Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav techniky a automobilové dopravy. Přeplňování spalovacích motorů Bakalářská práce

Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav techniky a automobilové dopravy Přeplňování spalovacích motorů Bakalářská práce Vedoucí práce: Ing. Jiří Čupera, Ph.D. Vypracoval: Lukáš Krch Brno 2012

PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma Přeplňování spalovacích motorů vypracoval samostatně a použil jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém seznamu literatury. Bakalářská práce je školním dílem a může být použita ke komerčním účelům jen se souhlasem vedoucího bakalářské práce a děkana Agronomické fakulty Mendelovy univerzity v Brně. dne.. podpis studenta...

PODĚKOVÁNÍ Děkuji vedoucímu mé bakalářské práce Ing. Jiřímu Čuperovi, Ph.D. za odborné vedení a připomínky při zpracovávání této práce.

ABSTRAKT Bakalářská práce s názvem Přeplňování spalovacích motorů, se zabývá problematikou jednotlivých systémů přeplňování, včetně jejich výhod a nevýhod. Poukazuje také na to, k čemu přeplňování vlastně slouží. Největší část práce je věnována přeplňování pomocí turbodmychadel, jejichž použití je v současné době rozšířeno nejvíce. Dále jsou v práci zmíněny mechanická dmychadla (kompresory) a některé další způsoby přeplňování, jako je např. přeplňování tlakovým výměníkem. ABSTRACT Bachelor thesis entitled Supercharging of internal combustion engines, deals with each turbocharging systems, including their advantages and disadvantages. It also points out what actually supercharging is. The largest part is dedicated to supercharging using turbochargers, which application is currently the most common. Further, there are mentioned mechanical compressors (superchargers) and some other forms of supercharging, such as the supercharging with pressure exchanger.

KLÍČOVÁ SLOVA spalovací motory, přeplňování, turbodmychadlo, mechanické dmychadlo, tlakový výměník KEY WORDS combustion engines, turbocharging, turbocharger, mechanical aspiration, pressure exchanger

OBSAH ÚVOD... 8 Cíl práce... 9 1 PRACOVNÍ DIAGRAMY... 10 1.1 Nepřeplňovaný (atmosférický) motor... 10 1.2 Motor přeplňovaný mechanickým dmychadlem... 11 1.3 Motor přeplňovaný turbodmychadlem... 12 2 PŘEPLŇOVÁNÍ POMOCÍ TURBODMYCHADLA... 14 2.1 Princip... 15 2.2 Konstrukce... 16 2.3 Regulace turbodmychadla... 17 2.3.1 Odpouštěním výfukových plynů před turbínou... 17 2.3.2 Natáčením rozváděcím lopatek turbíny... 19 2.3.3 Řídící směrovou klapkou... 21 2.3.4 Změnou šířky statoru turbíny... 21 2.3.5 Kombinovaná regulace... 23 2.4 Nejčastější závady turbodmychadla a jeho příčiny... 24 2.5 Rozdělení dle tlaku... 27 2.6 Motor přeplňovaný turbodmychadlem / atmosférický motor... 27 2.7 Graf účinnosti turbodmychadla... 29 2.8 Trendy v koncepci... 30 2.8.1 BMW tri- turbo... 30 2.8.2 Kombinace mechanického dmychadla s turbodmychadlem... 31 2.9 Chlazení plnícího vzduchu... 32 3 PŘEPLŇOVÁNÍ MECHANICKÝM DMYCHADLEM... 33 3.1 Rootsovo dmychadlo... 33 3.2 Lysholmovo dmychadlo... 35 3.3 G- dmychadlo... 37 4 OSTATNÍ ZPŮSOBY PŘEPLŇOVÁNÍ... 39 4.1 Přeplňování tlakovým výměníkem Comprex... 39 4.2 Kompoundní přeplňování... 41 5 ZÁVĚR... 42 SEZNAM LITERATURY... 43 SEZNAM OBRÁZKŮ... 44 SEZNAM TABULEK... 45 SEZNAM ZKRATEK... 46

ÚVOD Za nejpoužívanější metodu k docílení vyšších výkonových parametrů spalovacích motorů lze bezpochyby považovat přeplňování spalovacích motorů. V minulosti bylo největším důvodem přeplňování snaha zvýšit výkon spalovacích motorů. Výkon závisí na množství vzduchu a paliva přiváděného do motoru ke spálení. Výkon lze zvýšit zvednutím otáček, zvětšováním zdvihového objemu nebo zlepšením plnění válců. Zvyšováním zdvihového objemu dochází k nárůstu hmotnosti a rozměrů motoru. Při zvyšování otáček se velkou měrou ovlivňuje životnost, tím je jeho použití velice omezené. A najdeme jej z velké části pouze u závodních motorů, kde není požadavek vysoké životnosti. A tyto motory vydrželi jeden nebo dva závody. Proto je mnohem elegantnější využít plnění válců pomocí přeplňování. Na rozdíl od tzv. atmosférických (nepřeplňovaných) motorů, kde je vzduch, či zápalná směs nasávána za normálního atmosférického tlaku do válců motoru podtlakem, vytvářeného pístem, je zde válec plněn nuceně tlakem vyšším, než je atmosférický. Oproti klasickému způsobu se do pracovního prostoru válců dopravuje větší množství vzduchu a tím je možné zvýšit dodávku paliva na jeden pracovní cyklus. Za pomoci přeplňování je tedy možné zvýšit výkon motoru nebo při shodném výkonu snížit rozměry. V dnešní době je hlavním důvodem využívání přeplňování snaha o snížení spotřeby paliva a tím i produkce oxidu uhličitého. To je nesmírnou výhodou při dnes již stále se zvyšujících nárocích na splňování emisních limitů. Při tomto procesu dosahujeme zmenšování zdvihového objemu motoru, se zachováním jeho výkonových parametrů, tzv. downsizing. Motor s menším zdvihem má nižší ztráty způsobené třením a nižší hmotnost, než motory s vyšším zdvihovým objemem. Moderní metody přeplňování navíc přinášejí efektivnější využití paliva v kombinaci s přímým vstřikováním než-li motory atmosférické. K stlačování vzduchu u spalovacích motorů jsou nejpoužívanější tato zařízení : turbodmychadlo mechanicky poháněné dmychadlo 8

Cíl práce Cílem této práce, je vytvoření přehledu různých způsobů přeplňování, využívaných ve spalovacích motorech automobilů. Objasnění významu přeplňování a seznámení s výhodami a nevýhodami jednotlivých systémů. 9

1 PRACOVNÍ DIAGRAMY Pracovní cyklus motoru lze vyjádřit závislostí tlaku ve válci na okamžitém objemu (diagram p-v). Jelikož je popis skutečného cyklu celkem složitý, uvedu zde ideální oběhy, které jsou pro popis jednodušší. Jedná se o oběhy klasického motoru, který není přeplňovaný, motoru přeplňovaného mechanickým dmychadlem a motoru přeplňovaného turbodmychadlem. Ideální cyklus znázorňuje diagram, ve kterém nedochází ke změně objemu během spalování. 1.1 Nepřeplňovaný (atmosférický) motor Obr. 1 Ideální cyklus atmosférického motoru při stálém objemu (Gscheidle & kolektiv, 2002) Průběh procesu: 1 2 Dochází ke stlačení směsi paliva se vzduchem, zvyšuje se tlak a nedochází k žádnému přívodu tepla. Konečná kompresní teplota nesmí být vyšší než teplota vznícení směsi. 2 3 Před koncem komprese je směs zažehnuta elektrickou jiskrou, dochází ke spalování směsi a k rychlému zvýšení tlaku. Píst po krátkou dobu spalování setrvává v HÚ, přívod tepla. 10

