se snižuje možný prokluz mezi kolem a pásem. Vodící nebo také napínací kolo je prvek, který slouží k vedení pásu a společně s napínacím mechanismem vytváří potřebné napnutí pásu. Podle konstrukce pásové jednotky se setkáváme s jedním, dvěma nebo třemi koly. Kola jsou celistvá, vyrobená jako odlitek. Vnější plocha kola mívá pogumovaný plášť. Vodící kola bývají navíc odpružená. Napínání u kladkových mechanismů probíhá nejčastěji pomocí hydrauliky, která pás napne vždy do požadovaného napětí. Hydraulika usnadňuje a urychluje práci obsluhy, její hlavní výhodou je snadné dopínání pásu při případném opotřebovávání pásu. Při potřebě dopnutí pásu je použito speciální pistole, která se připevní k ventilu hydraulické tyče, pistole je několikrát zmáčknuta a to do doby, dokud pás nemá požadované napětí. Další možností je systém napínání pomocí pneumatického ústrojí, který udržuje stálý tlak na pás. Tento systém vyžaduje malou údržbu a zajišťuje hladší jízdu. U starých nebo menších strojů a zařízení může být pás napínán pomocí závitového šroubu a matice. Napínací mechanismus slouží k udržování potřebného napnutí pásu, k zamezení prokluzu, k bočnímu posuvu, přetržení nebo svlečení pásu. Pojezdové kladky zajišťují vedení spodní větve pásu, přenos zatížení z pásu do rámu a také vhodné kopírování terénu tak, aby byly zajištěny vhodné trakční podmínky. Pro správné kopírování, vedení pásu a vyšší jízdní komfort jsou kladky vhodně odpruženy. Podle konstrukce pásové jednotky se setkáváme s dvěma až čtyřmi kladkami, které jsou uloženy buď samostatně, nebo jsou spojeny do sekcí. Podpěrné kladky napínají horní větev u kovového pásu. Brání tak nadměrnému prověšení a možnému poškození pásu. Odpružení má za úkol zmírnit rázy, otřesy a zmenšit namáhání rámu. U pásových jednotek se setkáváme s hydropneumatickým a mechanickým odpružením. Mechanické odpružení se skládá s pružin, které přitlačují pojezdové kladky k podložce. Toto řešení napomáhá k lepšímu kopírování a lepší trakci. U hydropneumatického odpružení se využívá tlumení tlaku hydrauliky tlakovým akumulátorem. Ten má dvě části, které jsou oddělené pružnou membránou. V první části se nachází plyn (dusík). V druhé části je hydraulický olej z uzavřeného hydraulického okruhu. Na tento okruh jsou napojené pístnice, které přitlačují pojezdové a u některých systémů i vodící kladky. 103

106 Pásy mají dva základní typy. První méně častou variantou jsou ocelové článkové pásy. Tyto pásy jsou složeny z článkového řetězu, ke kterému jsou připevněny opěrné desky. Desky mohou být hladké nebo profilované s povlakem z umělých hmot či holé. Tyto pásy jsou určené pro stroje, které se pohybují na silně zamokřených pozemcích. V současné době jsou nejrozšířenější pryžové pásy. Skládají se z gumového tělesa vyztuženého ocelovými lany. Na kontaktní ploše je vytvořený šípový dezén. Na vnitřní straně se nachází přesně rozmístěné pryžové bloky, které pás vedou, snižují příčný posuv a odebírají krouticí moment od hnacího kola. Na trhu v ČR figuruje celá řada firem, které nabízí možnost pořízení traktoru s pásovým podvozkem, např. Case, Challenger, New Holland, John Deere, Fendt, Claas. V případě, kdy nabízený stroj nemá ve své konfiguraci možnost být výrobcem vybaven pásovými jednotkami, existuje celá řada firem, které nabízí specifické jednotky. Mezi nejznámější firmy, které se zabývají vývojem a výrobou pásových jednotek patří Soucy Track, ATI, Zuidberg a další. V současné době se používá dvou koncepcí pásového podvozku se dvěma pásovými jednotkami, nebo se čtyřmi pásovými jednotkami. Tomu odpovídá také uspořádání převodových ústrojí a řízení traktoru. Točivý moment motoru je převeden přes převodovku a rozvodovku na zadní most a odtud na dvě pásové jednotky. V případě čtyř pásových jednotek se točivý moment z převodovky rovnoměrně rozděluje na obě hnací nápravy s rozvodovkou, diferenciálem a koncovými převody Firma Claas má bohaté zkušenosti s vývojem a výrobou pásových podvozků. V minulosti byly aktuální pásové traktory Claas Challenger v dvoumodulovém provedení. Jedny z aktuálně nejznámějších jednotek jsou pásové moduly Terra Trac, se kterými se nejčastěji setkáváme u sklízecích mlátiček a u některých samojízdných sklízecích strojů. Nově se s upravenou verzí můžeme setkat i u traktoru Claas Axion 900. Tato nová polopásová varianta byla představena na veletrhu Agritechnica 2017, kde byla tato konstrukce významně oceněna (viz obrázek č. 100). Obrázek č. 100 Pásový podvozek Terra Trac Pod společnost CNH spadají známí světový výrobci traktorů Case a New Holland. Mnoho lidí si při vyslovení slova pásový traktor, představí traktor Case IH Quadtrac, který je vybaven čtyřmi pásovými moduly, respektive systémem Quadtrac. Jde o mechanicky odpruženou pásovou jednotku, kde k odtlumení slouží gumové silentbloky (viz obrázek č. 101). 104

107 Obrázek č Case IH Quadtrac 620 Novým trendem u traktorů značky Case je možnost pořízení stroje v polopásovém provedení se systémem Rowtrac. Toto provedení by mělo kombinovat výhodné stránky kolového a pásového stroje. Společnost New Holland vybavuje své stroje třemi možnými systémy. Prvním je systém Rowtrac, který je často používán u traktorů řady 8. Velké traktory řady 9 v pásovém provedení mají jednotky s označením SmartTrax, a jsou osazeny pásovými jednotkami výrobce ATI Trac. Jsou dostupné dvě varianty, kdy první je standardní a má trojúhelníkoví tvar, druhá varianta je určena pro vysoký výkyv a má lichoběžníkový tvar (viz obrázek č. 102). Obrázek č. 102 Jednotky výrobce ATI Trac Do nadnárodního koncernu Agco spadá mnoho výrobců zemědělské techniky. Významnými značkami, které v tomto koncernu figurují, jsou Fendt a Challenger, s modelem označeným MT a typickým dvoumodulovým pásovým ústrojím. Právě pásový traktor Fendt 900 Vario MT, a Fendt 1100 MT patří mezi novinky společnosti. Tyto modely jsou konstrukčně stejné jako osvědčený pásové traktory Challenger MT (viz obrázek č. 103). 105

108 Obrázek č. 103 Fendt MT Chytré pásy začala společnost Continental rozšiřovat i mimo výrobu pneumatik. Ty jsou zajímavé svými teplotními čidly, která jsou integrovaná do pásových jednotek používaných na zemědělských traktorech. Informace o teplotě se vyhodnocuje, a tím dává jasný signál v případě zvýšeného namáhání pásu, zejména při jízdě po silnici. Udržení správné provozní teploty znamená možnost zvýšení přepravní rychlosti a životnosti. Porovnání kolových a pásových podvozků je uvedeno v tabulkách č. 6 a 7. Tabulka č. 6 Kolové podvozky Výhody Nižší pořizovací cena Méně náhradních dílů Jednoduchost Nižší nároky na údržbu Dlouhá životnost Nevýhody Možnost vzniku defektu Nižší přepravní rychlost Komplikovanější přeprava, přejezd Vyšší tlak na půdy Horší průchodnost v těžkých terénech Tabulka č. 7 Pásové podvozky Výhody Vyšší přepravní rychlost Větší komfort a stabilita při přejezdu Vyšší trakce Nižší tlak na půdu Lepší kopírování nerovností na poli Dobrá průchodnost v těžkých terénech Nevýhody Vyšší pořizovací cena Dražší náhradní díly Složitější systém Vyšší opotřebení pásů při přepravě po silnici Vysoké nároky na údržbu Nižší životnost 106

