UČEBNÍ TEXTY VYSOKÝCH ŠKOL. Vysoké učení technické v Brně Fakulta strojního inženýrství. Ing. Jaroslav Rauscher, CSc. VOZIDLOVÉ MOTORY STUDIJNÍ OPORY

UČEBNÍ TEXTY VYSOKÝCH ŠKOL Vysoké učení technické v Brně Fakulta strojního inženýrství Ing. Jaroslav Rauscher, CSc. VOZIDLOVÉ MOTORY STUDIJNÍ OPORY 1

Úvod Předkládaná opora studia předmětu Konstrukce vozidlových motorů obsahuje faktografický materiál shrnující vývoj a nejnovější poznatky ze současné konstrukce vozidlových motorů. Návrhové a výpočtové metody, používané při prvotním návrhu vozidlových motorů, které bývají vždy součástí vysokoškolských učebnic a skript zaměřených na konstrukci pístových spalovacích motorů, jsou zahrnuty do přednášek předmětu Ročníkový projekt. 2

OBSAH 1. HISTORICKÝ VÝVOJ KONSTRUKCE VOZIDLOVÝCH MOTORŮ... 6 1.1 Parní stroj... 6 1.2 Spalovací motory s vnitřním spalováním... 9 1.2.1 Zážehové motory... 9 1.2.1.1 Přeplňování zážehových motorů... 12 1.2.1.2 Vstřikování benzínu... 13 1.2.1.3 Wankelův motor... 14 1.2.2 Vznětový motor... 16 1.2.3 Spalovací turbína... 17 1.3 Spalovací motory s vnějším spalováním... 18 1.3.1 Stirlingův motor... 18 2. ZÁKLADNÍ KONCEPCE PÍSTOVÝCH SPALOVACÍCH MOTORŮ... 19 2.1 Motory malých motocyklů, mopedů... 19 2.2 Motory cestovních a sportovních motocyklů... 21 2.3 Motory osobních automobilů... 25 2.4 Motory nákladních automobilů, autobusů a zemědělských traktorů... 28 2.4.1 Motory nákladních automobilů... 28 2.4.2 Motory zemědělských traktorů... 28 2.5 Velké motory stacionární,lodní, lokomotivní, pro stavební stroje a vojenská obrněná vozidla...32 3.1 PÍST... 34 3.1.1 Tepelné zatížení pístu... 34 3.1.2. Konstrukční provedení pístů... 35 3.1.2.1 Píst rychloběžného dvoudobého motoru... 36 3.1.2.2 Píst čtyřdobého zážehového motoru... 36 3.1.2.3 Píst čtyřdobého vznětového motoru... 38 3.1.2.4 Povrchová úprava pístů... 40 3.1.3 Chlazení pístu... 42 3.2 Pístní kroužky...43 3.2.1 Konstrukční provedení pístních kroužků... 44 3.2.1.1 Těsnící pístní kroužky... 44 3.2.1.2 Stírací pístní kroužky... 45 3.2.1.3 Osazování pístů pístními kroužky... 46 3.2.1.4 Materiál a povrchová úprava pístních kroužků... 47 3.3 Pístní čep... 47 3.3.1 Axiální pojištění polohy pístního čepu... 48 4. OJNICE A KLIKOVÝ HŘÍDEL... 49 4.1 Ojnice dvoudobého motoru... 49 4.2 Ojnice čtyřdobého motoru... 50 4.3 Ojniční šrouby... 54 4.4. Klikový hřídel... 55 4.4.1 Klikový hřídel dvoudobého motoru... 55 4.4.2 Klikový hřídel čtyřdobého motoru... 56 4.4.2.1 Výroba a materiál klikových hřídelí... 59 4.4.2.1.1 Dělené klikové hřídele... 59 4.4.2.1.2 Kované klikové hřídele... 60 4.4.2.1.3 Lité klikové hřídele... 61 4.4.3 Tlumič torzních kmitů... 61 3

4.4.4 Setrvačník... 62 5. LOŽISKA A TĚSNĚNÍ KLIKOVÉ HŘÍDELE... 63 5.1 Ložiska spalovacího motoru... 63 5.1.1 Valivá ložiska... 63 5.1.1.1 Ojniční ložisko dvoudobého motoru... 63 5.1.1.2 Ložisko pístního čepu dvoudobého motoru... 64 5.1.1.3 Axiální uložení ojnice dvoudobého motoru... 65 5.1.2 Kluzná ložiska... 65 5.1.2.1 Konstrukce kluzných ložisek.... 67 5.1.2.2 Materiál a provedení tenkostěnných ocelových pánví... 68 5.1.2.3 Ložiska pístního čepu... 68 5.2 Těsnění klikového hřídele... 69 6. KLIKOVÁ SKŘÍŇ A BLOK VÁLCŮ MOTORU... 71 6.1 Kliková skříň dvoudobých rychloběžných motorů.... 71 6.2 Kliková skříň a blok motoru u motorů osobních a nákladních automobilů... 72 7. VÁLEC A HLAVA VÁLCE MOTORU... 80 7.1 Válec dvoudobého rychloběžného motoru... 80 7.2 Válec čtyřdobého motoru... 81 7.2.1 Válec vzduchem chlazeného čtyřdobého motoru... 81 7.2.2 Válec kapalinou chlazeného čtyřdobého motoru... 82 7.3 Opotřebení válce motoru... 84 7.4 Hlava válce... 85 7.4.1 Hlava válce dvoudobého rychloběžného motoru... 85 7.4.2 Hlava válců čtyřdobého zážehového motoru... 86 7.4.2.1 Hlava válců kapalinou chlazených čtyřdobých zážehových motorů... 86 7.4.2.1.1 Spalovací prostory čtyřdobých zážehových motorů... 87 7.4.2.1.2 Sací a výfukový kanál... 88 7.4.2.1.3 Sedlo ventilu... 89 7.4.2.1.4 Vodítko ventilu... 90 7.4.3 Hlava válců čtyřdobého vznětového motoru... 90 7.4.3.1 Hlava válců čtyřdobých vznětových motorů s přímým vstřikem paliva... 90 7.4.3.2 Hlava válců čtyřdobých vznětových motorů s nepřímým vstřikem paliva... 91 7.4.4 Těsnění hlavy válců... 92 8. KONSTRUKCE ROZVODŮ PÍSTOVÝCH SPALOVACÍCH MOTORŮ... 95 8.1 Rozvod dvoudobých rychloběžných motorů... 95 8.1.1 Rozvod sání dvoudobého rychloběžného motoru... 95 8.1.1.1 Rozvod pístem... 95 8.1.1.2 Rozvod válcovým šoupátkem... 95 8.1.1.3 Rozvod kotoučovým šoupátkem... 96 8.1.1.4 Rozvod jazýčkovým ventilem... 96 8.1.2 Rozvod výfuku a přepouštění dvoudobého rychloběžného motoru... 97 8.2 Rozvod čtyřdobých motorů... 97 8.2.1 Ventilový rozvod s mechanickým ovládáním... 98 8.2.2 Hlavní díly ventilových rozvodů... 98 8.2.2.1 Ventil... 98 8.2.2.2 Ventilové pružiny... 99 8.2.2.3 Vahadla rozvodového ústrojí... 99 8.2.2.4 Zvedací tyčky rozvodového ústrojí OHV... 100 8.2.2.5 Zdvihátka rozvodového ústrojí... 100 8.2.2.6 Vačkový hřídel rozvodového ústrojí... 102 4

