Vířivé klapky vznikly jako technické řešení optimalizace proudění vzduchu v sacím traktu motoru. Vyskytují se primárně u dieselů, ale i u některých jednotek zážehových. Jejich hlavním úkolem je zvýšení efektivity agregátu v nižších otáčkách, což má za následek nižší spotřebu, tedy i emise.
Vířivé klapky – funkce a problémy
Články na téma jak fungují motory:
- Zážehový spalovací motor - jak funguje?
- Dvoutaktní motor - princip fungování
- Vznětový motor - jak funguje?
- Výkon motoru na etanol
- Vrtání a zdvih motoru – který parametr je rozhodující?
- Výhody motoru podélně vs. napříč
- Proč je tříválec účinnější než čtyřválec?
- Střední pístová rychlost – co to je?
- Olejová vana – kdy je lepší oddělené mazání?
- Písty bývají dole širší než nahoře. Víte, proč to tak je?
- Vířivé klapky u spalovacího motoru - právě čtete
- Offset klikové hřídele vůči válci
- Offset klikovky vůči válci: Má to i nevýhody, bohužel
- V motoru palivo nevybuchuje. Dělat to nesmí
- Detonační spalování a jeho problémy (2. díl)
- Spalovací motor a jeho účinnost: Kde se nám nejvíc ztrácí?
- Vstřikování vody dává smysl jen u některých motorů
- EGR a diesel: Proč už nestačí jeden okruh?
- Tepelná roztažnost kovů má zásadní vliv na konstrukci motoru
- Vyvažovací hřídel hraje u čtyřválce větší roli než u tříválce
- Squish efekt: Co dělá tvar dna pístu se spalováním
- Honování válců: Proč se to dělá?
Princip činnosti
Klapky jsou pohyblivé elementy umístěné v jednotlivých kanálech sacího potrubí. Většina moderních čtyřventilových motorů má na válec dva sací ventily, přičemž právě v jednom ze dvou kanálů se většinou nachází vířivá klapka. Přesná pozice je řízena buď podtlakovým systémem, nebo elektromotorem s převodovkou, často s využitím zpětné vazby pomocí potenciometru nebo snímače polohy. Systém tedy vždy ví, jak je klapka natočena, což umožňuje zpětnou kontrolu. Natáčení probíhá u všech klapek stejně, není řízena každá zvlášť, ale naklápí se všechny najednou, jsou totiž na jedné ose.
Je-li motor v nižší zátěži nebo běží-li na volnoběh, jsou klapky částečně zavřené. Urychlí se tím proudění vzduchu a nabere směr, který vyvolá v komoře vířivý pohyb. Výsledkem je homogennější směs, což zlepší efektivitu spalování a sníží množství nespálených uhlovodíků.
Extrémně důležité je to zejména po studeném startu, kdy prvních několik desítek sekund, až nižší jednotky minut, produkuje diesel vysoké množství nežádoucích emisí. Při vyšším zatížení motoru se pak vířivé klapky otevřou, aby umožnily maximální průtok vzduchu do válců a neomezovaly výkon motoru. Vířivé klapky má například i u nás velmi rozšířený motor 2.0 TDI CR.
Poruchy a typické problémy
Navzdory svému funkčnímu přínosu představují vířivé klapky jednu z nejčastějších slabin starších dieselových motorů. Z dlouhodobého hlediska může být problémem zanášení klapek karbonem, způsobeným recirkulací spalin přes EGR ventil. V průběhu času dochází k usazování vrstvy sazí a olejových par, což může vést k omezenému pohybu klapek, špatnému dovírání, nebo dokonce jejich zablokování. Samozřejmě mají usazeniny negativní vliv i na proudění vzduchu. Hůře na tom bývají motory s delšími výměnnými intervaly oleje (long-life) a s nadměrným množstvím EGR spalin.
Nejzávažnějším problémem je mechanické selhání – u některých motorů se stávalo, že se vířivá klapka uvolnila, byla nasáta do spalovací komory a způsobila destruktivní poškození motoru. Typicky šlo o plastové nebo slitinkové klapky upevněné na ocelových osičkách, které časem praskaly vlivem tepla a vibrací. K tomu docházelo například u starších BMW řad 3 a 5.
Mnozí majitelé proto přistupují k jejich „odstranění“ – klapky jsou fyzicky vyjmuty a sací potrubí zaslepeno. I když tím ztrácí motor část efektivity při nízkém zatížení, zamezí se tím riziku fatální poruchy. U novějších motorů to ale může vyvolat chyby v diagnostice, rozsvícení kontrolky motoru a problémy na emisích.
Moderní přístupy a alternativy
V reakci na problémy s vířivými klapkami výrobci v poslední dekádě přešli k robustnějším řešením. Nové generace motorů mají masivnější kovové komponenty, nebo pracují s proměnnou geometrií sacího traktu jako celku, bez potřeby vířivých klapek. U zážehových motorů se místo víření vzduchu více sází na řízené vstřikování paliva, tvar spalovací komory a přesné řízení turbulence pomocí tvarovaných sacích kanálů.
- Přečtěte si také: Přímé vstřikování a kombinace se vstřikováním nepřímým
Závěr
Vířivé klapky byly a jsou snahou o kompromis mezi výkonem, spotřebou a emisemi. U starších motorů představují často slabinu, ale zároveň plnily a stále plní důležitou roli při optimalizaci spalování. Při výběru ojetého vozu s dieselovým motorem je vhodné zjistit, zda jimi vozidlo disponuje, jaký má systém ovládání a zda nebyl upravován.
Zdroj info: SAE Technical Paper 2015-01-1798: Impact of Swirl Flaps on Combustion Characteristics in a Diesel Engine&, Heywood, J. B. (2018): Internal Combustion Engine Fundamentals, 2nd Edition.
Zdroj médií: Depositphotos.
Zdroj médií: Depositphotos.
