1928–1933
Nastupují monoposty
Dodatek D Síly na klikovém mechanismu S vyššími tlaky ve spalovacím prostoru a se stoupajícími otáčkami se zvyšovalo mechanické namáhání pohyblivých částí motoru. Jejich hmotnost se sice použitím lehkých pístových slitin, kvalitnějších ocelí a dokonalejším konstrukčním zpracováním snižovala, ale vzrůstající otáčky způsobily, že setrvačné síly s nimi rostly, a to dokonce kvadraticky, čili při dvojnásobném zvýšení otáček už byly čtyřikrát a při trojnásobném devětkrát větší. V diagramu na obrázku 4.32 je znázorněn průběh tlaku na píst během dvou otáček čtyřdobého cyklu. Poměry odpovídají přibližně motoru Delage 1,5 litru. Tlak při hoření směsi v horní úvrati pístu byl kolem 7 MPa (70 kp/cm2), na pístu vyvodil sílu 17 240 N (1724 kp), čili téměř 2 tuny. V diagramu B je průběh setrvačných sil hmot s pohybem posuvným (pístu + kroužků + pístního čepu + horní části ojnice), které vznikají při urychlení pístu z klidové polohy v horní úvrati (HÚ) a při jeho zpomalení do dolní úvratě (DÚ) a naopak. Průběh setrvačných sil je v diagramu zobrazen při 2000, 4000 a 8000 otáčkách klikového hřídele za minutu. Ty vyvodí v úvratích zrychlení vysokých hodnot, od 2124 m/s2 (212 g) do 34 075 m/s2 (3407 g!), a tím vzniknou síly od 1062 N (106 kp) do 17 037 N (1703 kp), opakující se 33- až 133krát za vteřinu. Setrvačné síly při 8000 otáč-
kách za minutu dosahují zhruba velikosti sil působících na píst při hoření směsi ve spalovacím prostoru. V diagramu C je součet sil působících současně na mechanismus, sil ze spalovacího prostoru z diagramu A a sil setrvačných z diagramu B. Při nízkých otáčkách převládají síly od procesu nad pístem. Při vysokých otáčkách je při součtu těchto sil s obráceně působícími silami setrvačnými ojnice v horní úvrati odlehčená a nebezpečné namáhání nastává v úvratích pístu během sání a výfuku. Vysoká tahová síla v ojnici v místě pod okem pístního čepu bývá pak příčinou přetržení ojnice, a to nikoliv při plném výkonu, ale při odlehčeném motoru, například při chybném přeřazení převodu a přetočení motoru. Závodní motory bývaly dimenzovány tak, aby snesly přetočení jen asi o 8 % nad otáčkami, které připouštěl výrobce. Proto byl otáčkoměr spolu s teploměrem nejdůležitějším přístrojem na přístrojové desce.
Ventily Materiál ventilů musí mít dostatečnou pevnost za vyšších teplot, musí být odolný proti deformacím při velkém rozdílu teplot, tvrdý proti opotřebení, musí vzdorovat korozi a oxidaci a musí být nekalitelný při střídání teplot během pracovního cyklu. Pro sací a méně namáhané výfukové ventily do pracovní teploty pod 800 °C jsou vhodné ocele s legurou chromu a křemíku, pro teploty vyšší pak ocele austenitické s přísadou chromu, niklu, wolframu, manganu a křemíku (poznají se tak, že nereagují na magnet). Ty jsou sice při nižších teplotách měkčí než ocele skupiny první, ale své přednosti projeví až za teplot vyšších a používají se proto na výfukové ventily výkonných motorů. Dobrý ventil musí vydržet 5000hodinový test při 800 °C. Talíř výfukového ventilu je nejteplejším místem spalovacího prostoru. Vysoké teploty jednak ohrožují ventil pevnostně, jednak jeho vysoká teplota může být příčinou nežádoucích jevů při spalování směsi (viz dodatek C). U vysokovýkonných motorů je proto třeba intenzivně z výfukových ventilů odvádět teplo. Různou technologií je možné docílit toho, že ve ventilu vznikne dutina (obr. 4.33), která byla plněna dříve rtutí, později výhodněji kovovým sodíkem. Ten je dobrým vodičem tepla, vyplní 40 až 60 % objemu dutiny, za atmosférické teploty je jeho skupenství tuhé (prášek), ale při 97 °C taje (vře při 882,9 °C). Při ohřátí ventilu je v tekutém stavu, šlíchá a odvádí z talíře teplo do vodítka. Na obr. 4.33 je znázorněn průběh teplot ventilu chlazeného (A) a standardního nechlazeného (B).
Torzní kmity klikových hřídelí
Obr. 4.32 Průběh sil působících na hmoty s posuvným pohybem u závodního čtyřdobého motoru
Ojnice působí na zalomení klikové hřídele silami ve střídavém smyslu, a tím se v rychlé frekvenci mění její namáhání v krutu. Protože není absolutně tuhá, vznikají pružné krutové deformace, které svými rychlými změnami vyvolají její torzní kmitání. Frekvence kmitání závisí na dimenzích hřídele, jejím uložení, sledu pracovních taktů, počtu zalomení a na délce. Velikost úhlové výchylky v jednotlivých místech je pak závislá na její tuhosti. Takzvaný uzel kmitů (místo, kde se hřídel otáčí bez přídavného kmitání rovnoměrně) je blízko velké hmoty, většinou u setrvačníku a spojky. Velikost úhlové výchylky pak roste k volnému konci hřídele. Poměry u řadového šestiválcového motoru vidíte na obrázku 4.34,
98 Ukázka elektronické knihy, UID: KOS181522