eeeeeeee eeeeeeeeeeeeČ Č 7

e

e

e

Traktory a dopravní prostředky I

Interní učební text

e

Ing. Antonín Dolan, Ph.D.

Úvod Předložený učební text je určen studentům Jihočeské univerzity v Českých

Budějovicích, obor bakalářského studia Zemědělská technika, obchod, servis a služby.

Je zpracován podle sylabu předmětu Traktory a dopravní prostředky I. Slouží k osvojení teoretického základu, který je nutný pro praktická cvičení. Učební text obsahově zapadá do souboru skript a učebnic z oblasti motorových silničních vozidel. Jeho úkolem je seznámit posluchače s tímto oborem a získat přehled o technické terminologii.

Osnova předmětu:

1. Rozdělení traktorů 2. Provedení traktorů 3. Provedení motorů 4. Spalovací motory 5. Pracovní oběh spalovacích motorů 6. Příslušenství spalovacích motorů 7. Paliva, palivový systém 8. Převodovky traktorů 9. Pojezdové ústrojí traktorů 10. Příslušenství traktorů 11. Tahové vlastnosti 12. Pohyb vozidel v terénu 13. Zemědělské nákladní automobily 14. Manipulační a speciální dopravní prostředky

Úkolem praktických cvičení je názorně seznámit posluchače s probíranou látkou a ověření znalostí písemnými testy a seminárními pracemi.

Garant předmětu: Ing. Dolan Antonín, Ph.D.

2

Obsah:

