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. ČeeeeeeeeČeeeeeeeeeeee9

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 Budoucnost pohonů vozidel Hybridní pohon Elektropohon u nákladních vozidel Elektropohon u traktorů Elektricky poháněné přípojné stroje Elektropohon u letadel 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 56 2

4 Uspořádání ventilových rozvodů Ventily Sedla ventilů 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 Systémy na snížení emisí výfukových plynů 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 93 3

5 5.2.2 Stupňovité řazení s přerušením přenosu přesuvnými kroužky Stupňovité řazení bez přerušení přenosu planetovým převodem 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 převodovkou Koenigsegg Jesko Stupňovité řazení bez přerušení přenosu desetistupňovou automatickou převodovkou Direct Shift- 10AT Manuální převodovka s automatikou Toyota GR HV Stupňovité řazení bez přerušení přenosu Vario Bezstupňové řazení hydrostatické Bezstupňové řazení hydrodynamické Bezstupňové řazení variátorem Bezstupňové řazení toroidním převodem Magnetická převodovka Elektrické převody Stupňovité řazení v kombinaci s hybridy Převodovky u traktorů Rozvodovka Koncový převod Pohon všech kol Brzdy Rozdělení brzdových soustav Odpružení náprav Variabilní tlumiče pérování Pneumatiky a pásy Zemědělské pneumatiky Pásové podvozky Bilance výkonů a jízdní vlastnosti vozidla Pro nerovnoměrnou rychlost do svahu Pro rovnoměrnou rychlost po rovině 133 4

6 6.3 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 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 pojezdové rychlosti Měření zrychlení a zpomalení Senzor deště Sledování vozidel Zemědělská doprava Mechanické dopravníky Skluzy Válečkové trati

7 9.1.3 Vibrační žlaby Šnekové dopravníky Pásové dopravníky Článkové dopravníky Korečkové dopravníky Pneumatické dopravníky Doprava kapalin Faremní vodovod Doprava kapalin po ose Doprava krmiv Krmní skotu 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 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, 22 kw - 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 19,1 kw [26 HP] při ot.min -1 ), v roce 1948 Zetor 15 jako jednoválcový motor o výkonu 11 kw [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, z toho na vývoz. Obrázek č. 4 Zetor 25 K 8

11 V roce 1949 vznikl prototyp Zetor 30, základ pro Zetor 35 z roku 1955 (čtyřválec o výkonu 31 kw [42 HP] a čtyřstupňová převodovka, vyrobeno ks) a modernizované provedení Zetor 50 až do roku 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 60,2-75,7 kw [ HP]. 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 47,6-70,3 kw [65-96 HP], v roce 2007 Forterra se čtyřválcovým motorem 70,3-100,2 kw [ HP], v roce 2009 Maxterra výkonnostní kategorie 90,6-125 kw [130 až 170 HP], a od roku 2013 Major 60 a a 55,4 kw [61,5 a 75,3 HP]. Na výstavě Agritechnica v Hannoveru 2015 předvedena studie ve spolupráci se studiem Pininfarina (viz obrázek č. 5), modelová řada Major a šestiválcový Crystal 106,1-120,1 kw [144 nebo 163 HP]. V tomto roce Zetor vyrobil a dodal celkem přes kusů traktorů. Obrázek č. 5 Studie Zetor Pininfarina V roce 2017 byly 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 9

12 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 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. V roce 2018 se Zetor představil v USA na veletrhu National Farm Machinery Show v Louisville modelovou řadou Major v provedeních HT 45-55, HS 65 v původní podobě a dále Major HS 80 a CL 80 s novým designem ve spolupráci se studiem Pininfarina a Forterra HD jako nejsilnější. Zastoupení firmou Zetor North America (Jacksonville Florida) se veletrhu účastní od roku

13 Divize Zetor Engineering představila na konci června 2018 obrněné bojové vozidlo Gerlach, které má pohon 4x4, rámovou konstrukce, nezávislé zavěšení kol, užitečné zatížení 1,5 t, hmotnost 12 t, maximální rychlost 110 km.h -1, výkon motoru 240 kw [326 HP] a šestistupňovou automatickou převodovku. V roce 2019 Zetor propustil 40 % zaměstnanců kvůli potížím s nástupem nových bezpečnostních a emisních předpisů a nízkým prodejům na evropských trzích. Zetor musel přijmout změnu plánu pro rok 2019 a přistoupit k nákladovým úsporám. Poprvé po osmi letech nepřetržitých účetních zisků Zetor vykázal ztrátu ve výši 149 milionů Kč. Tržby Zetoru dosáhly milionů korun a bylo prodáno celkem traktorů. V druhé polovině roku 2018 došlo k neočekávanému propadu trhů (copak to nasliboval p. Zeman v Rusku pozn. autora). Z úsporných opatření Zetor nebude vystavovat na mezinárodním zemědělském veletrhu Agritechnica 2019 ( ). V roce 2019 uvedl modernizovanou verzi Forterra HSX 140 s výkonem kw [ HP] a modernizovanou převodovkou 40 ECO a odpruženou přední nápravou. Převodovka má pět rychlostí ve dvou rozsazích a třístupňový násobič Powershift a elektrohydraulický reverzor PowerShutle (má tedy 30 rychlostí vřed i vzad). Přední náprava má nezávisle odpružené polonápravy (víceprvkové zavěšení), (MZ 8/2019, str. 15). 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 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 12

15 energii 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, nebo rotační motor REDA). Ten sestrojil Peter Szorenyi v roce 2000 a má čtyři otočně uložené segmenty tvořící píst (viz obrázek č. 7). Píst je uložen bez excentru a tím nejsou omezeny otáčky ( u Wankelu odpovídá ot. min -1 u klikové hřídele). Obrázek č. 7 Rotační motor REDA Rotační motory jsou vhodné pro přímé spalování vodíku, neboť mají striktně oddělené sací a výfukové potrubí (není nutné sací chladit). V současnosti se používají pro pohon ultralehkých letadel (jednoduchost, spolehlivost a nízká hmotnost). 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). Určitý mezičlánek mezi zážehovým a vznětovým motorem tvoří tzv. diesel na benzín Mazda SkyActiv-X. Jedná se o systém označená HCCI - Homogenous Charge Compression Ignition, nebo SPCCI - Spark Controlled Compression Ignition (homogenizace směsi a kontrola zapálení svíčkou viz obrázek č. 8). Palivo se vznítí vysokým kompresním tlakem a teplem ve válci a ne od svíček (pouze v nízkých otáčkách). Problém je kontrola průběhu spalování a zabránění nežádoucímu samovolnému vznícení paliva (značná regulace teplot v komoře). Motor má vysokou tepelná účinnost až 50 % a nízké emise škodlivých plynů. 13

16 Obrázek č. 8 Motor HCCI Prototyp Skyactiv-X má kompresní poměr 16:1 (těsně pod hranicí samovznícení), pracuje s chudou směsí o poměru 30:1 (nelze ji zapálit svíčkou - běžně je poměr poloviční). Nejprve se rozptýlí do celého válce velmi chudá směs, přesné a rychlé vstřikovače pak vytvoří malý obláček benzinu kolem svíčky, zážeh v této malé oblasti v přesně stanoveném okamžiku odstartuje vznícení směsi ve zbytku válce. Extrémně chudá směs hoří velmi rychle a při nízké teplotě. Dvoulitr přeplňovaný kompresorem má výkon 140 kw a krouticí moment 230 Nm ( ). University Wisconsin-Madison v oddělení Engine Research Centre vyvinula systém RCCI (Reactivity Controlled Compression Ignition - reaktivitou řízené kompresní zapalování). Používá dvě rozdílná paliva (jedno s nízkou reaktivitou, druhé s vysokou nafta a benzín) a dva různě umístěné vstřikovače. V sání je do válce dodáno nízkoreaktivní palivo, následně je ve dvou krocích přidáno vysokoreaktivní palivo. První dávka se jen přimíchá do již přítomné směsi, druhá ji pak zapaluje. Vzniká stratifikovaná směs, kde je na vnějšku směs benzínu a vzduchu, uprostřed směs obou paliv a zcela uvnitř čistá nafta. Oblast s čistou naftou po vznícení hoří tzv. studeným plamenem a ten zapálí směs ve zbytku válce. Tepelná účinnost se zvyšuje až na 60 % (kdepak je účinnost elektráren?). Při nízké zátěži musí motor běžet primárně na naftu (benzínu se při vysokých poměrech se vzduchem nechce hořet) a s rostoucí zátěží roste užití benzínu a klesá množství nafty, při nejvyšší zátěži pak motor spaluje 90 % benzínu. Výfukové plyny nepotřebují žádné další úpravy a přímo plní požadavky emisních norem, spotřeba paliva je o % nižší ( ). Když jsme u té tepelné (termodynamické) účinnosti (dnes kolem 40 %). Firma Ricardo dokázala zvýšit tuto účinnost u vznětového motoru díky technologii CryoPower až na 60 %. Princip spočívá ve využití tekutého dusíku v kombinaci s propracovanou termodynamikou. Kromě Dieselova cyklu motor pracuje i v Millerovo cyklu, se zkráceným kompresním zdvihem vůči expanznímu (rozdíl mezi nimi je doháněn dodatečným stlačením vzduchu Ericcsonův Braytonův cyklus). V jednom válci probíhá pouze sací a kompresní zdvih (kratší zdvih), ve druhém expanzní a výfukový. Tekutý dusík je vstřikován do válce při kompresním zdvihu 14

17 a tím je stejná teplota ve válci na začátku i na konci kompresního zdvihu. Stlačený vzduch se dusíkem ochladí a současně je dopravován do válce, v němž se odehrává expanzní/výfukový cyklus. Přitom se ohřeje teplem ze spalin, rozpíná se a roste tlak. Takto se dostane do válce určeného pro expanzi/výfuk, kde se k ohřátému vzduchu přidá palivo a celá směs je zapálena. Výfukové plyny jdou do tepelného výměníku pro ohřátí před tím ochlazeného vzduchu při kompresním zdvihu a turbodmychadlo s mezichladičem před sáním. Cílem je výrazně snížit odpadní teplo, je tedy nižší teplota a tlak ve válci než u konvenčních vznětových motorů a tím nižší i tvorba NOx ( ). 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, SPCCI - Spark Controlled Compression Ignition, nebo RCCI - Reactivity Controlled Compression Ignition). 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 (úroveň výkonu na válec z roku 2018 uvádí tabulka č. 1), 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 , , , 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 15

18 trojitého W 18 válec Zajímavostí je např. benzínový třicetiválec Chrysler A57 Multibank, který měl pět řad válců po šesti válcích, 20,5 litru objemu, pět klikových hřídelí napojených ozubenými koly do planetového soukolí. Byl vyvinutý v roce 1941 pro tanky M3A4 Lee VI, hmotnost kg, výkon 350 kw [476 HP] při otáčkách a Nm. 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. V tabulce č. 1 jsou uvedeny úrovně největších výkonů dle počtu válců u sériově vyráběných osobních vozidel. Tabulka č. 1 Nejvyšší výkon podle počtu válců Počet válců Objem Výkon Značka [ks] [l] [kw/hp] 2 0,9 77/105 Fiat 3 1,5 147/200 Ford 4 2,0 294/400 Mercedes Benz 5 2,5 294/400 Audi 6 3,8 294/400 Porsche 8 5,0 1000/1360 Königseg 10 5,2 470/640 Lamborghini 12 6,5 588/800 Ferrari 16 8,0 1003/1500 Bugatti 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. 16

19 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. Princip činnosti a jednotlivé fáze činnosti viz obrázek č. 9. Obrázek č. 9 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 17

20 a - písty v krajních polohách, pracovní plyn ve studeném prostoru 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 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. 18

21 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 %, spalovat lze jakékoliv palivo, dokonalé spalování s přebytkem vzduchu), bez emisí, tišší chod bez hluků spalování ve válci. Nevýhodou je složitá konstrukce a nízké otáčky. K tomuto principu bych připomněl patent č od VW z roku Ve spolupráci se společností Enginion AGmotor byl vyvinut motor, který by k provozu nepotřeboval fosilní paliva a byl zcela bezemisní - systém ZEE (Zero Emissions Engine). Vývoj probíhal od roku 1996 a vyvinut byl litrový tříválec s výkonem 162 kw [220 HP] a 500 Nm. Pístový motor sloužil pouze k převodu energie přehřáté páry na mechanický pohyb. Porézní hořák umožňoval spalovat jakékoliv palivo převeditelné na plyn, který byl předehřátý zbytkovým teplem odebíraným z kondenzující páry a stejně tak byla páře předána tepelná energie spalin. Parogenerátor se vyznačoval vysokou termální účinností s velice nízkým obsahem emisí. Pára poháněla pístový motoru (choval se jako dvoutakt). V horní úvrati systém do válce pod vysokým tlakem pustil páru, ta stlačila píst, čímž byla získána mechanická energie a současně mazala písty (motor se obešel bez oleje). Pod označením EZEE03 byl pístový motor nahrazen wankelem (kompaktní rozměry a výrazně vyšší energetická hustota). Hmotnost byla 120 kg a motor měl rychlý nástup točivého momentu. Použit byl třetí prototyp do Škody Fabia Combi. Motor potřeboval k produkci maximálního výkonu od studeného startu jen 30 s. Marketingové průzkumy ale zjistili, že motoristé nemají v motory využívající páru důvěru (systém ohřevu vody Steamcell), ( ). Motor s axiálními písty má uspořádání pístů do kruhu a klikový mechanizmus je nahrazen speciálním excentrickým mechanizmem (viz obrázek č. 10) Obrázek č. 10 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. 11). 19

22 Obrázek č. 11 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. Achates Power s protiběžnými písty je tříválcový spalovací motor o objemu 2,7 litru, protichůdné písty z něj ale dělají malý šestiválec. Každý válec má dva písty pohybující se proti sobě pevně připojené k jedné ze dvou klikových hřídelí (viz obrázek č. 12). První hřídel se nachází na spodní straně motoru v tradičním postavení k setrvačníku, druhá se otáčí v horní části místo hlavy motoru (ta chybí, nemá ani ventily). Jde v podstatě na dvoutakt, který používá otvory uvnitř válce řízené pohybem pístů, jež je zavřou nebo otevřou. V bloku zcela schází svíčky. Jedná se o vznětový motor, ale nepracuje na naftu, nýbrž na benzín. Obě klikové hřídele musí být propojeny a toto spojení musí být dostatečně robustní. Je schopen pracovat s tepelnou účinností na úrovni 45 %. Obrázek č Achates Power 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. 13). 20

23 Obrázek č. 13 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 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 Nm 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 21

24 162 kw a maximem točivého momentu 420 Nm. 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. 14). 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. 14 Nanomotor Nanostroje dosud k pohybu musely používat alternativní metody (jednobuněčné organismy nebo magnetické pole). Nově se objevila i třetí možnost - propojit dva kroužky řetězce DNA molekul malým "řetězem", díky němuž pohyb jednoho kroužku jako motor pohání pohyb kroužku druhého. Systém je poháněný chemickou energií ve formě RNA proteinu. Jeho vlákno je spojeno s motorovým kroužkem a právě postupná syntéza RNA řetězce slouží pro "chemický" pohon otáčení motoru. Vytvořená jednokolka má velikost 30 nm, ujede 240 nm, slabou rychlostí jedno otočení kola kolem své osy zabere 10 minut. 2.5 Budoucnost pohonů vozidel Obecně se pro silniční vozidla dnes (2019) 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 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 obrázek č. 15). 22

25 Obrázek č Grafy emisních látek 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 NOx 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 et c.). Společnost Emission Analytics z USA otestovala přes 500 osobních vozidel 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 23

26 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 v roce 2015 zveřejnila předpokládaný vývoj silničních vozidel podle jejich druhu, používaného paliva a přepravní vzdálenosti (viz obrázek č. 16). Obrázek č. 16 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. 2.6 Hybridní pohon Kombinuje se zde pohon spalovacím motorem a elektromotorem. Dle uspořádání spalovacího motoru a elektromotoru se dělí na: - sériový, - paralelní a - kombinovaný. 24