8.2.2.7 Ústrojí pohnu vačkové hřídele... 103 8.2.3 Ventilový rozvod s ovládáním hydraulickým a elektromagnetickým... 104 8.2.4 Variabilní řízení rozvodového mechanizmu... 105 8.2.4.1 Fázový posun otvírání sacích případně výfukových ventilů... 105 8.2.4.2 Skoková změna zdvihu ventilů... 106 8.2.4.3 Skoková změna zdvihu ventilů a změna fázového posunu... 106 8.2.4.4 Plynulá změna zdvihu ventilů a změna fázového posuvu... 107 8.2.4.5 Odpojování válců motoru... 108 8.2.5 Šoupátkový rozvod... 109 9. SACÍ A VÝFUKOVÝ SYSTÉM SPALOVACÍCH MOTORŮ... 110 9.1 Sací a výfukový systém dvoudobého motoru... 110 9.1.1 Sací systém dvoudobého motoru... 110 9.1.2 Výfukový systém dvoudobého motoru... 112 9.2. Sací a výfukový systém čtyřdobého motoru... 113 9.2.1 Sací systém čtyřdobého motoru... 113 9.2.1.1 Rezonanční sací potrubí... 115 9.2.2 Výfukový systém čtyřdobého motoru... 118 9.2.2.1 Potrubí pro recirkulaci výfukových plynů do sání motoru... 120 9.2.2.2 Motorová brzda... 121 10. CHLAZENÍ PÍSTOVÝCH SPALOVACÍCH MOTORŮ... 123 10.1 Přímé chlazení... 123 10.2 Nepřímé chlazení... 126 10.2.1 Prvky kapalinového chlazení... 129 10.2.1.1 Čerpadlo chladící kapaliny... 130 10.2.1.2 Ventilátor... 132 10.2.1.3 Chladič... 134 10.2.1.4 Termostat... 136 11. MAZÁNÍ PÍSTOVÝCH SPALOVACÍCH MOTORŮ... 138 11.1 Mazání ztrátové... 138 11.2 Mazání cirkulační... 139 11.3 Prvky mazacího systému... 143 11.3.1 Olejové čerpadlo... 143 11.3.2 Olejový filtr... 145 11.3.3 Chladič oleje... 150 11.3.4 Kontrola funkce mazacího systému... 150 11.3.5 Odvětrávání klikové skříně motoru... 151 Literatura.... 153 5

1. HISTORICKÝ VÝVOJ KONSTRUKCE VOZIDLOVÝCH MOTORŮ Pokrok ve vývoji lidských společenství je vázán na rozvoj energetických zdrojů. Pokud byla k dispozici pouze lidská síla bylo pro vytvoření unikátních monumentů historie nutno shromáždit velký počet jedinců, protože dlouhodobý výkon člověka nedosahuje ani 0.06 kw. Taktéž dlouhodobý výkon koně není větší než 0.5 kw. Zlepšení přineslo využití energie větru, ale průměrný výkon běžného větrného mlýnu byl kolem 2.5 kw. Větší výkon dosahovali vodní kola. Ale i největší soustava vodních kol postavená v letech 1672-1682 v Marly na Seině k čerpání vody pro vodotrysky zahrad ve Versailles měla výkon pouhých 88 kw. Přičemž se jednalo o čtrnáct kol o průměru 8 m, pohánějících 225 čerpadel, které dodávaly 200 m 3 vody za hodinu do nádrže vzdálené 5 km a s převýšením 160 m. Teprve vynález a rozšíření spalovacího motoru zabezpečil lidstvu dostatečný energetický potenciál umožňující rychlý pokrok ve všech oblastech lidské činnosti. Co je spalovací motor? Je to tepelný stroj, který spalováním paliva získává tepelnou energii a využitím vhodného plynného média ji převádí na mechanickou práci. U leteckých proudových motorů a motorů raketových vytváří plyny přímo tažnou sílu motoru. U ostatních spalovacích motorů je energie plynného média využívána, buď jako potenciální energie (tlak) u pístových spalovacích motorů, nebo energie kinetická (rychlost proudu) u spalovacích turbin. Podle média použitého k přenosu tepelné energie dělíme tepelné motory na : a) motory s vnějším spalováním - médiem pro přenos energie je např. vodní pára, vzduch a některé plyny, b) motory s vnitřním spalováním, spalovací motory - pracovní látkou v těchto motorech jsou přímo produkty spalování. K tepelným motorům s vnějším spalováním patří např. pístový parní stroj, Stirlingův motor, využívající potenciální energii pracovního media, nebo parní turbina využívající kinetickou energii vodní páry. Pístový spalovací motor a spalovací turbína, kde energie je přenášena přímo produkty hoření paliva, spalinami, patří k motorům s vnitřním spalováním. 1.1 PARNÍ STROJ Vznik prakticky využitelného parního stroje a jeho rozšíření bylo vázáno na specifické podmínky těžby uhlí v Anglii. Nízká úroveň spodní vody vedla k nutnosti odčerpávat vodu z dolu již v poměrně malých hloubkách. První čerpadla, využívající podtlaku vyvolaného ve válci čerpadla kondenzací páry, zkonstruoval Thomas Savery 1 v roce 1698. Tyto, tzv. "ohňové stroje" na čerpání vody měly poměrně malý čerpací výkon a byly po roce 1712 nahrazovány atmosférickými stroji Newcomenovými, viz obr.1.1. Newcomen 2 využil diferenčního tlaku působícího na píst k získání síly působící na vahadlo čerpadla. Na obr.1.1 a) je pára z parního kotle pouštěna otevřeným kohoutem pod píst. Čerpadlo koná nepracovní zdvih. Po dosažení horní úvrati je kohout uzavřen obr.1.1 b). Do válce je otevřením druhého kohoutu vstřiknuta studená voda, která způsobí kondenzaci páry ve válci, v důsledku čehož vznikne ve válci podtlak. Atmosférický tlak vzduchu působící na druhou stranu pístu tlačí píst dolů a čerpadlo na druhém konci vahadla koná pracovní zdvih. Tyto stroje dokázaly vykonat až 12 zdvihů za minutu. Vyráběly se poměrně dlouho. Ještě v roce 1775 postavil John Smeaton atmosférický stroj o průměru pístu 1.8 m, 1 Thomas Savery (1650-1715) 2 Thoma Newcomen (1663-1729) 6

Obr. 1.1 Newcomenův atmosférický stroj výšce válce 3.2 m a výšce strojovny z žulových kvádrů 18 m. Výkon tohoto stroje byl asi 50 kw. Nedostatkem těchto strojů byl postupný pokles výkonu v důsledku zvyšování teploty stěn válce, což vedlo ke snížení velikosti podtlaku získávaného kondenzací páry. S tímto nedostatkem se seznámil při své práci strojníka i James Watt 3. V roce 1769 získává patent na parní stroj s kondenzátorem odděleným od válce motoru a pomocnou vakuovou pumpou., viz schéma na obr. 1.2. Jednočinný parní stroj pracoval s nízkým tlakem páry, přibližně 25 kpa. Sériová výroba těchto parních strojů byla zahájena až v roce 1782. Tyto stroje, v porovnání se stroji Newcomenovými, se vyznačovaly až o polovinu nižší spotřebou uhlí. V dalších letech Watt pokračoval ve zdokonalování svého parního stroje, zavádí chlazení válce a patentuje stroj dvojčinný, v němž je pára přiváděna střídavě na obě strany pístu. Na práce uskutečněné Wattem navazuje Richard Trevithick 4. Postavil první vysokotlaký parní stroj v němž pára pod tlakem až 0.5 MPa konala práci. Tento parní stroj zastavěl do vozidla, které poprvé vyjelo na štědrý večer roku 1801. Staví také první parní lokomotivy pro anglické železárny, viz obr. 1.3. Priorita Obr. 1.2 SchemaWattova v použití parního stroje pístového parního stroje pro pohon vozidla však přísluší francouzskému inženýru Nikolasi Josephu Cugnotovi 5, který kolem roku 1769 postavil tříkolové vozidlo poháněné svislým dvouválcovým motorem. Převod posuvného pohybu pístu na přední poháněné a řiditelné kolo byl řešen pomocí rohatkového mechanizmu. Maximální rychlost vozidla byla 4 km/h a na jedno naplnění kotle vodou pracoval parní stroj 15 minut. Toto vozidlo je dodnes vystaveno v budově pařížského Muzea umění a řemesel. Kopie ve skutečné velikosti se nachází v depozitáři pražského Národního technického muzea v Čelákovicích. I když Cugnotovy práce spadají do období, kdy James Watt v roce 1769 dostal patent na parní stroj, není možno předpokládat, že by se tito vynálezci znali. Označení vynálezce parního stroje právem patří Watovi, nejen pro patent, Obr. 1.4 Cugnotův parní dělostřelecký tahač 3 James Watt (1736-1819) 4 Richard Trewithick (1771-1833) 5 Nikolas Joseph Cugnot (1725-1804) 7 Obr. 1.3 Trewithickova lokomotiva