1. Rozdělení traktorů a jejich historický vývoj………………………………… 6

1.1 Rozdělení traktorů………………………………………………….. 6

1.2 Historický vývoj traktorů…………………………………………… 7

1.3 Vývoj v Čechách…………………………………………………… 7

1.4 Světoví výrobci…………………………………………………….. 9

1.5 Volba traktoru……………………………………………………… 10

1.6 Hlavní rozměry a parametry traktoru……………………………… 10

2. Rozdělení vozidlových motorů……………………………………………… 11

2.1 Vývoj konstrukce motorů………………………………………….. 11

2.2 Rozdělení spalovacích motorů……………………………………… 11

2.3 Rozdělení pístových spalovacích motorů…………………………… 12

2.4 Další konstrukce pístových motorů…………………………………. 13

2.5 Hybridní pohon……………………………………………………… 18

2.6 Elektropohon u traktorů……………………………………………… 19

3. Základní parametry a pojmy u spalovacích motorů………………………….. 20

3.1 Základní parametry spalovacího motoru……………………………. 20

3.2 Charakteristiky spalovacích motorů (tahových souprav)…………… 33

4. Základní části spalovacích motorů…………………………………………… 37

4.1 Blok motoru…………………………………………………………. 37

4.2 Válec………………………………………………………………… 37

4.3 Hlava válců…………………………………………………………. 38

4.4 Těsnění hlavy válců………………………………………………… 38

4.5 Kliková skříň……………………………………………………….. 38

4.6 Klikové ústrojí……………………………………………………… 38

4.6.1 Kliková hřídel……………………………………………… 39

4.6.2 Setrvačník…………………………………………………. 39

4.6.3 Píst………………………………………………………… 40

4.6.4 Ojnice……………………………………………………… 41

4.6.5 Rozvody……………………………………………………. 41

4.6.5.1 Konstrukce rozvodů……………………………… 41

4.6.5.2 Uspořádání ventilových rozvodů………………… 42

4.6.5.3 Ventily…………………………………………… 44

4.6.5.4 Sedla ventilů……………………………………… 44

4.6.5.5 Pružiny ventilů…………………………………... 44

3

4.6.5.6 Vedení ventilu…………………………………… 44

4.6.5.7 Ventilová vůle…………………………………… 44

4.6.5.8 Vahadla…………………………………………. 45

4.6.5.9 Zdvihátka……………………………………….. 45

4.6.5.10 Vačková hřídel………………………………… 45

4.6.5.11 Vačky…………………………………………. 45

4.6.5.12 Variabilní rozvody……………………………. 46

4.6.5.13 Plně variabilní rozvody………………………. 50

4.7 Příslušenství spalovacích motorů………………………………….. 51

4.7.1 Chladící soustava………………………………………… 51

4.7.1.1 Kapalinové chlazení……………………………. 51

4.7.1.2 Vzduchové chlazení……………………………. 52

4.7.2 Mazací soustava………………………………………….. 52

4.7.2.1 Tlakové oběžné………………………………… 52

4.7.3 Palivová souprava………………………………………… 53

4.7.3.1 Způsoby hoření paliva………………………….. 53

4.7.3.2 Systémy vstřikování u zážehových motorů…….. 55

4.7.3.3 Způsoby vstřikování benzínu…………………… 55

4.7.3.4 Složení soustavy vstřikování benzínu…………... 56

4.7.3.5 Vstřikování paliva u vznětových motorů……….. 57

4.7.4 Sací a výfukový systém…………………………………… 60

4.7.5 Elektrická soustava vozidla……………………………….. 66

4.7.5.1 Akumulátory a baterie…………………………… 66

4.7.5.2 Alternátor a dynamo……………………………… 66

4.7.5.3 Spouštěč…………………………………………. 67

5. Přenos výkonu motoru na podložku………………………………………….. 68

5.1 Pojezdová spojka……………………………………………………. 68

5.2 Převodovka………………………………………………………….. 68

5.2.1 Stupňovité řazení s přerušením přenosu přesuvnými koly… 69

5.2.2 Stupňovité řazení s přerušením přenosu přesuvnými kroužky …………………………………………………………………. 69

5.2.3 Stupňovité řazení bez přerušením přenosu planetovým převodem …………………………………………………………………. 70

5.2.4 Stupňovité řazení bez přerušením přenosu Power Shift…. 70

5.2.5 Stupňovité řazení bez přerušením přenosu sekvenční převodovkou…………………………………………………… 71

4

5.2.6 Stupňovité řazení bez přerušením přenosu dvouspojkovou.. převodovkou…………………………………………………….. 71

5.2.7 Stupňovité řazení bez přerušením přenosu tříspojkovou převodovkou……………………………………………………… 71

5.2.8 Stupňovité řazení bez přerušením přenosu desetistupňovou automatickou převodovkou Direct Shift-10AT………………….. 71

5.2.9 Stupňovité řazení bez přerušením přenosu Vario…………. 71

5.2.10 Bezstupňové řazení hydrostatické…………………………. 72

5.2.11 Bezstupňové řazení hydrodynamické…………………… 72

5.2.12 Bezstupňové řazení variátorem…………………………… 73

5.2.13 Bezstupňové řazení toroidním převodem………………… 73

5.3 Rozvodovka…………………………………………………………. 74

5.4 Koncový převod……………………………………………………… 75

5.5 Pohon všech kol……………………………………………………… 75

5.6 Brzdy…………………………………………………………………. 75

5.6.1 Rozdělení brzdových soustav………………………………. 75

5.7 Odpružení náprav…………………………………………………….. 76

5.8 Pneumatiky a pásy…………………………………………………… 78

6. Bilance výkonů a jízdní vlastnosti vozidla…………………………………… 82

6.1 Pro nerovnoměrnou rychlost do svahu……………………………… 82

6.2 Pro rovnoměrnou rychlost po rovině………………………………… 82

6.3 Výkon ztracený mechanickými ztrátami……………………………. 83

6.4 Výkon ztracený prokluzem………………………………………….. 83

6.5 Výkon na překonání odporu valení…………………………………. 83

6.6 Výkon na překonání stoupání………………………………………. 84

6.7 Výkon na překonání odporu vzduchu………………………………. 84

6.8 Výkon ztracený zrychlením (zpomalení)…………………………… 84

6.9 Kinematika vozidla…………………………………………………. 85

6.10 Vozidlo na půdě…………………………………………………… 86

6.11 Jízdní vlastnosti vozidel…………………………………………… 86

6.12 Geometrie směrového řízení………………………………………. 89

6.13 Řízení pásových podvozků……………………………………….. 94

6.14 Optimální tahová souprava……………………………………….. 94

5

7. Paliva a maziva………………………………………………………………... 95

7.1 Uhlovodíková paliva z fosilních zdrojů kapalná…………………….. 95

7.2 Uhlovodíková paliva z fosilních zdrojů plynná……………………… 97

7.3 Uhlovodíková paliva z biomasy……………………………………… 97

7.4 Vodík…………………………………………………………………. 98

7.5 Nitro………………………………………………………………….. 99

7.6 Maziva a mazadla……………………………………………………. 99

8. Zemědělská doprava…………………………………………………………… 100

8.1 Mechanické dopravníky……………………………………………… 103

8.1.1 Skluzy……………………………………………………… 103

8.1.2 Válečkové trati…………………………………………….. 103

8.1.3 Vibrační žlaby……………………………………………... 104

8.1.4 Šnekové dopravníky………………………………………. 104

8.1.5 Pásové dopravníky………………………………………… 104

8.1.6 Článkové dopravníky……………………………………… 105

8.1.7 Korečkové dopravníky…………………………………….. 105

8.2 Pneumatické dopravníky…………………………………………….. 105

8.3 Doprava kapalin……………………………………………………… 106

8.3.1 Faremní vodovod…………………………………………… 106

8.3.2 Doprava kapalin po ose…………………………………….. 108

8.4 Doprava krmiv……………………………………………………….. 108

8.4.1 Krmní skotu………………………………………………… 109

8.4.2 Krmení prasat……………………………………………… 109

8.4.3 Krmení drůbeže……………………………………………. 109

8.5 Doprava výkalů……………………………………………………….. 109

9. Seznam použité literatury……………………………………………………. 110

6

1. Rozdělení traktor ů a jejich historický vývoj Mobilní energetické prostředky v zemědělství (MEP) se rozdělují do třech

základních skupin. Jsou to traktory , samojízdné stroje a nákladní automobily.

Mobilní energetický prostředek má svojí charakteristickou koncepci (složení). Má vlastní zdroj energie a mechanické práce - motor s příslušenstvím, dále převody, směrové řízení, pojezdové ústrojí a místo obsluhy.

1.1 Rozdělení traktor ů

Hledisek pro rozdělení traktorů může být celá řada. Mezi hlavní kritéria bych zařadil rozdělení dle druhu pojezdového ústrojí (kolové až 95%, pásové a polopásové), dle počtu náprav (1, 2 i více – p. Dvořák prototypy Vichr a Bouře a Fendt Trisix), dle počtu kol nebo pásů (jedno a dvě – hobby, zahradnictví, parky, pásové, tři, čtyři, nejčastěji přední menší a řízená, zadní hnací - univerzální traktor, nebo stejně velká, pět a více - stavebnicové konstrukce), dle způsobu řízení (ruční směrování, natáčení kol jedné nápravy, natáčení kol dvou náprav, natáčení kol více náprav, kloubové, směrové brzdy a spojky), dle druhu rámu (bezrámový samonosný, polorámový, rámový, dělený rám, portálový a mostový), dle koncepčního uspořádání -provedení (jednoosá motorová jednotka, rider, malotraktor, univerzální standardní traktor, systémový traktor - nosič nářadí, mobilní manipulátor a speciální traktor - kultivační, viniční, horský, lesní, stavební…). U tohoto rozdělení se objevila v poslední době celá řada nepřesností, zřejmě v souvislosti snahy prodejců a některých rádoby znalců o poangličtění zavedených názvů (nebo chybného překladu). Jedná se zejména o rozdíl mezi riderem a malotraktorem a někteří uvádí i jako koncepci orební traktor. Rider (viz obrázek č. 1) je ze své definice jednoosá motorová jednotka s možností sezení (viz klasická scéna z filmu Slavnosti sněženek s komentářem: To je dost dědku, že jsi nás vyvezl na výlet), kdežto malotraktor je čtyřkolový traktor s výkonem motoru do 30 kW. Orební traktor existoval možná v době parních strojů, nebo počátcích mechanizace polních prací. Dnes jsou traktory, které se používají k orbě zcela shodné s univerzálními traktory (nikdy se nepoužívají pouze a výhradně jen k orbě).