27 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 spouštěčem, 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. Mild Hybrid Electric Vehicle MHEV používá 48 i 12 V palubní síť. 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 15,5 kw [21 HP] a 250 Nm (popojíždění v kolonách), 25

28 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). Že nejsou vznětové motory mrtvé, ukázal i VW Tuscon model 2019, který má 2,0 litr turbodiesel 136 kw [185 HP] s točivým moment 400 Nm a 48 V systémem. Li on baterie má 0,44 kwh, integrovaný spouštěč - generátor a nízkonapěťový měnič stejnosměrného proudu. Oproti modelu bez elektromotoru má o 11 % nižší spotřebu paliva (5,2-5,4 l.100km -1 ). Ve městech jezdí jen na elektřinu, pohonná jednotka se vypíná při poklesu rychlosti na 30 km.h -1, 48 V okruh udrží spalovací jednotku po delší dobu v nečinnosti, a to i za horkých letních nebo mrazivých zimních dní, kdy klimatizace jede naplno ( ). 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 i 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 Nm. 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). Palivový článek všeobecně pracuje na opačném principu než elektrolýza vody (při zavedené stejnosměrného elektrického proudu na dvě elektrody dojde k rozkladu molekuly vody H2O na vodík H2 a kyslík O). V článku se vodík přivede mezi dvě elektrody oddělené membránou a k němu pak okysličovadlo (atmosférický vzduch s asi 27% kyslíku viz obrázek č. 17). Proběhne sloučení obou prvků na molekulu vody a tím se uvolní elektrická energie, kterou můžeme z elektrod odebírat přímo pro elektromotor, nebo uložit do akumulátoru. Množství získané energie je samozřejmě nižší, než množství vložené do elektrolýzy. Emisemi je zde tedy pouze vodní pára a v některých případech i NOx. Problematikou využití vodíku jako paliva, nebo do článků je energetická účinnost jeho výroby (vyvíjí se nanotechnologie a biotechnologie na jeho výrobu) a jeho výbušnost ve směsi s kyslíkem (nutné chlazení a dokonalé utěsnění). 26

29 Obrázek č. 17 Palivový článek Toyota vyvinula tahač Project Portal s palivovými články. Používají se články ze dvou vozů Toyota Mirai s baterií o kapacitě 12 kwh. Výkon je 493 kw [670 HP] a točivý moment Nm. Tahač uveze náklad o hmotnosti 36 t s dojezdem okolo 320 km. Používá se již k přepravě nákladů z přístavních terminálů do okolních skladů a na železniční nádraží v Los Angeles, kde ujel již přes km ( ). Další aktivitou této firmy je vodíkový autobus Sora (Sky, Ocean, River, Air - Obloha, Oceán, Řeka, Vzduch podle koloběhu vody). Do roku 2020 se má vyrobit přes 100 kusů pro Tokio. Používá se zde systém palivových článků TFCS (Toyota Fuel Cell System). Počet míst k sezení je 79 a vodíku se do nádrže vejde 600 l ( ). 2.7 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 Nm. 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 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 27

30 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 %, obnovitelné zdroje nedosahují potřebný výkon a nikdy ho mít nebudou) a spalovacího motoru??????? Když slyším, že se tento pán označuje za vizionáře, pak opravdu nevím, jestli ví, co toto slovo znamená. Posledním opravdu velkým vizionářem v oboru elektřiny byl pán, po kterém se jmenuje tato firma jí vyráběné automobily, tedy Nicola Tesla. Na plno jeho vizí dosud ani nedospěla doba. Zkuste si zadat do vyhledávače například slovo volná energie. Jeden z hlavních důvodů velké produkce skleníkových plynů z dopravy je nutno vidět i v hmotnosti vozidel. Jeden litr nafty vydá stejné množství energie jako 60 kg akumulátoru elektromobilu. Kilogram benzínu vydá Wh energie. Současné akumulátory (2019) mají maximálně 170 Wh na kilogram. Do akumulátorů Tesly S vážících 600 kg lze napěchovat 100 kwh elektřiny a ujede maximálně 500 km. Tato energie odpovídá 10 l nafty a na stejnou vzdálenost jí spotřebuje zhruba 25 l (20,5 kg). Produkci CO2 sledoval Massachusettský technologický institut, který provedl test tří velmi rozdílných vozidel - Tesla S, BMW 750 xdrive a Mitsibishi Mirage (Colt). Sledovali produkci CO2 v průběhu životního cyklu přepočítanou na jeden ujetý kilometr. Nejvíce měl BMW 750 xdrive 385 g.km -1, Tesla Model S 226 g.km -1 a Mitsubishi Mirage 192 g.km -1. Hlavní příčinou je výroba trakčního akumulátoru typu lithiu-ion a výroba elektrické energie v tepelných elektrárnách spalujících uhlí (v tomto státě jinak to může být např. v Kalifornii). 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 560 až 625 kw [760 až 850 HP] s evolucí až na loňských cca 736 kw [1 000 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 u sériového vozu. Dnešní F1 motory jsou přeplňované vidlicové šestiválce o objemu 1,5 l. Pro zvýšení výkonu a tepelné účinnosti využívají dva stupně rekuperace. Rekuperace MGU K (Motor Generator Unit Kinetic) je pokračovatel systému KERS (Kinetic Energy Recovery System). Motorgenerátor je v zadní nápravě (může jí přidat výkon) a využívá rekuperovanou energii od brzd. MGU H (Motor Generator Unit Heat) využívá přebytečnou tepelnou energii (motor pracuje s vyšším výkonem než je potřebný pro pohon). Motorgenerátor je u turbodmychadla a dobíjí akumulátory ( 1-car ). Cummins AEOS vyvinul 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 28

31 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 Nm. 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. Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corporation (MFTBC), patřící Daimler Trucks E-Fuso Vision One. Jedná se o nákladní vozidla pro krátké trasy a městský provoz, užitečná hmotnost 11 t. Na jedno nabití baterií až kolem 350 km. Renault Trucks od roku 2009 testuje experimentální 100 % elektrická vozidla v segmentu t v reálných podmínkách. V roce 2019 zahájí prodej modelové řady elektrických vozidel. Mercedes-Benz eactros má prostřední nápravu osazenou dvojicí kapalinou chlazených vysokorychlostních asynchronních třífázových elektromotorů. Každý má výkon 125 kw a točivý moment 500 Nm. Díky převodování lze zvýšit až na Nm. Používá lithium-iontové akumulátory s kapacitou 240 kwh. Dojezd na jedno nabití okolo 200 km. K dobíjení se používá standardizovaný konektor CCS o výkonu od 20 do 80 kw a nabije akumulátory za 3-11 h. Daimler tahač Freightliner ecascadia Tesla Semi při uvedení slibovala dojezd na jedno nabití až 850 km a dobití akumulátorů na dojezd 650 km za pouhou půlhodinu (taková rychlonabíječka ještě nikde nestojí). ecascadia má dojezd 400 km, dobití na 80 % kapacity akumulátorů (dojezd 322 km) za 90 minut z klasické rychlonabíječky. Kapacita akumulátorů je 550 kwh a výkon elektrických motorů 540 kw. V roce 2018 uvedeno 30 testovacích kusů, sériová výroba se plánuje na rok Souběžně byl představen menší nákladní automobil Freightliner em2 106 s dojezdem 370 km. Nikola Motor Company Model One na palivové články spojeny s bateriemi o kapacitě 320 kwh. Na jedno natankování a nabytí dojezd km. Elektrické pohonné motory s výkonem více než 736 kw [1 000 HP] a přes Nm. Do prodeje m8 b7t uveden v roce Scania G320 GX2 Hybrid plní emisní úroveň Euro 6 bez systému EGR. Nejvýkonnější verze má výkon 235 kw. Celková kapacita akumulátorů je 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. 29

32 Problematika elektromobility je předmětem horlivých diskuzí mezi jejich zastánci a odpůrci. Podle mého názoru je nutné se na věc podívat střízlivým selským rozumem. Uvádím několik příkladů k zamyšlení. Jonathan A. Lesser je šéf konzultantské společnosti Continental Economics. Má 30letou kariéru v poradenství pro firemní sektor i pro americkou vládu. O jeho expertízy se opírá federální energetická regulační komise. Data americké energetické administrativy EIA spojují růst elektromobilů s nárůstem emisí oxidu siřičitého, oxidů dusíku a pevných částic. Stojí za především výroba elektrické energie - převážně spalováním fosilních paliv - v USA i celosvětově. Dalším problémem je infrastruktura a čas dobíjení a tankování. Stát Kalifornie poskytl dotace na elektromobily 100 milionů $ (peníze chudších lidí, kteří koupí obyčejných aut zatížených emisními kredity platí elektromobily těm bohatším). Jediná německá relevantní konzultační společnost Berylls Strategy Advisors pracující exkluzivně pro automobilový průmysl v roce 2018 uvádí, že ekologická hrozba elektromobilů a jejich lithium-iontových akumulátorů (výroba má vysokou uhlíkovou stopu kg těžké baterie v továrně využívající fosilní palivo) znamená o 74 % vyšší emise uhlíku než výroba konvenčního automobilu. V některých zemích elektromobilu trvá 10 let, než se ekologicky vyplatí ve srovnání s konvenčním autem se vznětovým motorem. V Německu může řidič provozovat běžné auto se spalovacím motorem 3,5 roku nebo ujet km, než se elektromobil typu Nissan Leaf kvůli tamější uhelným elektrárnám ekologicky vyplatí. V roce 2017 společnost ADAC provedla EcoTest, při kterém bylo prověřeno celkem 105 vozů s nejrůznějšími druhy pohonu. Hodnocení bylo složeno ze dvou částí. Zaprvé škodlivé emise a zadruhé spotřeba, respektive produkce CO2 (u elektromobilů se přepočítávala podle spotřeby elektrické energie a německého energetického mixu emisí CO2, který je 579 g.kwh -1 ). Oba parametry byly hodnoceny body. Např. Volvo XC 90 T8 Twin Engine plug-in hybrid s oficiální spotřebou 2,1 l km získalo 12 bodů za škodlivé látky a 12 za spotřebu celkem tedy 24. místo. Z uváděných 45 km dojezdu zvládl pouze 32, spotřeba elektrické energie byla 26,3 kwh km a na dálnici vykázalo spotřebu paliva 11,1 l km (nejhorší z hybridů). Lépe skončila i šestiválcová zážehová Kia Stinger - 0 bodů za spotřebu, ale 26 bodů za produkci škodlivých emisí. Vznětová Škoda Octavia Combi RS s automatickou převodovkou získala dokonce 36 bodů (nejlepší je Karog 1,5 TSI s převodovkou DCG - 64 bodů a 30. místo). Audi A4 Avant g-tron S tronic (na stlačený plyn) dostal 88 bodů (nejlepší z klasických spalovacích motorů), přičemž Tesla model X získala pouze 87 bodů. Nejlépe hodnocený byl Hyunday Ioniq Electric se 105 body, nejhorší Isuzu D max 1,9 Ddi s nula body. Německá společnost JATO Dynamics sledovala produkci emisí CO2 za rok 2018 vypuštěného automobily. V tomto roce stoupla na 120,5 g.km -1, což je nejvyšší úroveň za poslední čtyři roky. Důvod vidí v tom, že stoupla averze vůči dieselům (náhrada benzíny s větší spotřebou) a vzrostla obliba SUV. V roce 2017 registrace dieselů poklesly o 8 %, zatímco průměrné emise CO2 vzrostly o 0,3 g, v roce 2018 poklesly registrace o 18 % a emise CO2 se navýšila o 2,4 g. Koncepce budoucnosti? Firmy Airflow a Shell vytvořili koncept ohromného náklaďáku Starship, který má co nejvíce zvýšit celkovou účinnost. Karoserie má přísně efektivní aerodynamický tvar, kromě předních kol jsou všechna zakryta. Šestnáctiválcový motor 30

33 Cummins ISX 15 s Pe 295 kw [400 HP] a Mkm Nm. Při cestovní rychlosti otáčky motoru nepřekročí hranici 800.min -1, na střeše jsou solární panely W (viz obrázek č. 18), a 48 V síť. Kola jsou opatřena regenerátory brzdné energie do akumulátorů. Obrázek č. 18 Koncept Starship Budoucnost tahačů podle Volva pro pravidelné a opakující se přepravní úkony mezi logistickými centry spočívá v autonomních elektromobilech připojených ke službě v cloudu a k dispečinku. Budou schopné určit aktuální polohu v řádu centimetrů, monitorovat a analyzovat ostatní provoz na silnici a s vysokou přesností reagovat. Vyhnou se tím zbytečnému čekání a zvýší se přesnost dodávek. Sníží se požadavky na nedostatek řidičů kamionů. Tahače jsou kompatibilní se stávajícími nákladními nástavbami či přívěsy (viz obrázek č. 19). Obrázek č. 19 Autonomní tahač Volvo Troleje na dálnici - v SRN již se testuje 15 ks kamionů Scania R 450 hybrid, které se za jízdy připojují pantografy k trolejím (viz obrázek č. 20). Pětikilometrová testovací trasa je na hesenské dálnici A5 nedaleko Frankfurtu nad Mohanem. Umožňuje kamionům držet jízdní pruh, možná je i výměna energie skrze elektrické vedení mezi kamionem, který zrovna brzdí, a takovým, který právě zrychluje. Do 15 let by se mohlo elektrickým vedením pokrýt zhruba km dálnic ( ). 31

34 2.8 Elektropohon u traktorů Obrázek č. 20 Troleje na dálnici 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 Připojení elektrotraktoru na elektrický kabel se zkoušelo již v 50. létech v Rusku. JD v roce 2018 tento systém testoval a dále vyvíjí (Mechanizace zemědělství, dále jen MZ 2019/6, str viz obrázek č. 21). Obrázek č. 21 Elektrotraktor JD na kabelu Turecký elektrotraktor má výkon elektromotoru 70 kw [95 HP] a na jedno nabití dokáže pracovat 8 hodin. Vyrobeny jsou zatím tři prototypy. Podvozek a kabina je z traktoru JD (viz obrázek č. 22) 32

35 Obrázek č. 22 Turecký elektrotraktor, Traktor na CNG byl zkouše v rámci experimentu VÚZT Praha. Vybrán byl Zetor o výkonu 75,5 kw. Nádrže o objemu 163 l (ekvivalent 35 l nafty) nad kabinou. Plyn je vstřikován do sání (duální palivo). Uvádí se nižší spotřeba nafty a emise CO2 (MZ 6/2019, str. 14). 2.9 Elektricky poháněné přípojné stroje Začínají se objevovat i další možnosti využití elektrického pohonu u zemědělských strojů. První možností je poháněná náprava pluhu, která zajistí vyšší využití výkonu spalovacího motoru. Elektromotor o výkonu 50 kw je umístěn v náboji opěrného kola, připojení je na tříbodovém závěsu, generátor na předním vývodovém hřídeli, nebo vestavěný před převodovkou. Další možností je pohon dopravní techniky, např. návěsy Fliegl, nebo lesní vyvážečky. Zde pohon zabezpečí snížení prokluzu hnacích kol traktoru (MZ 6/2019, str. 72) Elektropohon u letadel Tento pohon chce společnost EasyJet začít v roce 2019 testovat. Wright Electric vyrábí trysky na elektropohon a provozuje již dvoumístné letadlo. Společně s EasyJetem vytvoří funkční letadlo s devíti místy a začnou testovat 50. sedadlový stroj. Do roku 2030 chtějí vytvořit flotilu elektroletadel, která budou určena na krátké lety pod dvě hodiny. V SRN zdárně proběhl první let letadla s elektrickým motorem. Let letadla trval 10 minut a uskutečnil se 24. června 2016 na letišti poblíž města Hünxe, severně od Duisburgu. Elektromotor, kterým je letoun vybaven, společnost Siemens představila v roce Byl navržen speciálně pro použití v letadlech, při váze pouhých 50 kg dává výkon přibližně 260 kw tedy pětkrát více než jiné hmotnostně podobné motory ( dni-elektromotor.aspx, ). 33