který získal, ale obzvláště pro jeho zásluhy o rozšíření používání parního stroje a jeho další zdokonalování. Setkání s parními stroji inspirovalo i další vynálezce a tak se vozidla s parním pohonem objevila i v jiných zemích : 1803 - Henschel ( Německo), 1804 - Evans (Amerika), 1815 - Josef Božek (Rakousko Uhersko). První parní vozy určené pro dopravu osob a nákladů začal stavět v roce 1820 anglický konstruktér Robert Goldsworthy Gurney 6. Parovozy tohoto konstruktéra jsou použity i na první veřejné dopravní lince z Londýna do Stratfordu otevřené v roce 1834. V roce 1815 začíná George Stephenson 7 konat pokusné jízdy s první lokomotivou a v roce 1830 otevřel pravidelný provoz na trati Liverpool - Manchester. Jeho parní lokomotiva Rocket dosáhla rychlosti 46 km.h -1. Železniční doprava v Anglii se rozšířila Obr. 1.5 Škoda - Sentinel s parním motorem natolik, že po zavedení tzv. praporového zákonu (Locomotive Act) 8 v roce 1861 prakticky konkurenci silniční dopravy parními vozy zlikvidovala, lit.[3], [4], [6], [7]. V pozdějších letech se vozy s parními motory objevují v nákladní dopravě. Naše Škodovka vyráběla před druhou světovou válkou licenční parní vůz značky Sentinel, který v komunální dopravě hl. města Prahy sloužil ještě v padesátých letech, viz obr. 1.5, lit. [7], [8]. Bez zajímavosti není i skutečnost, že hranici 200 km/h překonal v roce 1906 jako první parní vůz vyrobený ve Spojených státech bratry Stanleyovými, lit [7]. V sedmdesátých letech tohoto století, v době doznívající ropné krize a v období nárůstu boje Obr. 1.6 Současný parní stroj pro pohon osobního automobilu proti znečišťování ovzduší, se znovu objevují konstrukce moderních parních motorů pro osobní automobily. V Americe to byla např. firma Lear Motor Corporation, v Evropě švédská automobilka Sab-Scania. Ani podstatné zvýšení pracovního tlaku páry však nezvýšilo výrazně celkovou účinnost parního stroje tak, aby mohl konkurovat moderním spalovacím motorům. V současné době se vývojem parního stroje pro pohon osobního automobilu zabývá Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr GmbH v Německu.. Cílem je motor s nulovými emisemi. Rozměrově i 6 Robert Goldsworthy Gurney (1793-1875) 7 George Stephenson (1781-1848) 8 Zákon ukládal, že před každým vozidlem na silnici musí utíkat muž s červeným praporkem, aby varoval chodce a protijedoucí povozy. 8

výkonovými a ekonomickými parametry se vznětovému přeplňovanému motoru blíží parní motor pracující se vstřikem páry o teplotě 900 C a tlaku 50 MPa.,viz obr. 1.6. 1.2 SPALOVACÍ MOTORY S VNITŘNÍM SPALOVÁNÍM Parní stroj představoval technickou revoluci, která měnila celý tehdejší svět. Jeho použití však bylo vzhledem k velkým rozměrům a nákladům na jeho postavení a provoz omezeno na velké podniky. Menší manufaktury i řemeslníci potřebovali také zdroj mechanické energie pro pohon svých strojů. Již od počátku devatenáctého století existovalo palivo dostupné v dostatečném množství i v malých dílnách velkých měst a vhodné pro pohon spalovacího motoru - svítiplyn. 1.2.1 ZÁŽEHOVÉ MOTORY Francouzský vynálezce Philippe Lebon 9, experimentující s plynem získávaným kokováním dříví, si v roce 1786 zažádal o patent na motor poháněný svítiplynem. Není však známo, že by takovýto motor sestrojil. První patent na vozidlo poháněné plynovým spalovacím motorem Obr. 1.7 Vozidlo Issaca de Rivaze získává v roce 1807 Issac de Rivaz, obr. 1.7. Tento bývalý dělostřelecký důstojník staví vozítko poháněné výbušnou směsí vodíku se vzduchem, zapalovanou pod pístem v upravené dělové hlavni elektrickou jiskrou (princip tzv. Voltovy pistole). Po výbuchu je píst vržen velkou silou nahoru a přes ozubenou tyč zabírající do pastorku a lanový převod roztáčí kola vozíku. Funkčnost Obr. 1.8 Lenoirův dvojčinný dvoudobý plynový motor. patentované konstrukce prokázal na malém modelu. Po udělení patentu však v dalším vývoji nepokračoval a tak se jeho práce stala pouze historickou epizodou. Za tvůrce prvního použitelného plynového motoru je označován belgický vynálezce žijící v Paříži J.J.Etienne Lenoir 10, obr 1.8. V roce 1860 staví dvojčinný dvoudobý motor s šoupátkovým rozvodem a se zapalováním svítiplynu pomocí elektrické jiskry. Používání jeho motorů se značně rozšířilo. Vyrobeno bylo přibližně 3000 kusů o výkonu od jednoho do devíti koňských sil. Sám autor v letech 1860 až 1863 staví vozidlo poháněné svým plynovým motorem. U tohoto motoru nahradil svítiplyn parami získávanými odpařováním benzínu a tím jako první zavedl používání kapalného paliva pro pohon vozidlového motoru. V září 1863 uskutečnil s tímto vozidlem cestu z Paříže do Joinville-le-Pont a zpět. S plynovými motory začíná také německý vynálezce N.A.Otto 11. V roce 1867 staví společně s E.Langenem atmosférický plynový motor. I přes značnou hlučnost tohoto motoru se vzhledem k nízké spotřebě plynu osvědčil a začal se v roce 1872 sériově vyrábět. Výkon těchto motorů byl od 1/4 do 3 koňských sil při šedesáti otáčkách za minutu. Zapalování bylo řešeno pomocí plynového plamínku odkrývaného ve vhodný okamžik šoupátkem. Další zvyšování výkonu u těchto 9 Philippe Lebon (1769-1804) 10 Jean Joseph Etienne Lenoir (1822-1900) 11 Nikolas August Otto (1832-1891) 9