Obrázek č. 1 - Rider

7

Další hlediska rozdělení traktorů mohou být dle energetického zdroje (parní, zážehový, plynový vznětový motor i s přeplňováním, elektrický pohon, nebo kombinovaný - hybridní a alternativní), dle pohonu kol a náprav (na jedno kolo jedné nápravy, na dvě kola jedné nápravy 2 WD – Wheel Drive, na čtyři kola dvou náprav 4 WD, na více kol různých náprav 6, 8 WD a kombinované), dle směru pohybu (jednosměrný vpřed s možností couvání, dvousměrný vpřed i vzad - reverzace) a dle výkonu motoru (do 30 kW malotraktory, 30 - 50 kW nízké výkony, 50 - 90 kW střední výkony, 90 - 120 kW vysoké výkony, 120 - 220 kW velmi vysoké výkony a nad 220 kW extrémně vysoké výkony).

1.2 Historický vývoj traktor ů

Souvisí s vývojem spalovacích motorů po roce 1870. U traktorů objevují po roce 1920 (benzínové a na petrolej), do té doby parní stroje s kovovými koly (pouze na pole), ale již mají vývodový hřídel pro pohon nářadí. V 30. létech 20. století se objevuje použití vznětového motoru, pneumatik (již na cestách v dopravě) a tříbodového závěsu pro ovládání nářadí hydraulikou. V 40. létech se objevilo použití vzduchových brzd pro přívěsy, v 50. létech se zvyšují výkony motorů a použití řazení pod zatížením, v 60. létech další zvyšování výkonů, pohon přední nápravy, radiální pneumatiky, důraz již i na ergonometrii a bezpečnost, v 70. létech motory s přeplňováním a mezichladiči, přední tříbodový závěs a vývodový hřídel, v 80. létech se zvyšuje pojezdová rychlost, odpružení kabiny, klimatizace a počátky elektroniky, v 90. létech pak nástup palubních počítačů, ohledy na emise výfukových plynů, snižování spotřeby paliva a vysoké výkony motorů.

1.3 Vývoj v Čechách

První zmínka pochází z května 1851, kdy p. Bauer předvedl samojízdné parní pluhy v Židlochovicích u Brna. Před 1. světovou válkou se již objevují motorové pluhy a traktory továrny Laurin & Klement a Praga. Po 1. světové válce jsou to již motorové pluhy s možností pohonu mlátičky. Ve 20. létech byl uskutečněn dovoz amerických traktorů Fordson a John Deere. V roce 1926 vznikl první Český traktor Škoda Plzeň značky HT 30 (30 HP - viz obrázek č. 2).

Obrázek č. 2 – Traktor Škoda HT30

8

Konec 20. let Kolben a Daněk traktory Praga AT 25, Wichterle a Kovařík Prostějov Wikov 22 a 32 na petrolej a Wikov diesel 22 - 35, V 30. létech p. Svoboda v Kosmonosech u Mladé Boleslavi. Konec 30. let a počátek 40. let univerzální kolový traktor Škoda 30 (nejrozšířenější po 2. světové válce). Po 2. světové válce německá výroba a v rámci akce UNRRA dovoz z USA John Deere, Farmell, Massey - Herris a Ferguson.

První prototyp Zetoru vznikl již v roce 1945, sériová výroba traktorů (model „Zetor 25“) zahájena roku 1946 ve Zbrojovce Brno, v roce 1948 Zetor 15 (viz obrázek č. 3).

Obrázek č. 3 – Traktor Zetor 15

Od roku 1951 v nové továrně v Brně Líšni Zetory 25 A a 25 K (viz obrázek č. 4).

Obrázek č. 4 – Zetor 25 K

V roce 1949 prototyp Zetor 30, základ pro Zetor 35 a modernizované provedení Zetor 50 až do roku 1968. Unifikovaná řada UŘ I se objevila v roce 1957 s typy 20, 30 a 4011 s dvou, tří, a čtyřválcovými motory (vysoká unifikace dílů, modifikace pro vinice, s přední poháněnou nápravou, polopásové provedení a pro horské oblasti až do roku 1967). První modernizace unifikované řady 1 byla v letech 1968–1969, v roce 1972 druhá, třetí v letech 1977 – 1978 s typy 49, 59 a 6911 (i v

9

provedení s pohonem přední nápravy, polopásové, kloubové nebo úzké pro vinice), čtvrtá v letech 1980–1981 s typy 50, 60 a 7011 (s novým moderním designem), pátá v roce 1984 s typy 52, 62 a 7211, v roce 1986 šestá s typy 7711 a 7745 (s maximální rychlostí 30 km.h-1). Unifikovaná řada UŘ II vznikala od roku 1962 (vývojové středisko Zetor a Ursus pro vyšší výkony 80 - 160 HP), v roce 1968 zahájena výroba typů 80, 100, 12011 i 45 a 16045 Crystal. V 80. letech byla výroba přesunuta do ZŤS Martin a dvakrát modernizována. Unifikovaná řada UŘ III začala být sériově vyráběna od roku 1992 s typy 7520, 7540, 8520, 8540, 9520, 9540, 10540 s výkonem 82 – 103 HP, 60,2 - 75,7 kW. V roce 1998 modernizace traktorů Forterra 8621, 8641, 9621, 9641, 10641 a 11641, v roce 2002 modernizace na modely 8641, 9641, 10641 a 1144 a 2004 model Proxima 65-96 HP, 47,6 - 70,3 kW, v roce 2007 Forterra se čtyřválcovým motorem 96 - 136 HP, 70,3 - 100,2 kW, v roce 2009 Maxterra výkonnostní kategorie 130 až 170 HP, 90,6 - 125 kW a od roku 2013 Major 60 a 80 61,5 a 75,3 HP, 45 a 55,4 kW. Na výstavě Agritechnica v Hannoveru 2015 předvedena studie ve spolupráci se studiem Pininfarina (viz obrázek č. 5), modelová řada Major a šestiválcový Crystal 144 nebo 163 HP, 106,1 - 120,1 kW.

Obrázek č. 5 – Studie Zetor – Pininfarina

V roce 2017 byli modely Proxima, Proxima Plus a Proxima Power, přejmenovány na Proxima CL, Proxima GP a Proxima HS, byla dosažena emisní norma Stage IV - kombinace technologií DOC katalyzátoru (dieselový oxidační katalyzátor), aktivního DPF filtru (filtru pevných částic) a systému SCR (selektivní katalytické redukce. Model Major HS byl představen ve Velké Británii na výstava LAMMA ’17, motor je čtyřválec TCD 2.9 L4 od společnosti Deutz AG 55 kW (75 k), převodovka má 24 rychlostí vpřed a 12 rychlostí vzad, maximální rychlosti 40 km.h-1 (o 10 vyšší oproti základnímu modelu CL. Hydraulika je s mechanickou regulací, zvedací síla až 33 kN, plynulá regulace spouštění, uzamknutí v transportní poloze. Traktor má polohovatelný sloupek řízení, novou přístrojovou desku a pohodlnější sedadlo s horizontálním natáčením, dále sedadlo pro spolujezdce a větší počet úložných prostor.