109 Pro pryžové pásové podvozky platí zásada, že mají menší kontaktní tlak na podložku s větší plochou styku. Umožňují díky tomu přenos větších výkonů a neutužují tolik půdu a mají menší prokluz. Dnes se uvádí, že mají zhruba pětinásobnou životnost oproti pneumatikám. Pětinásobná je však i jejich cena při výměně za opotřebované. 107

110 6. Bilance výkonů a jízdní vlastnosti vozidla 6.1 Pro nerovnoměrnou rychlost do svahu Efektivní výkon motoru se skládá z výkonů dle vztahu č. 37: Pe=Pt+Pvh+Pm+Pδ+Pv+Ps+Pvz+Pa [kw] (37) Kde: Pt - tahový výkon [kw], Pvh výkon přenášený vývodovým hřídelem [kw], Pm výkon na překonání mechanických ztrát [kw], Pδ výkon ztracený prokluzem kol [kw], Pv výkon na překonání odporu valení [kw], Ps - výkon na překonání stoupání [kw], Pvz výkon a překonání odporu vzduchu [kw], Pa - výkon ztracená akcelerací (decelerací) [kw]. Přičemž výkony Pt+Pvh jsou užitečné a Pm+Pδ+Pv+Ps+Pvz+Pa ztrátové. 6.2 Pro rovnoměrnou rychlost po rovině Platí vztah č. 38: Pe=Pt+Pvh+Pm+Pδ+Pv [kw] (38) Pro výpočet tahové účinnosti ηt platí vztah č. 39: Pt ηt = = P e P + P + P η η η m δ v 1 = m. δ. v Pe (39) Při kombinovaném přenosu výkonu se x-tá část přenáší přes vývodový hřídel. Pak platí pro výpočet efektivního výkonu na vývodovém hřídeli Pevh vztah č. 40 a celkovou účinnost ηc vztah č. 41: P evh = Kde: P. x[ kw ] e x část efektivního motoru přenášená vývodovým hřídelem. η = +. ( η ) c ηt x vh ηt ηvh při mechanickém přenosu výkonu je >0,9 a při hydrostatickém >0,75. Je vždy vyšší než ηt a zvyšuje ηc. 6.3 Výkon ztracený mechanickými ztrátami Mechanická účinnost ηm se vypočte dle vztahu č. 42: Pt ηm = P e Mechanická účinnost ozubených kol a ložisek je 0,9-0,94. (40) (41) (42) 108

111 Planetový převod má dva záběry (proto se ztráty umocňují na druhou). Hydrodynamický měnič lze nastavením lopatek měnit, pak je účinnost kolem 0,9 a klesá s nárůstem otáček. Hydrostatický převod má účinnost 0,85-0,9. U těchto mechanizmů tedy mechanická účinnost klesá, ale lze měnit převodový poměr pod zatížením. 6.4 Výkon ztracený prokluzem Lze vyjádřit vztahem č. 43: P δ = Kde: P. η. δ[ kw ] e m δ - prokluz [%] a vypočte se dle vztahu č. 44: δ =1 Kde: n 0 n sk n0 otáčky kola bez prokluzu (teoretické) [s -1 ] nsk skutečné otáčky kola [s -1 ] Prokluzová účinnost ηδ se vypočte dle vztahu č. 45: = η δ Kde: v vt = l l 0 n0 = n v, l a n teoretické hodnoty rychlosti, dráhy a otáček, vt, l0 a n0 skutečné hodnoty rychlosti, dráhy a otáček. Velikost tohoto ztrátového výkonu závisí na podložce, pojezdovém ústrojí, druhu a rozměru pneumatik, dezénu, huštění a zátěži. 6.5 Výkon na překonání odporu valení Vypočte se dle vztahu č. 46: (43) (44) (45) P = v Fv. v p[ kw ] (46) 47: Kde: Fv síla potřebná na překonání odporu valení [N] a vypočte se dle vztahu č. F v = G. f [ N] Kde: f součinitel tření (pneumatika podložka) Při jízdě do svahu dle vztahu č. 48: F v = G. f.cosα[ N] (47) (48) 109

112 Kde: α sklon svahu [º] Valivá účinnost ηv se vypočte dle vztahu č. 49: η F F t t v = = = 1 Fh Ft. Fv F F v h Velikost tohoto ztrátového výkonu závisí na tíze vozidla, podložce, konstrukci pojezdového ústrojí a pojezdové rychlosti (do 14 m.s -1 je zanedbatelný) Dále na huštění pneumatik, poloměru kol a prokluzu. 6.6 Výkon na překonání stoupání Vypočte se dle vztahu č. 50: P = G. sinα. v [ kw ] s p 6.7 Výkon na překonání odporu vzduchu U traktorů se s ním příliš neuvažuje, protože má vliv až od pojezdové rychlosti nad 9 m.s -1. Skládá se z profilového odporu (až 60%), odporu tření o karoserii (až 10%), průchodu chladičem (až 10%), vířením kol (až 18%) a vířením nad a pod vozidlem (až 8%). Σ těchto odporů udává součinitel cx. Pro běžná osobní vozidla má hodnotu 0,78. Síla na překonání odporu vzduchu se vypočte dle vztahu č. 51: F w Kde: = c. γ. S. v 2 [ N] x vz S čelní plocha vozidla [m 2 ], v pojezdová rychlost [m.s -1 ]. 6.8 Výkon ztracený zrychlením (zpomalení) S ním se také u traktorů neuvažuje. 6.9 Kinematika vozidla U vozidla v klidu na rovině je znázorněna na obrázku č (49) (50) (51) Obrázek č. 104 Kinematické poměry vozidla v klidu na rovině V těžišti T působí tíha G, která v místech styku kol s podložkou (body A a B) vyvolávají reakci YA a YB. Pro jejich velikost platí vztahy č. 52, 53, 54 a 55: 110

113 G = Y G A + Y B [N] ( Y + Y ) 0[ N] A B = b Y A = G. [ N] L a Y B = G. [ N] L Jejich velikost závisí na poloze těžiště (u univerzálního traktoru je zhruba v jedné třetině od zadní nápravy bobu B ve vzdálenosti b). (53) (52) (54) (55) Při pohybu vozidla působí tahová síla a další veličiny dle obrázku č Obrázek č. 105 Kinematické poměry vozidla na rovině v pohybu Pak platí v ose x vztah č. 56: F x = 0[ N], Fh Fv Ft = V ose y pak vztah č. 57: F y = 0[ N] G Y Y, 0[ N] + F. tgβ 0[ N] A B t = Momenty k bodu B mají být nulové dle vztahu č. 58: G. b F. h F. tgβ. l Y. L M 0[ N. m] t t t t A v = Tahová síla Ft se pak vypočte dle vztahu č. 59: F = F F = Y. µ G. f [ N] t h v B Z ní pak hnací síla Fh dle vztahu č. 60: F h M km = YB. µ =. ic. ηm[ N] r kola Pro pohon 4x2 pak platí vztah č. 61: F = F F = Y. µ G. f [ N] t h v B Výše již bylo zmíněno, že reakce YB=2/3G. Pro dobrou řiditelnost musí být část tíhy na přední nápravě. Tím má zadní náprava větší valivý odpor, snižuje se tíha na zadní a ta pak vyvozuje menší tahovou sílu. 111 (61) (56) (57) (58) (59) (60)

114 Pro pohon 4x4 pak platí vztah č. 62: F = F F = G. µ G. f = G.( µ f )[ N] t h v Při stejné tíze má pak tento o 30% vyšší tahovou sílu (díky stejnoměrnému rozložení tíhy) Vozidlo na půdě Svojí tíhou vyvolává na půdu kontaktní tlak. Jedná se o svislé napětí v elementární ploše kolmé na podložku. Σ kontaktních tlaků v celé ploše otisku (reakci Y na kolo), má složky Fh a Fv. Závisí na huštění a konstrukci pneumatik. Účelem je, aby byl co nejnižší z důvodu utužení půdy, ale pozor je třeba dát na vztah tíhy a hnací síly (při nízkém kontaktním tlaku nelze přenést vysokou hnací sílu kolo začne prokluzovat). Dosedací plocha při zaboření do měkké půdy je plocha otisku. Na tvrdém povrchu je v kontaktu s podložkou jen dezén, pak se jedná o plochu styku. Jejich poměr se pak nazývá plnost vzorku (v terénu %) Jízdní vlastnosti vozidel Posuzují se podle těchto parametrů: - Řiditelnost, - Směrová stabilita, - Směrová citlivost, - Nedotáčivost a přetáčivost, - Podélná a příčná stabilita na svahu, - Průjezdnost a - Manévrovatelnost. Řiditelnost Je směrová ovladatelnost, tj. schopnost vozidla udržet požadovaný směr pohybu. Kola by se měla za všech podmínek odvalovat po podložce ve směru daném podélnou rovinou souměrnosti kol. Je ovlivněna odporem valení, přilnavostí (roste s natočením kol) a kinematikou kola. Při natočení kol vzniká směrová odchylka dle posuvu půdy pod kolem (přímo) a dvojnásobku délky dotykové plochy pneumatiky (nepřímo). Je pak nutné více natočit kola, než je vlastní poloměr otáčení. Závisí i na konstrukci řízení (viz obrázek č. 106). (62) 112