Obr. 1.9 Vývoj Ottova čtyřdobého motoru atmosférických motorů nebylo možné. Protože však zákazníci požadovali vyšší výkon motorů pokusil se Otto o dosažení vyššího výkonu u dvoudobého plynového motoru Leniorova.. Výsledkem byl čtyřdobý plynový motor s předběžným stlačením směsi ve válci, obr. 1.9. Na tento motor dostává Otto v roce 1877 patent č. 532. Tento rok je také uznán jako rok vzniku moderního čtyřdobého spalovacího motoru. Za vynálezce moderního dvoudobého motoru je obecně označován skotský inženýr Duglas Clerk. V roce 1878 postavil dvouválcový motor jehož jeden válec sloužil ke stlačování směsi vzduchu a plynu, a druhý válec, do nějž byla stlačená směs přepouštěna byl pracovní. Na dvoudobý plynový spalovací motor dostává v roce 1879 německý patent K. Benz 12. Benz se však proslavil až svými automobily se spalovacími motory vlastní konstrukce. První tříkolové vozidlo, obr. 1.10, vyjelo z Benzovy dílny na jaře roku 1885 a patent obdržel v lednu 1886. Vozidlo bylo poháněno čtyřdobým motorem o výkonu 0.5 kw při 450 otáčkách za minutu. Tento motor měl již zapalování elektrickou jiskrou. I když v patentním spise je uveden vůz na pohon plynem, byl pohonnou látkou ligroin, což je velmi starý název pro lehký benzin, v té době odpad při výrobě petroleje. Benzinové páry se získávaly zahříváním nádržky s benzínem výfukovými plyny a směšovány se vzduchem byly tak, že vzduch nasávaný do válce motoru byl přes nádržku s benzínem prosáván. Chlazení válce motoru bylo zabezpečeno odpařováním vody. Od roku 1888 jsou tyto automobily vyráběny sériově. V roce 1899 vyjíždělo z Benzova závodu v Mannheimu téměř 600 automobilů ročně. Nevýhodou Benzových motorů byl malý výkon a vysoká hmotnost. Další z německých vynálezců Gottlieb Daimler 13, technický ředitel továrny na plynové motory v Deutzu, se snažil o zvýšení výkonu motorů zvýšením otáček motoru. Poznal, že základním omezením je Obr. 1.10 První automobil sestrojený K. Benzem Obr. 1.11 Zapalování žárovou trubkou nízkonapěťové elektrické zapalování, u kterého jiskry přeskakují na elektrodách svíčky nepravidelně a není možno jejich intenzitu dostatečně zvýšit. Řešení nalezl v zapalování pomocí žhavící trubičky. Žhavící trubička procházející stěnou hlavy válce byla zahřívána zvenku malým plamínkem. V průběhu komprese je čerstvá směs zatlačena do trubičky a tam se od žhavé stěny vznítí. Schéma provedení takovéhoto motoru z roku 1883 je uvedeno na obr. 1.11. Spolehlivost tohoto zapalování vedla ke zvýšení otáček motoru na 900 za minutu. To umožnilo stavbu lehkého a na svou dobu i rychloběžného motoru, obr. 1.12. 12 Karl Benz (1844-1929) 13 Gottlieb Daimler(1834-1900) 10

Výkonová hmotnost motoru poklesla z 220 kg. kw -1 Ottova motoru na 45 kg.kw -1. Malých rozměrů jednoválcového motoru využil v roce 1885 Daimler k zástavbě motoru do dřevěného rámu prvního motocyklu, obr. 1.13. V roce 1886 pak Deimler postavil motorový kočár jehož motor byl chlazen ventilátorem. Přípravu směsi zajišťoval odpařovací Obr. 1.12 Deimlerův dvouválcový motor z roku 1888 Obr.1.13 Deimlerův motocykl karburátor. Dalšího zvýšení otáček zážehových motorů bylo dosaženo v roce 1894 pomocí bateriového odtrhovacího zapalování jehož vynálezcem je francouzský hrabě de Dion. Jeho pokusný jednoválcový motorek dosahoval 3000 otáček za minutu. Dalším mezníkem ve vývoji pístového spalovacího motoru je rok 1893. Wilhelm Maybach konstruuje první karburátor využívající na tvorbu směsi paliva se vzduchem podtlaku, vytvořeného v zúženém místě sacího potrubí, a odsávajícího kapalné palivo z odměřovací trysky. Jedná se tedy o princip na němž je založena funkce novodobých karburátorů. Do té doby byly používány převážně karburátory odpařovací. Bouřlivý rozvoj motorismu a zvláště pak aviatiky způsobil, že prakticky do roku 1910 byly, z hlediska uspořádání válců, zkonstruovány všechny základní typy motorů, viz obr. 1.14. Motor s válci v jedné řadě chlazený kapalinou 4, dvouřadový motor s válci do " V " chlazený kapalinou 5, dvouřadový motor s úhlem mezi válci 180, tzv. " boxer ", chlazený kapalinou 1, motor s třemi řadami válců uspořádanými do " W ", chlazený vzduchem 2 14 a rotační hvězdicový motor 3. Poslední motor 3, (vyráběný firmou Gnôme), je zajímavý tím, že klikový hřídel motoru je napevno spojen s trupem letadla a otáčí se válce s připojenou vrtulí. Důvodem byla snaha o zamezení přehřívání motoru při startu a popojíždění na zemi. Obr. 1.14 Letecké motory používané v roce 1910 : 1 - Darracq, 2 - Anzani, 3 - Gnóme,4 - Panhard & Levassor, 5 - E.N.V. 14 S tímto motorem přeletěl Louis Blériot, jako první, 25.7.1909 Lamanšský průliv 11

První nákladní automobil, (nosnost 5t), se zážehovým motorem o výkonu 10 koňských sil vyrobila automobilka Daimler-Benz pro firmu British Motor Syndicate v roce 1896. V té době již jezdilo po evropských silnicích množství parních nákladních automobilů, které se udržely v běžném provozu až do roku 1940. 1.2.1.1 Přeplňování zážehových motorů Již v počátcích vývoje spalovacích motorů zjistili konstruktéři, že zvýšení výkonu hotového motoru je možné pouze současným zvýšením dodávky paliva a vzduchu do válce motoru. Patent na mechanicky poháněné odstředivé dmychadlo, pro zvýšení množství vzduchu dopravovaného do válce motoru, získal v roce 1902 Louis Renault. Američan Chadwick použil v roce 1907 poprvé rotační lopatkové dmychadlo pro přeplňování motoru závodního automobilu a roce 1908 pak, jako první, použil turbínou poháněné dmychadlo.na evropském kontinentě poprvé vyhrál v roce Obr. 1.15 Motor přeplňovaný dmychadlem Roots 12 1921 závod Sailer Copa Florio vůz s přeplňovaným motorem. Byl to Deimler - Benz s typovým označením 28/95 PS. Tentýž motor byl montován do sériově vyráběných sportovních vozů, viz obr. 1.15. První automobil s přeplňovaným motorem startující na Grand Prix postavil pro rok 1923 Fiat. Byl to dvoulitrový osmiválcový motor přeplňovaný rotačním lopatkovým dmychadlem, které však již v tomtéž roce bylo nahrazeno dmychadlem Roots. Tato dmychadla se pak používala až do začátku druhé světové války. I když pro svůj pohon spotřebovávala až 20% jmenovitého výkonu motoru byl výsledný výkon motorů velmi vysoký. Např. nejvýkonnější Mercedes typ M 125 měl v roce 1937 výkon 475 kw. Jednalo se o řadový osmiválcový motor o objemu 5663 cm 3 s čtyřventilovou hlavou, rozvodem DOHC, přeplňovaný dvěmi sériově zařazenými Rootsovými dmychadly. Takovéto výkony byly při dané úrovni stavby podvozků nezvládnutelné a docházelo často k haváriím, které postihovaly i diváky. Proto byly od roku 1938 stanoveny mezní objemy pro motory přeplňované a motory nepřeplňované, viz tab.1. Tab.1 Mezní hodnoty zdvihového objemu přeplňovaných a nepřeplňovaných motorů F1 platí od roku přeplňované motory V Z [cm 3 ] poměr nepřeplňované motory V Z [cm 3 ] 1938 3000 1 : 1.5 4500 1951 1500 1 : 3 4500 1954 750 1: 3.3 2500 1966 1500 1 : 2 3000 1987 1500 1 : 2.3 3500 1989 pouze nepřeplňované motory 3500 Přeplňování motorů pomocí turbodmychadla, tj. odstředivého dmychadla poháněného turbínou na výfukové plyny, navrhl v roce 1905 německý inženýr Alfred Büchi. Prakticky bylo použito, u velkého stacionárního motoru, až v roce 1925.Významného rozšíření dosáhlo použití turbodmychadel u leteckých pístových motorů druhé světové války.