1.4 Světoví výrobci

Agco – od roku 1990, zahrnuje Deutz, Hesston, Massey, Fendt, Caterpillar, Valtra, Sisu, Belarus - od roku 1946 největší výrobce přes 3,5 milionu kusů, Case - od roku 1842, v roce 1910 první traktor, druhý největší výrobce, od r. 1985 International Harvester, 1999 koupili New Holland, Caterpillar - od roku 1890, Deutz - od roku 1907, 1989 v Agco, Fendt - od roku 1928, nejvíce v SRN, 1997 v Agco, Ferguson - od roku 1884 do 1960, tříbodový závěs a hydraulika, Ford - od roku 1928

10

s Fergusonem, 1985 ho koupil New Holland, od 1991 80% Fiat a zbytek Fiat Agri, 1999 Case IH, JCB – Joseph Cyril Bamfort od roku 1945, první sklápěcí přívěs a radlice a hydraulické rameno, Fastrac, John Deere - od roku 1825 pluhy, 1915 traktor, dnes nejprodávanější ve Světě, Lamborghini - od roku 1949, dřív než auta, 1972 do Same, Landini - od roku 1884, nejstarší Italský traktor 1925, Lanz - od roku 1860, 1956 John Deere, Massey - od roku 1847, 1953 s Fergusonem, od 1991 v Agco, McCormick - od roku 1902, 1999 do Case, New Holland – každý pátý na Světě, Renault - od roku 2003 v Claas, Same - od roku 1942 v Itálii, první diesel 4x4, pak Deutz a Agco, Steyer - od roku 1864, od 1996 v Case IH.

1.5 Volba traktoru

Závisí na velikosti podniku a jeho výrobním zaměření, velikosti a přístupnosti pozemků, velikosti využití (odpracované hodiny za rok), pořizovací ceny a předpokládané doby používání, dále agregace (vhodnost nářadí a strojů) a v neposlední řadě dle kvality a dostupnosti servisu.

1.6 Hlavní rozměry a parametry traktoru

Z rozměrů jsou nejdůležitější celková délka, celková šířka, celková výška, rozvor, rozchod, umístění tažného bodu, poloha těžiště a rozměry kol a pneumatik.

Do parametrů patří zejména druh vozidla, tovární značka, typ, výrobce, rok výroby, celková hmotnost, zdvihový objem motoru, počet válců a výkon motoru.

11

2. Rozdělení vozidlových motorů Spalovací motor je nejrozšířenější energetický prostředek pro všechna odvětví

národního hospodářství (doprava, zemědělství, lesnictví, stavebnictví, těžký průmysl, letectví, lodě, armáda et c.).

Spalovací motor je definován jako tepelný hnací stroj, ze kterého se odebírá mechanická energie, získaná termochemickým uvolněním tepelné energie z paliva tak, že se zvýší teplota a tlak uvnitř spalovacího prostoru. Zvýšeným tlakem plynů se při expanzi koná práce, tepelná energie se mění na mechanickou práci (posuvný pohyb pístu ve válci a jeho přenos přes klikový mechanizmus na točivý).

Pracovní proces spalovacího motoru spočívá v tom, že se určité množství vzduchu se smísí s určitým množstvím paliva, tím vzniká zápalná směs, ta se stlačí a vhodným způsobem zapálí a při výbuchu (expanzi) shoří. Uvolněná tepelná energie z paliva zvyšuje teplotu a tlak plynů a ten působí na pohybové ústrojí motoru, které vytváří užitečný výkon nebo tah.

2.1 Vývoj konstrukce motorů

Za počátek můžeme považovat rok 1860, kdy Francouz Lenoir de Rochas sestrojil plynový motor na principu čtyřtaktu. Roku 1878 Němec Otto na Světové výstavě v Paříži předvedl čtyřdobý jednočinný plynový motor s klikovým ústrojím a tzv. křížákem (druh rozvodového mechanizmu). Stejný rok Anličan Clerk předvedl dvoudobý motor s výfukovými otvory ve válci a pístovým dmychadlem. V 80. letech 19. století Němci Daimler, Maybach a Benz uvedli rychloběžné benzínové motory a jejich použití ve vozidlech. Konec 80. let Němec Diesel sestrojil motor na těžká paliva se zapalováním pomocí kompresního tepla (vznětové).

Dodnes probíhá neustálý vývoj a modernizace všech konstrukcí spalovacích motorů, snad kromě velkých leteckých pístových motorů a stacionárních motorů na vysokopecní a koksárenský plyn.

Staví se jako jednočinné a víceválcové (to umožňuje zvýšení otáček a dosáhnout lepší poměr výkonu k hmotnosti motoru). Mohou být stojaté, ležaté i šikmo položené dle potřeby. Odlišné konstrukce bez klikového mechanismu se neosvědčily nebo není dokončen jejich vývoj.

Vývoj v Čechách lze datovat od roku 1870, kdy se začali objevovat první motory. Roku 1887 v Adamově a následně firmy Laurin & Klement, Walter, Tatra, Praga, Českomoravská strojírna Kolben a Daněk.

2.2 Rozdělení spalovacích motorů

Dle způsobu přenosu tepelné energie se dělí na motory s vnějším spalováním (energii přenáší pára, vzduch, nebo plyny - parní motor, Stirling) a s vnitřním spalováním (pracují přímo produkty spalování - pístové motory, proudové a turbíny).

Dle kontinuality procesu hoření jsou s přerušovaným procesem (pístové motory s vratným nebo rotačním pohybem pístu využívající dynamickou energii spalin) a s kontinuálním procesem (lopatkové motory, turbíny využívající kinetickou energii spalin).

Dle pohybu pístu jsou s přímočarým vratným pohybem (dvou a čtyřdobé), s rotačním pohybem (rotor s otáčením kolem pevné osy - turbíny a proudové, nebo osa koná kruhový pohyb - Wankel).