36 Letecká přeprava nákladů a osob je však špinavější. Mezinárodní asociace leteckých přepravců (IATA) v roce 2018 zveřejnila informace, že se podílí na globálních antropogenních emisích jen 2 %. Profesor technické univerzity v Delftu Volker Grewe uvedl, že letecká přeprava škodí životnímu prostředí 2-3x více, než letečtí přepravci připouštějí. Je totiž i významným zdrojem emisí oxidů dusíku (v atmosféře potlačují metan, ale vytváří ozon), a tím ohřívají planetu více, než veškeré emise CO2 z leteckého provozu od čtyřicátých let 20. století. Letecký provoz dokáže také stimulovat tvorbu formací mraků (tip cirrus) a kondenzační čáry mohou dočasně ovlivňovat procesy vedoucí k oteplení atmosféry. Je však možné redukovat neuhlíkové emise leteckého provozu až o 30 % (za cenu 5 % zvýšení nákladů) tím, že bude optimalizována letová výška a rychlost. Letecký provoz v EU podléhá uhlíkové dani, ale neakceptuje jiné typy emisního znečištění ). 34

37 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 č. 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 č. 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 č. 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 č. 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: 35

38 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 č. 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

39 Obrázek č. 23 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 č. 7 a 8: [ Pa] pe = pi η. m (7) Kde: pi - indikovaný tlak [Pa] ηm - mechanická účinnost, nebo dle vztahu 8: 37

40 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. 24. 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 38

41 Atkinsonovův cyklus je variací Ottova cyklu. Délka kompresní fáze je menší než u expanze (viz obrázek č. 25). Pozdějším uzavření sacího ventilu se ulehčuje pístu rozběh na počátku kompresní fáze. Nutné je plynule proměnné časování sacích ventilů. Motor má nižší specifický výkon, používá se pro hybridní automobily, kde deficit dožene asistence elektromotoru (Toyota a Lexus). Obrázek č. 25 Atkinsonův cyklus Budackův cyklus využívá variabilní časování sacích ventilů a přepíná mezi Budackovým a Ottovým cyklem. Sací ventily se uzavřou ještě před dosažením dolní úvratě stejně jako u Atkinsonova cyklu. Systém umí přepnout do Ottova cyklu, když je požadován maximální výkon. Vačková hřídel sacích ventilů se přepne do režimu většího a delšího otevření ventilů (VW Tiguan). 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. 26 a 27). Obrázek č. 26 Skutečný Dieselův cyklus 39

42 Obrázek č. 27 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. 28 a 29. Obrázek č Skutečný Sabatův cyklus 40

43 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 č. 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 č. 10: t 1 τ n = s 2 1 [ ]. Efektivní výkon motoru Pe se vypočte dle vztahu č. 11: (10) 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 41

44 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 č. 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 č. 14: 3 [ kw. ] Pe Pl = cm (14) V z Hmotnostní výkon Pm se vypočte dle vztahu č. 15: 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 č. 16: [ kw] P = F v (16) t t. p Kde: Ft - tahová síla [N] vp - pojezdová rychlost [m.s -1 ], nebo ze vztahu 17: =. [] (17) Kde: ηc - celková účinnost 42

45 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. 30), změnou pohybové energie na teplo (hydraulické a vzduchové absorpční brzdy viz obrázek č. 31) a změnou pohybové energie na elektrickou (elektrické dynamometry viz obrázek č. 32). Obrázek č. 30 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. 43

46 Obrázek č. 31 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). Obrázek č. 32 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

47 Obrázek č. 33 Tachodynamo Rychlost otáčení smyčky v magnetickém poli je přímo úměrná výstupnímu napětí, zrychlení je přímo úměrné elektrickou cestou provedené derivaci napětí podle času. Vypočte se pak podle vztahu č. 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 přivedené energie Ep dle vztahu č. 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 č. 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 č. 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. 45 (20) (21)

48 Spotřeba paliva vztažená k ujeté dráze mkm (u dopravních prostředků) se vypočte dle vztahu č. 22: 1 [ l. ] M P mkm = km (22) km U stacionárních strojů se sleduje spotřeba paliva vztažená ke zpracovanému množství Q dle vztahu č. 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 č. 24: P η = (24) M p. H Mechanická účinnost ηm se vypočte dle vztahu č. 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 č. 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 č. 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 č. 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. 46

49 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. 34. Obrázek č. 34 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. 35), 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. 35 Otáčková charakteristika motoru 47

50 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 č. 29: =.1 [. ] (29) Kde: vt - teoretická pojezdová rychlost vozidla [m.s -1 ] δ - prokluz hnacích kol [%] Teoretická pojezdová rychlost vozidla vt se vypočte dle vztahu č. 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 č. 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. 36), 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). 48

51 Obrázek č. 36 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 49

52 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 č. 32: η = +, + - (32) Tahový výkon Pt dle vztahu č. 16. Tahová síla Ft dle vztahu č. 33: 50

53 ' =..% / [*] (33) Kde: B - pracovní záběr stroje [m] rz - záběrový odpor [N.m -1 ] Plošná nebo objemová (hmotnostní) výkonnost W dle vztahu č. 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 č. 21. Tahová měrná spotřeba paliva mpt dle vztahu č. 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. 51

54 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. 37). Jedná se nejčastěji o odlitek z litiny nebo lehkých slitin. 4.2 Válec Obrázek č. 37 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. 38). Obrázek č. 38 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 52

55 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. 39). Vyrobena bývá z šedé litiny nebo slitiny lehkých kovů s vloženými sedly a vedením ventilů a závity pro svíčky nebo vstřikovače. Obrázek č. 39 Hlava válců Zetor Ford nechal zaregistrovat patent na hybridní kompozitovou hlavu válců, která má vnitřní litinovou část zabalenou do polymerové kompozitní struktury. Část z litiny nese horní část spalovacích prostorů, vodítka ventilů, opěrné plochy pro pružiny sacích i výfukových ventilů a ventily. Polymerovou částí se přivádí olej do hydraulických vymezovačů ventilové vůle sacích i výfukových ventilů, otvory pro ventilové pružiny a přívod oleje pro vačkové hřídele. Chlazené výfukové svody jsou součástí hlavy a lze do nich vést chladicí kapalinu. Ve fázi ohřívání přispívají k rychlejšímu zahřátí motoru. Po zahřátí se snižuje teplota spalin ve snaze chránit turbodmychadlo. V režimu zvýšené zátěže motoru je nezbytné ochlazování katalyzátoru dodatečnou dávkou paliva. U chlazených svodů ne. 4.4 Těsnění hlavy válců Těsní spalovací prostor i proti úniku chladicí kapaliny a oleje. Je vyrobeno z kombinovaného materiálu (klingerit a kov kolem válce), nebo i celokovové. 53

56 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 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. 40) Obrázek č. 40 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. 41). 54

57 4.6.3 Píst Obrázek č. 41 Dvouhmotový setrvačník 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. 42). Obrázek č. 42 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. 55

58 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. Vyrábí se 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). 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. 43). 56

59 Obrázek č. 43 Časovací diagram čtyřtaktního spalovacího motoru Uspořádání ventilových rozvodů Dělí se podle umístění vačkové hřídele a ovládání ventilů (viz obrázek č. 44). Obrázek č. 44 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. 45). 57

60 Obrázek č. 45 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. 46). Obrázek č. 46 Desmodromický ventilový rozvod 58

61 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. 47). 59

62 Obrázek č. 47 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 60

63 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. 48), rozdílnou vačkou sacího ventilu (viz obrázek č. 49), napínáním rozvodového řetězu (viz obrázek č. 50), variabilním ovládáním vačkové hřídele natočením celé vačky vůči kolu u sacích i výfukových (otočný hydromotor viz obrázek č. 51), variabilním ovládáním ventilů posunutím celé hřídele (prostorové vačky viz obrázek č. 52), VANOS - VAriable NOckenwelle-Steuerung (hydraulický axiální píst uvnitř řetězového rozvodového kola viz obrázek č. 53), Valvetronic (elektromotor jako akční člen, otáčením se mění poloha vložené páky viz obrázek č. 54), Valvematic (elektromotor natáčí skříň s kolem s vnitřním ozubením, tím dochází k axiálnímu posouvání centrálního kola planetového převodu viz obrázek č. 55), Multiair (výfukové klasickou vačkou a přes tlačený olej ovládají sací viz obrázek č. 56), 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. 57). Obrázek č. 48 Fázový měnič 61

64 Obrázek č. 49 Rozdílná vačka sacího ventilu Obrázek č. 50 Napínání rozvodového řetězu Obrázek č. 51 Otočný hydromotor 62

65 Obrázek č. 52 Prostorové vačky Obrázek č Hydraulický axiální píst uvnitř řetězového rozvodového kola 63

66 Obrázek č Valvetronic s elektromotorem Obrázek č. 55 Valvematic 64

67 Obrázek č. 56 Multiair Obrázek č. 57 VVEL Hyunday představil technologii CVVD (Continuously Variable Valve Duration) u kterého slibuje o 4 % vyšší výkon, 5% snížení spotřeby a o 12 % méně vypuštěných emisí. Časování se přizpůsobuje aktuálnímu jízdnímu režimu. Při konstantní rychlosti nechá sací ventil otevřený až do poloviny kompresního zdvihu, čímž se sníží odpor stlačování pístu, zlepší se účinnosti pohonu a sníží se spotřeba. Při zrychlení se sací ventil uzavře hned na začátku kompresního procesu - maximalizuje se množství vzduchu použitého při expanzi a zvýší se točivý moment ( ). 65

68 Plně variabilní ro zvody Používají se u moderních motorů. Rozvody jsou řešeny tak, že zdvihátka jsou ovládaná hydraulicky, pneumaticky, nebo elektromagneticky bez, nebo s vazbou na klikovou hřídel (viz obrázek č. 58). Obrázek č. 58 Plně variabilní rozvod Königseg Camcon Automotive uvedl v roce 2018 systém IVA (Intelligent Valve Acutation). Ventily jsou ovládány otočným akutátorem přes vačky napříč hlavy a přes vahadlo ovládá jeden nebo dva ventily (podle toho, jestli má motor dvou, nebo čtyřventilovou hlavu). Má se zaručit u zážehových jednotek účinnost i spotřeba paliva jako u vznětových a zlepšit výkon a točivý moment. Za tři roky má jít do sériové produkce. 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 66

69 Obrázek č. 59 Kapalinové chlazení s odbočkou k topení 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 67

70 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 viz obrázek č. 60). 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). Obrázek č. 60 Tlakové oběžné mazání 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 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 68

71 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. 61). Obrázek č. 61 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. 62). 69

72 Obrázek č. 62 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. 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 70

73 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 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. 64). 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. 64 Palivová soustava s řízeným vstřikováním benzínu 71

74 λ sonda byla u vozidel použita od konce 60. let (Bosch sonda) v modelu Volvo 240. Nejjednodušší využívají oxid zirkoničitý nebo oxid titaničitý, které sledují pouze mezní hodnoty bohatosti směsi. Širokopásmová sonda snímá množství kyslíku ve výfukových plynech plynule v celém rozsahu. Sondy ze 70. let musely být nejprve zahřáté na provozní teplotu, od 80. let se používají vyhřívané (pracuje přesně do 30 s). Dnes se používají planární sondy, kterým stačí 10 s. Je-li umístěna před katalyzátorem, jedná se o sondu regulační (stejná úloha jako jediná sonda u starších systémů), je-li za katalyzátorem, jedná se o sondu diagnostickou, nebo kontrolní. Katylyzátory mohou být dvoucestné nebo třícestné podle toho, kolik základních škodlivin jsou schopné účinně likvidovat (CO, HC a NOx). Jsou schopné odstranit až 97 % uhlovodíků, 96 % oxidu uhelnatého a 90 % oxidů dusíku 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). 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. 72

75 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). Německý start-up MWI (Micro Wave Inginition) testuje mikrovlnné zapalování. Místo zapalovacích svíček chce pro výbuch směsi využít pulsní mikrovlny. Směs se spaluje při nižších teplotách a s menší spotřebou až o 30 %. Fyzika ale tvrdí opak spotřeba v nižších teplotách naopak stoupá a výkon klesá. Spíše jde zatím pouze o ideu a shánějí se peníze na vývoj ( ) 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. 65). 73

76 Obrázek č. 65 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. 66). 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. 67). Počátek vstřiku je řízen vačkovým kroužkem, množství elektromagnetickým ventilem. 74

77 Obrázek č Rotační čerpadlo s radiálními písty Sdružený vstřikovač, PD má čerpadlo i trysku je v jednom bloku u každého válce (viz obrázek č. 68). 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. 69). 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. 75

78 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. 70), 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). 76

79 Obrázek č. 70 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. 71). Obrázek č. 71 Biturbo 77

80 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. 72). 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. 73). 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. 74). 78

81 Obrázek č Elektronicky podporované přeplňování Turbodmychadlo a katalyzátor v jednom představil Continental na 40. Vídeňském motorovém symposiu Turbína horké části pracuje s mnohem vyšší účinností, než je tomu u klasického turbokompresoru. Výstup z lopatek výfukové plyny nemají rovnou do výfuku, ale do kuželové směšovací trubky. Ta umožňuje prakticky úplné využití tlaku, což v klasickém výfuku není možné. Tam po výstupu z turbodmychadla radikálně spadne tlak, což samozřejmě vytváří ve výfuku rázové vlny. Ty vytvářejí protitlak, takže se snižuje účinnost. Zde se vytvoří ve směšovacím kuželi tlak, který je stálý. Z něj se pak svým cirkulačním pohybem dostává do vnějšího pláště, který je katalyzátorem. Zásadní výhodou je rychlý ohřev katalyzátoru ( ). Kompaudní přeplňování Scania má dvě výfukové turbíny za sebou (viz obrázek č. 75). Z druhé jsou otáčky přes pružný člen (hydrodynamický měnič) vedeny na setrvačník (zvýšení mechanické účinnosti, snížení měrné spotřeby). Obrázek č. 75 Kompaudní přeplňování 79

82 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 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. Emise výfukových plynů společně s kouřivostí vznětového motoru jsou jedním z nejvíce sledovaných ukazatelů technického stavu pístní skupiny a palivové soustavy. Množství škodlivých emisí do ovzduší určuje direktiva OBD (CARB California Air Resources Board) a EOBD (EURO 6) nejvíce u prachových částic PM (Particulate Mater) a oxidů dusíku NOx (obrázek č. 76). 80