Obr. 1.16 Motor URE 250 Zážehový motor přeplňovaný turbodmychadly prokázal svoje výkonové možnosti na motorech závodních automobilů F1. V roce 1977 se objevil na závodní dráze v Silverstone automobil Renault - Elf RS 01 s přeplňovaným motorem o zdvihovém objemu 1.5 l a zahájil tak novou éru motorů formule 1. Pro přílišný nárůst výkonu těchto motorů,motor Honda RA 166E dosahoval i při omezení plnícího tlaku na 400 kpa při otáčkách n = 11500 min -1 výkon 830 kw (1128 k), bylo od roku 1989 přeplňování motorů vozů F1 zakázáno. Tak jako u motorů závodních monopostů i u motocyklových závodních motorů objevuje přeplňování mechanickým dmychadlem. Firma DKW používá pístové dmychadlo od roku 1926. Na obr. 1.16 je ukázán motor závodního motocyklu Ure 250 z roku 1933. Jedná se jednoválcový, dvoupístový, dvoudobý U motor s pístovým kompresorem a řízením sání směsi paliva a oleje se vzduchem jazýčkovým ventilem. V roce 1939 byl pístový kompresor nahrazen rotačním dmychadlem U současných zážehových motorů je přeplňování poměrně málo používáno. Přeplňované motory, a to jak s mechanicky poháněnými dmychadly tak i turbodmychadly, se v malých počtech objevují u vysoce výkonných sportovních automobilů. 1.2.1.2 Vstřikování benzínu První motory s přímým vstřikem benzínu do válce motoru, vyráběné sériově, byly německé letecké motory používané ve druhé světové válce. Jejich výhodou byl,v porovnání s karburátorovou verzí, výkon vyšší až o 20% a nezávislost funkce systému přípravy směsi paliva se vzduchem na směru působících setrvačných sil. Již v průběhu války byly v Německu zkoušeny automobilové motory s kontinuálním vstřikem benzínu do směšovací komory nahrazující karburátor. Na základě těchto zkušeností se v padesátých letech v Německu objevuje malý dvoudobý, dvouválcový motor s přímým vstřikem benzínu do válce motoru. Měl objem 700 cm 3 a byl pohonnou jednotkou malého automobilu " Gogomobil ". Do téhož období spadá i výroba vysoce výkonného čtyřdobého motoru s přímým vstřikem benzínu do válce motoru pro sportovní automobil Mercedes 300 SL, viz obr.1.17. Zkušenosti s tímto sportovním vozem a jeho motorem, byly v roce 1954 využity ve stavbě závodního automobilu pro Formuli 1. Jednalo se o Mercedes W 196. Konkurenční motory BMW využívaly v téže době nepřímé vstřikování benzínu do prostoru sacího ventilu. Toto řešení přinášelo výhodu v nižších vstřikovacích tlacích a v menším nebezpečí Obr. 1.17 Motor automobilu Mercedes 300 SL poškození vstřikovací trysky, která je u přímého vstřiku v kontaktu s horkými produkty hoření ve 13

válci motoru. Tento způsob tvorby směsi benzínu se vzduchem u motorů vozů F1 postupně nahradil karburátory. U motorů osobních automobilů se objevuje nepřímé vstřikování benzínu v souvislosti s nárůstem požadavků na snížení emisí. Požadovaný pokles obsahu škodlivých látek ve výfukových plynech, bylo schopno zajistit pouze elektronicky řízené vstřikování benzínu, ve spolupráci s katalyzačním tlumičem a λ-sondou. V první etapě bylo používáno tzv. "jednobodové vstřikování", při němž je palivo vstřikováno jedním vstřikovacím ventilem v místě, kde byl dříve umístěn karburátor. Dokonalejší řešení, představuje tzv. "vícebodový vstřik", při němž je palivo vstřikováno do prostoru sacího ventilu příslušného válce. Prakticky všechny nové automobilní motory využívají tento způsob tvorby směsi, který zabezpečuje plnění všech současných emisních limitů. Obr.1.18 Motor MITSUBISHI 4G93-DOHC-GDI V souvislostí s vývojem motorů zaměřeným na snížení spotřeby paliva se znovu objevuje přímý vstřik benzínu do válce motoru. První z nové generace těchto motorů byl v roce 1998 motor MITSUBISHI 4G93- DOHC-GDI, viz obr. 1.18. Při nahrazení klasického motoru s vícebodovým vstřikem a rozvodem DOHC o stejném objemu ve vozidle CARISMA, došlo ke snížení spotřeby paliva o 20%, přičemž maximální výkon a točivý moment vzrostli o 10 %. V současné době vyrábí tento typ motorů většina výrobců. Potenciální úspora paliva při přechodu z nepřímého vstřiku na přímé vstřikování paliva do válce motoru je zřejmá z obr. 1.19. Příprava směsi benzínu se vzduchem pomocí karburátoru je využívána pouze u některých motocyklových motorů a motorů malé mechanizace. 1.2.1.3 Wankelův motor Velkou nevýhodou klasických pístových motorů je přímočarý pohyb pístu, který je pomocí klikového ústrojí převáděn na pohyb rotační. Při práci motoru vznikají setrvačné a odstředivé síly, které je nutno vyvážit. U většiny motorů je úplné vyvážení nemožné a tak se tyto síly a silové dvojice (momenty) projevují navenek ve formě vibrací a hluku. Snaha vynálezců odstranit tyto nepříjemné vlastnosti pístových motorů vedla ke konstrukci motorů s rotačním pohybem pístu. Od počátku vývoje zážehových motorů do dnešních dnů se objevuje velká řada patentů, viz lit. [9]. Z mnoha motorů se do sériové výroby dostal pouze Wankelův motor. V roce 1964 začíná vyrábět firma NSU automobil NSU-Spider s Wanklovým motorem označeným KKM-502. Princip práce Wankelova motoru, s uvedením analogických pracovních dějů u motorů s přímočarým pohybem pístu, je uveden na obr. 1.20. V ostatních dvou objemech probíhají 14 Obr. 1.19 Potenciál přímého vstřiku

Obr. 1.20 Princip práce Wankelova motoru stejné, fázově posunuté procesy. Ukázka prvního sériově vyráběného motoru je uvedena na obr. 1.21.V současné době je ve světě sériově vyráběn pouze automobil MAZDA RX-Evolv s Wankelovým motorem o výkonu 206 kw. Důvodem poklesu zájmu automobilek o výrobu a použití tohoto motoru byly problémy s životností těsnících lišt, velkou měrnou efektivní spotřebou paliva, velkou spotřebou oleje i vyššími emisemi HC a CO v porovnání s klasickým pístovým motorem. Obr. 1.21 Řez motorem NSU 1 skříň, 2 píst, 3 víko skříně, 4 radiální těsnící lišta, 5 těsnící kroužek, 6 axiální těsnící lišty, 7 spodní víko, a sací kanál, b výfukový kanál 15