3 4 Plyn koná práci (rozpínaní) na úkor své vnitřní energie. Pod vysokým tlakem se rozpíná a pohybuje pístem k DÚ, je opět dosaženo výchozího objemu. Nedochází k žádnému přívodu tepla. 4 1 Chlazení. Odvodem tepla klesá tlak, až je opět v bodu 1 dosaženo výchozího tlaku. (Gscheidle & kolektiv, 2002) Získávání energie, ztráta energie: Práci získanou během pracovního cyklu v diagramu udává plocha s vrcholy 1-2-3-4 (tzv. kladná plocha). Získaná práce by mohla být vyšší, kdyby se výfukový ventil neotevřel už v bodě 4, ale až poté, co se plyny uvolní až na výchozí tlak v bodě 5. V praxi to však není možné, jelikož prodloužení expanze je spojeno se zvětšením zdvihu. Ztrátovou práci nám udává plocha 1-4-5 (tzv. záporná plocha). Zvětšením kladné práce lze dosáhnout zvýšením kompresního poměru. (Gscheidle & kolektiv, 2002) 1.2 Motor přeplňovaný mechanickým dmychadlem Obr. 2 Ideální cyklus motoru přeplňovaného mechanickým dmychadlem (Hlavňa & kolektiv., 2003) 11

V případě tohoto cyklu představuje práci motoru vykonanou při expanzním zdvihu plocha ohraničená čarami mezi body 1,6-2-3,4-5-1,6 a práci plnicího dmychadla plochami mezi čarami 12-1,6-8-9-12. Ačkoli je plnící dmychadlo poháněno přímo od klikové hřídele, nemůžeme považovat celou jeho práci za negativní. Zde si musíme uvědomit, že plnící tlak je vyšší než atmosférický p o a píst tedy koná práci i v průběhu plnícího zdvihu, čím se práce odebraná z klikové hřídele vrací zpět. Přirozeně, že to platí v plném rozsahu i pro případ ideálního motoru bez mechanických ztát. Negativní je pak pouze práce potřebná ke stlačení plnícího média z atmosférického tlaku p o na plnící tlak p 1, vyjádřena plochou 12-1,6-11-12 a práce potřebná na částečný výplach V v kompresního prostoru V k vyjádřena plochou 7-8-9-10-7. V případě, že plnícím médiem je palivová směs, může se vypláchnutý objem rovnat objemu spalovacího prostoru V v = V k. V opačném případě hrozí únik nespáleného paliva do výfukového potrubí. Pokud je motor plněný pouze čistým vzduchem, může být výplach i větší, teda V v > V k. V takovém případě mluvíme o propláchnutí spalovacího prostoru. (Hlavňa & kolektiv., 2003) 1.3 Motor přeplňovaný turbodmychadlem Obr. 3 Ideální cyklus motoru přeplňovaného turbodmychadlem (Hlavňa & kolektiv., 2003) Obdobně, jako v předchozím případě je to rovnotlaký způsob přeplňování. Předpokládá se i stálý tlak výfukových plynů před spalovací turbínou, rovnající se tlaku plnící- 12

ho čistého vzduchu p 1. V praxi však musí být z hlediska požadovaného směru proudění hodnota tlaku plnícího média vyšší než tlak výfukových plynů. V tomto cyklu udává práci motoru vykonanou při expanzním zdvihu plocha mezi body 1,6-2-3-4-5-1,6 a práci plnícího dmychadla plocha 9-1,6-7-8-9. Práce spalovací turbíny na výfukové plyny je dána plochou 10-11-12-13-10. Teplo, odvedené z pracovního cyklu q ov, jehož nosičem jsou výfukové plyny se přemění na technickou práci jejich adiabatické expanze po vstupu do turbíny v bodě 10. Tento bod však neodpovídá průsečíku expanzní adiabaty ve válci spalovacího motoru a čarou úrovně tlaku plnícího média 10. Je tomu tak proto, neboť teplo dané plochou 5-1,6-10 - 5 se nepřeměnilo na mechanickou práci při expanzi ve válci motoru. Tato skutečnost se projevuje zvýšením vnitřní energie a zvětšováním objemu výfukových plynů před vstupem do spalovací turbíny. Expanze ve spalovací turbíně končí v bodě 11. Jelikož je dmychadlo poháněno turbínou ve výf. plynech bez vazby na klikovou hřídel, je energetická bilance částečně odlišná, od předešlého případu. Z hlediska směru toku energie musí platit rovnost mezi prací získanou v turbíně prací plnícího dmychadla (v praxi musí být práce turbíny vlivem ztrát větší). (Hlavňa & kolektiv., 2003) 13

2 PŘEPLŇOVÁNÍ POMOCÍ TURBODMYCHADLA Turbodmychadlo poznalo světlo světa roku 1905, kdy ho vynalezl švýcarský inženýr Alfred Bűchi. Zezačátku o něj velký zájem nebyl, ale krátce před druhou světovou válkou se dostalo do motorů lodí a letadel. S prvními v sérii vyráběnými přeplňovanými motory jsme se setkali na začátku sedmdesátých let u vozidel Chevrolet Corvair Monza a Oldsmobile Jetbire. Velký úspěch však nesklidili pro svou poruchovost a brzy došlo k jejich stažení z trhu. V tutéž dobu se začala uplatňovat v závodech formule 1, kde získávala na oblibě. Postupem času se turbodmychadla technicky doladila a v roce 1975 uvedla firma Porsche na trh model 911 turbo. Tudíž jí můžeme brát za průkopníka. Roku 1978 přišla na trh automobilka Mercedes s prvním přeplňovaným vznětovým motorem v modelu 300 SD. Ani Volkswagen nezůstal pozadu a roku 1981 představil model Golf. Začátkem 90. let došlo k dalšímu pokroku vpřed, kdy se začali objevovat motory TDI s proměnnou geometrií lopatek statoru dmychadla. (O nás: Auto znalci) Obr. 4 Švýcarský inženýr Alfred Bűchi (O nás: Library) 14

2.1 Princip K hlavním částem turbodmychadla patří lopatkové turbinové kolo (2) a lopatkové kolo dmychadla (7). Turbinová část je obvykle umístěna za svody v přední části výfukového potrubí. Tudíž je pro roztočení turbíny využíváno proudících spalin, které ji uvádějí do pohybu předáním části své energie. V tutéž dobu dochází v kompresorové části k roztočení dmychadla, které je uloženo na společném hřídeli, jako turbína a dosahuje totožných otáček. Dmychadlo nasává čerstvý vzduch a s určitým přetlakem ho dopravuje do válců. Při stlačování vzduchu však dochází ke zvýšení jeho teploty, což není pro průběh spalování vůbec dobré. S nárůstem teploty roste i měrný objem, to pro nás v konečné fázi znamená, méně vzduchu ve válci a tudíž menší výkon. Proto se mezi motor a dmychadlo obvykle umisťuje chladič plnícího vzduchu (intercooler) (6), který stlačený vzduch ochladí na požadovanou teplotu a zvyšuje se plnící účinnost motoru. Obr. 5 Schéma motoru přeplňovaného turbodmychadlem (Jan & Ždánský, 2004) 15

