Motor - Výkon motoru III.

Tření v ložiskách
Velkou část výkonu spotřebovává tření v ložiskách klikového mechanismu a rozvodu. Na ojniční ložisko působí dvě složky radiálních sil: od tlaku plynů na píst a zrychlující síla. Zatímco ta první se s otáčkami příliš nemění, druhá roste s druhou mocninou otáček, což pro představu znamená, že při 4000 1/min je čtyřikrát vyšší než na 2000 1/min, při 8000 1/min už je větší šestnáctkrát!Ztráty v ložiskách klikového hřídele vedly mnohdy ke konstrukcím s nižším počtem hlavních ložisek. Z hlediska tuhosti klikového hřídele to ovšem dnes není přijatelné řešení, proto se používá opření hřídele mezi každou válcovou jednotkou. Tohle pravidlo většinou neplatí u vidlicových motorů a boxerů. I zde jde o značný podíl na celkových třecích ztrátách, zvyšující se s otáčkami.Dalším zdrojem ztrát třením v ložiskách je ventilový rozvod s jeho pohonem, pohon olejového čerpadla a v některých případech také zbytečně složitý pohon generátoru proudu nebo soustava ozubených kol nožního spouštěče. Z hlediska snižování těchto ztrát by bylo nejvýhodnější využívat výhradně valivá uložení, jenže to s sebou přináší řadu dalších výrobních komplikací, a tak se s valivě uloženými klikovými nebo vačkovými hřídeli setkáváme jen někde. U víceválcových jednotek s dlouhými hřídeli by valivé uložení vyžadovalo složitě a draze vyráběný skládaný klikový hřídel a neprospělo by to ani hmotnosti a hlučnosti. Proto jsou kluzná ložiska tolik rozšířená a nejmodernější trendy nabízejí konstrukční řešení s utěsněnými pánvemi, což snižuje ztráty tlaku oleje, a tím i nutný příkon olejového čerpadla. Tudy vede cesta k dalším úsporám výkonu a paliva.Moderní kluzná ložiska s vícevrstvou výstelkou pánví dosáhla velké dokonalosti. Při otáčení hřídele vzniká v kluzné vrstvě mezi kluznými plochami hydrodynamický tlak, který zabraňuje přímému styku těchto ploch kluzného uložení. Tlak vzniká vlivem vystředěné polohy čepu. Proto je vždy nutná určitá provozní vůle. Tlak oleje v mazací vrstvě je mnohem vyšší než přívodní tlak oleje vyvozený čerpadlem a musí být vždy vyšší než měrný tlak v ložisku, aby nedocházelo ke kovovému styku ploch. Třecí síla v takovém ložisku je pak závislá na celkové ploše ložiska, dynamické viskozitě oleje a na otáčkách. Přitom je nepřímo úměrná síle mazací vrstvy vyplývající z provozní vůle ložiska. Proto je velký počet ložisek s velkou plochou nevýhodný. Výhodnější je ložisko s malou plochou a nízkou třecí rychlostí (s menším průměrem), přičemž ovšem plocha ložiska musí být dostatečná, aby zachytila tlaky zatížení.

Ztráty vířením
Kdo sleduje vývoj sportovních motocyklových motorů posledních let, zachytil určitě poměrně rozšířené snahy výrobců vypořádat se s aerodynamickými odpory plynů v klikové skříni při vysokých otáčkách. Zdaleka nejde o laciný reklamní tah, ani o zanedbatelná procenta. Zcela jednoznačně největší potíže vznikají konstruktérům u motorů, které za chodu výrazně mění objem klikové skříně, což jsou především velké jednoválce, paralelní dvouválce a dvouválcové boxery. Z hlediska udržení těsnosti motorové skříně musejí konstruktéři těchto motorů zajistit pečlivou ventilaci. To ovšem vede k nepřetržitému pohybu plynů, k jejichž přemisťování a zrychlování ztrácíme část indikovaného výkonu.U víceválcových motorů ovšem situace není o mnoho lepší. Vzhledem k teoreticky neměnnému objemu pod písty nejsou nároky na ventilaci takové, ale plyny s vířícím aerosolem oleje tak jako tak přemisťujeme mezi sousedními válci. Pečlivě volené kanály, s nimiž přišli výrobci vysoce výkonných motorů, dokáží v nejvyšších otáčkách nějaké to procento ušetřit pro zadní kolo motocyklu. Podrobnější představu o podílu ztrát najdete v tabulce.Velkou část ztrát způsobuje také víření oleje v klikové skříni. Prakticky žádný ze sportovních motorů současnosti, disponující vysokými otáčkami, není konstruován tak, že by hladina motorového oleje byla přímo v bezprostřední blízkosti klikového mechanismu. Většina motorů má vytvořenou hlubokou jímku oddělenou určitou formou mezistěny, která snižuje víření a pěnění oleje. Někteří konstruktéři dávají přednost mazání se suchou skříní s olejovou zásobou v oddělené nádrži (některé Yamahy nebo Aprilie), kde je složitost vykoupena menšími rozměry samotného motoru, zlepšeným chlazením oleje a snížením ztrát vířením.Poměrně velký příkon mají i olejová čerpadla. Z tohoto pohledu není výhodná konstrukce s mazáním se suchou skříní, která vyžaduje čerpadla dvě (tlakové a sběrné). Potřebný mazací tlak bývá dost vysoký a zatímco u závodních motorů není zvykem čerpadlo zbytečně dimenzovat, v sériové produkci potřebuje výrobce jistotu dostatečného tlaku za kterýchkoliv podmínek a teplot. Proto jsou olejová čerpadla sériových motorů značně dimenzována i za cenu zvýšeného příkonu a část spotřebovaného výkonu se vynakládá v podstatě na neužitečné protékání oleje redukčním tlakovým ventilem.

Otáčky a výkon motoru
Z dříve popsaného není těžké si odvodit, že výkon motoru je závislý na středním efektivním tlaku, otáčkách a součtu veškerých probraných ztrát. Z toho plyne, že zvyšováním otáček roste výkon motoru přímo úměrně. Všechno ale má své hranice. V odstavci o mechanických ztrátách bylo naznačeno, jak prudce se zvyšují třecí ztráty s rostoucími otáčkami. Od určitých otáček toho daného motoru se mechanická účinnost neúměrně zvyšuje, ztráty začínají být neúnosné a namáhání klikového mechanismu zkracuje životnost motoru. Používaným měřítkem přijatelných otáček je střední pístová rychlost, kterou si lze vypočítat ze vzorce Vp = L . n/30 (m/s), kde L je zdvih pístu v metrech a n otáčky motoru za minutu.Odstředivé i zrychlující síly jsou závislé na velikosti pohybujících se hmot. V tom je odpověď na otázku, proč supersportovní motory snesou střední pístovou rychlost až 25 m/s, kdežto dlouhozdvihové velkoobjemové agregáty s menším počtem válců by se neměly dostat nad 18 m/s.Další překážkou pro zvyšování otáček bývá ventilový rozvod a setrvačnost jeho kmitajících dílů. Ventilovým rozvodům se budeme věnovat zvláštním textem. Prozatím jen konstatujme, že u moderních tuhých víceventilových konstrukcí odpovídají kritické otáčky rozvodu přibližně otáčkám omezeným přípustnou střední pístovou rychlostí.


Zdroj: Supermoto 05/09