115 Obrázek č. 106 Konstrukce směrového řízení, a- jedno přední kolo, b- dvě přední kola, c- kloubový rým, d- řiditelná všechna kola (i krabí chod) Důležitý je teoretický poloměr otáčení Rt. Další průměry a poloměry jsou stopový (průměr středů stop kol při maximálním vytočení kol do obou stran při pojezdové rychlosti 5 km.h -1 ), vnější stopový (průměr středu kola pohybujícího se po maximálním průměru), vnitřní stopový (po minimálním průměru), střední vnější a vnitřní (aritmetické průměry) a obrysový (průměr kruhových drah, které opisují sledované obrysové body vozidla při maximálním vytočení kol a pojezdové rychlosti 5 km.h -1 i vnější a vnitřní). Šířka jízdního pruhu potřebná na průjezd vozidla kruhovým obloukem je šířka mezikruží, které vozidlo obrysově zabírá při průjezdu kruhovou dráhou. Pohon 4x4 je výhodnější, neboť hnací síla na přední řídící nápravě vytváří moment, který pomáhá zatočení. Konstrukce a umístění závěsu také tuto vlastnost ovlivňuje. Je-li za zadní osou, vzniká nedotáčivost (velká boční reakce na předních kolech). Je-li v ose, vzniká mírná nedotáčivost a je-li před osou, vzniká přetáčivost. Pozor je třeba dát i na vyosení vozidla z podélné osy od boční reakce podle rozvoru náprav. Směrová stabilita Je schopnost držet daný směr jízdy i při působení vnějších sil a momentů (povětrnostní vlivy, nerovnost, sklon vozovky et c.). Směrová citlivost Je schopnost udržet rovný směr jízdy bez zásahu obsluhy. Je ovlivněna geometrií náprav vozidla (viz obrázek č. 107). 113

116 Obrázek č. 107 Vliv chybné geometrie náprav Nedotáčivost a přetáčivost Posuzuje se podle chování vozidla v zatáčkách nebo nerovném povrchu. V těchto případech působí na vozidlo boční síly, dochází k deformaci pneumatik a kolo se odchyluje od podélné osy. Je-li odchylka předních kol větší než zadních, vozidlo nedotáčivé (motor vpředu). Je-li větší odchylka zadních kol, je vozidlo přetáčivé (motor vzadu). Tyto vlastnosti je možno změnit polohou těžiště, např. zatížením, rozložením nákladu, zavěšením nářadí et c. Podélná stabilita při jízdě do svahu Jedná se o pohyb po spádnici. Dle podmínek pro provoz vozidel nesmí být při jakémkoliv zatížení až po celkovou hmotnost zatížení na přední řízenou nápravu nižší než 25% okamžité hmotnosti traktoru. Pro různé nářadí a rychlost do 4 m.s -1 je povoleno i nižší do 18%. Univerzální traktor má bezpečně pracovat na svahu do 10º, s úpravami do 15º a nad 15º už hovoříme speciálních, horských traktorech (nižší těžiště, větší rozchod). Pohyb po spádnici neboli podélná stabilita je znázorněn na obrázku č Obrázek č. 108 Pohyb vozidla po spádnici 114

117 Mez rovnováhy je stav ztráty styku předního kola s podložkou (normálová reakce tíhy Y1 na kolo = 0). Dosáhne se jí, jestliže tíha G z těžiště T směřuje do středu stykové plochy pneumatiky nebo pásu (bod 2). Může být ovlivněna nerovnostmi, setrvačnými silami, zvedáním nářadí et c. Příčná stabilita při pohybu po vrstevnici Kinematika je znázorněna na obrázku č Obrázek č. 109 Pohyb vozidla po vrstevnici Meze stability se dosáhne, jestliže výslednice tíhy G z těžiště T prochází středem stykové plochy pneumatiky nebo pásu s podložkou (bod 2). Kolový traktor s otočným čepem na přední nápravě se překlápí kolem přímky spojující střed stykové plochy zadní pneumatiky (bod 2) a čep přední nápravy (bod 1) a mění se tím i poloha těžiště. Limitní je hodnota 38-40º, pro speciální traktory až 60º, ale bezpečnost je 2-3x menší. Stabilitu lze zvyšovat snížením těžiště a větším rozchodem. Průjezdnost Jedná se o způsobilost pohybu vozidla po nerovné podložce. Závisí na záběrových a tahových vlastnostech a rozměrech vozidla (poloměr příčného a podélného vyklenutí a úhel nájezdu a výjezdu vozidla). Lze ji měnit zvyšováním výkonu motoru, řazením pod zatížením a krátkými odstupy převodových stupňů, nižším kontaktním tlakem, použitím více náprav, vhodným dezénem pneumatik a regulací huštění, samosvornými diferenciály a změnou světlé výšky. Manévrovatelnost Je schopnost pohybovat se v terénu podle požadavků obsluhy i za ztížených podmínek. Zahrnuje vlastnosti jako je ovladatelnost (dle fyzické námahy na řízení), směrová stabilita (dodržení požadovaného směru), směrová citlivost (změny dráhy bez zásahu obsluhy) a nedotáčivost nebo přetáčivost (chování v zatáčce) Geometrie směrového řízení Správné nastavení geometrie má vliv na bezpečné ovládání vozidla, jízdní vlastnosti, opotřebení pneumatik, spotřebu pohonných hmot, zavěšení a uložení kola, opotřebení převodového a rejdového ústrojí, ovládací sílu na volant, vymezování vůlí v řízení a jednosměrné axiální zatěžování ložisek kol. Kola se nemají 115

118 smýkat ani chvět, musí se odvalovat a samočinně se vracet po projetí zatáčkou do přímého směru. Sleduje se: - Vůle volantu, - Geometrie stop kol (diferenční úhel os), - Odklon kola, - Sbíhavost, rozbíhavost, souběh, - Příklon a záklon rejdového čepu, - Poloměr rejdu a - Úhel rejdu (diferenční úhel). Geometrie má vliv na bezpečné ovládání vozidla, jízdní vlastnosti, opotřebení pneumatik, spotřebu pohonných hmot, zavěšení a uložení kola, opotřebení převodového a rejdového ústrojí a ovládací sílu na volant. Dále vymezuje vůle v řízení a zabraňuje jednosměrnému axiálnímu zatěžování ložisek kol. Kola se nemají smýkat ani chvět a musí se volně odvalovat a samočinně se vracet po projetí zatáčkou do přímého směru. Vůle volantu Je mechanická vůle v řízení, měří se na obvodu volantu při postavení kol do přímého směru nutno zajistit sledování pohybu kol. Dle vyhlášky o technické způsobilosti provozu vozidel je maximálně povoleno u vozidel s maximální rychlostí: - do 30 km.h do 100 km.h nad 100 km.h Geometrie stop kol Mění se podle postavení kol oproti podélné svislé rovině vozidla. Ovlivňuje jízdní vlastnosti a opotřebení pneumatik. Rozdíl rovnoběžných a sbíhavých kol je v šířce stopy (viz obrázek č. 110) a způsobuje větší valivé odpory. Obrázek č. 110 Geometrie stop kol Geometrická osa jízdy se liší od osy symetrie (působí úhel, který svírá podélná rovina automobilu a geometrická jízdní osa), z důvodu toho, že má zadní náprava šikmé posazení. Toto posazení řidič kompenzuje natočením řídících kol. 116