2.2 Konstrukce V důsledku toho, že turbodmychadla pracují s velmi vysokými otáčkami (až 200 000 ot/min) jsou při jejich výrobě kladeny velké nároky na přesnost výroby, jakost povrchu, mazání a vyvážení hřídele s oběma koly. Proto bývá využíváno uložení hřídele v kvalitních ložiskách intenzivně mazaných olejem. V dnešní době se používají kluzná ložiska a valivá. Více se však využívá ložisek valivých, především kuličkových, u kterých dochází k menšímu tření a to je velkou výhodou při roztáčení rotoru. Oproti tomu, kluzná ložiska musí být mazána ještě intenzivněji, zde tedy narážíme na problém po zastavení motoru, kdy přestane olej cirkulovat a může dojít k jeho přepálení a poškození dmychadla. Kolo turbíny se nejčastěji vyrábí přesným litím z žáropevné niklové slitiny, která odolává i extrémním teplotám výfukových plynů u zážehových motorů. S hřídelí vyrobenou z ušlechtilé oceli je spojeno třecím svařováním. Kolo dmychadla zhotovené rovněž přesným litím z hliníkové slitiny je pevně uchycenu na hřídeli spolu s těsnící podložkou, ložiskem a distanční podložkou. K omezení přestupu tepla mezi turbinou a dmychadlem se mezi skříň turbíny ze šedé litiny a litinovou skříň ložisek vkládá tepelně izolační vložka. A pro výrobu skříně dmychadla se využívá slitiny hliníku. Obr. 6 Konstrukce turbodmychadla (Gscheidle & kolektiv, 2002) 16

2.3 Regulace turbodmychadla Regulace plnícího tlaku hraje v procesu přeplňování velmi důležitou roli. Jelikož v dnešní době mají přeplňované motory maximum momentu posazeno do nízkých otáček. Tím pádem je tedy turbodmychadlo dimenzováno na malé hmotnostní toky výfukových plynů, které jsou odpovídající nízkým otáčkám. Proto by při vyšších otáčkách a zatíženích nastával problém s nežádoucím nárůstem plnícího tlaku, zvyšovala by se teplota spalin putující k turbíně a k detonačnímu spalování u benzinových motorů. Tudíž je potřeba regulovat plnící tlak. Částečně tím dojde i k omezení turboefektu. Výrobci proto využívají několik možností, jak turbodmychadla regulovat: odpouštěním výfukových plynů před turbínou (obtokový ventil) natáčením rozváděcích lopatek turbíny natáčením řídící směrové klapky změnou šířky statoru kombinovaná regulace 2.3.1 Odpouštěním výfukových plynů před turbínou Jedná se o jeden z prvních a zároveň nejjednodušších systémů regulace. Volí se zde malé turbodmychadlo, u kterého dochází k rychlému roztočení a tím i k maximálnímu stlačení, již v rozsahu nízkých otáček. Abychom tohoto výsledku docílili i při vyšších otáčkách, musí být část výfukových plynů vedena obtokem do výfukového potrubí. Obtok řídí regulační ventil, složený z pružiny a membrány, který je ovládán plnícím tlakem z kompresorové skříně. Na membránu je přiveden tlak, proti síle pružiny. Když dojde k překonání odporu pružiny, ventil se otevře a část spalin je vedena do obtokového potrubí. Umístění ventilu před turbinou výfukových plynů je libovolné. Mimo ventilu se také využívá řídící klapky, která je spojená s tlakovým snímačem jednoduše jen táhlem. V dnešní době se již setkáváme s elektronicky řízenou regulací, která je vůči pneumatické lepší a přesnější. Z okamžité polohy škrtící klapky a snímače klepání určí řídící jednotka optimální plnící tlak. Pro přesnější regulaci řídící jednotka sleduje ještě teplotu nasávaného vzduchu, teplotu motoru a otáčky (korekční veličiny). K dalším důležitým 17

prvkům systému patří tlakový snímač (hlídá tlak plnění) a taktovací ventil, který je ovládán řídící jednotkou. Když je tlak plnění příliš nízký, dochází ke spojení výtlaku a sání dmychadla za pomoci taktovacího ventilu. Regulační ventil z důsledku malého plnícího tlaku zůstává uzavřen a turbína je poháněna veškerým proudem spalin. Naproti tomu při vysokém plnícím tlaku dostává řídící jednotka informaci od snímače plnícího tlaku o jeho přílišné hodnotě. Spojení výtlaku a sání u dmychadla je uzavřeno, tím vzroste plnící tlak v řídícím vedení. Dojde k otevření regulačního ventilu a proud spalin vedený k turbíně se sníží. Výhody elektronické regulace: na změnu otáček a zatížení má lepší reakci jelikož je nezávislá na tlaku vzduchu, má konstantní výkon Obr. 7 Turbodmychadlo s regulačním obtokovým ventilem (Vlk, 2003) 18

2.3.2 Natáčením rozváděcím lopatek turbíny Tento způsob je využit zatím převážně u naftových motorů, jelikož výfukové plyny benzinových motorů dosahují příliš vysokých teplot. Jedná se o regulaci aktivní, kde plnící tlak nereguluje obtokový ventil, ale rozváděcí lopatky umístěné v turbíně. Na rozdíl od prvního způsobu, kde se reguloval plnící tlak pouze v horním rozsahu otáček, dochází zde k regulaci v celém jejich rozsahu. Nedochází zde k rychlému nárůstu teploty a tlaku plynů před turbinou. Pro regulaci plnícího tlaku se v tomto případě využívá zákona kontinuity toku tekutiny, který říká, čím má potrubí menší průřez, tím konstantní objem plynu proudí rychleji. Turbinou tedy prochází stále celý objem výfukových plynů. Při běhu motoru v nízkých otáčkách je zapotřebí vysokého plnícího tlaku. K jeho dosažení se rozváděcí lopatky rozmístěné do kruhu nastaví tak, aby vstupní průřez pro spaliny byl úzký. Zúžením vstupního průřezu se tok výfukových plynů zrychlí, zvýší se otáčky turbinového kola a vzroste i plnící tlak, aniž by došlo k poklesu výkonu. Za běhu motoru ve vyšších otáčkách nesmí dojít k překročení plnícího tlaku. Rozváděcí lopatek statoru se uvolní, zvětší vstupní průřez a dojde k zachycení velkého množství spalin i za těchto vysokých otáček. Dosáhne se požadovaného plnícího tlaku a nedojde k jeho překročení. Obr. 8 Poloha rozváděcích lopatek (Gscheidle & kolektiv, 2002) 19