12

Dle principu činnosti se může jednat o motor zážehový (stlačuje se palivo a vzduch a směs se zapaluje elektrickou nebo laserovou jiskrou, směs se tvoří vně válce, nebo se může i palivo vstřikovat), nebo vznětový (stlačuje se čistý vzduch a palivo se vstřikuje do válce, směs se tvoří pouze ve válci, zapálení samovznícením kompresním teplem). Obě konstrukce mohou být řešeny jako dvoudobé (každý druhý takt je pracovní), nebo čtyřdobé (každý čtvrtý takt je pracovní).

2.3 Rozdělení pístových spalovacích motorů

Dle druhu používaného paliva buď na kapalná paliva (benzin, petrolej, nafta, mazut, líh, estery masných kyselin a zkapalněné plyny LPG – Liquided Petroleum Gases), nebo plynná paliva (propan-butan, zemní plyn CNG – Compressed Natural Gases, nebo bioplyn). Existují také vícepalivové motory, např. PB - benzín, nebo metan - benzín s plynulým přechodem mezi palivy.

Dle tvoření směsi s vnější tvorbou ve směšovači, karburátoru nebo vstřikování do sacího potrubí a s vnitřní tvorbou vstřikem do stlačeného vzduchu.

Dle způsobu činnosti je dvoudobý, kde sání, komprese, expanze a výfuk probíhá během dvou zdvihů pístu, tj. jedné otáčky klikové hřídele, cyklus probíhá pod i nad pístem (dvojčinný píst), hrany otevírají a zavírají sací a výfukové kanály (mohou mít i ventily), nebo čtyřdobý, kde cyklus probíhá za dvě otáčky klikové hřídele, sací a výfukové ventily jsou ovládané vačkovou hřídelí, případně pneumaticky nebo magneticky.

Dle zapálení směsi se dělí na zážehové (zažehnutí směsi jiskrou), vznětové (vznícení kompresním teplem), nebo kombinace (vznětové motory na plynná paliva, kde se vstřikuje s malá dávka paliva do směsi vzduchu a plynu).

Dle způsobu plnění válce se dělí na atmosférické (přirozené sání pod tlakem při pohybu pístu z HÚ do DÚ), přeplňované (dmychadlem od výfukových plynů – turbo, nebo mechanicky - kompresor) a s vyplachováním (u dvoudobých).

Dle výměny směsi ve válci se dělí na souproudé (směr pohybu směsi nebo vzduchu a spalin má stejný směr) a protiproudé (opačné směry, písty i s deflektory, nasměrované kanály, menší únik směsi do výfuku, ventily na stejné straně hlavy nebo na opačných stranách - příčná protiproudá výměna).

Dle počtu pracovních ploch pístu se dělí na jednočinné a dvojčinné.

Dle počtu a uspořádání válců se dělí na jednoválcové nebo víceválcové, uspořádané jako řadové (svislé nebo skloněné), ležaté (boxer), dvouřadé (V) a třířadé (W). Číslování válců se provádí od protilehlé strany odběru výkonu a víceřadých od levé řady. Pořadí zapalování nebo vznětu (pootočení kliky mezi dvěma po sobě jdoucími zápaly nebo vzněty) jsou u řadových 4 válců 1342, nebo 1243, u řadových 5 válců 12453, nebo 15234, u řadových 6 válců 153624, 124653, 142635, nebo 145632, u motoru do V 4 válec 1342, do V 6 válec 125643, nebo 145623, u do V 8 válec 16354728, nebo 15486372, u do V 10 válec 16274951038, u boxera 4 válec 1432, 6 válec 162435 a u trojitého W 18 válec114181517139117108121642635. Zajímavostí je např. benzínový třicetiválec Chrysler A57 Multibank , který měl pět řad válců po šesti, 20,5 litru objemu, pět klikových hřídelí napojených ozubenými koly do planetového soukolí. Byl vyvynutý v roce 1941 pro tanky M3A4 Lee VI, hmotnost 2 379 kg, výkon 476 HP při 2 700 otáčkách a 1 400 Nm. Dále pak z našich končin Vzduchem chlazený osmnáctiválec Tatra jehož prototyp V 955 sestrojil Hans Ledwinka pro F. Porscheho do tanků Tiger. Jednalo se o třířadý motor po šesti válců

13

(z Tatry 111), objem 22.238 cm3, vrtání 110 mm a zdvih 130 mm, výkon 250,2 kW (340 HP). Jeden exponát je uložen v muzeu Tatra Kopřivnice.

Dle rychloběžnosti se dělí na pomaloběžné (střední pístová rychlost do 6,5 m.s-1) a rychloběžné (nad). Běžné vozidlové mají tuto rychlost 10 - 17 m.s-1.

Dle chlazení se dělí na chlazené kapalinou, vzduchem nebo kombinované.

Dle zdvihového poměru se dělí na krátkozdvihové – podčtvercové, kde poměr zdvihu a průměru < 1 (vysoké otáčky), čtvercové, kde zdvih = průměr a dlouhozdvihové – nadčtvercové, kde poměr zdvihu a průměru > 1 (nižší otáčky, ale nižší tepelné ztráty).

Dle konstrukce rozvodů jsou to s ventilovými rozvody (SV - Side Valve, OHV - Over Head Valve, OHC - Over Head Camshaft Valve, SOHC Single, DOHC Double a IOE - kombinace OHV a OHC), šoupátkovými, kanálovými, smíšenými (kanál - ventil) a zvláštní desmodromický rozvod Ducati.

Dle pohonu rozvodů se dělí na rozvody s pohonem mechanickým, hydraulickým , pneumatickým, nebo elektromagnetickým.

Dle počtu ventilů na válec 2, 3, 4, 5 i více (pro lepší výměnu náplně válce).

2.4 Další konstrukce pístových motorů

Klasická je konstrukce s klikovým ústrojím, další známou je konstrukce s rotačním pístem (Wankel).