83 Obrázek č. 76 Snížení emisí výfukových plynů Dále udávají maximální množství látek ve výfukových plynech v kg.km -1 ujeté dráhy nebo v % při volnoběžných otáčkách (CO, HC, CO2, O2, N2). Pro pracovní stroje platí emisní limity označené jako STAGE I V. Stage I/II byla zavedena od 16. prosince 1997 směrnicí 97/68/ES. Stage I začala platit v roce 1999 a Stage II od roku 2001 do roku Výjimka byla povolena u zemědělských a lesnických traktorů - jiné lhůty pro provedení dle směrnice 2000/25/ES. Stage III/IV byla zavedena 21. dubna 2004 směrnicí 2004/26/EC. Pro zemědělské a lesnické traktory o necelý rok později dne 21. února 2005 směrnicí 2005/13 /ES, dále směrnice 2010/26/EU technické údaje o testování a schválení motorů a směrnice 2010/22/EU měnila předchozí právní předpisy pro zemědělské a lesnické traktory. Stage III byla rozdělena na Stage IIIA a Stage IIIB a postupně zaváděny od roku 2006 do roku rapidní pokles produkce pevných částic o 90 %. Stage IV vstoupila v platnost v roce přísné limity pro NOx. Stage V (aktuální) platí od 14. září 2016, technické požadavky jsou popsány v prováděcí legislativě z roku Jsou zde normy pro motory s výkonem nižším než 56 kw a zároveň výkonem vyšším než 130 kw a platí pro nově vyrobené stroje od roku V roce 2020 se počítá s rozšířením o motory o výkonu kw. Zohledněno je zde povolené množství pevných částic ve výfukových plynech (PM) pro kategorie motorů od 19 až 560 kw. Americké emisní normy traktorových motorů jsou označované Tier. Normy Tier 1/2/3 byly přijaty v roce 1994 a zaváděny od roku 1996 do roku 2000 pro motory nad 37 kw. Postupně došlo na rozšiřování normy Tier 1 na celé spektrum výkonů motorů, od roku 2001 nahrazena normou Tier 2 a od roku 2006 Tier 3 do roku Tier 4 (současná) byla zaváděna v období 2008 až 2015 a měla dvě části. Mírnější Tier 4i (interim - zatímní) pro pracovní stroje do roku 2014 a od tohoto roku vstoupila v platnost Tier 4f (final). Zavedla snížení pevných částic o 90 % a NOx o přibližně 50 % oproti Tier 3. 81

84 Systémy na snížení emisí výfukových plynů Systémy na snížení emisí výfukových plynů EURO 5 od roku 2008 (TIER 3) používají zařízení EGR (Exhaust Gas Recyclation recyklace výfukových plynů viz obrázek č. 77) s filtrem pevných částic DPF (Diesel Particulate Filter viz obrázek č. 78), případně i DOC katalyzátor (Diesel Oxidation Catalyst oxydace nespálených uhlovodíků). Recyklace spalin EGR a DPF byla zavedena emisní normou Euro 5. Tímto zařízením se snižuje zejména obsah nespálených uhlovodíků a pevných částic. Část výfukových plynů je přes ventil přepouštěna do chladiče a zpět do sacího potrubí. Obrázek č. 77 EGR systém Obrázek č. 78 Filtr DPF 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 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. Filtry se časem zanáší a je nutné je regenerovat. Pasivní regenerace znamená spalování částic vyšším výkonem a teplotou plynů i mimo vozidlo v peci po rozebrání filtru (nejúčinnější). Aktivní regenerace probíhá 30 minut při běhu motoru a řídící jednotka si sama řídí režim spalování. Důležité je, aby proces nebyl přerušen. U zážehových motorů se začíná používat Ottopartikelfilter OPF (GPF Gasoline Particulate Filter) pro zachycení částic při hoření nehomogenní směsi 82

85 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. Zavedl je i Volkswagen včetně Škody. Od září 2017 musí výrobci dodržovat u zážehových motorů s přímým vstřikováním přísnější limity. Podle nových pravidel smí vypouštět pouze desetinu dosud tolerovaného množství pevných částic (srovnatelné s předpisem pro diesely). V běžném reálném provozu produkují stejné množství PM10 jako diesely před 15 lety a stokrát až tisíckrát více než dnešní vozy s diesely odpovídajícími normě Euro 6. Dekra provedla v roce 2015 měření množství pevných částic ve Stuttgartu. 6 % pocházelo z výfuků automobilů, 31 % od pneumatik a brzdových destiček a 50 % ze spalovacích zdrojů (teplárny a domácí komíny). Kdo je největší producent pevných částic? Luxusní výletní loď Harmony of the Seas (největší výletní loď na světě dlouhá 362 m, široká 45 m, má 16 podlaží, výšku 72 m a je postavena pro hostů a členů posádky) vypustí 450 kgpm.den -1 (NOx 5 t). Má šest vznětových motorů s výkonem kw [ HP], palivem je těžký topný olej a spotřeba 150 t denně. Emise PM odpovídá 21,45 milionů vozů Volkswagen Passat se vznětovým motorem 2,0 TDI, emise NOx odpovídá 1,42 milionů stejného typu VW. V celém Německu přitom jezdí 45,8 milionu osobních aut. Jen lodě v Kolíně na Rýnem představují 20 % všech emisí NOx a v Düsseldorfu je to víc než 25 %. Mezinárodní námořní organizace (IMO) schválila povinnost od roku 2020 dodržovat emisní normy (Euro 4 6) na oxidy síry (1,5 % oproti současným 3,5 %). Emise CO2 u tankerů představuje pouze 3 % světových emisí, automobilová doprava 5x více. Emise CO2 z lodní a letecké dopravy nejsou součástí Pařížské dohody, IMO se ale v roce 2019 zavázala snížit tyto emise v jejím souladu. Ve vývoji jsou velkokapacitní elektrolodě např. norská společnost E-jerry loď Ampere, nizozemská firma PortLiner loď EC110 s kapacitou 280 přepravních kontejnerů a dobou plavby 14 hodin na jedno nabití, čínská firma Hangzhou Modern Ship Design & Research Co. provozuje elektroloď s nosnou kapacitou tun a dojezdovou vzdáleností 80 kilometrů na jedno nabití. Maersk oznámil, že bude do roku 2050 uhlíkově neutrální ( ). Japonské konsorcium e5 Lab chce elektrický tanker zkonstruovat už do roku Britská společnost Rolls-Royce minulý rok uvedla, že začne nabízet nový baterií poháněný lodní motor. Norská společnost Kongsberg Gruppen ASA ohlásila vývoj kontejnerové lodi, kterou požene jenom elektřina. Výrobce Nedshipgroup představil koncept výletní lodi Green Expedition, kterou pohání elektřina z větrných turbín a solárních panelů umístěných přímo na palubě energetika/japonske-konsorcium-chce-do-dvou-let-zkonstruovat-tanker-na-elektrinu , ). Selektivní katalytická redukce spalin SCR (Selective Catalytic Reduction) byla zavedena normou Euro 6. Redukce oxidů dusíku probíhá pomocí katalytické reakce s amoniakem: NOx + NH3 => N2+H2O (viz obrázek č. 79) 83

86 Obrázek č. 79 Selektivní katalytická redukce Amoniak potřebný k této reakci je dodáván do výfukového potrubí v kapalné formě jako redukční činidlo označované Ad Blue (32,5% hmotnosti tvoří močovina CO(NH2)2). Na správnou funkci reakce je potřeba 2 g redukčního činidla pro redukci 1 g NOx, spotřeba činidla tvoří 5 7 % spotřebovaného paliva. SCR 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. Čidlo NOx má dvě místnosti. V první komoře se obsah kyslíku ve výfukovém plynu udržuje přibližně na 10 ppm pomocí průtoku čerpadlem. Požadovaný výkon je nepřímo úměrný poměru vzduch-palivo a může být použit ke korekci signálu NOx v závislosti na měřeném poměru vzduch-palivo. Ve druhé komoře probíhá separace NOx reakce na dusík a kyslík. Proud potřebný k udržení prostředí bez obsahu kyslíku v platině-rhodiové elektrodě, je úměrný koncentraci NOx a poskytuje měřicí signál. Loughboroughská univerzita ve Velké Británii zkoumá systém pod označením ACCT (Ammonia Creation and Conversion Technology - technologie výroby a přeměny amoniaku). Běžný roztok AdBlue přemění na speciální, mnohem bohatší na amoniak při kontrolovaných podmínkách v komoře, která je součástí výfukového systému. Umí pracovat s vysokou efektivitou i při nízkých teplotách výfukových plynů (městský provoz na krátkou vzdálenost). Do roku 2020 má být zahájena výroba. Bosch v souladu s metodikou pro homologaci nových vozidel WLTP (Worldwide Harmonized Light Vehicles Test Procedures) vyvinul zařízení, aby emise odpovídaly reálným hodnotám při běžném užívání auta. Od roku 2017 mají být emise NOx 168 mg.km -1 a od roku mg.km -1. Bosch slibuje pouze 13 mg.km -1 díky pokročilé technologii vstřikování nafty, nově vyvinutého řízení vstupu vzduchu do motoru a inteligentního řízení teploty motoru ve všech jízdních režimech. Na tiskové konferenci ve Stuttgartu 2019 bylo naměřeno pouhých 40 mg.km -1. Objevili se i systémy bez filtru pevných částic a bez použití močoviny pouze s EGR ventilem (TIER 4i- viz obrázek č. 80). Využívá se zde zásobníkový katalyzátor označovaný jako LNT nebo Trap. Na rozdíl od AdBlue jde o pasivní zařízení, pracující s katalyzátorem se speciální povrchovou úpravou s drahými kovy (baryum, rhodium, platina). Bývá ve společném tělese s oxidačně-redukčním katalyzátorem DOC. 84

87 Obrázek č. 80 EcoMax T 4i od JCB DOC (Diesel Oxydation Catalyst - viz obrázek č. 81) 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. 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 elektřinou 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 85

88 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 %. Society of Motor Manufacturers and Traders (SMMT) uvedla údaje z britského trhu za rok 2017, kde se emice CO2 oproti roku 2016 zvedly z 120,1 na 121 g.km -1. Může za to tažení proti dieselovým motorům. Zákazníci z nich totiž nepřecházejí na elektromobily, ale na zážehové motory, které mají větší spotřebu paliva a tím i emise CO2. Meziročně poklesl prodej dieselů o 17,1 %, ale pokles emisí to nepřineslo. Zájem o elektromobily je nízký kvůli slabé dobíjecí infrastruktuře a pořizovacím cenám (prodalo se jich oproti celkovému 2,5 mil.). 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). Od 1. září 2017 platí nová testovací procedura při homologaci. Týká se zejména zjišťování emisí a spotřeby paliva WLTP (Worldwide Harmonized Light Vehicles Test Procedures). Skládá se z WLTC (World Harmonized Light Vehicle Duty Test Cycle) a RDE (Real Driving Emission). Nahrazuje dosavadní Evropský jízdní cyklus NEDC (New European Driving Cycle), která kalkulovala s jednotným testem pro všechny automobily (rozděleným na městskou a mimoměstskou část). WLTC je jízdní cyklus pro osobní automobily na válcové zkušebně (nákladní vozidla mají obdobu WHTC World Harmonized Transient Cycle). Od 1. září 2018 jsou povinné pro všechna nově registrovaná auta. Pracuje se třemi kategoriemi osobních vozidel dle výkonové hmotnosti a maximální rychlosti. Do první spadají vozidla s výkonovou hmotností do 22 W.kg -1 a měří se ve třech režimech nízké, střední a vysoké zatížení. U druhé s výkonovou hmotností od 22 do 34 W.kg -1 se měří ve čtyřech režimech - nízké, střední, vysoké a extra vysoké zatížení. U poslední skupiny (většina aut v EU) nad 34 W.kg -1 se dělí na dvě kategorie - s maximální rychlostí do 120 km.h -1 a vyšší než 120 km.h -1 a měří se také čtyři zatížení. Celá zkouška zabere sekund a celková ujetá vzdálenost je 23,266 km (dříve městská 4,052 a mimoměstská 11,007 km), rychlost je omezena na 135 km.h -1 a nezahrnuje regeneraci filtru pevných částic, u hybridních vozidel není udána vzdálenost na elektrický pohon. Dynamometr je nutno nastavit na příslušné vozidlo. Provozní hmotnost včetně řidiče (75 kg kg nákladu). Doběhová zkouška se provede tak, že zatížené vozidlo se rozjede na rychlost vyšší než 125 km.h -1, vyřadí se převod a nechá se volně doběhnout až do úplného zastavení a měří časy doběhu a tedy 86

89 doba potřebná k zastavení z rychlostí 120, 110, 100, 90, 80 až 10 km.h -1. Z naměřených dat se vypočte absorbovaný výkon pro nastavení válcové zkušebny. Od 1. září 2019 bude součástí procedury i rozšířený test EVAP (Evaporative Emission Control System) zaměřený na emise vypařováním paliva z nádrže, určený pro zážehové motory. Nyní je tento test součástí kontrolního měření, trvá však jen den. Od září to ale bude dvojnásobná doba, tedy 48 hodin. Dále se zavádí test ISC, který je zaměřen na kontrolu aut po najetí 100 tisíc kilometrů (pro zcela nové vozy odstartoval od 1. ledna 2019). Od roku 2020 budou muset být vozidla osazena systémem FCM, který měří veškeré spotřebované litry paliva od vůbec prvního otočení klíčkem, stejně jako ujeté kilometry ( ). Od roku 2019 v EU platí povinnost výrobců užitkových vozidel dokládat jejich energetickou náročnost - VECTO (Vehicle Energy Consumption Calculation Tool). Jedná se o typizovaný nástroj pro určení spotřeby nafty a z ní plynoucí produkce CO2. Hodnotí se výkon motoru, účinnost náprav, efektivita převodového ústrojí, valivý odpor vozidla a aerodynamika (jejich poměr). Z hlediska využitelnosti dopravců a významu pro životní prostředí je velmi vágní, spíše slouží jako předstupeň a posléze určující parametr pro placení mýta dle produkce CO2 (od roku 2022). Pro zajímavost jako vizionář (jak se nechají někteří označovat) uvedu jeden známý příklad k omezení tvorby skleníkových plynů a zastavené globálního oteplování planety. Jedná se o recyklaci do atmosféry vypuštěného CO2 a vody. Ta slouží k výrobě uhlovodíkového paliva (zpětný proces oproti jejich spalování - uzavírá se koloběh, stejně jako výroba vodíku elektrolýzou vody a využití zpětné reakce v palivovém vodíkovém článku viz obrázek č. 82). Proces má ale vysokou energetickou náročnost. Musí se provést zahřívání CO2 na teplotu až 950 C. Lze využít sluneční energii k elektrolýze vody na H a k redukci CO2 na CO a na C - tzv. syntézní plyn. Nutné jsou i katalyzátory z drahých kovů, nanovločky diselenidu wolframu et c. K výrobě 1 t paliva se spotřebuje 3,2 t CO2, odsátí 1 t z atmosféry dnes představuje náklad 600 $, do pěti až deseti let by měl klesnout pod 100 (dnes 1 l získaného paliva = 1 $, což je násobně více než z ropy). Obrázek č. 82 Recyklace CO2 87

90 Určitě se jedná o zajímavou alternativu k biopalivům a elektromobilitě (nebudovat dobíjecí stanice a využít stávající čerpací stanice jako u vodíku) 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 zvýšení proudu). Nejčastěji se používá 12 V síť s tím, že se s nástupem pokročilé elektroniky a elektromobility přechází na 48 V palubní síť. Důvodem je omezení ztrát ve vedení. Vyšším napětím se sníží velikost protékajícího proudu a vodiče mohou mít menší průměr. 12 V síť se využívá pro spotřebiče komfortní výbavy např. audio a navigace, 48 V síť pak pro spotřebiče s vysokými nároky na příkon - elektricky poháněný kompresor, vodní a olejové čerpadlo, elektromechanický posilovač řízení, reverzibilní alternátor et c. Akumulátory se rozdělují do dvou základních 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. 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). 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 88

