Jak se vyvažuje motor – 1. díl

22. 6. 2022 5 min. čtení Tipy a rady Technologie

Proč se motor chvěje? Proč se někdy chvěje tak, že je to nesnesitelné? Co se proti tomu dá dělat? To jsou otázky, na které se pokusíme zodpovědět, i když to nebude vůbec snadné.

Jak se vyvažuje motor – 1. díl

Články na téma zajímavosti o motorech:

  1. Jak zajet nový motor
  2. Co je to Ottův, Atkinsonův a Millerův cyklus?
  3. Elektromotor od Koenigsegg - v čem je tak revoluční?
  4. Jak se vyvažuje motor – 1. díl - právě čtete

Kdysi na katedře Vozidel a letadlové techniky při ČVUT Praha pracoval docent Ladislav Jukl, který s tužkou v ruce a poválečnými tabulkami psanými v azbuce dokázal vypočítat vyvážení jakéhokoliv motoru na papír během pár desítek minut. Samozřejmě, že šlo o zjednodušený výpočet, ale nebyl vůbec problém, aby si tužku nabrousil, vzal víc papírů a klidně provedl výpočet delší až do takzvaných vyšších harmonických. Kdo kdy chtěl vědět něco o pohybujících se hmotách v motoru, šel za ním. Často s humorem říkával, že některé motory, jako jsou tříválce, je tak těžké vyvážit, že je lepší z auta na křižovatce na chvíli vystoupit, aby to s člověkem tolik neházelo. Pak zase vzal tu svou tužku tvrdosti HB (H používal na osy náčrtů a B na obrysy) a začal vysvětlovat proč. Nedokážeme to tak jako on. Zkusíme to však víc lidově.

Základ je vědět, kam co tlačí

Zapomeňme na motor jako kovovou součást a nakresleme si jeho základ jen z čar, které budou jen náznakem připomínat to, co se nám pod kapotou motá. Jde o tři body (kdo si vzpomene na výraz hmotný bod z fyziky?), kde A znázorňuje píst, respektive místo kde se stýká s ojnicí (koná pouze posuvný pohyb), B místo, kde se stýká ojnice s klikovou hřídelí (konající rotační pohyb) a C jako osu klikového hřídele (opět pouze rotační pohyb). Jak je vidět, spalovací motor má problém v tom, že převádí posuvný pohyb na pohyb rotační. Píst, pístní kroužky a pístní čep (bod A) konají pouze pohyb přímočarý vratný pohyb. Tlak na píst a hmotnost těchto komponent pak mají za následek vznik setrvačných sil, které je nutné vyvážit.

Jak se vyvažuje motor – 1. díl

To ojnice (mezi body A a B) koná pohyb dokonce dvojitý pohyb. Jde obecný rovinný pohyb, který se skládá z kývavého a přímočarého vratného pohybu. Ojnice se tak podílí na vzniku jak setrvačných, tak i odstředivých sil motoru.

Kliková hřídel přenáší tyto síly na blok válců a na klikovém hřídeli vzniká točivý moment, který je odebírán na straně setrvačníku.

Primární a sekundární síly

Podívejme se na obrázek první, který definuje takzvané primární síly. To jsou ty, které vznikají od tlaků plynů nad válcem. Jsou to síly významné, vždyť ony pohání celý vůz. Proto to slovo primární. V obrázku je najdete pod zkratkami, které znamenají:

Fp - síla od tlaku plynů působící na píst

Fpo - síla od tlaku plynů působící na ojnici

Fpn - normálová (tedy v ose) síla od tlaku plynů působící na stěnu válce

Fpt - tečná síla od tlaku plynů působící na ojniční čep

Fpr - radiální síla od tlaku plynů působící na klikový hřídel

Primární a sekundární síly

Ale to samozřejmě není všechno. Motor koná hned několik druhů pohybů a pohybující se části motoru mají své setrvačné síly. Ty označujeme jako sekundární. Na dalším obrázku najdeme jejich směry a zkratky, pod kterými si můžete představit toto:

Fm - setrvačná síla od posuvných hmot

Fmo - setrvačná síla od posuvných hmot působící ve směru ojnice

Fmn - normálová setrvačná síla od posuvných hmot působící na stěnu válce

Fmt - tečná setrvačná síla od posuvných hmot působící na ojniční čep

Fmr - radiální setrvačná síla od posuvných hmot působící na klikový hřídel

Fr - odstředivá síla od rotačních hmot

Důležité je si uvědomit, že síly od posuvných hmot mění svou velikost v závislosti na poloze klikové hřídele, ovšem odstředivé síly mají stálou velikost, ale mění směr svého působení.

Další důležitá myšlenka je ta, že ojnice koná obecný rovinný pohyb. Takže tu je vliv jak posuvných sil, tak i odstředivých. Jak moc které působí? To už je trochu moc detailní. Každopádně na to existují jak přibližné, tak i velmi přesné výpočty.

Prostým složením pak můžeme získat síly v jednotlivých směrech a typech – odstředivé tangenciální, radiální a normálové. Tyto výsledné síly nám pak určují kompletní zatížení oněch hmotných bodů.

Tady dostaneme také točivý moment. Když se podíváme na obrázky, uvědomíme si, že jedinou složkou, která produkuje točivý moment, je síla tangenciální. Jestliže ji vynásobíme poloměrem klikového hřídele, získáme točivý moment válce. Ten vezmeme třeba od prvního zalomení klikové hřídele motoru a postupně k němu přičítáme účinky momentů dalších zalomení. Tady se snažíme získat co nejhladší průběh točivého momentu, a tak volíme nejvhodnější počet válců, jejich polohu a pořadí vstřiků. Ovšem to už předbíháme do dalšího dílu.

Zdroj info: Brody Walker: Engineering Fundamentals of Internal Combustion Engine, Larsen&Keller Education 2017, Prof. Ing. Jan Macek, DrSc, Ing. Bohuslav Suk, CSc.: Spalovací motory, skripta ČVUT FSI, 2000. Zdroj médií: Jan Čech, Škoda Auto.

Podobné články