Motor Stirling je motor s vnějším spalováním, dvoupístový pro jeden válec, s přímočarým pohybem pístů, místo klikové hřídele je speciální Rhombický mechanismus (viz obrázek č. 6)

Obrázek č. 6 – Motor Stirling, pozice 2 – stlačovač, 3 – pracovní píst, 4 a 5 – pístnice, 6 – rhombický mechanizmus, 7 – kliky, 8 – hřídele spojené ozubenými koly 9, 10 – horký prostor, 11 – studený prostor, 12 – spojovací kanál, 13 – regulátor, 14 – chladič, 15 - ohřívač

14

a - písty v krajních polohách, pracovní plyn ve studeném prostoru

b – stlačovač v HÚ, pracovní z DÚ do HÚ a stlačuje plyn při nízké teplotě kolem 70°C

15

c – pracovní zůstává v HÚ a stlačovač z HÚ do DÚ a tím přetlačuje plyn kanálem přes chladič, regenerátor a ohřívač do horního horkého prostoru. V regenerátoru se plyn ohřeje na 600 °C a v ohřívači ještě o 100 °C více

d – v horním prostoru plyn expanduje a stlačuje oba písty do DÚ, pracovní zůstane v DÚ a stlačovač do HÚ tlačí plyn zpět kanálem do studeného. Plyn předá část tepla regenerátoru a ochladí se v chladiči na původní teplotu.

Regulace výkonu motoru je množstvím paliva v ohřívači a množstvím pracovního plynu. Výhodou je vyšší objemový výkon (tlak na píst je trojnásobný oproti klasickému pístovému), vyšší tepelná účinnost 35 - 45%, spalovat lze jakékoliv palivo, dokonalé spalování Přebytek vzduchu), bez emisí, tišší chod bez hluků spalování ve válci. Nevýhodou je složitá konstrukce a nízké otáčky.

16

Motor s axiálními písty má uspořádání pístů do kruhu a klikový mechanizmus je nahrazen speciálním excentrickým mechanizmem (viz obrázek č. 7)

Obrázek č. 7 – Motor s axiálními písty

Tento motor má velmi tichý a klidný chod (odpadají velké setrvačné hmoty klikové hřídele a setrvačníku).

Stelzerův motor (s létajícími písty) má oba písty propojeny pevnou pístnicí proměnlivého průřezu a nese uprostřed přepouštěcí píst. Přepouštěcí píst rozděluje nasávanou palivovou směs vždy pro jeden z dvou spalovacích prostorů (viz obrázek č. 8).

Obrázek č. 8 – Stelzerův motor

Výkon není převáděn mechanicky, ale je nutné další zařízení, tento motor má o třetinu nižší spotřebu paliva oproti klasickému motoru se stejným zdvihovým objemem.

Motor Königsegg používá otvírání ventilů pneumatickými motorky a každý ventil má svůj vlastní motorek s vlastním ovládáním. Lze odstavit jeden, dva, tři válce nebo otvírat u některých válců třeba jen jeden sací ventil místo obou (viz obrázek č. 9).

17

Obrázek č. 9 – Motor Koenigsegg

Motor Honda s proměnlivým zdvihovým objemem má u každého válce jiný zdvih a lze je libovolně vypínat a zapínat (tří až šestiválcové motory). Nevýhodou, je, že při nepracovních otáčkách vypnutých válců taháme „zbytečně moc železa“.

Motor s proměnnou kompresí Infiniti vychází z toho, že vysoký kompresní poměr může způsobovat detonační hoření. Tento motor má proto v jedné krajní fázi kompresní poměr 14:1 a ve druhé 8:1. Změna je konstrukčně řešena tak, že na středové ose klikové hřídele je vlastně nasazeno pohyblivé rameno, jehož pozice je stavěna pomocí sekundární ojnice upevněné ke stavěcí hřídeli. Ta je ovládána speciálním servomechanismem.

Nanomotory zkoumají výherci Nobelovy ceny za chemii za rok 2016. Vychází se z principů jak dát molekuly uměle do pohybu (pomocí kvantových jevů viz obrázek č. 10). p. Sauvage již v roce 1983 spojil prstencové molekuly do jednoduchého řetězce, Stoddart kontroloval pohyb molekul v jednoduchých drahách a vyvinul nanostroj schopný se točit 720 miliony otáček a roztočit skleněný válec, který je 10.000krát větší než použitý motor.

Obrázek č. 10 - Nanomotor

Obecně pro silniční vozidla dnes používají nejvíce spalovací pístové motory vznětové i zážehové, ale začínají se z důvodů snížení emisí výfukových plynů uplatňovat i elektromotory (jak ekologicky ale byla vyrobena elektřina na jejich dobíjení????), případně jejich kombinace, označovaná jako hybridní pohon. O problematice konce používání fosilních paliv se hovořilo již v době, kdy jsem seděl v lavicích jako vy dnes a dosud se toho velmi málo změnilo (stále jsou zásoby na 30 –

18

50 let). Problém vidím zejména v globálním byznysu (proč by se zajímali o ekologii nebo spalování vodíku, když se petrodolary jen sypou).

Vládní agentura USA zveřejnila předpokládaný vývoj silničních vozidel podle jejich druhu, používaného paliva a přepravní vzdálenosti (viz obrázek č. 11).

Obrázek č. 11 – Vývoj silničních vozidel

Z tohoto obrázku je zřejmé, že elektromobily budou používány na krátké vzdálenosti pro osobní dopravu (zejména ve městech). Na střední vzdálenosti pak budou používány hybridní osobní automobily s palivy jak z fosilních zdrojů, tak biopaliv a syntetických paliv. Dálková a hromadná osobní doprava pak bude zabezpečena vozidly poháněnými vodíkem z palivových článků.

2.5 Hybridní pohon

Kombinuje se zde pohon spalovacím motorem a elektromotorem. Dle uspořádání spalovacího motoru a elektromotoru se dělí na:

- sériový, - paralelní a - kombinovaný.

Dle spalovacího motoru a uložení elektrické energie:

- strong hybrid, - medium hybrid, - micro hybrid a - plug-in hybrid.

Sériový hybrid - spalovací motor pohání generátor střídavého proudu, ten jej dodává přes invertor do trakčního akumulátoru. Pohon zajišťuje elektromotor, kola jsou poháněna přes redukční převod bez klasické převodovky (chybí). Používá se např. u diesel-elektrických lokomotiv, Opel Ampera, Chevrolet Volt.

Paralelní hybrid - spalovací motor pohání vozidlo přes klasickou převodovku a redukční převod (větší rozsah otáček). Elektromotor pohání kola pouze přes redukci. Elektromotor i generátor jsou v jedné jednotce (jednoduchý). Použit např. u Honda IMA (Integrated Motor Assist), BMW 7 Seties Active Hybrid.