91 Výzkumného a zkušebního leteckého ústavu v Letňanech. V současnosti (2019) se buduje u Ostravy výrobní závod spolufinancovaný číňany. Lithium-iontové články mají anodu z uhlíku, katodu z oxidu kovu, elektrolytem je lithiová sůl v organickém rozpouštědle. Jmenovité napětí článku 3,6 V, mezní hodnota dobíjení 4,2 V hlídá elektronika a při překročení této hodnoty se odpojí, jinak hrozí poškození (výbuch). Vadí jí vybití pod 2,4 V (nejde pak oživit a nelze tedy vybít do nuly jako Pb). Používá se i pro 48 voltové systémy. Jsou bez aktivního chlazení, usazené v plastovém krytu namísto kovového (viz obrázek č. 83). Při nabíjení a v průběhu životnosti nabývají články na objemu. Obrázek č. 83 Li on článek Společnost Varta vyrábí tyto akumulátory s dvounapěťovou architekturou. 12 V pro spouštěč a palubní elektroniku a 48 V pro inteligentní energetický management. Klíčový materiál při výrobě li ion baterií je kobalt. Většina světových zásob se nachází v nejméně stabilní zemi světa Demokratické republice Kongo. Kevin Sahin vymyslel řešení s názvem GEMX založeném na niklu, které sníží potřebu kobaltu na zhruba 4 % katod baterií ze současných 20 %. Podobně i největší čínský výrobce baterií pro elektromobily Contemporary Amperex Technology Ltd. (CATL). Baterie NCM 811 obsahují 80 % niklu, 10% kobaltu a 10% manganu ( baterii-zvysi-nejen-dojezd ?utm_source= ). Mazda chce 12 V akumulátor li ion využít jako startovací do roku Nepoužívalo by se jedovaté olovo a akumulátor by měl vysokou kapacitu vzhledem k objemu a hmotnosti a malé samovybíjení. Stárne ovšem rychleji, pokud je vystaven vyšší teplotě okolí a pokud dochází k častějšímu vysokému zatížení (vývoj elektrolytu a separátorů a umístění mimo motorový prostor). Pb akumulátory mají schopnost dodávat krátkodobě velký proud při současně zanedbatelném poklesu napětí na svorkách (start) a mají odolnost proti vysoké teplotě okolí. Nová generace lo in pevných nebo tenkovrstvých akumulátorů dává možnost variabilně volit geometrii článků a mají vysokou energetickou hustotu. Anoda, katoda a elektrolyt (slouží i jako separátor) jsou ve formě ultratenkých vrstev vyrobených ze slitiny hliníku a lithia, grafitu nebo oxidu lithia a kobaltu. Náhrada tekutých elektrolytů 89

92 pevnými přináší vyšší provozní bezpečnost, umožňují rychlejší nabíjení vyššími proudy a dojezd až km. Zatím jsou příliš drahé. Lithium-sírové (Li - S) akumulátory mají 2-3x větší energetickou hustotu oproti Li on, teoreticky až Wh.kg -1 (v praxi 600) oproti Nutno je dbát větší bezpečnosti při výrobě, ale náklady jsou nižší díky chemickému složení. Katoda je ze síry a uhlíku (síra má malou vodivost), anoda z oxidu lithného. Může být vybita do nulové kapacity, má ale krátký životní cyklus (síra se v elektrolytu rozpouštítakže max. 100 cyklů) a vysoké samovybíjení. Používají se u bezpilotních letadel v kombinaci se solárními panely. Prototyp nukleární akumulátor z radioaktivního rozpadu beta záření radioizotopu nikl 63 za pomoci diamantových diod (viz obrázek č. 84). Výkon 1 μw a energetická hustota 10 mw na cm 3. Má dlouhou trvanlivost využití např. v medicíně u kardiostimulátoru. Obrázek č. 84 Nukleární akumulátor Průtokový akumulátor lze použít pro uchování energie z obnovitelných zdrojů (viz obrázek č. 85). Obsahuje ale toxické a drahé druhy kapalin a má vysoké provozní teploty. Stanfordští vědci vyvinuli pro kapalinu záporné elektrody sodík a draslík (Na-K), jejichž mix tvoří za pokojové teploty tekutý kov. Uchová 10 x více energie na jednotku hmotnosti. K oddělení záporné a kladné elektrody využili keramickou membránu z draslíku a oxidu hliníku. Tím došlo ke zdvojnásobení napětí (3,1-3,4 V) oproti konvenčním průtokovým bateriím (1,5 V) a prototyp zůstal stabilní i po několika tisících hodinách provozu. 90

93 Obrázek č. 85 Průtokový akumulátor 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) 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). 91

94 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. 86). hřídel pojezdové spojky je v duté hřídeli spojky pro vývodový hřídel a vede do převodovky na stálý převod. Každá spojka má své vypínací ložisko. 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. 86 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. 92

95 Bezstupňové řazení CVT (Continously Variable Transmission) může být řešeno jako hydrostatické, hydrodynamické, nebo s využitím variátoru, toroidního převodu a elektrické. Pozor, někteří autoři do této skupiny řadí i převodovky s označením Vario a jim podobné, ale ty do ní úplně nepatří. U nich je plynulá pouze část, která se přenáší hydrostaticky Stupňovité řazení s přerušením přenosu přesuvnými koly Princip je znázorněn na obrázku č. 87. 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. 87 Přesuvná kola Stupňovité řazení s přerušením přenosu přesuvnými kroužky Princip je znázorněn na obrázku č. 88. 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). 93

96 Obrázek č. 88 Synchronní kroužky Synchronní převodovky u traktorů se používají nejčastěji u nižší výkonnové třídy, např. pod označením SynchroPlus (John Deere) u řady 6030, Power Shuttle MF řady 5700 nebo NH řady T4 PowerStar nebo TD 5000 a Shuttle Command 12/12 u NH. Převodovky s omezeným počtem stupňů řazených pod zatížením mají např. označení Electro Command v traktorech New Holland v řadě T až 131 kw a u Case v řadě Maxxum 82 až 104 kw, PowrQuad a AutoQuad John Deere v řadách 5R kw, kw a 6030 Premium kw, 7030 Premium kw a Range Command New Holland vyšší třídy. Můžeme se setkat i s označením dvouhřídelové a tříhřídelové převodovky. Dvouhřídelové převodovky mají hnaný a hnací hřídel uložené na valivých ložiskách ve skříni. Tříhřídelové převodovky mají mimo hnacího a hnaného hřídele i hřídel předlohový. Točivý moment je přenášen od spojky na hnací hřídel, ten je ukončen ozubeným kolem, které přenáší točivý moment na předlohový hřídel. Na předlohovém hřídeli jsou kola uložena pevně, neotočně, nalisována na peru, uložena na drážkách apod. Tvoří spolu s koly na hnaném hřídeli jednotlivé převodové stupně ve vzájemném převodovém poměru. Volnoběžka se může používat pro rozpojení točivého momentu v případě, že otáčky hnané hřídele jsou větší než otáčky motoru. Využije se setrvačná síla vozidla bez zařazení neutrálu a vypnutí spojky. Používala se u vozidel s dvoudobým motorem (Trabant 601 na 4. převodový stupeň, Wartburg na všechny). Dnes se používá u pohonu přední nápravy, kde přední kola přenášejí točivý moment i při prokluzu zadních kol. Konstrukčně bývá řešena jako válečková volnoběžka, kde je na hnací hřídel nasazeno jádro volnoběžky s vybráním pro válečky a na hnaném hřídeli je věnec s válcovou vnitřní plochou Stupňovité řazení bez přerušení přenosu planetovým převodem Princip je znázorněn na obrázku č. 89. 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 94

97 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. 89 Planetový převod Na obrázku č. 90 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. Obrázek č. 90 Schéma dvoustupňového planetového násobiče točivého momentu 95

98 Druhým konstrukčním řešením je předlohový násobič (viz obrázek č. 91). 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. 91 Schéma dvoustupňového předlohového násobiče točivého momentu 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). Oproti dvouspojkové má pouze dvě hřídele (menší hmotnost), umožňuje i použití přímých zubů (menší mechanické ztráty), mimo synchronů má zubové spojky (bez synchronizace), lze přeřadit o více stupňů (ne postupně) a řazení je rychlejší. Nevýhodou je, že životnost zubových spojek je kratší, a proto se u sériových vozidel nepoužívá (nejčastěji u závodních ) 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. 92). 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. 96

99 Obrázek č. 92 Dvouspojková převodovka 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. Se zvyšováním množství převodů již dvě spojky nestačí, protože se neúměrně zvětšuje zástavbová délka převodovky. U podélně uloženého hnacího řetězce to nevadí, tam pouze o to zkrátíte hnací klouboví hřídel pohonu zadní nápravy. Čím více převodů máme, tím můžeme přeskoky mezi po sobě následujícími převody udělat kratší. Tím se udržuje motor v nejpříznivějších otáčkách z pohledu dynamiky, spotřeby a účinnosti. Měničový automat z hlediska efektivity zase tak přínosný není má určitý prokluz a tím vyšší ztráty (lze ho i uzamknout). Jesko Stupňovité řazení bez přerušení přenosu převodovkou Koenigsegg Převodovka s označením LST (Light Speed Transmission) má devět rychlostí a osm akčních členů, osm tlakových snímačů a osm hydraulických spojek, z nichž jedna se používá pro elektronický diferenciál, šest spojek pro jízdu vpřed, jedna pro jízdu vzad. Má tři hřídele a na každé jsou dvě spojky- možno kombinovat tři páry převodů. Převodovka umí přecházet mezi libovolnými převody bleskovou rychlostí i v momentě, kdy má přeskočit několik rychlostí. Setrvačník i spojka jsou zabudovány uvnitř převodovky, hmotnost celé je pouze 90 kg. Motor má při zařazeném neutrálu velmi nízkou setrvačnost danou na maximum odlehčenou klikovou hřídelí a ojnicemi, točí se jako motor z F 1 ( ) 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 ( ). Když již hovoříme o automatické převodovce, často se setkávám s chybným rozdělením převodovek na manuální a automatické. V obou případech se jedná o stupňovité převodovky, z nichž jedna skupina umožňuje automatizaci změn stupňů. O výhodách a nevýhodách jednotlivých konstrukcí se vedou sáhodlouhé diskuze, ale v poslední době začínají převládat automatizované. U manuálního řazení si sami určíte, kdy je vhodné přeřadit a jak rychle je vhodné to udělat a kontrolujete prokluz spojky. Minimalizované ztráty přenosu výkonu mezi motorem a převodovkou - kola 97

100 jsou s klikovou hřídelí pevně spojena. Když se porouchá spouštěč, nebo když máte vybitý akumulátor, můžete motor nastartovat jeho roztlačením. Nevýhodou může být, že počítá zuby, nebo chcípne, někdy je obtížný plynulý rozjezd do kopce a popojíždění v kolonách. Automatické řazení má polohy P, R, N a D (Park, Reverse, Neutral a Drive). Výhodou jsou rychlost řazení ve správných otáčkách, je blbuvzdorná a velmi jednoduchá pro ovládání. Nevýhodou je, že nemůžete zvolit, kdy bude převodovka řadit a pro co nejnižší spotřebu paliva nechá motor převalovat se i na volnoběh (většinou na vyšší stupeň řadí ve vyšších otáčkách) a tím má vyšší spotřebu paliva Manuální převodovka s automatikou Toyota GR HV Má řadu automatických funkcí, přitom umožňuje samostatně vyšlápnout spojku a vyřadit do neutrálu. Tím se zabrání zbytečném vytáčení nebo podtáčení motoru. Stačí přepnout do manuálního režimu a řadit ručně pomocí páky ve staré dobré kulise, řadicí páka ale do žádné převodovky nevede. Řidič pohybem v kulise dává pouze povely elektronice, jaká rychlost má být zařazena ) Stupňovité řazení bez přerušení přenosu Vario 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 (stupňovitého) a hydrostatického pojezduoznačovaného jako IVT (Infinitely Variable Transmission viz obrázek č. 93). Někdy se mylně označuje jako CVT (Continuously Variable Transaxle). Do této skupiny patří ale bezstupňové převodovky s plynule měnitelným převodovým poměrem hydrostatický pojezd, variátor et c. (viz další kapitoly). Obrázek č. 93 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 98

101 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, má čtyři režimy ovládání, případně i systémem palubního počítače Variotronic, který spojuje ovládání traktoru, připojeného nářadí, satelitní navádění VarioGuide a další systémy do jednoho ovládacího panelu, který výrazně zvyšuje komfort obsluhy Bezstupňové řazení hydrostatické Všechny konstrukce bezstupňového řazení se označují CVT (Continuously Variable Transaxle). U hydrostatickéko způsoby se jedná 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. 94). 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. Tento způsob pohonu se velmi často používá u samochodných zemědělských mobilních energetických prostředků. Obrázek č. 94 Hydrostatický pohon Bezstupňové řazení hydrodynamické Hydrodynamický měnič má mezi čerpadlovým a turbínovém kolem vložené řídící kolo (deflektor, stator, násobič momentu viz obrázek č. 95), které řídí tok viskózní kapaliny (oleje). Zařízení bez statoru se označuje jako hydrodynamická spojka (často v kombinaci s převodovkami řazenými pod zatížením). Regulace se provádí otáčkami a zátěží (brzděním). 99

102 Obrázek č. 95 Hydrodynamický měnič Bezstupňové řazení variátorem Variátor tvoří dvě řemenice s axiálně posuvným kuželovým kolem, mezi nimiž obíhá klínový řemen, nebo řetěz - viz obrázek č. 96. 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. 96 Variátor Z hlediska využití výkonu jde o ideální způsob práce s motorem, ve Formuli 1 byl o 20 % rychlejší než sekvenční převodovky. Automobilky dnes vytvářejí virtuální rychlostní stupně, aby měl konzervativní člověk pocit přeřazování. 100

103 Toyota uvedla převodovku s označením DCVT (Direct-Shift Continuously Variable Transmission), která kombinuje prvky automatické, CVT a manuální převodovky. Účelem je zvýšení efektivity a optimalizace úhlů kuželových kol ve variátoru. Jednu skříň tak sdílí technika tří převodovek. Manuální ve spolupráci s měničem slouží pro rozjezd s úplným vynecháním variátoru. Krátce po startu se uzamyká měnič, po dosažení cca 56 km.h -1 je přepnutím spojek odstaven přímý převod a do akce vstupuje CVT ( ). Podobná je i převodovka VW s označením Vario-Drive. Jedná se o mix mezi čtyřrychlostním automatem s hydrodynamickým měničem točivého momentu, CVT převodovkou a elektromotorem s výkonem až 150 kw. Elektrická jednotka je usazena v zadní části převodovky co nejblíže středu vozu (ideální rozložení hmotnosti). Má přinést nižší spotřebu paliva ( ) 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. 97). 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. 97 Toroidní převod Nepotřebuje tlumič torzních kmitů v dvouhmotovém setrvačníku, elektrický generátor, ani převody. Vystačí si s magnetickou silou. Rotující magnetické pole mění 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%). Nejčastěji se elektromotory v kolech používají u obřích důlních nákladních vozidel (obtížné a velmi hmotné mechanické převody se nahradí elektrickým vedením). Společnost Protean Electric však vyvinula elektromotor integrovaný do kola osobního automobilu o výkonu 80 kw [108 HP] a točivý moment Nm. 101

104 Nárůst neodpružené hmotnosti je o 36 kg na jednom kole. Jsou použitelné pro ráfky ve velikostech od 14 palců. Eliminace převodovky elektromotoru redukuje třecí ztráty o 6 až 8 % ve srovnání s konvenčním elektromobilem s pohonem jedné nápravy, lépe se i využívá rekuperace brzdné energie ( ). Další novinkou této firmy je technologie Protean360+, která dovoluje kolu otáčet se o 360 kolem své osy ( ). Elektromotor v elektromobilu má maximální točivý moment od nulových otáček a se zvyšujícími se otáčkami točivý moment klesá (viz obrázek č. 97). Obrázek č. 97 Graf průběhu 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 ( ). Uvádí se, že elektromotor poskytuje výrazně vyšší účinnost (jakou? tepelnou? mechanickou?) než spalovací motor, a to 85 až 90 %. Prakticky však 70 i méně (MB u formulového spalovacího motoru dnes má tepelnou účinnost více než 50, sériového 40). Má však odlišnou momentovou charakteristiku. Vystačí si i 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 102