1.2.2 VZNĚTOVÝ MOTOR Při pokusu o praktické uskutečnění ideálního oběhu Carnotova vytvořil Rudolf Diesel 15 vznětový motor, který má ze všech doposud realizovaných tepelných motorů nejvyšší účinnost. Po rozsáhlých teoretických pracích, získává v roce 1892 na tento motor patent. Motor prokázal vysokou ekonomičnost, ale pro značné rozměry, hmotnost a složitost vysokotlakého kompresoru, který u prvních Dieselových motorů zabezpečoval dopravu paliva do válce v proudu stlačeného vzduchu, byly tyto motory používány, jako motory stabilní nebo motory lodní. Teprve náhrada kompresoru vstřikovacím čerpadlem umožnila zmenšení rozměrů a snížení celkové hmotnosti motoru tak, aby byl použitelný i ve vozidle. Roku 1910 vyřešil James Kechnie, ředitel anglické továrny Vickers, problém přímého vstřiku paliva do válce motoru. Vývoj a použití těchto motorů je popsán v tabulce. Vývoj velkých vznětových motorů 1897 První chod Dieselova motoru s účinností ηe = 26,2 % ( Maschinenfabrik Augsburg). 1898 První použití dvouválcového vznětového motoru (2 x 30 k při n = 180 min-1) v továrně na zápalky v Kemptenu. 1899 První dvoudobý vznětový motor MAN. 1899 První křižákový vznětový motor, typ W ( Gasmotorenfabrik Deutz). 1901 První motor s vyplachovacím pístem MAN, typ DM 70. 1903 První zástavba dvoudobého vznětového motoru o výkonu 25 k na říční loď. 1904 První elektrárna se vznětovými motory MAN o výkonu 4 x 400 k (Kijev). 1906 První dvoudobý vznětový lodní motor o výkonu 100 k na válec (z/d = 250/155) 1951 První vysoce přeplňovaný vznětový motor (MAN 6KV30/45), ηe = 44,5 % Vývoj rychloběžných vznětových motorů pro vozidla 1898 První chod čtyřdobého, vznětového, dvouválcového motoru s protiběžnými písty o výkonu 5k u firmy MAN. 1910 Vysokotlaké vstřikování. 1912 První bezkompresorový vznětový motor Deutz vyráběný sériově. 1913 První lokomotiva se dvoudobým, čtyřtaktním vznětovým motorem Sulzer (1000k). 1914 První diesel elektrická lokomotiva. 1924 První motor pro nákladní automobil s přímým vstřikem paliva (MAN), komůrkový (Deimler-Benz). 1931 První letecký vznětový motor (dvoudobý,šestiválcový s protiběžnými písty JUMO 204 firmy Junkers, výkon 530 kw, výkonová hmotnost 1,0 kg/k). 1936 První vznětový motor s předkomůrkou pro osobní automobil Deimler - Benz typ 260 D 1953 První vznětový motor s vírovou komůrkou pro osobní automobil Fiat. 1978 První komůrkový vznětový motor pro osobní automobil s turbodmychadlam (Deimler- Benz AG). 1988 První vznětový motor s přímým vstřikem paliva pro osobní automobil (Fiat). 1989 První vznětový motor s přímým vstřikem paliva a turbodmychadlem pro osobní automobil (Audi 100 DI). 1996 První vznětový motor s přímým vstřikem paliva a čtyřmi ventily na válec pro osobní automobil (Opel Ecotec). 1997 První vznětový motor s přímým vstřikem paliva přeplňovaný turbodmychadlem s proměnnou geometrií turbíny a vysokotlakým vstřikováním Common - Rail pro osobní automobil (Fiat). 15 Rudolf Diesel (1858-1913) 16

1.2.3 SPALOVACÍ TURBÍNA Všechna současná dopravní a vojenská letadla jsou poháněna spalovací turbínou. Své uplatnění našla u vrtulníků, lokomotiv i v námořní dopravě. Charakteristické pro provozní režim takto používaných spalovacích turbín je práce prakticky při ustáleném režimu, který bývá režimem návrhovým, tedy režimem s minimální spotřebou. Jakákoliv odchylka od tohoto režimu do oblasti částečných zatížení vede k prudkému nárůstu spotřeby paliva. Proto také její použití na vozidlech je omezeno na vojenská vozidla, např. americký tank Abrams. Při použití spalovací turbíny pro pohon osobních a nákladních automobilů je vhodné pouze dvouhřídelové provedení turbíny, viz obr. 1.22, které zabezpečuje výrazný nárůst točivého momentu, tedy i tahové síly, při poklesu otáček motoru vyvolaného zvětšujícím se zatížením. V padesátých letech se zdálo, že spalovací turbína bude perspektivním druhem pohonu silničních vozidel. Všechny větší automobilky zahájili vývoj a většina jich vyrobila i vzorek vozidla. Pouze automobilka Rover, která vytvořila řadu funkčních vzorků dotáhla vývoj tak daleko, že se její spalovací turbíny vestavěné do podvozků BRM zúčastnily v roce 1963 a 1965 závodu 24 hodin Le Mans. Později se objevil malý počet vozů s turbinou zabudovanou do vozu Rover 2000 i v silničním provozu. Vývoj vozidlových turbin, i když v omezeném rozsahu, pokračuje u vedoucích automobilových firem i v současné době. Hlavním směrem výzkumu je snížení měrné spotřeby paliva pomocí zvýšení teploty spalin před turbinou. Potřebné zvýšení teploty na cca. 1500 o C je možné pouze při použití keramických materiálů v rozváděcím ústrojí a na lopatkách rotoru turbíny. spaliny V palivo PT SK spaliny R K T1 T2 P VB vzduch S H H - předlohový hřídel S - prokluzová spojka T 1 - generátorová turbína VB - volnoběžka T 2 - hnací turbína R - ústrojí k natáčení rozváděcích lopatek K - kompresor turbíny T 2 V - rotační výměník tepla SK - spalovací komora P - převod redukující výstupní otáčky PT - palivová tryska Obr. 1.22 Schéma dvouhřídelové vozidlové turbíny 17

1.3 SPALOVACÍ MOTORY S VNĚJŠÍM SPALOVÁNÍM 1.3.1 STIRLINGŮV MOTOR Robert Stirling 16, skotský pastor, si nechal v roce 1816 patentovat stroj, který vyvíjí mechanickou sílu pomocí ohřátého vzduchu, viz schéma na obr. 1.23. V roce 1845 byl první takovýto motor postaven v jedné dánské slévárně a pak ještě několik málo motorů v průběhu osmdesátých a devadesátých let devatenáctého století. Renesance Stirlingova motoru začala v roce 1938 a vrcholu dosáhla v osmdesátých létech, v době ropné krize. Výhodou tohoto motoru s vnějším spalováním je nízký obsah škodlivin ve spalinách, nízká hlučnost a možnost použití libovolného zdroje tepla. Nevýhodou, která brání významnějšímu rozšíření Stirlingova motoru, je značná složitost konstrukce a tedy i vysoká cena. Obr. 1.23 Schéma Stirlingova motoru 16 Robert Stirling (1790-1878) 18

2. ZÁKLADNÍ KONCEPCE PÍSTOVÝCH SPALOVACÍCH MOTORŮ Základní koncepce konstrukčního řešení pístového spalovacího motoru je určována jeho použitím. Z tohoto pohledu dobře charakterizuje jednotlivé kategorie motorů rozpětí jmenovitého výkonu a jmenovitých otáček. Na obr. 2.1 jsou uvedeny oblasti zahrnující charakteristická rozpětí výše uvedených parametrů pro jednotlivé kategorie motorů : P j [kw] 10000 1000 100 10 1 0 F E D B 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 n j. 10-3 [min -1 ] Obr. 2.1 Kategorie motorů dle jejich použití C A A - malé modelářské motory, B - motory malých motocyklů, mopedů a malé zemědělské a stavební mechanizace, C - motory cestovních a sportovních motocyklů, D - motory osobních automobilů, E - motory nákladních automobilů, autobusů, traktorů, stacionární motory průmyslové, drážní a malé lodní motory, F - velké lodní a drážní motory, stacionární motory plynové. 2.1 MOTORY MALÝCH MOTOCYKLŮ, MOPEDŮ Tato kategorie motorů je na obr. 2.1 vymezena oblastí B. Pro tuto kategorii motorů je charakteristický jednoválcový, dvoudobý, vzduchem nebo vodou chlazený motor se ztrátovým mazáním olejem v palivu. U starších motorů je používáno klasické tříkanálové provedení rozvodu motoru u novějších je sání motoru řízeno jazýčkovým ventilem. Tlumič hluku výfuku je opatřen rozměrným výfukovým rezonátorem a účinným tlumičem hluku. Rozsah základních konstrukčních parametrů charakteristických pro dvoudobé zážehové motory malých motocyklů a mopedů je uveden v tab. 2.1. Základní požadavky na tento typ motorů : velké rozpětí otáček v němž je dosahován vysoký kroutící moment motoru, velká životnost motoru, který pracuje po 70% provozní doby v režimu maximálního výkonu a maximálních otáček, minimální nároky na obsluhu a údržbu, snadné spouštění, plnění legislativních požadavků pro provoz vozidla na pozemních komunikacích, tj. hluk, vibrace, emise. 19