119 Odklon kola Je dán sklonem střední roviny kola vůči svislé ose vozidla. Působí ve smyslu vymezení axiální vůle v ložiscích uložení kola, čímž snižuje namáhání ložisek a šroubů upevnění kola. Zmenšuje rameno rejdu a tím ulehčuje ovládání. Zlepšuje stabilitu jízdy. Nevýhodný je tzv. odvalovaný kužel (vytažení kola z přímého směru, vně podélné osy), který snižuje sbíhavost (viz obrázek č. 111). Obrázek č. 111 Odklon kola a odvalovaný kužel Vlivem zatížení může být i záporný, u moderních konstrukcí se volí nulový (lepší boční vedení, menší opotřebení pneumatik). Při propružení kola nemá dojít ke změně úhlu odklonu kola. Sbíhavost, rozbíhavost, souběh Jsou dány úhlem svíraným střední rovinou protilehlých kol nápravy. Má vliv na stabilitu vozidla v přímém směru, vymezuje vůle v řízení (kola nekmitají). Pro přední pohon se volí nulová sbíhavost, popř. mírná rozbíhavost (síla pohonu způsobuje stahování kol do středu). U nezávislého zavěšení všech čtyř kol musí být sbíhavost řešena i na zadní nápravě. Měří se v úhlové míře nebo milimetrech na přední a zadní okraje ráfků v ose rotace kola (viz obrázek č. 112). Obrázek č. 112 Sbíhavost a rozbíhavost kol 117

120 Příklon rejdového čepu Je úhel, o který je rejdový čep přikloněn k podélné ose vozidla ve svislé rovině (viz obrázek č. 113). Obrázek č. 113 Příklon rejdového čepu Spolu s odklonem kola působí na stabilitu jízdy v přímém směru, zmenšuje ovládací síly, ovlivňuje poloměr zatáčení a slouží k samočinnému vracení kol (zvedání nebo spouštění části rámu). Záklon rejdového čepu (závlek) Je úhel, o který je rejdový čep zakloněn ve směru jízdy (viz obrázek č. 114). Obrázek č. 114 Záklon rejdového čepu Bod styku pneumatiky s vozovkou se dostane za rejdovou osu, a tím se usnadní vracení kola do přímého směru (nákupní vozík). 118

121 Poloměr rejdu Je vzdálenost od středu styku pneumatiky k průsečíku rejdové osy s rovinou vozovky (viz obrázek č. 115). Je záporný, leží-li vně střední roviny kola. Obrázek č Poloměr rejdu Je-li kladný a vozidlo jede rovně, hnací síly působí přes čepy kola a valivé odpory v opačném směru. Výsledné síly působící kolem rejdové osy se budou snažit vytáčet kola ven (do rozbíhavosti). Pokud pojedeme po hladké vozovce, síly na obou stranách se přes řízení vykrátí a pojedeme rovně. Při přejezdu nerovností se však rovnováha poruší a k udržení rovného směru bude muset zasahovat řidič. Proto se nastavuje záporný poloměr rejdu (stabilizuje řízení). Úhel rejdu a diferenční úhel Jedná se o úhel, o který se natočí řídící kolo v zatáčce tak, aby se odvalovalo a nesmýkalo. Každé kolo jej má v zatáčce jiný a tím vzniká tzv. řídící lichoběžník (viz obrázek č. 116). Obrázek č. 116 Úhel rejdu 119

122 Střed otáčení vozidla musí ležet na prodloužené ose zadní nápravy. Různým natočením kol se úhel rejdu stále mění, ale musí mít stejnou hodnotou při stejném natočení vlevo i vpravo (do obou stran) Řízení pásových podvozků Pro zatočení pásového vozidla je nutná rozdílná rychlost pásů. Otáčení se skládá ze dvou pohybů, otáčivého a posuvného (jeden pás má prokluz, druhý skluz může se točit i na místě). Výsledný poloměr zatáčení závisí na velikosti prokluzu nebo skluzu, délce pásu a rozchodu, tlaku na pás a jeho rozložení a na velikosti tahové síly Optimální tahová souprava Je taková souprava, která má maximální výkonnost při maximální hospodárnosti (dokonalé využití výkonu motoru v režimu hospodárné spotřeby na vytvoření tahového výkonu v oblasti vysoké tahové účinnosti). Přitom musí zabezpečit dobrou řiditelnost, bezpečnost přepravy, nepřetěžovat pneumatiky, dodržet agrotechnické podmínky, mít dobrou otáčivost, minimální tíhu, jednoduchou agregaci, plnit ergonometrické požadavky et c. 120

123 7. Paliva a maziva Na paliva máme řadu požadavků. Patří mezi ně vysoká výhřevnost, málo nespalitelných podílů, chemická stálost, nízká agresivita, zdravotní nezávadnost, nízké emise škodlivin a nízká cena. Jako palivo do spalovacích motorů se dnes nejčastěji používají uhlovodíky. Rozdělení paliv je podle jejich zdroje získávání na paliva z fosilních zdrojů (kapalná benzin, nafta, petrolej a plynná propan butan, zemní plyn - metan) a z obnovitelných zdrojů biomasy (kapalná etylalkohol, metylalkohol, estery a plynná dřevoplyn, bioplyn - metan). Zvláštní kapitolou je palivo budoucnosti vodík. 7.1 Uhlovodíková paliva z fosilních zdrojů kapalná Uhlovodíky jsou chemické sloučeniny uhlíku a vodíku z organického původu. Uhlík je čtyřmocný prvek s řetězovou nebo cyklickou vazbou. Přímý řetězec mají alkany (parafiny) nebo alkeny (olefiny). Tyto jsou velmi vznětlivé a málo odolné proti detonačnímu hoření. Plynné jsou propan C3H8 a butan C4H10, kapalné pentan C5H12, hexan C6H14, heptan C7H16, oktan C8H18 a cetan C16H34. Přímý rozvětvený řetězec mají izomery, které jsou méně vznětlivé a odolnější proti detonačnímu hoření. Patří sem izooktan C8H18, který je součástí standardního benzínu. Kruhový uhlíkový řetězec mají aromáty. Jedná se o cyklooktany, které jsou málo vznětlivé a odolné proti detonačnímu hoření. Patří mezi ně benzen C6H6, toluen C7H8 a cyklohexan C6H12. Výroba probíhá dnes destilací ropy za nepřítomnosti vzduchu společně s chemickými úpravami. Frakce při 180 ºC se označuje jako lehčí frakce (benzíny, alkany a cykloalkyny). Frakce ºC je středně těžká frakce (kerosin a letecký petrolej). Frakce ºC jsou těžká paliva (nafta, plynový petrolej). Frakce nad 360 ºC obsahuje mazací oleje a mazut. Zbytek je dehet (asfalt). Podíl benzínu z destilace je velmi malý. Má oktanové číslo (OČ) 62-64, a proto je málo odolný proti detonacím a jsou nutné jeho další úpravy. Jsou to krakování (tříštění těžkých frakcí - molekul teplem, vodou nebo katalyzátory v tlaku až 15 MPa a teplotě až 400 ºC, kdy se do rozbitých molekul přidává vodík), dále reformování (přeměna na izooktyny a aromáty s OČ 93-98), polymerace (plynné uhlovodíky z krakování a reformování se mění do těžších molekul izoalkanů s OČ ), hydrogenace (spojování vodíku a nenasycených alkenů OČ 92-94) a alkylace (reakcí alkanů a alkenů vznikají izoalkyny s OČ 92-94). Požadavky na automobilový benzin spočívají v jeho dobré odpařivosti i za nízkých teplot, má být bez těžších frakcí nad 210 ºC (proti smývání olejového filmu ve válci a ředění oleje nespáleným palivem), má mít malý obsah síry (proti korozi, poklesu OČ a nižším emisím), bez pryskyřic (proti vzniku karbonu) a má mít dlouhodobou stabilitu (proti ztrátám při skladování). Dnes je kladen důraz na maximalizaci požadavků na nízké emise výfukových plynů. Používají se proto katalyzátory, systémy řízeného spalování, nebo vrstvené vstřikování řízené λ sondou. Pro studené starty má benzín obsahovat i část nízká frakce (pozor ale na detonace) v množství asi do 10 %. Do 180 ºC se má odpařit 90% a bez frakcí nad 200 ºC. Jako antidetonační přísady a na zvýšení OČ se dříve používalo Tetra ethyl olovo 121

