Konstrukce motoru IV.

Detonace
Tématem, souvisejícím se spalovacím prostorem a v raných dobách bez elektroniky a patřičných zkušeností řádně zamotávajícím hlavy vědců a konstruktérů, jsou detonace. Pístové motory s vnitřním spalováním měly dříve označení výbušné, ale to zdaleka neodpovídá skutečným poměrům, a tak se později ujal přesnější výraz spalovací. To proto, že expanze zapálených plynů není explozí, a cílem všech konstruktérů je právě zabránit stavům, při kterých by hoření ve spalovacím prostoru získávalo charakter výbuchu namísto rychlého, leč postupného shoření stlačené směsi.Detonační spalování se navenek projevuje tvrdým chodem motoru a je doprovázeno zvonivým nebo tupým hlukem. Konstruktérům v minulosti byly dříve známy důsledky než příčiny, neboť docházelo k ničení a předčasnému opotřebení klikového mechanismu, k přehřívání a poškození pístů. Detonace pak bránily zvyšování kompresního poměru a držely dlouhou dobu tepelnou účinnost na nízké úrovni, neboť se jako první zjistilo, že tyto jevy přímo souvisejí s mírou stlačení zápalné směsi a s kvalitou (oktanovým číslem) paliva. Až později se došlo k závěru, že výrazný podíl na detonačním spalování má především tvar spalovacího prostoru. Obrovský kus práce v tomto oboru odvedl Angličan (podle jména už tolik ne) Ricardo, který dal světu tehdy nejpokrokovější půlkulový spalovací prostor a zůstalo po něm vědecké pracoviště, dodnes se podílející na řadě vývojových projektů.

Ricardo přišel na to, že ve spalovacím prostoru směs prohořívá od svíčky přibližně v kulových plochách a rychlost prohořívání je závislá na teplotě a tlaku plynů, a že víření směsi zvyšuje rychlost hoření ve směru, či zpomaluje proti směru proudění. Problém detonací byl odhalen v nevhodném spalovacím prostoru s nekompaktním povrchem, což se týkalo především spodových motorů SV. S prohoříváním směsi roste prudce tlak plynů, který působí nejen na dno pístu ve smyslu konané práce, ale také na dosud neshořelý zbytek směsi. Jak roste tlak, zvyšuje se rychlost, a dosáhne-li tlak a teplota nespálené směsi kritické hodnoty, vznítí se zbytek směsi okamžitě a shoří detonačně. V tomto okamžiku již čelo plamene nepostupuje v kulových plochách, ale exploze má chaotický ráz. Kritická místa byla rozpoznána: slepé kapsy spalovacích prostorů nad ventily u motorů SV, horké výfukové ventily, špatně chlazené hrany spalovacího prostoru, vyčnívající těsnění válce a hlavy, u déle provozovaných motorů usazené vrstvy karbonu.Důsledky pro konstruktéry i vědce byly zjevné. Motory s ambicemi na velký litrový výkon se neobešly bez vrchem řízených ventilů (OHV nebo OHC, 2x OHC) a půlkulového spalovacího prostoru s dobrým chlazením a chemické složení paliva se začalo komplikovat řadou přísad zvyšujících detonační odolnost, tedy rostlo oktanové číslo paliva.

Čidla klepání
Současné motory s vysokým kompresním poměrem spalují benzíny s minimálním oktanovým číslem 95, výjimkou nejsou ani agregáty konstruované pro použití paliva s OČ 98. Kromě skutečnosti, že konstrukce má dnes procesy probíhající ve spalovacích prostorech plně ovládnuté (a u většiny současných motocyklových motorů se detonacím předchází především propracovanou podporou víření směsi ve spalovacích prostorech), věci značně prospěl příchod takzvaných čidel klepání, známých v automobilové konstrukci už řadu let. Jde o piezoelektrické články, velmi citlivě reagující na jemné vibrace. Frekvence je samozřejmě nastavena tak, aby čidlo reagovalo (a generovalo elektrický náboj) jen na chvění vyvolávané detonačním spalováním, nikoliv na vlastní chvění motoru. Čidlo jako citlivé ucho velmi přesně rozpozná začátek detonačního spalování za hliníkovou stěnou spalovacího prostoru a předá informaci řídicí jednotce motoru. Ta posléze upraví (zmenší) předstih zapalování, případně upraví úhel otevření škrticí klapky anebo dávku vstřikovaného paliva. To proto, že s ohledem na získání maximálního výkonu motoru je základní předstih nastaven na největší možnou hodnotu, na které však setrvává jen do chvíle, než čidlo klepání zaznamená počátek detonačního spalování.

Z hlediska provozního má motor vybavený čidlem klepání nespornou výhodu při nouzovém spalování méně kvalitních benzínů. Asi nejproslulejším zástupcem téhle myšlenky je univerzální cestovní stroj značky BMW, ať už v modelu R 1150 nebo R 1200 GS, ovšem právě tenhle výrobce čidly klepání vybavuje většinu svých motorů. V nich lze potom spalovat i benzíny o výrazně nižším oktanovém čísle, než je předepsáno, a to bez jakéhokoliv nebezpečí poškození motoru. Pozor, řeč je o oktanovém čísle a jeho vlivu na motor, nikoliv o chemickém složení paliva a jeho vlivu na katalyzátor! Díky čidlu klepání upraví řídicí jednotka aktuální předstih zapalování a motor si zachová stále rovnoměrné spalování, byť za cenu sníženého nejvyššího výkonu.
(pokračování v příštím čísle)


Zdroj: Supermoto 10/09