Tab. 2.1 Meze konstrukčních parametrů dvoudobých zážehových motorů malých motocyklů a mopedů PARAMETR ROZSAH počet válců 1 vrtání [mm] 36 50 zdvih [mm] 36 50 zdvihový objem [cm 3 ] 50 100 měrný výkon [kw.dm -3 ] 20 100 měrná hmotnost [kg.kw -1 ] 0.8 4 jmenovitý výkon [kw] 1 10 otáčky jmenovitého výkonu [min -1 ] 3000 11 000 Vzhledem ke konstrukci rámů mopedů a malých motocyklů, řešených z hlediska snadného nastupování, bývá válec motoru značně skloněn, často až do vodorovné polohy. To však přináší problémy s ohřevem klikové skříně motoru. Horký vzduch ohřátý na žebrech hlavy motoru proudí na žebra válce motoru, kde se dále ohřívá. Takto ohřátý vzduch obtéká klikovou skříň motoru a zvyšuje teplotu její stěny. V důsledku ohřevu nasávané směsi klesá objemová účinnost a tím i výkon motoru. Toto, tak zvané vadnutí motoru se projevuje zvláště při vyšších teplotách vzduchu a při jízdě do kopce. Příklad provedení dvoudobého, kapalinou chlazeného, zážehového motoru malého motocyklu je uveden na obr. 2.2. Zapalovací svíčka 1 je centrálně umístěna v půlkulovém spalovacím prostoru hlavy válce 2. Hlava válce z hliníkových slitin je spolu s válcem motoru 3 přišroubována dlouhými svorníky ke klikové skříni motoru 7. Válec 3 bývá odlit buď z litiny, nebo z hliníkové slitiny opatřené litinovým pouzdrem, případně s vnitřní plochou pochromovanou nebo upravenou metodou nikasil. Píst z hliníkové slitiny 5 je opatřen jedním nebo dvěma pístními kroužky. Je spojen ojnicí se skládaným klikovým hřídelem 6, který je uložen v bloku motoru 7 na kuličkových ložiscích. Vzduch je nasáván do spodního kompresního prostoru klikové skříně motoru přes uklidňovací komoru se vzduchovým filtrem 11. Směs paliva se vzduchem vytvářená v karburátoru 12 je sacím potrubím 13 přiváděna k jazýčkovému ventilu, který řídí průběh sání. U starších provedení motorů, tzv. tříkanálových, je sání řízeno spodní hranou pístu. Rozmezí rozvodových úhlů je uvedeno v tab. 2.2. Tab. 2.2 Časování rozvodu dvoudobých motorů mopedů a malých motocyklů ROZVOD ÚHEL OTEVŘENÍ [ ] výfuk 110 160 přepouštění 100 120 sání - symetrický rozvod řízený spodní hranou pístu 140 175 20

Přepouštění stlačené směsi ze spodního kompresního prostoru nad píst přepouštěcími kanály 15 je řízeno horní hranou pístu. Taktéž výfuk je ovládán horní hranou pístu. Spaliny, odcházející z válce motoru, jsou přiváděny výfukovým kolenem 4 do výfukového rezonátoru 8 a z něj pak do tlumiče hluku 10. Ve výfukovém rezonátoru 8 může být zabudován katalyzační tlumič 9. vzduch 11 12 13 14 15 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Obr. 2.2 Konstrukční provedení motoru malého motocyklu nebo mopedu 2.2 MOTORY CESTOVNÍCH A SPORTOVNÍCH MOTOCYKLŮ Základní parametry těchto motorů odpovídají skupině C, uvedené na obr. 2.1. Jedná se o jednoválcové nebo víceválcové vysokootáčkové dvoudobé nebo čtyřdobé zážehové motory. V objemové třídě do 250 cm 3 převládají motory dvoudobé, nad tento objem pak motory čtyřdobé. Moderní dvoudobé motory jsou chlazeny vzduchem nebo kapalinou, sání je řízeno jazýčkovým ventilem, zapalování je elektronické bezkontaktní s regulací předstihu zážehu. Rezonanční výfukové potrubí s automaticky řízenou přívěrou ve výfukovém kanále rozšiřuje otáčkovou oblast vysokého kroutícího momentu. Směs paliva se vzduchem je v převážné míře připravována pomocí karburátoru. Čtyřdobé motocyklové motory se vyznačují rozvodem OHC nebo DOHC, převážně kapalinovým chlazením a širokým využitím elektroniky pro řízení práce motoru. Přípravu směsi paliva se vzduchem zabezpečuje karburátor. Objevují se však i motory se vstřikem paliva do sacího potrubí a motory přeplňované turbodmychadlem. Meze konstrukčních parametrů motocyklových motorů jsou natolik široké, že je není možno specifikovat rozmezím v tabulce, jako u předchozích motorů. Základní požadavky na tento typ motorů : dosažení vysokého objemového výkonu motoru [kw.l -1 ], nízká měrná hmotnost motoru [kg.kw -1 ], co nejširší otáčkový rozsah v němž je dosahován vysoký kroutící moment, vysoká provozní spolehlivost, 21

splnění legislativních požadavků na hlučnost, vibrace a obsah škodlivých exhalátů ve výfukových plynech. Na obr. 2.3 je schematicky uvedeno základní uspořádání válců motocyklových motorů. Řadové motory a d, motory do V, nebo-li vidlicové motory e, g, případně j. Zvláštním případem vidlicového motoru je motor h s úhlem rozevření válců 180, tzv. boxer. Uspořádání motoru s dvěmi klikovými hřídeli je označeno i. Maximální počet válců řadových a vidlicových motorů je 6. V rámu motocyklu jsou motory uloženy tak, že směr jízdy motocyklu vzhledem k uspořádání válců je I nebo II. U tříválcového motoru i je směr jízdy obrácený směru I. I a b c d e g II h i j Obr. 2.3 Základní uspořádání válců motocyklových motorů 2.2.1 DVOUDOBÝ MOTOR SPORTOVNÍCH A CESTOVNÍCH MOTOCYKLŮ Nejčastější uspořádání dvoudobého motocyklového je uvedeno na obr. 2.4. Vzduch nasávaný do klikové skříně motoru vstupuje přes komoru tlumiče hluku sání 1, v níž je zabudován čistič vzduchu, do karburátoru 2. Pryžovým spojovacím kolenem 16 je směs 5 4 3 2 1 6 vzduch 7 8 9 10 11 16 12 13 14 15 Obr. 2.4 Konstrukční schéma dvoudobého motocyklového motoru 22