124 (TEO). Dnes se používají antidetonátory (aditiva) a benzín se označuje jako bezolovnatý. Jako antidetonátory bez kovů se používají aromáty (benzen, toluen, xylen s OČ ). Benzen je však rakovinotvorný a smí ho proto v benzínu být maximálně 5 %. Natural 91 má jeho obsah 2 %, 95 1 %, dále organické sloučeniny kyslíku alkoholy (metanol, etanol), fenoly, éter (pozor na zápach a cenu) a MTB, což je metylterciální butyléter s OČ a bodem varu 55ºC, přidává se ho %. Oktanové číslo udává míru odolnosti proti detonačnímu hoření. Měří se výzkumnou metodou (VM), nebo se stanoví motorovou metodou (MM) na zkušebním jednoválcovém motoru s proměnlivým kompresním poměrem ε 5-15, vrtáním 82,6 mm a zdvihem 114,3 mm. Vyjadřuje vlastně procentuální podíl izooktanu C8H18 (OČ=100) a n-heptanu C7H16 (OČ=0) ve směsi, která má stejnou odolnost proti detonačnímu hoření jako zkoušené palivo. Při zkoušce se postupně zvyšuje kompresní poměr a určí se začátek klepání. Hranice klepání se zjišťuje elektronicky z průhybu membrány snímače tlaku ve válci. Pak se kompresní poměr ponechá a měří se poměr izooktanu a n-heptanu a najde se taková směs, která má stejné vlastnosti. Údaje na čerpacích stanicích jsou podle VM při 600 otáčkách za minutu při teplotě vzduchu 52 ºC, předstihu 13º a proměnlivém ε. Tato metoda udává vyšší číslo než MM (ta má otáčky 900, teplotu 149 ºC a předstih º). Motory s motormanagementem drží režim motoru těsně pod hranicí detonačního hoření (maximální účinnost i s palivem o nízkém OČ). Jako antidetonátory se dříve používaly látky s obsahem kovů Pb, Br, Cr (Např. TEO Tetra etyl olovo). Dnes již se používají látky bez kovů, jako jsou aromáty (benzen, toluen, xylen OČ ). Benzen je ale rakovinotvorný, smí ho být maximálně 5 %, Natural 91 má 2 %, 95 1 %. Dále organické sloučeniny kyslíku alkoholy (metanol, etanol), fenoly, éter (problém může být zápach a cena) a MTB metylterciální butyléter s OČ a bodem varu 55ºC (přidává se %). Od roku 2017 je v EU nové značení paliv u čerpacích stanic (viz obrázek č. 117). Obrázek č. 117 Nové značení paliv - E v kroužku označuje benzín, - B ve čtverci označuje motorovou naftu, - Kosočtverec s nápisem CNG nebo LPG označuje tato alternativní paliva, - Číslice pak označuje podíl biosložky v palivu v procentech. Od března 2017 uvedla společnost Benzina do oběhu paliva s označením EFECTA 95 a EFECTA Diesel, které nahradí dosavadní paliva Natural 95 a Diesel Top Q. EFECTA 95 odstraní až 58 % všech usazenin a sníží tvorbu nových až o 99 %. EFECTA Diesel čistotu vstřikovacích trysek vrátí do původního stavu již po šestnácti hodinách provozu. Testy účinnosti podle metodiky Dirty-up & Clean-up a Keep Clean provedla česká pobočka švýcarské certifikované laboratoře SGS. 122

125 Motorová nafta vzniká z frakce ºC při destilaci ropy. Jde o směs petroleje a těžší frakce. Nižší frakce má vliv na bod vzplanutí, těžší frakce pak na usazování karbonu a při nízkých teplotách vylučování parafínů (vosků). V ČR se v běžném provozu používají dva druhy označované jako MN 4 s bodem tuhnutí - 4 ºC, filtrovatelná do 0 ºC pro letní provoz a MN 22 s bodem tuhnutí - 22 ºC, filtrovatelná do - 15 ºC pro zimní provoz s obsahem síry do 0,15%. Pro zvláštní určení (armáda) se pak používá nafta až do - 35 ºC. Do běžné nafty je možné přidávat aditiva až do - 54 ºC. Hodnocení nafty se provádí podle průtahu vznícení, udávaným jako doba mezi vstřikem a vznícením. Vyjadřuje se cetanovým číslem CČ. Stanoví se pokusnou metodou na jednoválcovém motoru s hlavou pro přímý vstřik. CČ je opět podíl dvou látek cetanu (n-hexadekan C16H34) s CČ 100 a 1-metylnaftalenu s CČ 0. CČ se pohybuje od 49 do 62. Minimum je 45, nejlépe je, jestliže se pohybuje uprostřed rozmezí. Malé CČ znamená dlouhou prodlevu, současně se vznítí více paliva, tzn. rychlý nárůst tlaku a tvrdý chod motoru. Velké CČ znamená krátkou prodlevu, hoří už u trysky, tzn. špatné promíchání, tvorba sazí a zapečení trysek. Na emise a korozní vliv působí obsah síry. Po jejím spálení vznikají oxidy a s vodou kyseliny. Maximální obsah má být do 0,5 %. Jako letecká paliva se používá letecký petrolej (kerosin) pod označením Jet A- 1 pro reaktivní motory (cena 26 až 27,-Kč.l -1 ) a letecký benzin pro pístové motory (40,-Kč.l -1 ). 7.2 Uhlovodíková paliva z fosilních zdrojů plynná Získávají se z fosilních zdrojů těžbou (zemní plyn - metan), destilací ropy (propan, butan - PB). Plynná paliva jsou všeobecně vhodnější pro tvorbu směsi než kapalná (nemusí měnit skupenství), mají i nižší emise, nesmývají olejový film, neředí olej, netvoří karbon a jsou odolnější proti detonacím. Propan butan je v distribuci pod označením LPG (Liquid Petroleum Gases zkapalněné ropné plyny). Je to nejnižší frakce při destilaci ropy. Propan má chemickou značku C3H8 a butan C4H10. Propan lze zkapalnit při teplotě 20 ºC a tlaku 0,85 MPa, butan při 0,23 MPa. Objem se tak zmenší až 250x. Tyto plyny jsou částečně obsaženy i v zemním plynu. Jsou vhodné pro zážehové motory, mají ale menší výhřevnost než benzín, proto pak je nižší Pe a vyšší mpe. Narušují také přírodní pryž (nutné jsou potom syntetické těsnění a hadice). Zemní plyn je v distribuci pod označením CNG (Compressed Natural Gas stlačený přírodní plyn). Těží se z ložisek pod povrchem jako nadloží ropy. Je tvořen z největší části metanem s chemickou značkou CH4. Při tlaku až 20 MPa zmenšuje objem 200x. Použitelný je i u vznětových motorů, má méně škodlivin než PB, ale potřebuje větší zásobníky. Výhřevnost je 5x nižší než u benzínu, proto vzniká i snížení Pe až o 15% a o stejné procento vyšší mpe. Pokles Pe lze řešit zvýšením ε. Podchlazením jej lze i zkapalnit (kryogenní nádrže) s přetlakem 0,15 MPa tím až 600x zmenší objem, ale vznikají pak ztráty odparem. Odpovídá OČ Uhlovodíková paliva z biomasy Tato paliva by měla nezvyšovat obsah CO2 v atmosféře (co za rok spotřebují rostliny, se zpět uvolní jejich spálením rozdíl oproti fosilním). Toto však nemusí vždy platit, protože do pěstování těchto plodin je nutné vložit práci a energii podle technologie pěstování (mechanizované operace) a ty tuto výhodu značně zpochybňují. 123