105 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. Společnost ZF už v roce 2019 uvedla dvourychlostní automatickou převodovku pro elektrická auta (ve voze VW Touran). U převodovek s jedním převodem je převodový poměr optimalizovaný buď pro hladký rozjezd, nebo na vysokou rychlost (obvykle nízká maximální rychlost ale velká akcelerace). Nová převodovka má zvýšit dojezd až o 5 %, snížit hluk v interiéru, zlepšit akceleraci i špičkovou rychlost. Má dvě spojky pro změnu převodu a odpojení motoru pro plachtění, nebo i uzamknutí systému. Druhý rychlostní stupeň hlavně zvyšuje hospodárnost ( ) Stupňovité řazení v kombinaci s hybridy Např. modul P2 od firmy Schaeffler, který může být zařazen mezi pohonnou jednotku a převodovku (i dodatečně). Obsahuje elektromotor (48 V) a dvojici spojek. První rozpojuje motor a převodovku, druhá zjemňuje vibrace při opětovném nastartování pohonné jednotky. Díky elektromotoru je možné počítat s jízdou čistě na elektřinu v nízkých rychlostech nebo během parkování. Umožňuje i plachtění - odpojení spalovacího agregátu při jízdě z kopce ( hybrid-module-fits-between-engine-and-transmission, ). Společnost Oerlikon Graziano vyvinula šestistupňovou samočinnou převodovku 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 ( ). Kompletní modul elektrického pohonného ústrojí od společnosti Bosch s označením eaxle je možné namontovat přímo na nápravu auta. Tvoří ji elektromotor, převodovka i řídící elektronika a baterie. Lze namontovat do jakéhokoliv osobního či dodávkového auta (vznikne tak vlastně hybrid). Může se umístit např. na zadní nápravu a přední kola může pohánět pouze konvenční motor. Výkon je v v rozsahu od 50 do 295 kw [ HP], ( ). Další firma GKN uvedla pod názvem 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 Nm 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. etwinsterx má 103

106 navíc dvoustupňovou planetovou převodovku (etwinster pouze jednostupňový redukční převod viz obrázek č. 98), ( ). Obrázek č. 98 Převodovka etwinster 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. Převodovka ASC (Active Shift Control ) u Hyundai Sonata Hybrid zkracuje rychlost řazení převodových stupňů. U hybridních vozidel se používají nejčastěji konvenční automatické převodovky (manuální nenajdeme). Z důvodu minimalizace spotřeby potom nechávají na elektromotoru vyrovnání otáček mezi koly, převodovkou a motorem (přes konvertor), a to způsobuje prodlevy přeřazení. ASC 500x za s monitoruje chování převodovky a snaží se přizpůsobit fungování elektromotoru tak, aby při jakémkoli přeřazení napomohl rychlejší a jemnější změně rychlostního stupně. Rychlost řazení se zkracuje o 350 až 500 ms, tedy až o půl sekundy - 30 % oproti dnešním alternativám ( prevratnou-prevodovku-bez-konvertoru-zkracuje-razeni-az-o-0-5- s/?utm_source= ) Převodovky u traktorů Rozdělení traktorových převodovek odpovídá výše probranému schématu, tzn. stupňovité převodovky bez, s částečnou, nebo úplnou možností řazení pod zatížením a bezstupňové CVT převodovky (v literatuře se můžete setkat i s dělením např. na mechanické a hydrodynamické atd.). Označení jednotlivých konstrukcí je značně rozdílné a variabilní podle jednotlivých výrobců, výkonnostní řad a modelových roků. Příklady jsou uvedeny v tabulce č

107 Tabulka č. 5 - Označení převodovek podle výrobců Výrobce Case Claas Case IH Deutz Fahr Fendt JCB John Deere Massey Ferguson New Holland Zetor Název převodovky Power Shift Full Powershift Semi Powershift CVX ActiveDrive Cmatik Hexashift ECCOM 3.0 PowerShift CVX PowerShift TTV Vario Turbomatic ML 70, 75, 90 P TRONIC ZF Vario AutoPowr AutoQuad e23 Power Shift PowerQuad Direct Drive SynchroPlus ehydo PowerReverser Dyna4 Dyna6 DynaVT Power Shuttle Ultra Command Radge Command Electro Command Dual Command Auto Command Shuttle Command 24x24 30x30 ECO

108 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. 99). 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 106

109 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. 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. Převodovka AutoPowr od JD 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. 100). Převodovka AutoPowr má čtyři základní stavy: neutrál, rozjezd a zrychlování, nejvyšší rychlost a jízda vzad. Obrázek č. 100 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 107

110 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 ústrojí. První 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 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. U převodovky Power Shift se jedná o kombinaci několika planetových převodů v kombinaci s vícelamelovými spojkami, které spojují nebo rozpojují jednotlivé možnosti činnosti planetových převodů (převodových stupňů viz obrázek č. 101). 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). 108

111 Obrázek č. 101 Převodovka Power Shift Převodovka firmy Case Full Powershift 18/4 (viz obrázek č. 102) 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), 109

112 (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 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. 103). Obrázek č. 103 Převodovka Shuttle Command 12/12 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 110

113 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 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. 104). Obrázek č. 104 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, 111

114 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. 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. 105) traktoru New Holland, je mechanická převodovka, která má osmnáct převodových stupňů vpřed a šest převodových stupňů vzad. Obrázek č. 105 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 112

115 tlačítka (želva, zajíc) pro řazení pod zatížením. V případě řazení převodového stupně ve skupinové převodovce, je nutno sešlápnout pedál spojky nebo stisknout tlačítko, které je umístěno z boku na hlavici páky. Reverzace je ovládána elektrohydraulicky páčkou pod volantem. Mezi výrobci traktorů nabízí tuto koncepci převodovky jako jedna z mála firma John Deere. Na obrázku č. 106 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. 106 Schéma převodovky John Deere Direct Drive 24/24 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. 107). 113

116 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 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 114

117 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 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). 115

118 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 (monolitické, vnitřně chlazené, odvrtávané, drážkované, jamkovité, vlnkové, karbonové a karbonkeramické) 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. 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. 108). 116

119 Obrázek č. 108 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. 109). Obrázek č. 109 Lichoběžníkové zavěšení 5.8 Variabilní tlumiče pérování Mohou být řešeny jako pasivní adaptivní odpružení s mechanickohydraulickým 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 117

120 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 vozidlem a na základě získaných údajů dokáže odpružení připravit (viz obrázek č. 110). Obrázek č. 110 Odpružení Skyhook Aktivní vzduchové odpružení využívá vícekomorové měchy se senzory a řídící jednotkou, propočítávající potřebnou tuhost. Tím může automobil eliminovat náklony v podstatě stoprocentně. Mercedes u třídy S dosahuje protináklonu, tedy auto se naklání do vnitřku zatáčky, stejně jako motorkáři. Je ale použití použití klasických tlumičů. Citroën uvedl odpružení pod označením Hydroactive 3+. Používá tuhnutí strany auta na vnější straně zatáčky. Využívají se snímače natočení volantu a pokročilá řídící jednotka. Peugeot pod označením Dynamic Rolling Control k potlačení náklonu využívá pouze zadní nápravu a kombinuje při tom hydraulickou kapalinu obou zadních tlumičů a kompresor. Nissan eliminuje houpání při přejezdu nerovností, brzdění nebo rozjezdu. Elektronika dokáže zásahem do brzd nebo pedálu plynu zamezit rozhoupání karoserie. Firma Bose (působí i v F 1) už v roce 2004 představila lineární elektromagnetické motory, které se můžou velmi rychle pohybovat tam a zpátky a tím tvořit pohyb mezi kolem a karoserií. Reagují na nerovnost ještě dříve, než přijde. Jde o téměř dokonalé oddělení kola a karosérie. Dosud je však poměrně drahé a má větší hmotnost. Lift - Lightweight Innovative Flexible Technology je nový systém odpružení, tvořený dvěma tyčemi na celou jednu nápravu. Ramena jsou vyrobena z kompozitních materiálů se speciálním směrováním a vrstvením vláken různé tloušťky (viz obrázek č. 111). Nahradí pružiny, ale stále potřebuje konvenční tlumiče, piezoelektrická verze má již pružiny i tlumiče zároveň. Systém znamená úsporu hmotnosti až 40 % a udávaná životnost je milion kilometrů 118

121 ( ). Obrázek č. 111 Odpružení Lift Elektromechanické příčné zkrutné stabilizátory použil VW v roce 2018 u modelu Touareg. Jedná se o kombinaci inovativního vzduchového odpružení s adaptivní regulací tlumičů a systém adaptivní stabilizace náklonu karoserie. Aktivní stabilizátory se rychle přizpůsobují jízdní situaci díky elektromotorům napájeným 48 V. Příčné zkrutné elektromechanické stabilizátory na obou nápravách a oba jejich konce jsou spojeny ovládacím elektromotorem. Podle jízdní situace jsou obě poloviny stabilizátoru proti sobě vzájemně natáčeny - minimalizují boční náklon v zatáčce. Při jízdě přímým směrem je lze odpojit ( ). 5.9 Pneumatiky a pásy Musí v zemědělství odpovídat požadavkům jízdy v porostech zemědělských plodin. Používané rozchody kol (podle rozteče řádků) jsou 1 250, a mm. Lze je měnit otočením disků nebo posouvat celá kola po hřídelích, nebo celé nástavce. Pneumatiky se používají vzduchové (někdy i s možností plnění vodou) s textilními vložkami a ocelovými lanky v patkách (u traktorů může být pneumatika nahrazena i ocelovým kolem). 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. 119

122 Značení disků i pneumatik je dáno normou. 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. 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. 6) - V - rychlostní kategorie, index rychlosti (SI Speed Index viz tabulka č. 7). 120

123 Tabulka č. 6 - Load index Index LI Hmotnost [kg] Index Hmotnost [kg] Index Hmotnost [kg] Index Hmotnost [kg] Index Hmotnost [kg] Tabulka č. 7 - Speed index Index SI Q R S T U H V W Y Rychlost [km.h -1 ] nad Zemědělské pneumatiky mají mírně odlišné značení. 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], 121

124 - Kombinace čísel za DOT (Department of Transportation) poslední čtyřčíslí obsahuje datum výroby, první dvojčíslí kalendářní týden a druhé rok. Od musí být nové pneumatiky označeny ekoštítkem, kde se uvádí hlučnost, valivý odpor (spotřeba paliva) a brzdná dráha na mokré vozovce (viz obrázek č. 112). Obrázek č. 112 Ekoštítek pneumatiky Pružné disky třeba i pro jízdní kola s pružnými loukotěmi uvedl Bridgestone v roce 2019 pod označením Airless (viz obrázek č. 113). Obrázek č. 113 Pružné disky Více než polovina pneumatik "nedožije" konce svého cyklu kvůli proražení bočního pláště. Michelin se společností Maxion Wheels pod označením Acorus spojil technologii pneumatiky a disku. Okraje pneumatiky navazují na pryžové okraje disku, celý disk má dva pryžové okraje, hliníkové tělo a vnitřní designovou část. Je kompatibilní s jakoukoli pneumatikou daného rozměru. Pod označením Tweel uvedl terénní pneumatiky bez vzduchu s gumovými loukotěmi. Určený je pro lehká a středně těžká průmyslová vozidla jako sklápěče, bagry et c. (vývoj i pro osobní vozidla). Maximální rychlost do 60 km.h -1, cena kolem ,-Kč. 122

125 Výrobce kol pro supersporty HRE se společností GE Additive vyrobili první kolo z titanu vyrobené 3D tiskem. Prototyp je složen ze šesti částí (v budoucnu i jednodílný). Vyrobeno je technikou Electron Beam Melting, kdy paprsek elektronů taví titanový prášek a po vrstvách ho spojuje do jednoho dílu. Kolo nepotřebuje žádný další povrchový povlak - titan nepodléhá korozi. Z karbonu je ráfek a k němu je titanová střední část disku připevněna titanovými šrouby ( ). Continental vyvíjí i kola speciálně pro elektromobily. Protože ke zpomalování využívají především rekuperaci, tradiční ocelové kotouče časem zareznou. Speciální velký hliníkový brzdový kotouč je uchycený k dvoudílnému ráfku vnějším okrajem. Dojde tím k snížení neodpružené hmotnosti. Kotouč je navržen tak, aby se neopotřebovával a vydržel celou jeho životnost vozidla (mění se pouze destičky ). 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). Další konstrukce rozpozná riziko vzniku akvaplaningu. Využívají se zde záběry z širokoúhlých kamer, které jsou nainstalovány ve zpětných zrcátkách, masce chladiče a na zádi. Ty zaznamenávají specifické vzory rozstřiku vody. Data z pneumatik se přenáší technologií etis (electronic-tire Information System) a podle hloubky dezénu se stanoví bezpečná rychlost pro dané jízdní podmínky a předá tuto informaci řidiči. Dalším stupněm má být technologie vzájemného propojení automobilů a jejich varování o riziku akvaplaningu. Poslední novinkou v oblasti konstrukce pneumatik Pirelli u 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. Falken Tires testuje pneumatiky Energy Harvester (sběrač energie). Zachytává se statická elektřina z odvalujícího se kola rozjetého vozidla. Uvnitř pneumatiky jsou uloženy dvě vrstvy pryže, z nichž každá je pokryta elektrodou. Jak se dezén ohýbá jízdou, strany se otírají a vytvářejí žádoucí statickou elektřinu. Tu lze využít pro zjištění proudu do monitorování pneumatiky, aby jednotka nečerpala energii z akumulátorůa jako pojízdná dobíječka akumulátorů elektromobilů ). Goodyear vyvinul technologii SoundComfort. Z 208 zveřejněných testů pneumatik se ve 43 testech umístily na prvním místě. Využívá technologii pro 123

126 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. Goodyear Aero má vnější tenkou gumovou část a nosnou strukturu tvořenou pružnými lopatkami turbíny. Pneumatika se dovede otočit o 90 a z kol se stávají nosné rotory, jak je známe z dronů. Dalším počinem této společnosti je pneumatika zlepšující kvalitu vzduchu. Boční stěna bezvzduchové pneumatiky je vyplněna mechem, který během jízdy provádí klasickou fotosyntézu. Vyrábí se z recyklovaných starých pneumatik (rozemlety na prášek). Z prášku se pak na 3D tiskárnách vznikají pneumatiky nové s nízkou hmotností a vysokou odolností. Během fotosyntézy dokáže generovat energii, která se ukládá a následně napájí vnitřní senzory, či vnější ukazatele - svítící pruh po obvodě pneumatiky nebo umělou inteligenci vyhodnocení jízdních podmínek a komunikace s jinými automobily. 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. 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 Obrázek č. 114 Značení zemědělských pneumatik 124

127 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. 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. 115). 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. 115 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. 116). 125

128 Obrázek č. 116 Dvojmontáž kol Existuje několik dalších systému, kterými lze přídavné kolo připevnit, například DUAL 3000 (viz obrázek č. 117). Obrázek č. 117 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. 118). Obrázek č. 118 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. 119). 126

129 Obrázek č. 119 Dvojmontáž kol ALPAS Chytré pneumatiky uvádí na trh firma Trelleborg pod označením ConnecTire (viz obrázek č. 120). 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 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. 127

130 Společnost Mitas (součást skupiny Trelleborg) vyvíjí pneumatiky kombinující vlastnosti klasické pneumatiky a pásu pod označením PneuTrac (viz obrázek č. 121) a plánuje do roku 2019 jejich uvedení do výroby. Obrázek č. 121 Pneumatiky MItas PneuTrac Tato společnost je také jedním z předních dodavatelů pneumatik pro manipulátory a nakladače s označením HCM. Pro traktory s nízkým tlakem v pneumatice s označením VF (Very Hight Flexion) a pro sklizňové stroje s pružnými bočnicemi SFT (Super Flexion Tires), (MZ 4/2019, str. 74) 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. 128

131 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. 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. 122). 129

132 Obrázek č. 122 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. 123). 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. 124). 130

133 Obrázek č. 124 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. 125). Obrázek č. 125 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. 8 a 9. Tabulka č. 8 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 131

134 Tabulka č. 9 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 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. Přechod od kola k pásu během 2 s představila americká agentura DARPA pod označením RWT (Reconfigurable Wheel Tracks), který byl vyvinut v rámci programu Radically Enhanced Mobility pro Pentagon. Vozidla budou schopna překonat až 95 % terénu na Zeměkouli. 132