Nastavování řídících lopatek probíhá za pomoci pákového převodu a táhla, kdy se jeho vodící čep zasouvá do stavěcího prstence. Vodící čepy a hřídelky tento pohyb přenášejí na rozváděcí lopatky. Pohyb lopatek uložených na nosném kroužku probíhá současně a stejnoměrně, až do žádané polohy. Při malém natočení lopatek proudí výfukové plyny úzkým otvorem, jejich proudění se zrychlí a tím se zvýší i otáčky turbíny. Naopak při malém natočení se otvor pro vstup zvětší, jelikož roste i vstupující množství plynů. Výkon a tlak plnění zůstane přibližně shodný a předchozí variantou. A činností elektromagnetického ventilu řízeného elektronickou řídící jednotkou dochází k natáčení lopatek a tím k regulaci plnícího tlaku. Druhá možnost pohybu mechanismu natáčení rozváděcích lopatek je použitím rychlých elektrických aktuátorů. Obr. 9 Nastavení rozváděcích lopatek (Gscheidle & kolektiv, 2002) 20

2.3.3 Řídící směrovou klapkou Podstata této regulace je téměř shodná s regulací natáčením lopatek statoru turbíny. Jediný rozdíl najdeme v tom, že dochází ke změně úhlu jediné, řídící směrové klapky, která je uložena v rozváděcí bezlopatkové části turbíny. Nejčastěji bývá ovládána pneumatickým akčním členem. Za běhu motoru v nízkém rozsahu otáček klapka zúží průtočný průřez a spaliny proudí k turbinovému kolu vyšší rychlostí. Tím dochází k jeho rychlejšímu roztočení. Naopak při zvyšujících se otáčkách dochází k otevírání klapky a průřez se zvětšuje. Obr. 10 Turbodmychadlo s řídící směrovou klapkou (O nás: Auto znalci) 2.3.4 Změnou šířky statoru turbíny Tuto technologii začala požívat anglická firma Holset. Jde o způsob na první pohled jednodušší, však náročnost najdeme v principu činnosti. Ovládání mechanismu je pneumatické, ale v dnešní době se již uplatňuje elektronického akčního členu. V turbinové skříni je celé rozváděcí kolo s lopatkami rovnoměrně posouváno po celém obvodě axiálně. Přitom dochází k zasouvání lopatek do prstence v protější stěně, kde jsou otvory s profilem zasouvajících se lopatek. Určitý problém dělají vysoké teploty uvnitř turbodmychadla (až 800 C), kterým je ovládací mechanismus rozváděcího 21

kola vystavován. Proto je nutné ho vyrobit ze žárupevného materiálu, aby byl schopen odolávat těmto teplotám. Oproti předešlím druhům regulací se z hlediska parametrů jedná o originální řešení. Při optimálním úhlu náběhu proudu do oběžného kola zde prochází úplný hmotnostní tok turbínou a tudíž má stále vysokou vnitřní účinnost. Dochází ke zvětšení ztrát pouze náhlým rozšířením kanálu v rotoru turbíny a ve statoru zvýšenými třecími ztrátami. Tento systém řešení poprvé použila u užitkových vozů forma Iveco, konkrétně u modelu Cursor. V dnešní době se spektrum použití již rozšířilo do zážehových a vznětových motorů osobních automobilů. (O nás: Auto znalci) Obr. 11 Princip činnosti turbodmychadla regulovaného změnou šířky rozváděcího kola (Hromádko & kolektiv., 2011) 22

2.3.5 Kombinovaná regulace Firma Garrett se snahou snížit teploty a tlaky spalin před turbínou při jejich odpouštění, vyrobila turbodmychadlo VAT 25 s použitím bezlopatkové rozváděcí skříně (obr. 12), které bylo poprvé použito u vozu Peugeot 405 T16. (O nás: Auto znalci) Skládá se z odpouštěcí klapky (pozice b), kterou doplňuje směrová klapka (pozice a). Směrová klapka má dvě polohy. V poloze d klapka funguje, jako normální turbínová skříň jen s odpouštěním. Ale jakmile přejde do polohy c, zvětší obvodovou rychlost ve skříni turbíny. Efektivnost tohoto způsobu není sice tak vysoká, jako při natáčení rozváděcích lopatek, ale v kombinaci s odpouštěním jsou stavy plynu před turbínou příznivější, než při odpouštění výfukových plynů. Obr. 12 Turbodmychadlo Garrett VAT 25 (O nás: Auto znalci) 23

2.4 Nejčastější závady turbodmychadla a jeho příčiny Poškození cizím předmětem Tato závada je lehce rozpoznatelná a viditelná na lopatkách dmychadlového nebo turbinového kola, které je poškozené. Vůbec není vhodné takto poškozené lopatky narovnávat, protože dochází k poklesu jejich pevnosti a k nevývahám, kdy ve vysokých otáčkách může dojít k jeho celkovému zničení. (O nás: Auto znalci II) Znečištěný motorový olej Jelikož je turbodmychadlo uloženo na olejových ložiskách, je na kvalitu oleje dosti citlivé. Z tohoto důvodu je nutné provádět výměny motorového oleje a filtrů (olejový a vzduchový). K tomuto poškození nejčastěji dochází při: (O nás: Auto znalci II) chybné výrobě nebo už je moc velké opotřebení motoru špatné kvalitě motorového oleje (dochází ke karbonizaci turbodmychadlo) chybné servisní činnosti, kdy se do motorového oleje dostali nečistoty Nedokonalé mazání turbodmychadla Jestliže dojde na dobu kolem pěti sekund k opakovanému přerušení dodávky motorového oleje, dochází k poškození ložisek turbodmychadla. Příčinou tohoto poškození bývají: (O nás: Auto znalci II) namontování turbodmychadla, aniž by předtím došlo ke kontrole olejového systému nedbání na dodržování intervalu pro výměnu oleje a filtru extrémně dlouhá doba, kdy nebylo vozidlo používáno špatné startování převážně v zimních měsících, kdy teploty klesají až pod bod mrazu při závadě na olejovém systému je nízký tlak oleje znečištění oleje chladící kapalinou nebo palivem 24

Přerušení dodávky oleje S nejčastějšími závadami se setkáváme tehdy, dojde- li na časový úsek kolem deseti sekund k opakovanému přerušení dodávky motorového oleje. Následkem je přehřátí ložisek turbodmychadla a hrozí jejich zadření. Příčinami jsou: (O nás: Auto znalci II) porouchané olejové čerpadlo do olejového systému proniká vzduch malé množství motorového oleje špatný přívod oleje k turbodmychadlu Přehřátí Na rozpálených smáčených stěnách dochází ke karbonizaci oleje při okamžitém vypnutí motoru, který běžel pod vysokým zatížením nebo při vysokých teplotách výfukových plynů. No a právě proto se doporučuje nechat motor na pár minut ochladnout ve volnoběžných otáčkách. Největšímu nebezpečí je vystavena turbinová skříň (může zde dojít k prasklinám litinového bloku). Příčiny: (O nás: Auto znalci II) ucpaný vzduchový filtr neodpovídající přívod vzduchu po vysokém zatížení motoru jeho náhlé vypnutí nekvalitní olej (dochází k jeho karbonizaci) závada na olejovém čerpadle chybně nainstalovaná skříň turbíny do systému mazání proniká vzduch nedodržování intervalů pro výměnu oleje omezení dopravovaného množství oleje 25