126 Jsou však biologicky odbouratelná. Jsou kapalná (rostlinné oleje a alkoholy) a plynná (bioplyn a dřevoplyn). Rostlinné oleje jsou lisovaná semena olejnin. V EU jsou získávány z řepky ozimé, v tropech z palmového oleje. Výhřevnost je srovnatelná s MN, mají ale vyšší viskozitu a bod vzplanutí, proto jsou nutné další úpravy jako je esterifikace rostlinných řepkových olejů (vzniká MEŘO metyl ester řepkového oleje označovaný jako bionafta první generace - u nás se již nepoužívá). Esterifikace je štěpení molekul. Dnes se používá směs MEŘO s ropnými produkty a lehkými, nebo těžkými alkany + střední bezsirný destilát. Vzniká tak bionafta druhé generace. Alkany nesnižují biologickou odbouratelnost, mají dobré palivové vlastnosti, nižší mazivost a exhalace. Sirný destilát zvyšuje výhřevnost a Pe a tím nižší mpe, ale není biologicky odbouratelný. Lze přidávat i alkoholy, alfa oleiny et c. Viskozitu lze zvýšit ohříváním. Pokles Pe je až o 5%, kouřivosti ale až o 50%. Nárůst Mp o 4% a emisí NOx. Může vznikat fritovací zápach. Problematické je ředění mazacího oleje (zkrácení intervalu výměny na polovinu, studené starty do - 3 ºC jako u MN jsou pak horší). Alkoholy lze získat z rostlinných produktů nebo synteticky. Metylalkohol (metanol), také dřevní líh, ze zemního plynu, etylalkohol (etanol, líh) z kvašení a destilace surovin s cukrem, škrobem nebo celulózou (brambory, cukrová řepa, obiloviny ). Lze je použít u vznětových i zážehových motorů. V EU se mísí s benzínem do 3%. Mají vyšší mpe, detonačně jsou odolnější, snižují emise, ale horší mazání. Proto se přidávají přísady dusičnanů a dusitanů, které mají ale vliv na emise NOx. Bioplyn vzniká jako produkt kvašení organické hmoty za nepřístupu vzduchu (možnost zhodnocení odpadů a přebytků). Tvoří jej až z 75% metan CH4, zbytek CO2 a další plyny. Dřevoplyn z dřevní štěpky (odpad) přeměněné v generátorový plyn zplyňováním (v tlakových generátorech reakcí rozžhavených tuhých paliv se vzduchem, vodní párou nebo jejich směsí). Plyn se následně využije při výrobě syntetické nafty, přičemž hlavní surovinou je zemní plyn. Co je ale na "syndieselu" nejvíc lákavé, je jeho extrémní čistota. Neobsahuje prakticky žádnou síru (překračuje požadavky dnešních náročných norem nejméně desetinásobně) a má mizivý obsah pevných částic. Studie ukázala, že pouhé míchání čisté nafty s tou nyní užívanou v poměru 1 : 4 by odstranilo pětinu pevných látek. Současně by klesly i emise dalších škodlivin, například ostře sledovaných oxidů dusíku a jedovatého oxidu uhelnatého. Syntetická kapalná paliva totiž nejsou žádnou novinkou, ale sama o sobě se v normálních tržních podmínkách nikdy neprosadila. Výroba stojí na Fischer-Tropschově syntéze vyvinuté v roce 1925 (jeden z objevitelů Hans Tropsch byl západočeský rodák, který technické vzdělání získal v Praze), při níž se metan či oxid uhelnatý a vodík za vysoké teploty pod tlakem mění na kapalné uhlovodíky. Za druhé světové války s pomocí Fischer-Tropschova procesu Německo nahrazovalo ropu, od jejíchž dodávek jej odřízla britská námořní blokáda, a na stejnou kartu vsadila i Jižní Afrika v době apartheidu a mezinárodního embarga. První provoz, který bude vyrábět syntetickou naftu z plynu a dřeva, už vzniká v Kanadě. A co využít třeba biomasu z příkopů u silnic, když už se seče a pak nechá ležet? Možností a ekologicky šetrných je stále ještě mnoho. 124

127 7.4 Vodík Již několik desetiletí se uvádí jako možná náhrada ropy. Problematická (kromě komerčních zájmů ropné lobby) je účinnost přeměny při jeho výrobě (štěpení uhlovodíků nebo elektrolýza vody). Poslední výzkumy se zaměřují na získávání vodíku pomocí bakterií (biotechnologie), nebo polopropustných membrán (nanotechnologie). Spalovat lze i velmi chudou směs, emisemi jsou pouze H2O a NOx. Použít se musí speciální metalhydridové nádrže z kovů Ti, Ni a Mg s možností chlazení -253 C (větší objem a snaha unikat) a pro odběr je nutné ohřívání (zhoršení tepelné účinnosti, ale možnost využití odpadního tepla z palivových článků). Vodík lze spalovat přímo ve spalovacím motoru, ale získá se zhruba poloviční výkon při stejném Vz oproti benzínu (rozdílná hustota 34,6 oproti 10,1 MJ.l -1 ). Tento způsob využívá např. BMW v řadě 7 (vysokoobjemové motory), kde je spotřeba 47,6 l na 100 km oproti 13,9 l u benzínu. Druhou možností je použít vodík pro pohon elektromotoru v palivových článcích. Tento systém používá Mercedes-Benz třídy B s názvem F-Cell (viz obrázek č. 118), ale tuto technologii opouští z důvodu vývoje klasických akumulátorů - jsou stále lacinější a zvyšuje se jejich kapacita. Naopak se tímto systémem zabývá Toyota, Hyundai a Honda. Obrázek č. 118 Vodík v palivovém článku Palivový článek má dvě elektrody, na zápornou elektrodu (katodu) se přivádí palivo, tedy vodík. Na kladnou, tedy anodu, je přivedeno okysličovadlo. Mezi elektrody je vložena membrána - zabraňuje pochodu volných elektronů mezi elektrodami a tím lze pochod elektronů usměrnit přes elektrický obvod, čímž vzniká elektrická energie. Elektrody v palivovém článku mají oproti elektrodám v akumulátoru výhodu v tom, že se neúčastní aktivně chemické reakce), ale jsou pouze převodníkem mezi chemickou energií vodíku a elektrickou energií. Výhodami palivových článků je zachování stávajícího způsobu tankování paliva (vodík natankujete stejně rychle jako benzin), nižší hmotnost vozidla proti sestavě akumulátorů, dojezd vozidla na jedno tankování je srovnatelný se spalovacím motorem. Nevýhodami jsou nákladná výroba vodíku, při nízkých teplotách hrozí nebezpečí zamrznutí (voda) a jejich vysoká cena (použití nákladných materiálů k výrobě). Auta na vodu budou využívat chemický proces (exotermická reakce), kterým lze z vody uvolnit vodík (účinnost do 50%). US Army Research Laboratory 125

128 vyzkoušela speciální nanosloučeninu vodíku v podobě hliníkového prášku. Smícháním s obyčejnou vodou se do tří minut rozběhne chemická reakce s účinností 100%. Kilogram tohoto hliníkové prášku umí po smíchání s vodou vyprodukovat 220 kilowatthodin energie a netrvá to ani tři minuty. Vodík může být použit jako palivo, nebo by se v článcích měnil na elektrickou energii a poháněl by elektromotory (zatím pro armádu v polních podmínkách). Nevýhodou je, že při reakci se usazuje oxid hlinitý (korund) a asi si vzpomenete na stupnici tvrdosti minerálů, na kterém místě je. 7.5 Nitro Přidává se do spalovacího prostoru oxid dusný N2O (rajský plyn, skleníkový), který při 300 ºC uvolňuje kyslík, a tím zvyšuje stechiometrický poměr. Při přidání do sacího potrubí chladí nasávaný vzduch. Použití je možné pro krátkodobé zvýšení výkonu a pro zástavu do vozidla je nutná homologace. 7.6 Maziva a mazadla Dle ČSN a podnikových norem sem patří motorové oleje, převodové oleje, tlumičové a hydraulické oleje, strojní a konzervační oleje a plastická maziva a mazadla. Motorové oleje se rozdělují dle viskózních tříd dle metodiky SAE (Society of Automotive Engineers - viz tabulka č. 6). Tabulka č. 6 Rozdělení motorových olejů Např. SAE 0W30 znamená čím je první číslice (kinematická viskozita) nižší, tím má olej lepší mazací schopnosti při nízkých teplotách. Čím je druhé číslo vyšší, tím motor lépe maže za vysokých teplot. Takto označený olej se rychle dostává k pohyblivým částem agregátu i při nízkých teplotách, ale nejsou vhodné pro provoz motoru ve vyšší zátěži. Řídký olej se při vyšší teplotě rychle mění v karbon a snadno se dostává přes pístní kroužky. Norma SAE nic neříká o kvalitě zvoleného oleje, je proto nutné se soustředit na normy ACEA (evropská) případně API (americká). 126