135 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) 133

136 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) 134

137 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. 126 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: 135

138 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. 127 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. 136 (61) (56) (57) (58) (59) (60)

139 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. 128). (62) 137

140 Obrázek č. 128 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. 129). 138

141 Obrázek č. 129 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. 130 Pohyb vozidla po spádnici 139

142 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. 131 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 140

143 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. 132) a způsobuje větší valivé odpory. Obrázek č. 132 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. 141

144 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. 133). Obrázek č. 133 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. 134). Obrázek č. 134 Sbíhavost a rozbíhavost kol 142

145 Příklon rejdového čepu Je úhel, o který je rejdový čep přikloněn k podélné ose vozidla ve svislé rovině (viz obrázek č. 135). Obrázek č. 135 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. 136). Obrázek č. 136 Záklon rejdového čepu Bod styku pneumatiky s vozovkou se dostane za rejdovou osu, a tím se usnadní vracení kola do přímého směru (nákupní vozík). 143

146 Poloměr rejdu Je vzdálenost od středu styku pneumatiky k průsečíku rejdové osy s rovinou vozovky (viz obrázek č. 137). 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. 1358). Obrázek č. 138 Úhel rejdu 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). 144

147 6.13 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. 145

148 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. Největšími producenty CO2 je Čína (12,5 gt), USA (6,9 gt) a celá EU (4,3 gt údaje z roku 2014). 32 % tohoto plynu produkuje průmyslové zemědělství, lesnictví a živočišná výroba, 68 % spalování fosilních zdrojů energie. Světový energetický mix je z 31,2 % tvořen spalováním uhlovodíků z ropy, 28,7 % uhlí, 21,1 % vodní elektrárny, 14,2 solární energie a 4,8 % atomové energie. Podíl fosilních zdrojů se za posledních 30 let téměř nezměnil. V roce 2014 to bylo celosvětově 81 %. Pokud chceme dosáhnout cíle nepřekročení globálního oteplování o 2 C za rok, musí tato hodnota klesnout do roku 2040 na 57 %. Zachrání nás elektromobily? Emisní limity mají pro nová osobní auta v EU klesnout o 37,5 % do roku 2030 a o 60 % do roku Dle americké agentury pro ochranu životního prostředí (EPA) za rok 2014 vytváří doprava jen 14 % celkového objemu CO2 na planetě (viz obrázek č. 139). Obrázek č. 139 Globální tvorba CO2 Osobní auta se na tomto čísle podílejí 10 %. Evropská osmadvacítka se na produkci CO2 podílí 9 % (viz obrázek č. 140). 146

149 Obrázek č. 140 Podíl na tvorbě CO2 Jestliže se osobní doprava podílí 10 % z tohoto množství, dostáváme v EU k číslu 0,9 %. Jestliže unijní návrh navrhuje snížení o 37,5 %, pak 0,9 x 37,5 = 0,34 %. Přesně o tenhle zlomek by navrhované opatření Zemi ulevilo a za to určitě stojí bojovat a zničit automobilový průmysl v Evropě ( m_medium=sekce-z-internetu, ). Jaká byla situace v SRN v roce 2018? Má se vzdát uhlí do roku 2038 a jádra do roku 2022, v praxi je to však nedosažitelné. Za posledních 5 let stál přechod na obnovitelné zdroje německou státní kasu asi 32 miliard eur ročně a na těžbu jsou navázány tisíce pracovních míst. Jen těžko se najde projekt větrné elektrárny, proti kterému by se nebojovalo (odpor obcí a občanů). Z větru, slunce, vody či biomasy se uvádí až 35 % vyrobené elektřiny (skutečně 23). Obnovitelné zdroje jsou nákladné na zdroje i půdu. Solární farmy zabírají 450x více půdy než jaderné elektrárny a větrné 700x víc než nádrže na zemní plyn, aby vyrobily stejné množství energie ( ). Nadějná zbraň proti CO₂ - výzkumný tým vedený odborníky z australské RMIT University vyvinul novou techniku, která dokáže účinně přeměnit CO2 z plynu na pevnou látku. Dříve byl CO₂ stlačován do kapalné formy a přemístěn na vhodné místo a vstřikován do podzemí nebo konvertování na pevnou látku při extrémně vysokých teplotách (energeticky náročné). Díky použití tekutých kovů coby katalyzátoru je možné udělat z plynu uhlík při pokojové teplotě a to procesem, který je efektivní a škálovatelný. CO₂ se rozpustí v kádince naplněné elektrolytickou kapalinou a malým množstvím tekutého kovu (viz obrázek č. 141). Ta je následně nabita elektrickým proudem a CO2 se pomalu přeměňuje na vločky uhlíku, ty se přirozeně oddělují od povrchu tekutého kovu a umožňují kontinuální tvorbu tuhého uhlíkatého materiálu. Další výhodou je to, že uhlík může nést elektrický náboj - stát se superkondenzátorem a mohl by být potenciálně využit jako součást budoucích elektrovozidel ( dokaze-premenit-plyn-na-tuhy-uhlik-a-jeste-pritom-vznikne-palivo/sc-870-a /default.aspx?utm_source= ). 147

150 Obrázek č. 141 Tvorba uhlíku u CO2 OMV přeměňuje plasty v ropu. Od roku 2018 je v provozu zkušební recyklační jednotka ReOil, která vyrábí syntetickou ropu z použitých plastů. Z přibližně 100 kg použitých plastů je zařízení schopno během hodiny vyrobit asi 100 l syntetické ropy nebo suroviny pro opětovnou výrobu plastů. Využívá se metoda tepelného krakování (štěpení) při teplotách nad 300 C. Jedná se o rafinaci, při které se dlouhé a střední uhlovodíkové řetězce štěpí na jednodušší uhlovodíky. Surová ropa je směsí uhlovodíků s relativně krátkými řetězci, je proměňována na plasty s delšími uhlovodíkovými řetězci. Zde se jedná o opačný postup ( ). 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). 148

151 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 (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. 142). 149

152 Obrázek č. 142 Nové značení paliv - E v kroužku označuje benzín - Etanol, - B ve čtverci označuje motorovou naftu - Biodisesel, - 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. 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 - 4ºC, filtrovatelná do 0ºC pro letní provoz a MN 22 s bodem tuhnutí - 22ºC, filtrovatelná do - 15 ºC pro zimní provoz s obsahem síry do 0,15 %. Pro zvláštní určení (armáda) se pak používá nafta až do - 35ºC. Do běžné nafty je možné přidávat aditiva až do - 54ºC. 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. 150

153 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 Podchlazením (-162 C) lze zemní plyn zkapalnit LNG (Liquefied Natural Gas) lze dopravovat na odbytiště pomocí tankerů (cca 600 x menší objem). Jde o alternativní palivo pro automobily, pro bezpečné skladování nutné udržovat v nádrži sníženou teplotu. Jeden litr LNG energeticky odpovídá cca 0,67 l benzinu a 0,59 l nafty. Teplota varu metanu za normálního tlaku je -162 C. Obrovské zásoby v břidlicích v současné době USA schopny LNG exportovat a zahltit tak trh tímto levným plynem. Do roku 2040 bude celosvětově v provozu velkých lodí poháněných LNG palivem a v EU bude do té doby jezdit nákladních vozidel na LNG. Speciální tankery (viz obrázek č. 143) přepravují LNG na velké vzdálenosti do místa určení, kde se převádí do plynného skupenství a je dodáván do rozvodné plynovodné sítě. Ve srovnání s naftou se při spalování LNG uvolňuje až o 25 % méně CO2, až o 90 % méně NOx a téměř nulové množství oxidů síry a tuhých částic ( Obrázek č. 143 Tanker LNG 151

154 7.3 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. 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). Biopalivo lze získat i z dřevní štěpky. Ta se zplynuje na syntézní plyny (oxid uhelnatý a vodík), následně chemickou reakcí oxidu uhelnatého a vodíku na heterogenních katalyzátorech vzniknou žádané uhlovodíky a vodní pára. Tyto kapalné meziprodukty jsou poté transportovány do ropných rafinérií a zde mohou být využity pro mísení vysoce kvalitních motorových paliv s požadovaným efektem emisních úspor, nebo i přímo spalovány v motorech. Z jednoho m 3 dřevní štěpky se vyrobí 40 litrů paliva ( ). Koncern VW chce v roce 2019 uvést palivo R33BlueDiesel, které odpovídá evropským standardům DIN EN 590 a emise CO2 klesají nejméně o 20 % oproti běžnému palivu. Součástí tohoto paliva je až třetina biosložek - rostlinný olej z výroby chipsů (palmový olej), který je vyčištěn a upraven. Produkci a distribuci má mít pod palcem Shell pod obchodním názvem Green Premium ( ). 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. Scania vyvinula13-ti litrový motor na bioetanol. Pracuje s palivem ED95 - etanol s 5 % zlepšovačem vznícení (v České republice se oficiálně neprodává). Uvádí se snížení emisí CO2 až o 90 %. Výkon motoru je 302 kw [410 HP] a točivý 152

155 moment Nm. Změny musely být provedeny i u vstřikovacího systému a válců, využívá se systém SCR. Interval výměny oleje je km. 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. V roce 2019 jsem zaznamenal názor na změnu fungování bioplynových stanic v ČR. Neměly by vyrábět elektřinu (agregátem je u nich spalovací motor s generátorem), ale dodávat bioplyn do plynové rozvodné sítě (u nás poměrně hustá). Ke spalování by pak mohlo docházet ve spalovnách, nebo spalovacích motorech s mnohem menšími tepelnými ztrátami. U stávajících stanic se uvažuje i o zpoplatnění vypouštěného odpadního tepla (pouze velmi málo z nich jej využívá na jiné účely). Samozřejmě by bylo asi nutné vyřešit problematiku ceny, neboť se stanice staly vítaným zdrojem příjmů za dotované ceny dodávané elektrické energie. O vlivu těchto stanic na stav půdy se raději nebudu zmiňovat (všimněte se kolik je na polích všude kukuřice a kraviček je stále méně). 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. 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 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 ). 153

156 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. 144), 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. 144 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 (vzduch s kyslíkem). 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). Do roku 2025 by mělo v ČR vzniknout 6 až 12 vodíkových čerpacích stanic, na jejichž rozvoj je jen do roku 2020 v rámci operačního programu Doprava připraveno přibližně 200 milionů korun. Odpovídá to cílům Národního akčního plánu čisté mobility, abychom naplnili směrnici o zavádění infrastruktury pro alternativní paliva, která navazuje na cíle EU při snižování emisí CO2 v dopravě. V Německu je provozováno už 50 vodíkových stanic. Němci plánují, že jich v roce 2023 budou mít 400. Hovoří se o vodíkovém autobusovém spojení z Berlína přes Drážďany do Prahy. Německo je ve využívání vodíku v dopravě velkou inspirací pro ostatní státy v Evropě ( ). Auta na vodu budou využívat chemický proces (exotermická reakce), kterým lze z vody uvolnit vodík (účinnost do 50 %). US Army Research Laboratory 154

157 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 kwh 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. Australsko-izraelský startup Electriq~Global vyvíjí palivo na bázi vody s označením Electriq~Fuel, které je tvořené z 60 % vodou a přidanými aditivy, která uvolní vodík pro pohon palivového článku. Uvádí se poloviční cena a dvojnásobný dojezd. Vyžaduje ale speciální čerpací stanice, které odčerpají použitý zbytek a doplní čerstvou směs. První silniční testy mají být provedeny v roce 2019 ( ). Tekuté palivo ze sluneční energie vyvinula Švédská Chalmers University of Technology pod označením STF (Solar Thermal Fuel). Dokáže uchovávat energii Slunce po dobu až 18 let. Využívají se vlastnosti speciální molekuly skládající se z uhlíku, vodíku a dusíku, která je-li vystavena slunečnímu světlu, přeskupí vazby mezi atomy a vznikne zbrusu nová verze (izomer). Sluneční energie je zachycena mezi silnými chemickými vazbami izomeru a uvolnit ji lze pomocí katalyzátoru. Molekula se pak vrátí do původní podoby ( ). Palivo z plastového odpadu lze získat převodem polypropylenového odpadu do olejové báze a dalším postupem může být převeden na benzín nebo naftu. Přidávají se plastické pelety očištěného syntetického odpadu do superkritické směsi (vysokotlaká kapalina dosahuje C pod tlakem asi 22,5 MPa. Potenciálně má technologie vyšší energetickou účinnost a nižší emise skleníkových plynů než spalování a mechanická recyklace. Po uvedení do komerční podoby by mohl uspokojit až 4 % světové roční poptávky po automobilovém palivu. Ropa vyrobená z plastového odpadu je sedmkrát levnější ( ). 7.5 Nitro Přidává se do spalovacího prostoru oxid dusný N2O (rajský plyn, skleníkový), který při 300ºC 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. 10). 155

158 Tabulka č. 10 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). 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 zavedly 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.). 156

159 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. Intervaly výměny motorových olejů byly před deseti lety 10 tis. km, každoročně případně i několikrát ročně. Dnes (2019) je interval 30 tisíc km a několikaletý provoz (dlouhé trasy po dálnicích 20 tis. km). Vše ale závisí hlavně na typu pohonné jednotky (benzinový či turbodiesel). U vznětových motorů se do oleje dostávají saze (desetina mikrometru - nezachytí je olejový čistič), u benzinových se pracuje s vyšší teplotou. O další degradaci olejů se starají biopaliva a bioložky přidávané do benzinu i motorové nafty. Např. test oleje Mobil 1 třídy 0W-20, 5W-20 a 5W-30 zaručuje interval až 32 tis. km (v testu najeto přes 800 tis. km bez poruch), ( ). Plastická maziva a mazadla se dělí podle tabulky č. 11. Tabulka č. 11 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 157

160 Stupně konzistence maziv a mazadel se zjišťují penetrační zkouškou a jsou uvedeny v tabulce č. 12. Tabulka č. 12 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

161 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. 145), který sleduje jejich otáčení a v případě zablokování některého z nich přes řídící jednotku sníží tlak v brzdovém systému k tomuto kolu. Obrázek č. 145 Hallův snímač 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. Dnes jsou doplněny i systémem ARS (Advanced Restraint System), který je spouští na základě získaných dat o obsazení sedadel, hmotnosti cestujících nebo poloze sedadel. 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. ALChA (Active Lane Change Assist nadstavba ACC) řídí přejíždění z pruhu do pruhu. Zjistí, jestli je kolem auta dostatečný prostor a když řidič zapne 159

162 směrovku na delší dobu než dvě sekundy, automobil se sám bez zásahu řidiče zařadí do zvoleného jízdního pruhu. LDWS (Lane Departure Warning System) upozorňuje řidiče na opuštění jízdního pruhu. V případě potřeby je vůz automaticky vrácen do pruhu. Alcoguard (alkoholový zámek) zajistí, aby bylo možné nastartovat vozidlo, musí řidič fouknout do bezdrátového přístroje. Pokročilá čidla není možné obejít (použít externí zdroje, například vzduchovou pumpu apod.). ADAS (Advanced Driver Assistance Systems) jsou elektronické systémy usnadňující řízení automobilu. Patří mezi ně adaptivní tempomat, varování před vozidly v mrtvém úhlu, systém sledující dopravní značení. Jedná se o předchůdce autonomních systémů. ADS (Adaptive Damping Systém - aktivní regulace podvozku) přizpůsobí charakteristiky tlumičů aktuálním podmínkám na vozovce. Volkswagen pod označením DCC (Dynamic Chassis Control), BMW DDC (Dynamic Damper Control) a Mercedes-Benz třídy S systém MBC (Magic Body Control s funkcí Road Surface Scan - předvídatelné odpružení se stereokamerou). 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 APS (Assistant-Parking-System) je systém pro automatické parkování, za pomoci videosenzorů, radaru a zadní kamery. APB (Automatic Parking Brake - automatická parkovací brzda) pouze stlačením spínače ovládaná parkovací brzda. Lanka s elektromotorem, nebo bez lanek přímo v třmenech brzd. Musí být upravené třmeny kotoučové brzdy. Brzdicí tlak vytváří hydraulický agregát ESP. 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 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 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 cem (connected Energy Management) vyvinul Continental v rámci technologií Super Clean Electrified Diesel. Ovládá rozhodování, kdy by vůz měl brzdit motorem nebo kdy by měl rekuperovat brzdnou energii. Spolupracuje s daty o trase z navigace nebo z naučených tras a s daty o hustotě provozu. Semaforový asistent dokáže předpovědět, jestli bude na příštím semaforu červená nebo zelená. Systém DAM (Driver-Attention-Monitoring) je systém kontroly pozornosti řidiče. Monitoruje speciální kamerou v interiéru vozu pohyby očí a mrkání, 160