Tab. 1 Diagnostika poruch turbodmychadla (O nás: Turbocar) NEDOSTATEČNÝ VÝKON MOTORU ČERNÝ DÝM VYSOKÁ SPOTŘEBA OLEJE MODRÝ DÝM TURBO VYDÁVÁ RUŠIVÉ ZVUKY CYKLICKÉ RUŠIVÉ ZVUKY TURBA PROSAMOVÁNÍ OLEJE NA KOMPRESOROV STRANĚ PROSAKOVÁNÍ OLEJE NA TURBÍNOVÉ STRANĚ PŘÍČINA OPRAVA - Odstranění poruchy Ucpaný filtr Použití nového vzduchového filtru Zúžení v sacím potrubí ke kompresoru Odstranění zúžení, nebo obnova potrubí Zúžení v tlakovém potrubí vedoucí ke kolenu sacího potrubí Zúžení v koleně sacího potrubí kolenem sacího potrubí kolenem sacího potrubí Zúžení v zakřivených částech výfuku a výfukovým potrubím Odstranění zúžení, nebo obnova potrubí Použití příručky výrobce motoru a odstranit zúžení Netěsnost v sacím potrubí mezi filtrem a Netěsné místo utěsnit, nebo utěsnit dotáhnutím šroubů Netěsnost vzduchu mezi kompresorem a Netěsnost utěsnit, nebo utěsnit dotáhnutím šroubů Netěsnost vzduchu mezi kolenem sacího Použití příručky výrobce motoru, obnovení potrubí a hlavou válců těsnění/utáhnutí šroubů Použití příručky výrobce motoru a odstranit zúžení Odstranění zúžení, nebo opravení poškozeného vedení, nebo tlumiče Zúžení ve výfukové rouře nebo v tlumiči Únik výfukových plynů mezi hlavou valců Použití příručky výrobce motoru, obnovit těsnění /utažení šroubů Únik výfukových plynů mezi zakřivenými části výfukového potrubí a vstupem do turbíny Únik výfukových plynů mezi vstupem do turbíny a výfukovou rourou/potrubím Zúžení v olejovém potrubí klikové skříně zakarbonované Vačkový hřídel je přestavěný válců atd.) Poškozené turbodmychadlo Zúžení nebo ucpané větrání/odsávání Ložiskové těleso turba zanesené nebo Palivový systém poškozený nebo nesprávně nastavený Uzavřené pístní kroužky, nebo vložky Problém v motorové části (ventily, písty Ukládání nečistot v kole kompresoru nebo v difuzoru Chybná funkce přepouštěcího ventilu Obnovit těsnění a šrouby dotáhnout podle předpisu Použití příručky od výrobce motoru a odstranit prosakovaní Zúžení odstranit nebo vyměnit olejové potrubí Použití příručky výrobce motoru a vyčištění klikové skříně Provést výměnu oleje, vyměnit olejový filtr, turbo zkontrolovat a opravit Použití příručky výrobce motoru, chybné části přenastavit dle předepsaných hodnot Použití příručky výrobce motoru a obnovit přestavěné části Použití příručky výrobce motoru a provést celkovou údržbu motoru Použití příručky výrobce motoru a provést celkovou údržbu motoru Nechat vyčistit, popř. renovovat turbodmychadlo Provést analýzu turbodmychadla, popř. vyměnit výměnné díly Turbo přezkoušet a popř.nastavit/opravit přepouštěcí ventil a regulátor tlaku turba 26

2.5 Rozdělení dle tlaku Přeplňované motory můžeme z hlediska velikosti plnícího přetlaku a následnému zvýšení točivého momentu rozdělit do tří skupin: (Jan & Ždánský, 2004) nízkotlaké přeplňování: plnící přetlak 0,02-0,05 MPa (0,2-0,5 bar), který odpovídá nárůstu točivého momentu asi o 25 % středotlaké přeplňování: plnící přetlak 0,05-0,1 MPa (0,5-1 bar), který odpovídá nárůstu točivého momentu o 25-50 % vysokotlaké přeplňování: plnící přetlak je vyšší než 0,1 MPa (1 bar) a odpovídá zvýšení točivého momentu o více než 50 % 2.6 Motor přeplňovaný turbodmychadlem / atmosférický motor Výhody: (Motejl, Hořejš, & kolektiv., 2004) přeplňovaný motor má výhodnější poměr hmotnosti a výkonu (kg/kw) lepší průběh točivého momentu (ve stoupání není nutné tolik řadit) snížení emisních škodlivin dmychadlo také funguje jako tlumič výfuku (odebírá spalinám energii) při stejném výkonu má tišší chod kompresní poměr je nižší odlišné časování ventilů (prodloužené doby otevření ventilů) Nevýhody: vyšší materiálová náročnost dílů motoru, kde dochází k většímu tepelnému a tlakovému namáhání (Motejl, Hořejš, & kolektiv., 2004) 27

Turboefekt- Jedná se o okamžik prodlevy mezi sešlápnutím pedálu plynu a dobou, kdy pocítíme záběr turbodmychadla. To je způsobeno rotační setrvačností turbíny a také dobou, kterou potřebují výfukové plyny k docílení vyššího tlaku. Pro minimalizaci turboefektu při akceleraci v nízkém rozsahu otáček je velice efektivní využít Anti Lag System (ALS). Ale jelikož je při tomto řešení vysoce tepelně i mechanicky zatěžována turbína i výfukové potrubí a dochází k výraznému nárůstu spotřeba, je tento systém využit především u závodních speciálů při rallye. Nejpoužívanější jsou dva principy. U prvního způsobu jde o to, že ke spálení směsi dochází až ve výfukovém potrubí, když dojde k opoždění zážehu obohacené směsi do doby, než se otevře výfukový ventil. Turbína se tak udržuje ve vysokých otáčkách. Hlavní myšlenkou druhého způsobu je fakt, že za pomoci obtokového potrubí je směs vedena ze sacího potrubí přímo do výfukového, po uvolnění pedálu akcelerátoru. 28

2.7 Graf účinnosti turbodmychadla Tento graf je velice důležitý proto, abych podle něj zvolili optimální turbodmychadlo pro náš motor. Jako příkladnou ukázku jsem zvolil turbodmychadlo GT2860RS, jelikož každé turbodmychadlo má tuto účinnostní mapu jinou. Na vodorovné ose nalezneme průtok vzduchu v kg/min a svislá osa zobrazuje poměr tlaků. Dále v grafu nalezneme tzv. izočáry spojnice bodů s totožnou hodnotou. Spodní hraniční křivka udává kritické otáčky, kdy turbodmychadlo začíná generovat přetlak. Horní hraniční křivka vymezuje maximální otáčky turbodmychadla, které nemůžou být překročeny, jinak dojde k jeho poškození. Hraniční křivka na levé straně zobrazuje stav, kdy dochází k brzdění turbodmychadla a křivka na pravé straně okamžik kritického proudění vzduchu. Obr. 12 Turbodmychadlo GT2860RS (O nás: Turbo by Garrett) 29