129 ACEA (např. A1, A2, A3) dělí oleje do výkonnostních tříd: - A pro zážehové motory, - B pro vznětové motory, - E pro motory těžkých užitkových automobilů, - C pro motory s částicovým filtrem. Porovnávacím údajem normy je HTHS viskosita. Čím vyšší je číslo u písmenka tím má olej vyšší hodnotu viskosity HTHS. Třída A1/B1 jsou určeny pro klasický krátký pevný servisní interval, naopak A3/B3 jsou oleje pro prodloužené intervaly. API (např. CE) dělí oleje: - S pro zážehové motory, doplněné o písmeno A až H, - C pro vznětové agregáty, doplněné o písmeno A až E. Čím je písmeno dále v abecedě, tím je olej kvalitnější. Některé automobilky zavedli vlastní označování motorových olejů. VW pro zážehové motory používá normu VW , , či První dvě uvedené čísla jsou pro pevný servisní interval, druhé dva pro variabilní, u vznětových nebo (pro částicový filtr). Dále např. BMW (BMW longlife-01), nebo Ford (WSS-M2C913-C). Syntetické oleje se vyrábějí se syntézou z jiných látek než je ropa (minerální). Nejčastěji polyalfaolefiny (PAO) jako základový olej API Group IV. Dále syntetické estery jako základové oleje API Group V (diestery, polyolestery, alkylované naftaleny, alkylované benzeny, polyglykoly a pod.). Shell Pureplus Technology mění zemní plyn na kapalné uhlovodíky. Vzniká základový olej a kombinaci s dalšími přidanými složkami Shell Helix Ultra, který udrží viskozitu v extrémním rozsahu teplot. Olej Rimula Ultra je určen pro extrémně zatěžované naftové motory s intervalem výměny cca km. Polosyntetické oleje jsou minerální základové oleje skupin Group I, II, II+ a III s balíčky aditiv. Balíčky zvyšují výkonnost (estery a polyalfaolefiny). Mají řízenou molekulární strukturu s předpokládanými vlastnostmi. Výhody syntetických olejů - měřitelně větší rozsah viskozitní klasifikace, lepší chemická a smyková stabilita, menší ztráty vypařováním, odolnost vůči oxidaci, tepelnému rozkladu a rosolovatění, prodloužené intervaly výměny s příznivými dopady na životní prostředí (méně odpadu), nižší spotřeba paliva u některých motorů a lepší mazací schopnosti při studených startech. Nevýhody syntetických olejů - nižší tření je nevhodné pro záběh (například při zajíždění vozidla), problémy s rozkladem oleje v některých chemických prostředích (hlavně v průmyslu), zátěžové štěpení plastů jako je POM (polyoxymethylen) v přítomnosti polyalphaolefinů, problémy u starších motorů s válečkovými zdvihátky ventilů (váleček neotáčí s pohybem vačkové hřídele, ale klouže a váleček se tak vůbec neotáčí nebo se otáčí s menší obvodovou rychlostí než vačka), neudrží olovo v suspenzi tak jako minerální olej (používá-li se olovnaté palivo například v letectví) a nedoporučují se pro rotační (Wankelovy) motory. 127

130 Plastická maziva a mazadla se dělí podle tabulky č. 7. Tabulka č. 7 Rozdělení maziv a mazadel Plastická maziva Mazadla Pro mobilní zařízení Víceúčelová LITOL 24, NH2 Elastická na lana Jednoúčelová A00, A4... na kloubové řetězy Průmyslová Víceúčelová Tuhá grafit Jednoúčelová na kluzná ložiska Molyka MoS 2 na valivá ložiska Vazelíny na kontakty pro extrémní teploty Parafíny Cerezíny Stupně konzistence maziv a mazadel se zjišťují penetrační zkouškou a jsou uvedeny v tabulce č. 8. Tabulka č. 8 Konzistence maziv a mazadel Stupeň konzistence Penetrace při 25 C OO polotekutá nad 395 O velmi měkká měkká poloměkká střední polotuhá hutná velmi hutná tuhá

131 8. Elektronika ve vozidlech V moderních silničních vozidlech, ale i v zemědělských mobilních energetických prostředcích se uplatňuje celá řada elektronických systémů zvyšující bezpečnost provozu, stabilitu vozidel a snadné ovládání i při ztížených podmínkách. Jedním z prvních je systém ABS (Anti-Blockier-System), který zabraňuje zablokování kola při brzdění a tím ztrátě adheze mezi kolem a vozovkou, zachování stability, ovladatelnosti a řiditelnosti vozidla v mezních situacích. V každém kole (dnes již třeba i u návěsů a přívěsů) je umístěn indukční snímač otáček (Hallův snímač viz obrázek č. 119), který sleduje jejich otáčení a v případě zablokování některého z nich přes řídící jednotku sníží tlak v brzdovém systému k tomuto kolu. Obrázek č. 119 Hallův snímač S tímto systémem úzce spolupracuje další systém s označením EDS (Elektonische-Differenzial-Sperre) anglicky EDL (Electronic-Diferencial-Lock), což je elektronický závěr diferenciálu, který samočinně přibrzďuje protáčející se hnací kolo např. na náledí nebo mokré krajnici silnice. Nadstavbou tohoto systému je systém XDS, který při rychlém průjezdu zatáčkou přibržďuje vnitřní kolo a přes diferenciál se více otáček přenáší na vnější kolo (drží vozidlo v zatáčce). Systém označovaný jako ASR (Anti-Slip-Regulation též ASC, DTC, EDS, ETC, ETC, TCS, TC aj.) je v podstatě protiprokluzová soustava, která při rozjezdu nebo akceleraci samočinně zamezuje prokluzu jednoho či obou hnacích, resp. všech kol (přibrzdí je). Zasahuje i do řízení motoru - sníží podle potřeby jeho otáčky. Systém ESP (Electronic-Stability-Programme) během jízdy porovnává chování vozidla s vypočítanými a do systému zadanými hodnotami. Řidičem požadovaný směr jízdy zjišťuje ECU (Electronic-Control-Unit) snímáním úhlu natočení volantu, rychlost stanoví z otáček kol, snímaných čidly ABS (skutečný jízdní stav je odvozen z příčného zrychlení, z otáčení vozu okolo jeho svislé osy). Pokud se pohyb vozidla začne odlišovat od vypočtených hodnot, znamená to zárodek smyku a okamžitě se aktivuje stabilizační proces (přibrzdění kola). Systém EBV (Elektronische-Bremskraftverteilung-System) je elektronický rozdělovač brzdné síly, u kterého porovnáním zpoždění kol na přední a na zadní nápravě zjišťuje řídící jednotka ABS rozdělení brzdných sil. Samočinně rozděluje 129

