Jak se vyvažuje motor – 2. díl

13. 7. 2022 3 min. čtení Tipy a rady Technologie

Vyvážení spalovacího motoru je práce složitá. Těch hodnot, které vstupují do celého výpočtu je hodně, ale nakonec ve výsledku můžeme díky spoustě chytrých pánů celkem jednoduše dojít k výsledku.

Jak se vyvažuje motor – 2. díl

Těch chytrých pánů byla celá řada. Například Benoît Paul Émile Clapeyron byl jeden z fyziků, který definoval zatížení těles, především pak vytvořil teorii spojitého trámu, teorii kleneb a teorii pružných per. My si vezmeme tu první a díky ní (Clapeyronova třímomentová rovnice) zjistíme zatížení ložisek klikového hřídele v motoru. Jak prosté! Mimochodem – víte, že stavová rovnice ideálního plynu, která se používá v termodynamice (tedy i při výpočtu spalovacích procesů) je také z jeho pera? A Clausius-Clapeyronova rovnice o tlaku nasycených vodních par… Uff… To už zabíháme příliš daleko.

Zase vyvažujeme

Zpátky k vyvažování motorů. Síly v klikovém mechanismu ovšem nejsou stálé. Jsou proměnné v čase a záleží na natočení klikového hřídele. A právě je musíme vyvážit. Abychom si to zjednodušili, můžeme síly přesunout do rovin, ve kterých působí – do zdvihové roviny (prochází osami válců a osou klikového hřídele) a příčné, která je kolmá na osu klikového hřídele a je uprostřed mezi prvním a posledním válcem.

Jak se vyvažuje motor – 2. díl

My si tyto síly můžeme zjistit a využít pro výpočet sil a momentů, které musíme vyvážit. Zjistili jste rozpor v této větě? Zjistit síly pro výpočet sil…? Ano, uvědomme si, že ty síly se mění v čase a závisí tedy na poloze klikové hřídele, ale i na otáčkách klikového hřídele.

My tedy vyvážení motoru musíme rozdělovat na:

  • Vyvážení setrvačných sil prvního řádu – tedy síly primární se stejnou frekvencí, jako jsou otáčky motoru
  • Vyvážení setrvačných sil druhého řádu – síly sekundární s dvojnásobnou frekvencí otáček motoru.
  • Stejně tak známe momenty prvního a druhého řádu, které musíme vyvážit.

Naskýtá se nám tedy okamžitě otázka, zda existují síly a momenty vyšších řádů? Ano, existují. Ale jejich vyvažování je velmi problematické, takže se k němu nepřistupuje a zachytává se pružným uložením motoru a převodovky. Setkat se s těmito vyššími harmonickými složkami můžete v určitých otáčkách agregátu, kdy najednou slyšíte a cítíte jakési divné chvění a hučení. Tento krátký okamžik je vyšší harmonická složka, kterou nezachytila pružná uložení.

Jak se vyvažuje?

Setrvačné síly prvního řádu můžeme pomocí rovnic snadno spočítat jako umístěné vývažky na klikovém hřídeli. Jsou to ta protizávaží na klice, která ovšem dokáží vyvážit maximálně 50 % setrvačných sil. Proč? Kdybychom pokračovali výš, fyzika nás zradí. Sice vyvážíme zdvihovou rovinu, ale zvýší se nám nevývažky v rovině kolmé.

Jak se vyvažuje motor – 2. díl

Pokud bychom chtěli vyvážit provořádové setrvačné síly ze sta procent, musíme využít služeb samostatných vyvažovacích hřídelů, které rotují stejnou rychlostí jako kliková hřídel.

Setrvačné síly druhého řádu už musíme vyvažovat pouze pomocí vyvažovacích hřídelů, protože ty se musí otáčet dvojnásobnými otáčkami klikového hřídele. Ovšem ani tohle není jednoduché. Jediný vyvažovací hřídel s vhodně umístěnými protizávažími totiž zvyšuje momenty v celém mechanismu. Takže se často využívá dvojice vyvažovacích hřídelů s protisměrným chodem.

Pro příště

Vše, co jsme si řekli výše (a v minulém díle), pak můžeme jednoduše vysvětlit na příkladu nějakého motoru s konkrétními opatřeními. To je ale trochu delší, takže to necháme na příští díl. Závěr tohoto dílu necháme otevřený a dáme vám úkol do příště. Co se stane, když budou na k jednomu hřídeli připojeny dva písty, pakliže ramena klikového hřídele jsou vůči sobě pootočena o 180°?

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: BMW, Volkswagen, Mercedes-Benz.

Podobné články