2.8 Trendy v koncepci 2.8.1 BMW tri- turbo Tento nový dieselový motor N57 D30 od automobilky BMW má vskutku impozantní parametry. Nejvyšší výkon 280 kw a maximální točivý moment 740 Nm. Jedná se o řadový šestiválec přeplňovaný trojicí turbodmychadel, který je schopný zrychlit na 100 km/h za 4,7 sekundy (ve verzi M550d xdrive). Při rozjíždění vozidla (od 1000 do 1500 ot/min) pracuje pouze malé turbo, které využívá nízkou setrvačnost výfukových plynů a variabilní geometrii lopatek k rychlému zvýšení otáček turbíny. V oblasti středních otáček (od 1500 do 2600 ot/min) začíná pracovat velké turbodmychadlo, které se postará o maximální nárůst točivého momentu na 740 Nm při 2000 ot/min. O prodloužení ploché momentové křivky do 3000 ot/min a kulminaci výkonu 280 kw v rozsahu od 4000 do 4400 ot/min se následně postará třetí (opět malé) turbo, které je vybavené variabilní geometrií lopatek. (O nás: Auto Forum) Obr. 13 BMW tri- turbo (O nás: Auto Forum) 30

2.8.2 Kombinace mechanického dmychadla s turbodmychadlem Touto kombinací dochází k odstranění největší nevýhody turbodmychadel, kterou je nízký výkon a točivý moment v nižších otáčkách, kdy malé množství spalin nemůže pořádně roztočit turbinové kolo. Při nízkých otáčkách dodává stlačený vzduch do motoru mechanické dmychadlo, které je elektromagnetickou spojkou při vyšších otáčkách odpojeno (aby nedocházelo k zbytečnému odběru výkonu z klikového hřídele) a dále přeplňování zajišťuje turbodmychadlo. Firma Volkswagen, která na trh dodává motory označení TSI, je typickým představitelem využívající tuto kombinaci. U motoru o objemu 1,4 litrů lze tímto způsobem dosáhnout výkonu 125 kw. Mechanické dmychadlo pracuje do 2400 ot/min samostatně, následně se začíná zapojovat i turbodmychadlo, které od 3500 ot/min zajišťuje přeplňování samo. Schéma přeplňování je znázorněno na obr. 14. (Hromádko & kolektiv., 2011) Obr. 14 Schéma přeplňování motoru (Hromádko & kolektiv., 2011) Obr. 15 Součinnost dmychadel (Hromádko & kolektiv., 2011) 31

2.9 Chlazení plnícího vzduchu K chlazení stlačeného vzduchu je využíván mezichladič (intercooler), který je umístěn mezi spalovací motor a turbodmychadlo. S jeho pomocí dosáhneme zvýšení hustoty plnícího vzduchu a snížení teploty u pracovního oběhu motoru (tudíž i namáhání jeho funkčních částí). Nejčastěji se používají vzduchově chladiče, u kterých je plnící vzduch ochlazován okolním vzduchem. Méně časté použití najdeme u kapalinových chladičů. Na výstupu z turbodmychadla se stlačený vzduch chladí pomocí kapaliny (má vlastní čerpadlo a oddělený oběh). Stupeň ochlazení stlačeného vzduchu je závislý na: (Hromádko & kolektiv., 2011) velikosti teplosměnné stěny (velikost chladiče) druhu chladícího média vstupní teplotě chladícího média účinnosti chladiče a jeho druhu U přeplňovaných motorů se chlazení projevuje takto: (Hromádko & kolektiv., 2011) dojde ke zvýšení hustoty stlačeného vzduchu (nepatrně se sníží tlak vlivem ztrát v chladiči) poklesne tlaková a teplotní hladina celého tepelného oběhu při stejné dávce paliva (i maximální tlaky a teploty při spalování) sníží se tepelné a z části i mechanické namáhání motoru (z pevnostního hlediska je možné zvýšit výkon) snížení teploty výfukových plynů při jmenovitém výkonu motoru se podle výše ochlazení sníží měrná spotřeba o 3-5 % při totožné spotřebě se dosáhne zvýšení výkonu o 5-6 % 32

3 PŘEPLŇOVÁNÍ MECHANICKÝM DMYCHADLEM Jedná se o typ přeplňování, u kterého je dnes dmychadlo nejčastěji poháněno soukolím přímo od klikového hřídele (zpravidla to bývá ozubeným řemenem). Už podle této úvodní věty je patrné, že mechanická dmychadla mají vůči turbodmychadlům jednu podstatnou nevýhodu, kvůli které jsou odsouvány do pozadí. Tou je, že kompresor nám představuje další spotřebič, ubírající motoru část výkonu, který by mohl být jinak zužitkován na kolech automobilu. A při shodných podmínkách nedodá na kola takové množství výkonu, jako turbodmychadlo. Naproti této skutečnosti, je jejich nespornou výhodou fakt, že určité stlačení vzduchu je již k dispozici od nejnižšího rozsahu otáček. To zajišťuje přímá vazba otáček klikového hřídele s otáčkami dmychadla, která zaručuje okamžitou odezvu na změnu polohy akceleračního pedálu (lineární přírůstek výkonu a velký točivý moment již v nízkých otáčkách). Další výhody mechanických dmychadel bychom hledali v jejich jednoduchosti a nižších pořizovacích nákladech. tyto: Mezi nejpoužívanější mechanická dmychadla v motorech osobních automobilů patří Rootsovo dmychadlo Lysholmovo dmychadlo G- dmychadlo 3.1 Rootsovo dmychadlo Rootsovo dmychadlo bylo vyvinuto roku 1860 Američany Philanderem a Francisem Rootsovými. Tehdy šlo o dva rotory ve tvaru piškotu, které čerpali vodu z jedné strany skříně na druhou. Začátkem 20. století se uskutečnili první pokusy s přeplňováním spalovacích motorů (především díky automobilům Mercedes- Benz). V současné době bychom je nalezli u automobilů Jaguar, Mercedes- Benz a Audi. (Jan & Ždánský, 2004) Jedná se o objemový kompresor, který je v nejvyšší míře vyráběn firmou Eaton. Někdy bývá taktéž označováno jako zubové. 33

Dmychadlo má dva rotory (dvou, tří nebo čtyřzubové) otáčející se proti sobě. Jsou uloženy ve valivých ložiskách na oddělených rovnoběžných hřídelích, poháněných od klikového hřídele. K vzájemnému dotyku rotorů nedochází, ale mezera mezi nimi není větší než 0,2 mm (Jan & Ždánský, 2004), tím jsou ztráty při čerpání nepatrné a práce je účinná i v malých otáčkách. Otáčky rotorů mohou dosáhnout dvou až trojnásobku otáček klikového hřídele. Synchronizace rotorů umístěných v dmychadlové skříni je zajištěna párem ozubených kol, která jsou odlévána metodou ztraceného vosku (vytvoří v nich malé dutiny). Kola tím dosahují menšího momentu setrvačnosti a nižší hmotnosti. Pro tišší chod kompresoru je výhodné použít ozubená kola se šikmými zuby. Ke zvýšení účinnosti dmychadla jsou rotory vyrobené z lehké slitiny potažený vrstvou hladkého plastu nebo moderněji teflonem. Účinnost se tímto způsobem zvýší více než o 30 %. (Jan & Ždánský, 2004) Obr. 16 Rootsovo dmychadlo (Hromádko & kolektiv., 2011) Za běžného provozu (např. chod na prázdno) není kompresor v činnosti a nasávaný vzduch jen obtéká. Až při potřebě nárůstu výkonu (např. při akceleraci s plným zatížením) jej elektromagnetická spojka zapojí a ve stejnou dobu dojde k uzavření obtokového kanálu klapkou. Synchronizace práce spojky a klapky je řízena na základě zatížení a 34