163 vyhodnocuje kondici řidiče. Neustále sleduje frekvenci pohybů očních víček a při dosažení mezní hodnoty vypne motor a zastaví vozidlo. Hyundai vyvinul systém DDREM (Departed Driver Rescue & Exit Maneuver) u kterého pokud elektronika vyhodnotí, že řidič usnul, dokáže převzít na krátký okamžik řízení do autonomního módu (bez zásahu řidiče v jakémkoli druhu provozu). Vyhledá místo a bezpečně zaparkuje u kraje vozovky. Systém EBS (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 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 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. Se systémem ABS 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). XDS (nadstavba EDS Diferencial spere) při rychlém průjezdu zatáčkou přibržďuje vnitřní kolo a přes diferenciál se více otáček přenáší na vnější. Systém ESP (Electronic-Stability-Programme) během jízdy porovnává chování vozidla s vypočítanými a do systému zadanými hodnotami. Řidičem požadovaný směr jízdy zjišťuje ECU 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 DSR je aktivní podpora řízení jako nadstavba kontroly stabilizace ESP. Díky elektromechanickému posilovači řízení stabilizuje automobil. O stabilizaci se nestará jen cílené přibrzďování kol, ale i aktivní zásah do řízení, kdy malým momentem do volantu vůz doporučí řidiči, kam stočit volant, aby vyrovnal smyk. 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. HUD (Head-up Displey) je průhledová obrazovka, do které se promítají potřebná data (o rychlosti, z navigace apod.) na čelní sklo před řidiče tak, aby nemusel přeostřovat při změně pohledu z vozovky na přístrojovou desku. Je možné i na sklíčko nad přístrojovou deskou. 161

164 Hyundai Motor Group a švýcarský technologický startup WayRay AG zdokonalil navigační systém promítáním stereoskopického obrazu na skutečnou silnici bez odvracení zraku od vozovky (neodvrátíte zrak z přímého směru - viz obrázek č. 146). Obrázek č. 146 Zobrazení navigace na vozovce MCB (Multi Collision Brake - Multikolizní brzda) je systém snižující riziko vícenásobných kolizí. Po prvním nárazu by už nemělo dojít k další srážce. Automaticky sepne brzdy ve chvíli, kdy je aktivovaný některý z airbagů aniž by řidič sám brzdil. Systém navíc spolu s dalšími elektronickými pomocníky pomáhá automobil udržet ve stabilizovaném směru a brání mu opustit jízdní pruh. 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 automatického tísňového ecall je od volání ve všech nových osobních autech. Obsahuje jednotku GNSS s vestavěnou SIM kartou a hlasovým telefonem. Spojení s operátorem na lince 112 se naváže po aktivaci senzorů nárazu, nebo stisknutím tlačítka SOS. Operační středisko dostane veškeré důležité informace - poloha auta, směr jízdy (klíčové zejména na dálnicích), typ pohonné jednotky, počet osob ve vozidle (vypočten na základě zapnutých bezpečnostních pásů) či VIN vozidla. Škoda využívá modul ecall zdarma 14 let. Je vázáno na službu vzdáleného přístupu z mobilu Care Connect. Dále poskytuje proaktivní servis jako součást Care Connect, kde se zobrazuje zbývající vzdálenost a čas do předepsané servisní prohlídky či výměny oleje. Vzdálený přístup Care Connect (první 3 roky zdarma, poté za 999,- Kč.rok -1 ). Přihlásíte se do příslušné aplikace a sledujete nejrůznější parametry svého vozidla (na kolik kilometrů je palivo, poslední parkovací pozice - po vypnutí motoru, oznámení o alarmu, houkání a blikání do 500 m, oznámení o opuštění oblasti a překročení stanovené rychlosti, odemknutí/zamknutí auta mobilem na dálku, vyvětrání interiéru a nezávislé topení). Dále nabízí Infotainment on-line (první rok zdarma k navigačním systémům, poté za 1 299,- Kč.rok -1 ) ve kterém lze sdílet internet z mobilu pomocí wifi hot-spotu nebo pořízení adaptéru USB, u dražších modelů je i SIM karta do vestavěného modulu v přihrádce spolujezdce. Přenesená data si musíte zaplatit. Scala už bude plně on-line (dopravní informace on-line, import cílů a tras online, vyhledávání cílů bez přesné adresy podle názvu, značka čerpací stanice a cena paliva, volná parkovací místa, předpověď počasí, zprávy ze světa a aktualizace map 162

165 on-line). Musíte si jen stáhnout mobilní aplikaci Škoda Connect a přes ní se zaregistrovat a vytvořit účet na . Mercedes-Benz umožňuje sledovat polohu auta i za jízdy, hlásí i drobná poškození, kolik paliva je v nádrži, alarm při nárazu včetně směru, z nějž přišel aktivují se kamery parkovacích senzorů a vyfotí registrační značku vozu, který do vozu narazil, tlak v pneumatikách, kde auto jezdí a dokáže vytisknout si z dat servisní knížku. Motormanagement je systém pro řízení režimu spalovacího motoru. Pro každou polohu akcelerátoru, zatížení motoru, otáčky motoru a rychlosti vozidla 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. Launch control zlepšuje start z klidového stavu. U automatických převodovek stačí sešlápnout pedál brzdy a plynu na stejno, a automobil nastaví ideální otáčky pro nejrychlejší start. U manuálních převodovek místo brzdového pedálu stlačíte ten spojkový. Řídící jednotka nastaví nejideálnější otáčky tak, aby dosahovali hodnoty, při které má motor největší točivý moment a pak automaticky dávkuje plyn tak, aby nedošlo k prokluzu kol a start je co nejideálnější a nejrychlejší. RMS (Remote Monitorin System) je zařízení pro sledování dopravního značení. Digitální displej řidiče neustále informuje o všech aktuálních dopravních příkazech a omezeních. Systém SCL (Static-Cornering-Lights) znamená statické přisvěcování předních světlometů do zatáčky. Odbočovací světlomet nebo mlhovka se rozsvítí společně s odbočovacím signálem směrovky. Když jsme u osvětlení vozidel, porovnejme technologie halogen, xenon a LED. Halogenová mají největší příkon a nejnižší světelný výkon. Poskytují úzký svazek světla a při špatném seřízení světlometů oslňují. Nízká je cena světlometu i žárovky. Xenony (oblouk mezi elektrodami) jsou přibližně dvakrát účinnější, mají ale vysokou cenu, nutnost ostřikovačů světlometů a automatického naklápění výšky světel dle zatížení vozidla. LED diodové světlomety jsou nejúčinnější ale i nejdražší. Poskytují bílé světlo, jsou bezúdržbové, adaptivní aby neoslnila, ale potřeba chlazení (zahřívají se na120 až 140 C) ventilátorem. Cena je od 30 tis. Kč,- za jeden světlomet a při poruše se mění oba. Automaticky mění směr intenzitu paprsku v různých jízdních nastaveních po vzoru matrixových a laserových systémů. Osvětlují prostor před vozem s takovou přesností a intenzitou jako ve dne. Automaticky zvýrazňují chodce, osvětlují přechody a jiné výstražné značky na silnici, před vozem vykouzlí různé symboly. Automatické ovládání dálkových světlometů zhasne pouze ty paprsky, které by mohly protijedoucí vozidlo oslňovat. TJA (Traffic Jam Assist) se již blíží semiautomatickému řízení. Dokáže automobil sám řídit při jízdě pomalou rychlostí v koloně. Funguje jen na krátkou dobu, v malé rychlosti a v době, kdy má řidič ruce na volantu. TSA (Trailer Stability Assist) je pomocník při jízdě s přívěsem. Umí rozpoznat kmitání taženého vleku a reaguje přibrzděním auta a vyrovnává smyk návěsu. TA (Trailer Assist) pomáhá s parkováním (VW). Řidič jen udá pokyn, kam má vůz i s přívěsem zaparkovat a automatika se už postará o zbytek procesu. 163

166 Průhledný přívěs od společnosti Valeo byl představen u pick-upu GMC Sierra Heavy Duty. Na středovém displeji je spojen obraz z kamery snímající prostor za vozidlem (viz obrázek č. 147). Obrázek č. 147 Průhledný přívěs TPMS (Tire Pressure Monitoring System) je systém kontroly tlaku v pneumatikách. Řidiče v reálném čase informuje o poklesu tlaku v některé z pneumatik. Od listopadu 2014 je systém v EU povinný. pwlan zavede Volkswagen v roce Je to komunikační technologie jak mezi vozidly (Car-to-Car), tak i mezi vozidly a dopravní infrastrukturou (Car-to-X). Zajistí výměnu vybraných informací důležitých pro silniční provoz mezi vozidly bez ohledu na jejich výrobce. Výstražná upozornění a informace o místních a nově vznikajících dopravních rizicích. Policejní složky a záchranné služby vysílají informace o vzdálenosti a směru, z něhož se přibližuje vozidlo s právem přednostní jízdy. Continental uvádí projekt Smart Cities of Columbus (Ohio, USA). Budou v něm bezpečnější křižovatky, snazší zaparkování a zlepšení se plynulosti dopravy. Používat se bude samojízdné konceptuálního vozidlo BEE (Balanced Economy and Ecology) i konvenční vozidla. Senzory detekují objekty a fúze senzorů a rádiového přenosu vytváří bezpečné komunikace V2X (Vehicle to Everything). Start stop systém je údajně schopný citelně snížit papírovou spotřebu penalizovanou EU. Bez vůle řidiče vypíná motor, když vůz zastaví a startuje jej, když se má znovu rozjet, má ale negativní vliv na opotřebení uložení klikové hřídele. Autonomní řízení vozidla zahrnuje celkem pět stupňů (první dva jsou pouhé asistenční systémy). První stupeň je adaptivní tempomat. Druhý stupeň je systém hlídání jízdy v pruzích (částečně zasahuje do řízení). Třetí stupeň je tzv. podmíněná automatizace (přebírá za řidiče řízení vozidla v případě, že má dostupné všechny informace týkající se okolí jedoucího auta). Čtvrtý stupeň je vysoká automatizace (systém převezme řízení v případě zajištění předem daného druhu provozu dálnice). Pátý stupeň znamená, že auto jezdí samo za všech podmínek. Traffic jam pilot u Audi A8 přebírá za řidiče řízení auta při jízdě v pomalu jedoucím provozu až do rychlosti 60 km.h -1 (třída E od Mercedesu-Benz do 40 km.h -1 ). Pokud řidič nereaguje na výzvu vozidla k převzetí řízení, samočinně po chvíli zajede ke krajnici silnice a zastaví. Dosavadní leader v oblasti autonomního řízení jsou vozy Tesla vybavené systémem 164

167 Autopilot 1.0 (sestava kamer v kombinaci s radarem), se software od izraelské firmy Mobileye. Umějí autonomně jezdit na dálnici, ovšem výrobce zákazníky instruuje, že by neměli dávat své ruce příliš daleko od volantu. Audi využívá optický systém LiDAR (Light Detection And Ranging) s laserovou diodou v součinnosti s daty s GPS. Pracuje v zorném úhlu 145 na vzdálenost 80 m. Světelný paprsek se odrazí od reflexních ploch vpředu jedoucího vozidla. Snímače mají dokázat situaci okolo jedoucího vozidla vyhodnocovat trojrozměrně. Radar sice přesně určí rychlost, avšak jeho rozlišovací schopnost je minimální. Stereokamera (Subaru u systému Eyesight) vyniká rozlišením, stejně jako kvalitním zpracováním obrazu, ovšem při nepříznivém počasí rychle narazí na své limity. Scania a Ahola Transport testují kolony nákladních vozidel s poloautonomním řízením. Tři a více tahačů s návěsy se pohybují v běžném provozu na finských dálnicích. Ovládá je řidič ve vedoucím vozidle. Spotřeba paliva klesla o 4 % pro druhý kamion a o více než 6 % pro třetí vůz v pořadí. Volvo Trucks testuje autonomní užitkový tahač Vera pro pravidelné a opakující se přepravní úkony na kratší vzdálenosti, velký objem zboží a vysokou přesnost dodávek (tahač je bez kabiny). EU požaduje povinné černé skříňky" a více asistenčních systémů. Mají monitorovat údaje o rychlosti nebo aktivaci bezpečnostních asistentů a to před, během a po nehodě. Inteligentní rychlostní asistenční systémy mají automaticky informovat řidiče o překročení rychlostních limitů a v případě aktivace tempomatu by měly rychlost samostatně snížit. Dále pak systém detekce únavy řidiče, couvací senzory, větší nárazové zóny pro chodce a zadními světly, která se v případě krizového brzdění rozblikají. 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. 148). Vedení datové sběrnice je řešeno kroucenou dvoulinkou (k zamezení průniku rušení z okolí a porušení přenášených dat). Obrázek č. 148 Sběrnice CAN-BUS LIN - BUS (Local-Interconnect-Network) je sběrnice komunikující po jednom vodiči (viz obrázek č. 149). Nízkorychlostní komunikace ovládá zařízení v časech okolo 100 ms. 165

168 Obrázek č. 149 Sběrnice LIN-BUS FlexRay (Flexible Ray) neboli flexibilní paprsek je sběrnice s velkou přenosovou rychlostí (viz obrázek č. 150). Má velmi dobrou ochranu přenášených dat. Dvoukanálová struktura a zároveň statický i dynamický přístup na sběrnici Obrázek č. 150 Sběrnice FlexRay Systém sběrnic a řídících jednotek se ve vozidle kombinuje - viz obrázek č. Obrázek č. 151 Kombinace sběrnic ve vozidle Poslední model Škoda SuperB (druhá generace) má 36 řídících jednotek a m kabelů. 166

169 Moderní traktory používají sběrnice s označením ISOBUS, která propojují spojení čidel a řídících jednotek připojeného nářadí (na čelním tříbodovém závěsu, nebo i zadním) s řídící jednotkou traktoru (viz obrázek č. 152). Je pak možno podle dat z nářadí ovládat chod motoru a převodovky traktoru. 8.1 Čidla ve vozidlech Teploměry Obrázek č. 152 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. Kompenzační podle dat s čidel přivírá klapku v sání 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 167

170 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 pojezdové rychlosti Dříve se používal analogový elektromagnetický rychloměr, dnes krokový elektromotor (indukční Hallův snímač v převodovce a z rychlosti otáčení kol jdou signály pro systémy ABS/ESP) a nově digitální LCD nebo TFT displeje 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. 153) Sledování vozidel Obrázek č. 153 Snímač deště Celá řada výrobců využívá satelitní přenos dat pro sledování vozidel a strojů. Telematika (kombinace slov telekomunikace a informatika) je technologický obor zabývající se kombinací přenosu a zpracování dat se zobrazovacími a jinými sdělovacími systémy a prostředky. Konektivita je o rychlosti připojení. JCB provozuje tento systém pod označením Livelink, John Deere pod označením JDLink a např. Mercedes Benz pod označením Uptime. Systémy slouží pro sledování pohybu, přenos provozních (třeba i neobvyklý úbytek paliva při krádeži) a servisních dat. 168