132 intenzitu brzdného účinku mezi nápravy podle jejich okamžitého zatížení a optimálně snižuje brzdicí tlak v zadní nápravě (je při brzdění odlehčována). Obě nápravy tak vždy nejlépe využívají svých brzdících možností. Systém MSR (Motor-Schleppmoment-Regelung) je systém regulace brzdění motorem při ubrání plynu vytváří motor točivý moment, který působí na hnací kola a brzdí vozidlo (brzdění motorem). Zjistí-li senzory ABS tendenci motorem brzděných hnacích kol ke smyku, vydá systém MSR prostřednictvím sběrnice (CAN-BUS) pokyn řídicí jednotce motoru a ta mírně zvýší otáčky motoru. Systém BAS (Brake-Assistant-System) monitoruje rychlost a intenzitu sešlápnutí brzdového pedálu. Vyhodnotí kritickou situaci a zvýší tlak v brzdné soustavě (i při málo sešlápnutém pedálu). Při pomalém dobržďování, nebo přibrzďování je systém v nečinnosti. Systém HAC (Hillstart-Assist-Control) a DBC (Dynamic-Brake-Control) je asistent rozjezdu do svahu HAC a sjezdu ze svahu DBC. Zapojí brzdy proti nechtěnému brzdění a ze svahu udrží vozidlo pod kontrolou. Airbag (vzduchový polštář) při nárazu: - 0 ms - náraz, - 25 ms - senzor hlásí náraz, odpálení roznětky, - 40 ms - vak se začíná plnit plynem a kryt se trhá, - 60 ms - vak je naplněn a zachycuje cestujícího, ms - cestující je maximálně ponořen do vaku a začíná se pohybovat zpět, ms - cestující se pohybuje zpět do sedačky, airbagy se vyprazdňují. Systém AFS (Adaptive-Frontlight-Systém) je systém natočení předních světlometů. Snímače analyzují v závislosti na poloze volantu úhel natočení kol a automaticky horizontálně natočí do tohoto směru i světlomety. Systém SCL (Static-Cornering-Lights) znamená statické přisvěcování předních světlometů do zatáčky. Odbočovací světlomet nebo mlhovka se rozsvítí společně s odbočovacím signálem směrovky. Systém ACC (Adaptive-Cruise-Control) je adaptivní řízení jízdy k dosažení úplného řízení podélného pohybu vozidla při každé rychlosti s funkcí udržování vozidla v jízdním pruhu. Zjišťuje a vyhodnocuje překážky před vozidlem (udržuje odstup), zjišťuje a vyhodnocuje překážky v blízkosti vozidla, po jeho stranách a vzadu. Videokamera vyhodnocuje překážky označené radarem a rozpoznává podélné značení, infrasenzor rozpoznává podélné značení. Bez překážek systém pracuje jako běžný tempomat. Systém APS (Assistant-Parking-System) je systém pro automatické parkování, za pomoci videosenzorů, radaru a zadní kamery. Systém BSM (Blind-Spot-Monitoring) je monitorování slepého úhlu vozidla. Senzory monitorují vozidla v prostoru slepého úhlu a zobrazí siluetu vozidla ve zpětném zrcátku, nebo přístrojové desce. Systém DAM (Driver-Attention-Monitoring) je systém kontroly pozornosti řidiče. Monitoruje speciální kamerou v interiéru vozu pohyby očí a mrkání, vyhodnocuje kondici řidiče. Neustále sleduje frekvenci pohybů očních víček a při dosažení mezní hodnoty vypne motor a zastaví vozidlo. 130

133 Systém RMS (Remote-Monitoring-System) je zařízení pro sledování dopravního značení. Digitální displej řidiče neustále informuje o všech aktuálních dopravních příkazech a omezeních. Systém ROA (Rear Occupant Alert) má za úkol řidiče při vystupování upozornit, zda na zadních sedadlech nezůstali další cestující (děti v horku). Po vypnutí zapalování se v přístrojovém štítu objeví varovná hláška, po uzamknutí auta systém zabliká varovnými světly, a pokud je to řidiči stále jedno, vyšle mu upozornění na mobil. Motormanagement (maping) je systém pro řízení režimu spalovacího motoru. Pro každou polohu akcelerátoru, zatížení motoru, otáčky motoru a rychlosti vozidla (data z čidel) jsou v paměti počítače uloženy údaje pro množství vstřikovaného paliva, předstih zážehu i jiné. Řídicí počítač neustále porovnává digitalizované skutečné údaje snímačů s údaji v paměti a regulačními zásahy se snaží odchylku minimalizovat ovládáním akčních členů. Prvořadým parametrem je vliv zásahů na co nejnižší emise výfukových plynů (tedy ne co největší výkon, nebo nižší spotřeba). Systém ECU (Electronic-Control-Unit) znamená vestavěný počítač pro řízení automobilových systémů (motor, brzdový systém, automatická převodovka, et c.). Řídicí jednotka sleduje činnost systému pomocí elektrických vstupů od senzorů. Regulační zásahy provádí řídicí jednotka pomocí elektrických výstupů akčními členy. Pro vzájemnou komunikaci slouží síťové rozhraní, obvykle sériové sběrnice CAN, LIN, nebo FlexRay. CAN-BUS (Controller-Area-Network) je datová sběrnice CAN = dvě vedení datové sběrnice, dvoje ukončení datové sběrnice a jednotky připojené ke sběrnici (musí obsahovat řadič a budič CAN sběrnice). Kromě vedení jsou všechny komponenty v řídících jednotkách. Ukončení datové sběrnice je pomocí rezistorů (z důvodu zabránění odrazům elektrických signálů viz obrázek č. 120). Vedení datové sběrnice je řešeno kroucenou dvoulinkou (k zamezení průniku rušení z okolí a porušení přenášených dat). Obrázek č. 120 Sběrnice CAN-BUS LIN - BUS (Local-Interconnect-Network) je sběrnice komunikující po jednom vodiči (viz obrázek č. 121). Nízkorychlostní komunikace ovládá zařízení v časech okolo 100 ms. 131

134 Obrázek č. 121 Sběrnice LIN-BUS FlexRay (Flexible Ray) neboli flexibilní paprsek je sběrnice s velkou přenosovou rychlostí (viz obrázek č. 122). Má velmi dobrou ochranu přenášených dat. Dvoukanálová struktura a zároveň statický i dynamický přístup na sběrnici Obrázek č. 122 Sběrnice FlexRay Systém sběrnic a řídících jednotek se ve vozidle kombinuje - viz obrázek č. Obrázek č. 123 Kombinace sběrnic ve vozidle Poslední model Škoda SuperB (druhá generace) má 36 řídících jednotek a 1650 m kabelů. 132

135 Moderní traktory používají sběrnice s označením ISOBUS, která propojují spojení čidel připojeného nářadí (na čelním tříbodovém závěsu, nebo i zadním) s řídící jednotkou traktoru (viz obrázek č. 124). Je pak možno podle dat z nářadí ovládat chod motoru a převodovky traktoru. 8.1 Čidla ve vozidlech Teploměry Obrázek č. 124 Sběrnice ISOBUS Bimetalové jsou tvořeny dvěma pásky různého kovu k sobě pevně spojené, kdy se využívá různé teplotní délkové roztažnosti dvou kovů, pásek se deformuje. Použití pro hrubé měření nebo regulaci. Odporové využívají závislost elektrického odporu vodiče nebo polovodiče (termistory) na teplotě. Termoelektrické využívají jev, který vznikne vodivým spojením konců dvou vhodných materiálů, a tyto spoje udržujeme na různých teplotách. Tím vznikne mezi nimi elektromotorická síla (termoelektrické články např. měď konstantan, niklchrom nikl, platinorhodium platina) Snímače tlaku S elektrickým výstupem (tenzometry) využívají deformační prvek a čidlo zaznamenávající deformaci. Jsou odporové (rezistory), kapacitní, piezoelektrické, optické, potenciometrické a indukční Snímače proudění Odporové, kde v proudu nasávaného vzduchu je umístěno elektricky vyhřívané tělísko (drátek). Proud vzduchu jej ochlazuje a řídící jednotka dodává takový proud, aby udržela konstantní rozdíl teploty mezi tělískem a vzduchem. Velikost tohoto proudu je přímo úměrná hmotnosti proudu vzduchu Měření chemického složení U silničních vozidel nejčastěji lambda sonda, což je snímač obsahu volného kyslíku ve výfukových plynech. Čidlo je z pevného keramického elektrolytu a tvoří 133

136 galvanický článek, vznikající na přepážce, oddělující dva prostory s různým obsahem kyslíku (srovnávacího - vzduch a měřeného -výfukové plyny) Měření vibrací Snímač klepání motoru, u kterého vibrace od tlakových vln rozkmitají kmitavý kroužek, ten naráží do kontaktního kroužku a ten stlačuje piezokeramický kroužek (z deformací vytváří elektrické napětí). Snímač se umisťuje na bok bloku válců tak, aby bylo rozlišeno, ve kterém válci došlo k samozápalu Měření zrychlení a zpomalení Používají se senzory pro měření statického nebo dynamického zrychlení a měří se odstředivé a setrvačné síly, určují pozice tělesa, jeho naklonění nebo vibrace. Senzory (akcelerometr, decelometr, gyroskop) jsou mechanické, mikroelektromechanické, chemické nebo piezoelektrické Senzor deště Je umístěn v patici vnitřního zpětného zrcátka. Vyzařovací diody jsou rozděleny na dvě skupiny po 4 diodách, které střídavě vysílají infračervené záření. Mají-li dopadající paprsky od obou skupin stejnou intenzitu, nevzniká na snímací diodě žádné signálové napětí. Po dopadu kapky nemají světelné paprsky stejnou intenzitu (na snímací diodě vznikne signálové napětí a povel pro spuštění stěrače viz obrázek č. 125). Obrázek č. 125 Snímač deště 134