otáček motoru řídící jednotkou. Zapojování a odpojování kompresoru je prováděno plynule, jediným projevem je okamžitý rozdíl dynamiky vozidla. Obr. 17 Rootsovo dmychadlo s elektromagnetickou spojkou (Gscheidle & kolektiv, 2002) Oproti turbodmychadlům mám tyto výhody: nezasahuje do výfukového systému nárůst plnícího tlaku je vyšší i při malých otáčkách má vysoký točivý moment Nevýhodou dmychadel je hlavně fakt, že se pro jeho pohon musí využít část užitečného výkonu (až 20 kw). (Gscheidle & kolektiv, 2002) 3.2 Lysholmovo dmychadlo Toto dmychadlo také obsahuje dvourotorový kompresor, který se skládá z hlavního rotoru (se širokým profilem zubů) a sekundárního rotoru. Hlavní rotor má obvykle tři zuby a sekundární 6 zubů (jak můžeme vidět na obr. 18), tzn. že sekundární se otáčí nižší rychlostí, než hlavní. Rotory se otáčí ve společné skříni opět proti sobě a jejich zuby jsou vinuty do šroubovice. Zuby na straně sání jsou postaveny tak, že dochází k jejich rozbíhání, tím mezi nimi vzniká otvor, kterým se nasává vzduch. A při pohybu 35

axiálním dochází ke stlačování vzduchu. Jakmile se horní zuby dostanou přes hranici sacího otvoru, dojde k uzavření otvoru, sání se přeruší a vzduch míří k výstupu z kompresoru. Přejde- li přes hranu výstupního otvoru zadní strana předního zubu. Nastává výtlak vzduchu. Na rozdíl od Rootsova dmychadla dosahuje vyššího stlačení vzduchu, vyšší účinnosti a jeho provoz není tak hlučný. Ale stejnak jeho použití u spalovacích motorů je méně časté. Může za to hlavně náročná výroba a citlivost na zvětšení vůle mezi rotory. Lysholmovo dmychadlo například využívá Ford GT nebo Mercedes- Benz u svých sportovních modelů AMG. Obr. 18 Princip stlačování Lysholmova dmychadla (O nás: StreetPro) 36

3.3 G- dmychadlo Jedná se o spirálové dmychadlo, které je poháněno mechanicky plochým drážkovaným řemenem a tvar jeho funkční části je odpovídající názvu. V USA byl systém poprvé patentován roku 1903 a v polovině 80. let jej začala využívat automobilka Volkswagen u svých zážehových motorů. (Hromádko & kolektiv., 2011) Pomocný hřídel poháněného pomocí ozubeného řemene vede píst čerpadla výstředníkem. Paralelní klikový pohon tvoří výstředníky pomocného a hnacího hřídele, ozubený řemen a pístové čerpadlo. Na okraji dmychadlové skříně je umístěn výstup stlačeného vzduchu, k jedné ze stěn spirálové komůrky přiléhá hrana křídla čerpadla. Jakmile se začne hřídel čerpadla otáčet, začne před sebou tlačit ke středu spirály vzduchový klín, který ve druhé půlce otáčky opouští dmychadlo. Dochází k zahřívání vzduchu, ale pomocí chladiče stlačeného vzduchu je vzduch ochlazen a jeho hustota vzroste. Při částečném zatížení je přiváděno velké množství vzduchu, které nedokáže motor využít. Proto je za pomoci obtokové klapky (ovládána škrtící klapkou) všechen nadbytečný vzduch veden zpět do sání dmychadla. Obr. 19 G- dmychadlo (Hromádko & kolektiv., 2011) 37

Obr. 20 Princip činnosti G- dmychadla (Jan & Ždánský, 2004) G- dmychadlo má následující výhody: s ohledem na změnu zatížení má rychlou reakci změny plnícího tlaku v plném rozsahu otáček má vyšší účinnost už v nízkém rozsahu otáček vyšší úroveň plnění nízká hmotnost nedochází do kontaktu s horkými spalinami Dle počtu dílů představuje jednoduchou konstrukci, ale hlavní nevýhodu tohoto systému najdeme v nárocích na přesnou výrobu vysoké požadavky na využité technologie. Proto byl tento systém u VW vyřazen z výroby. 38

4 OSTATNÍ ZPŮSOBY PŘEPLŇOVÁNÍ 4.1 Přeplňování tlakovým výměníkem Comprex Stejně, jako u kompresorů je i u systému Comprex pohon řešen řemenovým převodem od klikového hřídele. Navíc však využívá i tlakovou energii spalin, která vylepšuje energetickou účinnost motoru. Historie: Roku 1910 přišel Burghard H. s metodou pulsního tlakového dmychadla PWM. Švýcarská společnost BBC Brown Boveri ve čtyřicátých letech tuto metodu využila a namontovala prototyp dmychadla do nákladního automobilu. Tento systém se natolik osvědčil, že švýcarská firma Saurer své motory s tímto přeplňováním dlouho nabízela. Dále systém zdokonalila firma ABB tak, že koncem osmdesátých let se objevil i u osobních automobilů. A v první půlce let devadesátých zařadila systém Comprex automobilka Mazda do sériové výroby (u vznětových motorů). (Jan & Ždánský, 2004) Princip činnosti: Do rotoru jsou spaliny přiváděny ze sběrného výfukového potrubí. Dále putují komorami rotoru, kde stlačují vzduch a tlačí ho do sběrného plnícího potrubí motoru. Po otevření sacího ventilu plní stlačený vzduch válec motoru. A za nějakou dobu proud výfukových plynů narazí z důsledku otáčení rotoru na čelo statoru, dojde k jejich odražení a spaliny putují zpět, až do výfukového potrubí. Tato odražená vlna způsobuje v kanále podtlak, který nasává čistý vzduch. S dalším otočením rotoru je kanálek naplněn vzduchem. Část vzduchu se však smísí s výfukovými plyny, proto musí dojít k jejímu odstranění, tak je výplachový vzduch veden do potrubí výfuku. Dalším pootočením je kanálek opět naplněn vzduchem, pomocí čela statoru dojde k jeho uzavření a proudění se zastaví. S dalším pootočením rotoru spaliny opět tlačí vzduch do plnícího potrubí. 39

Výhody systému: pohotová odezva na měnící se zatížení motoru k pohonu rotoru využívá minimální příkon v nízkém rozsahu otáček velký M t Obr. 21 Princip přeplňování tlakovými vlnami: 1-okolní vzduch, 2- výfukové plyny z motoru, 3- odvod do výfuku, 4- stlačený vzduch přiváděný do motoru (Vlk, 2003) Obr. 22 Systém comprex (Hromádko & kolektiv., 2011) 40

