Závodní motory a hluk (3. díl)

Už jsme se bavili o tom, jak putuje vzduch do válců, jak ho tam stlačujeme, jak hoří a jak to všechno řídí ventily pomocí vaček. A tohle všechno samozřejmě má velký vliv na to, jaký zvuk bude mít motor. Jenže ono to není to nejdůležitější. To hlavní leží až za motorem. A to je výfuk. Ale ještě, než si o něm budeme povídat, musíme se navrátit k vačkám.

Kudy tudy do výfuku?

Říká se tomu časování ventilů. Vačky totiž mohou mít nejen různé nastavení náběhových hran a výšku zdvihu, ale mohou se vůči sobě také pootáčet. O systémem variabilního časování jsme tady psali už spoustu kapitol. Jako příklad tu třeba uvedeme článek o zajímavém motoru Honda VTEC, který by mohl být pro začátečníky takovým odrazovým můstkem k této problematice.

O co vlastně jde? Jde o účinnost, což je to nejzákladnější u spalovacího motoru. Čím vyšší účinnost máme, tím lépe využijeme energii obsaženou v palivu. Vačky, které se dají vůči sobě natáčet pro různé potřeby naplnění a vyprázdnění válce, jsou zázrakem pro všechny závodní agregáty. Je rozdíl, když jede naplno turbodmychadlo a když si motor pobrukuje jen tak na volnoběh. Úhel rozevření vaček se mění dost radikálně. Když se podíváte na diagram časového průřezu rozvodových ventilů, uvidíte, že ventil výfukový se otevírá ještě před dolní úvratí, a to 20–60°natočení vačky a zavírá až za horní úvratí. To sací se otevírá ještě před horní úvratí a zavírá až za dolní úvratí. Takže ventily se značně překrývají, aby nebylo vyprazdňování nadměrně škrceno.

Také čtěte

3 min. čtení

Bezpečná vzdálenost mezi vozidly

12. 4. 2024 Jiří Lacina Tipy a rady

Důležité je vyprázdnit

Hlavní je, aby se válec včas vyprázdnil a mohl zase nasát studenou směs. Ale vstupuje do toho spousta parametrů. Od teploty nasávané směsi až po tvar výfukového potrubí. Odlišují se pak výsledky pro nízké otáčky a vysoké otáčky a ještě nám do toho vstupuje turbodmychadlo.

Abychom vám vylíčili celou problematiku optimalizace rozvodového systému, museli bychom udělat tuhle kapitolu obecně mnohem delší… Asi tak na pět let. Ostatně i já, autor tohoto článku, jsem diplomovou práci na tohle téma psal až po absolvování celého studia.

Takže stručně. Ventily se musí vhodně otevřít, aby tlak ve válcích šel ve vhodnou chvíli do výfukového potrubí. Ten při otevření výfukového ventilu expanduje do potrubí rychlostí přesahující rychlost zvuku. Pak se tato rychlost velmi rychle snižuje. Čím větší tlaky ve válci, tím déle si svou vysokou rychlost udržuje. Právě tato extrémní rychlost výfukových plynů je největším zdrojem hluku motorů.

Také čtěte

3 min. čtení

Defekt pneumatiky a rady, jak jej opravit

3. 4. 2024 Nikola Vrablová Tipy a rady

Vlnění

Konečně jsme se tedy dostali do výfuků. Tady si musíme říct, že náraz, který se koná bezprostředně po otevření výfukového ventilu je tak ohromný, že vyvolá tlakovou vlnu. Vlnění pak sledujeme prakticky v celém výfukovém potrubí, ať už stojí v cestě cokoli – od turbodmychadla až po katalyzátor. Tohle vlnění je pro nás přítelem i zásadním nepřítelem. Každý konstruktér motoru se s ním musí popasovat tak, aby ho vhodně využil ve svůj prospěch. Tím vlněním se totiž dá udělat pořádný nepořádek ve válcích.

Pro představu bude asi nejjednodušší jednoválec. Tomu se střídá období zavřeného výfukového ventilu s ventilem otevřeným. Když se ventil otevře, přetlaková vlna stlačuje před sebou plyn, který již v potrubí je. Ovšem v okamžiku uzavření ventilu je najednou tlak před vlnou vyšší, než na jejím konci. Dochází tudíž k opačnému toku. Při uzavřeném výfukovém ventilu tak dochází ve výfukovém potrubí ke kmitání plynů. Tyto kmity my můžeme spočítat a podle toho naladit otevření ventilu tak, aby pomohly výplachu spalin z válce.

Jenže my máme válců víc a každý válec otevírá své ventily někdy jindy. Vlna vycházející z jednoho válce pak projde celým výfukovým potrubím, a to včetně svodů u jiného válce. Pokud se otevře další válec v nevhodný čas, pak může protichůdná vlna znemožnit pořádné vyprázdnění válce.

Naladění výfukového potrubí je pak jedna z nejnáročnějších prací. Aby byly výpočty co nejjednodušší a nejrychlejší, definovali konstruktéři hned několik součinitelů, které vypovídají o tom, jak kvalitně se objem spalovací komory vyprázdní a naplní. Účinnost naplnění válce (znáte také jako dopravní účinnost), součinitel proplachování a další pak vedou přes vnitřní práci k indikované účinnosti vysokotlaké části a nakonec k indikované účinnosti celého oběhu. Vznikají pak velké diagramy účinnosti motoru a podle nich se ladí přesný cíl, kterého chceme dosáhnout. U závodního motoru samozřejmě hledíme na co nejvyšší výkon a potřebujeme, aby nám výfukový systém pomohl co nejrychleji vyprázdnit válce, protože na to je extrémně málo času.

Také čtěte

3 min. čtení

Test letních pneumatik 205/55 R16 2024

dnes Jiří Lacina Tipy a rady

Dlouhé potrubí je záchrana?

Obecně a velmi zjednodušeně tak můžeme říci – závodní motor potřebuje co nejkratší sání, aby se maximalizovala dopravní účinnost a co nejdelší výfukové potrubí, abychom si mohli hrát s co nejlepším nastavením rezonančních vln, které pomocí speciálních klapek nebo úplně jednoduchých až hloupých expanzních míst v potrubí dokážeme perfektně využít.

Jenže to samozřejmě přestává platit ve chvíli… Ano, jistě, to, co jsme napsali je sice pravda, ale opravdu jen teoretická. Nám totiž do výfukových plynů vchází hned několik dalších aspektů, jako jsou například turbodmychadla. A tam opravdu nechceme, aby se nám plyny vlnily v potrubí jak moře na doverském pobřeží. A taky jste viděli všechny ty dragstery, které mají výfuky dlouhé asi jen tak, aby plameny neogrilovaly řidiče v kokpitu.