19

Kombinovaný hybrid je nejkomplikovanější a tím také nejdražší. Hnací nápravu roztáčí spalovací motor nebo elektromotor, a nebo také oba dohromady. Spalovací motor, motor - generátor a elektromotor se stýkají v jediném uzlu - hybridní převodovce (planetové ústrojí se třemi -Toyota HSD, nebo čtyřmi - Ford Mondeo HEV satelity). Umožňuje nejlépe rozličné jízdní režimy, má nejlepší předpoklady pro jízdu čistě na elektriku. Spalovací motor nemusí být tolik výkonný (konstruktéři se mohou soustředit více na účinnost - často pracuje v Atkinsonově cyklu). Použito např. u Toyota HSD, Ford Mondeo HEV, Lexus CT200h, Lexus RX400h.

Strong hybrid - full hybrid umožňuje jízdu pouze na elektriku, potřebuje akumulátor o vyšší kapacitě. Je poměrně složitý, náročný na případné opravy a má i vysokou cenu. Použit např. u Toyota HSD (Hybrid Synergy Drive).

Medium hybrid - motor assist hybrid zde elektromotor slouží téměř výhradně v roli pomocníka spalovacího motoru. Jízda pouze na elektriku je dost omezená, ale možná. Použit např. u Honda IMA (Integrated Motor Assist).

Micro hybrid zde se využití elektriky se omezuje pouze na systém stop - start s možností rekuperace brzdné energie. Spalovací motor tady není opětovně spouštěn startérem, ale reverzibilním alternátorem přes řemen pohonu příslušenství. Použito např. u systému stop-start skupiny PSA, BMW řady 1.

Plug-in hybrid je v podstatě kterýkoliv z předchozích typů, pouze musí mít schopnost dobíjet trakční akumulátor ze sítě. Baterie se používají zpravidla lithium-ion. Umožňují ujet na elektriku podstatně delší vzdálenost. Použito např. u Kia Optima plug-in hybrid.

2.6 Elektropohon u traktorů

Poprvé zkoušel New Holland již v roce 2009 koncept NH2 s lithium-iontovými bateriemi a palivovými články s výkonem 78 kW [106 HP]. John Deere představuje koncept SESAM (Sustainable Energy Supply for Agricultural Machinery), kde jsou na základě sériového traktoru řady 6R přidány lithium-iontové baterie s dvojicí elektromotorů. Ty mají poskytovat výkon 130 kW. Při běžném provozu je v činnosti jeden z nich, druhý se připojí až při vyšším zatížení. Výrobce uvádí, že na jedno nabití má pracovat okolo čtyř hodin nebo ujet kolem 55 km. Představen byl na výstavě Sima Paříž v únoru 2017.

20

3. Základní parametry a pojmy u spalovacích motorů

3.1 Základní parametry spalovacího motoru

Zdvihový objem Vz je jmenovitý objem mezi horní a dolní úvratí, vypočte se dle vztahu 1:

�� =�.�2

4. ��3 (1)

Kde:

D - průměr válce (vrtání) [cm]

z - zdvih pístu [cm]

Pro celý motor se násobí počtem válců i a pak se hovoří o zdvihovém objemu motoru.

Zdvihový poměr ξ se vypočte dle vztahu 2:

D

z=ξ (2)

Souvisí s otáčkami, střední pístovou rychlostí a velikostí motoru. Snižuje tepelné ztráty, zatížení stěn válce teplem, namáhání kliky, zvyšuje mechanickou účinnost a snižuje délku motoru. U čtyřtaktního vznětového motoru bývá v rozmezí 1,1 - 1,5. U zážehového 0,6 - 1,1 (u podčtvercových motorů < 1).

Poměr poloměru kliky a délky ojnice ovlivňuje výšku motoru, velký zvyšuje normálové síly na píst a zhoršuje vyvážení motoru (mívá hodnotu 0,2 - 0,3).

Kompresní poměr ε je poměr pracovního prostoru Vmax válce a minimálního objemu kompresního prostoru Vmin a vypočte se dle vztahu 3:

k

kz

V

VV

V

V +==min

maxε (3)

Kde:

Vk - kompresní objem [cm3]

Střední pístová rychlost cs je průměrná rychlost pístu mezi horní a dolní úvratí, vypočte se dle vztahu 4:

[ ]1...2 −== smnz

t

zc

zs

(4)

Kde:

t - čas zdvihu [s]

n - otáčky klikové hřídele [s-1]

21

Slouží pro porovnání motorů, zvyšuje hlučnost a odpor sání. Hodnoty jsou pro:

Osobní vozidla 8 - 15 [m.s-1]

Nákladní 7,5 - 13

Traktory 5 - 8,5

Závodní až 25.

Otáčky motoru n jsou počet otáček klikové hřídele za čas (většinou za minutu). Jmenovité jsou při jmenovitém výkonu (maximální otáčky při plném zatížení).

Formule 1 19 000.min-1

Osobní zážehové 7 500

Osobní vznětové 5 000

Užitkové vznětové 4 500.

Točivý moment (krouticí, torzní) Mk je moment vyvozený motorem na hřídeli (síla v Newtonech na metrovém rameni) [N.m]. Rozlišuje se efektivní (využitelný) a indikovaný (beze ztrát).

Tlaky v motoru p se sledují jako střední indikovaný tlak pi (poměr indikované práce a zdvihového objemu při jednom cyklu) Ai výpočtem křivkového integrálu dle vztahu 5:

[ ]WdVpA ii α.∫= (5)

Nebo planimometricky z p-V (oběhového) diagramu (plošný obsah) dle vzathu 6:

[ ]WpVA izi .= (6)

22

Skutečný oběhový pV diagram (Ottův, indikátorový) čtyřtaktního atmosférického motoru je na obrázku č. 12.