4.2 Kompoundní přeplňování Jedná se o tzv. turbocompounding, který byl poprvé použit v letectví roku 1940, ale pro automobilové motory byl tehdy nepoužitelný, kvůli problému s přenosem energie hnací jednotky na kola. Pojem turbocompounding znamená to, kdy je přebytečná energie spalin za turbodmychadlem dále využívána. Energie je získávána druhou výfukovou turbínou a slouží k posílení momentu motoru na klikovém hřídeli, za pomoci převodu přes ozubené soukolí a hydrodynamickou spojku. Toto technické řešení použila firma Scania v roce 1980. (Motejl, Hořejš, & kolektiv., 2004) Princip činnosti: Setrvačník motoru je spojen s výfukovou turbínou vhodným převodem ozubených kol. Výkonová turbína je umístěna ve výfukovém potrubí za turbodmychadlem a má stejnou konstrukci. Spaliny, poté co roztočí turbínu turbodmychadla postupují k výkonové turbíně. Mezi výkonovou turbínu a turbodmychadlo je vložena brzda výfuku. Spaliny roztočí turbínu na vysoké otáčky a výkon je převáděn z turbíny přes hydrodynamickou spojku. Ta mezi klikovou hřídelí a výkonovou turbínou upravuje obvodové rychlosti. A výkon je veden na setrvačník přes převod klikového hřídele a spojku mezilehlého převodu. Výhody: nižší spotřeba výstupní výkon motoru je vyšší 41

5 ZÁVĚR Cílem této práce bylo vytvoření přehledu různých způsobů přeplňování, které se používají u automobilových motorů. Objasněním významu přeplňování a seznámením s výhodami a nevýhodami jednotlivých systémů. Největší část je věnována přeplňování pomocí turbodmychadel, které je v současné době nejrozšířenější u malých motorů, jelikož neodebírají motoru žádnou práci. Je zde charakterizována jejich konstrukce, princip činnosti, nejčastější závady s uvedením jejich příčin. Dále je pozornost věnována způsobům regulace plnícího tlaku turbodmychadla a trendům v koncepci, kde je uveden velice zajímavý motor od automobilky BMW přeplňovaný trojicí turbodmychadel. Další část je zaměřena na mechanicky poháněná dmychadla (kompresory), která se uplatňují především u velkých silných motorů, pro svůj odběr práce motoru kompresorem. Jedná se o Rootsovo dmychadlo, Lysholmovo a G- dmychadlo. Poslední část obsahuje popis ostatních způsobů přeplňování. Kde je zmíněné přeplňování tlakovým výměníkem comprex a kompoundní přeplňování. Závěrem bych chtěl říci, že trendem, který u osobních automobilů momentálně převládá je tzv. down- sizing (snižování zdvihového objemu), kdy dojde k zachování nebo dokonce i ke zlepšení výkonových parametrů. Lze ho výběrově nalézt např. u automobilek VW či Ford. Za zmínku stojí nový litrový tříválec EcoBoost, s kterým přišla na trh automobilky Ford u modelu Focus. Motor je vybaven přímým vstřikováním, turbodmychadlem a proměnným časováním ventilů Ti- VCT. Pochlubit se může svým vysokým výkonem 92 kw a šestistupňovou převodovkou, která přenáší točivý moment 170 Nm v rozsahu od 1750 do 4500 ot/min. (O nás: Auto) 42

SEZNAM LITERATURY 1. Gscheidle, R., & kolektiv, a. (2002). Příručka pro automechanika. Praha: Vydavatelství Sobotáles. 2. Hlavňa, V., & kolektiv., a. (2003). Dopravný prostriedok jeho motor. Žilina: Vydavatelstvo ŽU. 3. Hromádko, J., & kolektiv., a. (2011). Spalovací motory- komplexní přehled problematiky pro všechny typy technických automobilových škol. Praha: Gruda Publishing a.s. 4. Jan, Z., & Ždánský, B. (2004). Automobil 3 motory. Brno: Nakladatelství Avid s.r.o. 5. Motejl, V., Hořejš, K., & kolektiv., a. (2004). Učebnice pro řidiče a opraváře automobilů. Brno: Nakladatelství Littera. 6. O nás: Auto. (nedatováno). Získáno 22. duben 2012, z Web Auto: http://www.auto.cz/ford-1-0-ecoboost-92-kw-170-nm-vyroba-noveho-trivalce-startuje- 62950 7. O nás: Auto Forum. (nedatováno). Získáno 11. duben 2012, z Web Auto Forum: http://www.autoforum.cz/technika/bmw-tri-turbo-diesel-takto-funguje-system-trojitehopreplnovani/ 8. O nás: Auto znalci. (nedatováno). Získáno 3. březen 2012, z Web Auto znalci: http://www.autoznalosti.cz/index.php/motor/8-turbodmychadlo.html 9. O nás: Auto znalci II. (nedatováno). Získáno 30. březen 2012, z Web Auto znalci: http://www.autoznalosti.cz/index.php/motor/9-turbodmychadlo.html 10. O nás: Library. (nedatováno). Získáno 4. březen 2012, z Web Library: http://www.library.ethz.ch/exhibit/stodola/stodola07.html 11. O nás: StreetPro. (nedatováno). Získáno 16. duben 2012, z Web StreetPro: http://www.streetpro.cz/index.php?id=11 12. O nás: Turbo by Garrett. (nedatováno). Získáno 10. duben 2012, z Web Turbo by Garrett: http://turbobygarrett.com/turbobygarrett/turbocharger# 13. O nás: Turbocar. (nedatováno). Získáno 1. duben 2012, z Web Turbocar: http://www.turbocar.cz/cs/diagnostika-poruch.html 14. Vlk, F. (2003). Automobilová technická příručka. Brno. 43

SEZNAM OBRÁZKŮ Obr. 1 Ideální cyklus atmosférického motoru při stálém objemu... 10 Obr. 2 Ideální cyklus motoru přeplňovaného mechanickým dmychadlem... 11 Obr. 3 Ideální cyklus motoru přeplňovaného turbodmychadlem... 12 Obr. 4 Švýcarský inženýr Alfred Bűchi... 14 Obr. 5 Schéma motoru přeplňovaného turbodmychadlem... 15 Obr. 6 Konstrukce turbodmychadla... 16 Obr. 7 Turbodmychadlo s regulačním obtokovým ventilem... 18 Obr. 8 Poloha rozváděcích lopatek... 19 Obr. 9 Nastavení rozváděcích lopatek... 20 Obr. 10 Turbodmychadlo s řídící směrovou klapkou... 21 Obr. 11 Princip činnosti turbodmychadla regulovaného změnou šířky rozváděcího kola... 22 Obr. 12 Turbodmychadlo Garrett VAT 25... 23 Obr. 12 Turbodmychadlo GT2860RS... 29 Obr. 13 BMW tri- turbo... 30 Obr. 14 Schéma přeplňování motoru... 31 Obr. 15 Součinnost dmychadel... 31 Obr. 16 Rootsovo dmychadlo... 34 Obr. 17 Rootsovo dmychadlo s elektromagnetickou spojkou... 35 Obr. 18 Princip stlačování Lysholmova dmychadla... 36 Obr. 19 G- dmychadlo... 37 Obr. 20 Princip činnosti G- dmychadla... 38 Obr. 21 Princip přeplňování tlakovými vlnami... 40 Obr. 22 Systém comprex... 40 44

SEZNAM TABULEK Tab. 1 Diagnostika poruch turbodmychadla... 26 45

SEZNAM ZKRATEK HÚ horní úvrať DÚ dolní úvrať ot/min otáčky za minutu C stupeň Celsia % - procenta MPa megapascal kg kilogram kw kilowatt Nm newtonmetr km/h kilometr za hodinu mm milimetr tzn. to znamená VW Volkswagen PWM Pressure Wawe Machine ABB Asea Brown Boveri M t točivý moment Obr. obrázek Tab. tabulka např. například 46