paliva se vzduchem vedena přes jazýčkový sací ventil 4 do klikové skříně motoru. Se sacím kolenem může být propojena pulsační komora 3, která zlepšuje bohatost směsi nasávané do klikové skříně při prudké akceleraci motoru. Soustavou přepouštěcích kanálů se komprimovaná směs dostává do válce motoru 8. Kapalinou, nebo vzduchem chlazený válec bývá odlit z hliníkové slitiny, přičemž vnitřní činná plocha, po které se pohybuje píst bývá galvanicky pokovena chrómem, nebo nikasilem. Spalovací prostor motoru uzavírá hlava z lehké slitiny 5. Kompaktní, symetrický spalovací prostor v hlavě má centrálně umístěnou zapalovací svíčku. Hlava 3 a válec motoru 8 jsou ke klikové skříni 11 připevněny dlouhými svorníky. U kapalinou chlazených motorů zabezpečují těsnost mezi hlavou 5 a válcem 8 silikonové O kroužky 6. Vratné vyplachování válce motoru zabezpečuje, vedle soustavy přepouštěcích kanálů a vhodného tvarování dna pístu 9, i systém výfukových kanálů s regulačním šoupátkem 7. Šoupátko, buď ploché, nebo rotační, mění výšku výfukového kanálu, čímž dochází ke změně počátku a konce otevření výfukového kanálu. Poloha šoupátka je řízena v závislosti na otáčkách motoru tak, aby rozsah otáček v němž je zabezpečena funkce výfukového rezonátoru a motorem je tak dosahován vysoký točivý moment byl co největší. Píst 9 z hliníkových slitin je odléván, případně u vysoce namáhaných pístů kován. Je opatřen jedním, maximálně dvěma úzkými ocelovými pístními kroužky. S ojnicí je propojen pístním čepem, který je v pístu uložen volně ( plovoucí pístní čep) a v ojničním oku pomocí jehlového ložiska. Spodní, nedělené oko ojnice je uloženo pomocí jehlového ložiska na ojničním čepu skládaného klikového hřídele 10. Klikový hřídel 10 je uložen na valivých ložiscích zalisovaných do klikové skříně 11. Ložiska jsou mazána olejem přiváděným do skříně ve směsi paliva a vzduchu. U výkonných motorů je v některých případech dodáván tlakový olej pomocí olejového čerpadla přímo k ložiskům. Utěsnění klikové skříně 8, v místě průchodu klikového hřídele vůči okolí, nebo u víceválcových motorů mezi jednotlivými prostory spodní komprese, je zabezpečeno hřídelovými těsnícími kroužky. Dosažení vhodného průběhu točivého momentu motoru zabezpečuje výfukový rezonátor 13 v součinnosti s výfukovou přívěrou 7. Utlumení hluku odcházejících spalin zabezpečuje tlumící koncovka 15. Snížení škodlivin obsažených ve výfukových plynech je řešeno pomocí oxidačního katalyzátoru 14. Vzhledem ke značnému odvodu tepla z odcházejících spalin velkým povrchem výfukového rezonátoru, by ohřátí katalyzátoru 14 na provozní teplotu bylo zdlouhavé. Rychlejší náběh teploty katalyzátoru 14 zabezpečuje pomocný oxidační katalyzátor 12 umístěný blízko výfukového kanálu válce motoru. Časování rozvodu dvoudobých motocyklových motorů je uvedeno v tab. 2.3. Tab. 2.3 Časování rozvodu dvoudobých motocyklových motorů ROZVOD ÚHEL OTEVŘENÍ [ ] výfuk 155 200 přepouštění 115 132 sání - symetrický rozvod řízený spodní hranou pístu 130 190 - šoupátkový rozvod SO *) 25 45 po DÚ SZ *) 40 80 po HÚ *) SO - sací kanál se otvírá, SZ - sací kanál se zavírá Příklad řešení vzduchem chlazeného dvoudobého motoru cestovního motocyklu MZ 175 cm 3 je uveden na obr. 2.5. Hlava válce 2 s půlkulovým spalovacím prostorem 1 s centrálně umístěnou zapalovací svíčkou je dlouhými svorníky spolu s válcem 4 připevněna k motorové skříní. Válec motoru 4 je z hliníkové slitiny a opatřen zalitou litinovou vložkou 3. Skládaný klikový hřídel 5 je uložen ve valivých ložiscích 8. Mazání ložisek je zabezpečeno olejovou náplní v převodovce motoru o čemž svědčí umístění hřídelových ucpávek 7. Mazání 23

ojničního jehlového ložiska 6 je řešeno olejem přiváděným do skříně motoru ve směsi paliva se vzduchem. 2.2.2 ČTYŘDOBÝ MOTOR SPORTOVNÍCH A CESTOVNÍCH MOTOCYKLŮ Konstrukce čtyřdobého motocyklového motoru je charakterizována ventilovým Obr. 2.5 Dvoudobý motocyklový motor MZ 175 cm -3 rozvodem. Nejčastěji bývá použit rozvod OHC s jednou vačkovou hřídelí v hlavě válců. Motory jsou chlazené vzduchem, nebo kapalinou a konstrukčně jsou velmi podobné nízkoobjemovým karburátorovým motorům pro osobní automobily. Na rozdíl od automobilních motorů je v některých případech použit dělený klikový hřídel uložený v klikové skříni motoru na valivých ložiscích. V tomto případě je velké oko ojnice nedělené a na klikovém čepu bývá uloženo na jehlových ložiscích. Časování rozvodu je uvedeno v tab. 2.4. Na obr. 2.6 je uvedeno uspořádání čtyřdobého dvouválcového motoru Honda o celkové objemu válců 250 cm 3. Klikový hřídel uložený na valivých ložiscích je slisován z pěti dílů. Ojnice jsou na klikovém hřídeli uloženy pomocí jehlových ložisek, k nímž je olej z oběhového čerpadla přiváděn kanálky vrtanými v klikovém hřídeli. Pevný pístní čep zalisovaný do ojničního oka se otáčí v nálitcích pístu z hliníkové slitiny. Píst je opatřen dvěmi těsnícími a jedním stíracím kroužkem. Kliková skříň je dělená v horizontální rovině a je společná se skříní převodovky. Tab.2.4 Časování rozvodu čtyřdobých motocyklových motorů ROZVOD ÚHEL OTEVŘENÍ [ ] sání otvírá 30 60 před HÚ *) sání zavírá 40 80 po DÚ *) výfuk otvírá 50 90 před DÚ *) výfuk zavírá 40 80 po HÚ *) *) DÚ - dolní úvrať pístu, HÚ - horní úvrať pístu 24

Obr. 2.6 Čtyřdobý motocyklový motor Honda 250 cm -3 Hlava válce motoru 1 je připevněna spolu s válci 6 ke klikové skříni dlouhými svorníky. Ventilový rozvod OHC je řízen vačkovým hřídelem 2 uloženým v tlakově mazaných ložiscích. Ventily 9 jsou ovládány vahadly 10, přenášejícími pohyb od vačkových palců 3. Pohon vačkového hřídele zabezpečuje válečkový řetěz 5 spojující hnací kolo na klikovém hřídeli 8 2.3 MOTORY OSOBNÍCH AUTOMOBILŮ Na obr.2.1 jsou tyto motory zahrnuty do skupiny D. V současné době je charakteristickým zástupcem této skupiny je čtyřdobý, víceválcový, kapalinou chlazený, zážehový, nepřeplňovaný motor s vícebodovým vstřikem paliva a rozvodem OHC. V roce 1996 se znovu objevuje v sériové výrobě zážehový motor s přímým vstřikem benzinu do válce motoru. Z hlediska snížení spotřeby paliva při částečných zatíženích motoru se jeví jako velmi perspektivní. U vznětových motorů je z téhož důvodu perspektivní motor s přímým vstřikem paliva, přeplňovaný turbodmychadlem. Hlavní požadavky na motory pro osobní automobily jsou : vysoký objemový (litrový) výkon motoru [kw.l -1 ], malá měrná hmotnost [kg.kw -1 ], malé zástavbové rozměry motoru, nízká spotřeba paliva na všech provozních režimech motoru, vysoká spolehlivost, životnost a minimální údržba, splnění emisních limitů, technologičnost konstrukce motoru umožňující automatickou montáž. Typické provedení současného zážehového motoru pro automobil střední třídy je motor Opel 1,8 l, který je uveden v podélném a příčném řezu na obr. 2.7. Motor charakterizuje střechovitý spalovací prostor 9 se čtyřmi ventily 10 a 14 ovládanými dvojicí vačkových hřídelí 13 a 15 umístěných v hlavě válců 11. Jedná se tedy o 25