Obrázek č. 12 – Skutečný oběhový pV diagram,

mezi body 5 → 1 saní směsi vzduchu a benzínu do válce je příčinou mírného podtlaku, od bodu 1 dochází ke kompresi média, v bodě 2 je směs zažehnuta

elektrickou jiskrou, která zapříčiní výbuch pracovní látky a prudký nárůst tlaku až do bodu 3, směs expanduje 3 → 4, v bodě 4 se otevírá výfukový ventil a shořelé palivo

je vytlačováno z válce 4 → 5

Je ovlivněn složitým průběhem přívodu tepla do oběhu, vzájemnou výměnou tepla mezi náplní a stěnami pracovního prostoru válce a řadou ztrát tlakových, mechanických a průtokových. Měří se závislost tlaku ve spalovacím prostoru na zdvihovém objemu válce nebo úhlu pootočení klikového hřídele. Měření se označuje jako indikace (indikování) motoru a zjištěná závislost je indikátorový diagram. Udává skutečný obraz změny tlaku ve válci měřeného motoru, pro teoretické posouzení motorů není vhodný.

Teploty a tlaky v oběhu (pV diagramu) jsou v tabulce č. 1

Tabulka č. 1 – Teploty a tlaky v oběhovém diagramu

T [ºC] p [MPa]

1 na konci sání 390 0,08

2 na konci komprese 1200 8

3 na konci hoření 2500 18

4 na konci expanze 1500 0,5

23

Střední efektivní tlak pe se vypočte dle vztahu 7: [ ]Papp mie η.= (7)

Kde: pi - indikovaný tlak [Pa] ηm - mechanická účinnost, nebo dle vztahu 8: [ ]PaM

iVp t

ze .

...2 τπ=

(8)

Kde: τ - taktnost motoru (pro dvoutaktní 1, pro čtyřtaktní 2), Mt - krouticí moment motoru [N.m].

Ideální pracovní oběh je platný za těchto zjednodušujících předpokladů:

- oběh je uzavřený, náplň se nevyměňuje, je konstantní a oběh je dokonale vratný,

- pracovní látkou je čistý dvouatomový plyn, jeho měrné teplo je konstantní a plyn se řídí stavovou rovnicí,

- komprese a expanze probíhají adiabaticky (bez předání tepla mezi plynem a okolím), s konstantním exponentem změny stavu K = 1,4

- přívod tepla do oběhu probíhá jen za stálého objemu izochoricky (při stálém objemu), nebo za stálého tlaku (izobaricky) nebo v této kombinaci, odvod tepla probíhá za stálého objemu

- stěny pracovního prostoru jsou tepelně indiferentní, teplo neabsorbují, nepropouštějí ani nevydávají, stejně tak píst, který se ve válci pohybuje bez tření,

- neexistují ztráty netěsnosti spalovacího prostoru ani žádné jiné ztráty.

Teoretický Ottův pracovní oběh zpřesňuje ideální oběh, liší se tím, že:

- náplň válce se vyměňuje, - pracovní látkou jsou náplně skutečných plynů nebo směsí se stálými nebo

proměnnými měrnými teply, - komprese a expanze probíhají polytropicky, s exponentem změny stavu n,

zpravidla empiricky zjištěným a závislým na parametrech motoru.

Dovoluje posouzení motoru stejného typu a je zobrazen na obrázku č. 13.

24

Obrázek č. 13 - Teoretický Ottův pracovní oběh,

mezi body 1 → 2 adiabatická komprese, 2 → 3 izochorický přívod tepla, 3 → 4 adiabatická expanze, 4 → 1 izochorický odvod tepla

Zážehové motory se blíží oběhovým diagramům s přívodem tepla za stálého objemu (izochorickým) - Ottův cyklus. Vznětové spíše s oběhem se smíšeným přívodem tepla částečně za stálého objemu a částečně za stálého tlaku (izobarickým) – Dieselův, nebo Sabatův cyklus.

Dieselův cyklus je rovnotlaký s velmi vysokými tlaky před vstřiknutím rozprášené nafty do válce, která hoří za téměř konstantních tlaků. Je podobný Ottově cyklu liší se ve způsobu přívodu tepla (viz obrázky č. 14 a 15).

Obrázek č. 14 – Skutečný Dieselův cyklus

25

Obrázek č. 15 – Teoretický Dieselův cyklus,

mezi body1 → 2 adiabatická komprese, 2 → 3 izobarický přívod tepla, 3 → 4 adiabatická expanze, 4 → 1 izochorický odvod tepla

Sabatův cyklus je zmodernizovaný Dieselův oběh, kde je smíšený přívod tepla a rychlá indukce nafty do válce, hoří částečně při konstantním objemu a částečně i při konstantním tlaku. Průběh viz obrázky č. 16 a 17.

Obrázek č. 16 - Skutečný Sabatův cyklus

26

Obrázek č. 17 - Teoretický Sabatův cyklus,

mezi body 1 → 2 polytropická komprese, 2 → 3 izochorický přívod tepla, 3 → 4 izobarický přívod tepla, 4 → 5 polytropická expanze, 5 → 1 izochorický odvod tepla

Indikovaný výkon motoru Pi se vypočte dle vztahu 9:

[ ]kW

t

APi

1

11 =

(9)

Kde:

čas t1 závisí na počtu zdvihů za jeden oběh dle vztahu 10:

[ ]1

1 2

. −= sn

tτ

(10)

Efektivní výkon motoru Pe se vypočte dle vztahu 11:

][kWPPP ztrie −= (11)

Kde:

Pztr - ztrátové výkony [kW]

Volba efektivního a indikovaného výkonu závisí na tom, že indikovaný Pi

přesněji určí závady, měří se při ustálené teplotě chlazení a viskozitě mazacího oleje. Efektivní Pe je skutečný (snížený o ztrátové výkony), je rozhodující pro uživatele, lze z něj určit měrnou spotřebu mpe [g.kW-1.h-1].

27

Velikost mechanických ztrát v motoru je v tabulce č. 2

Tabulka č. 2 – Mechanické ztráty v motoru

Podíl ztrát v % zážehový vznětový

tření pístu 45 50

tření kliky 23 24

výměna náplně 20 14

pohon rozvodů 6 6

pohon příslšenství 6 6

Efektivní výkon v místě odběru Pe se vypočte dle vztahů 12 a 13:

[ ]kWnMMP kke .2.. πω == (12)

[ ]kWipnV

P eze .

..

τ=

(13)

Kde:

ω - úhlová rychlost [rad.s-2]

Litrový výkon Pl se vypočte dle vztahu 14:

[ ]3. −= cmkWV

PP

z

el

(14)

Hmotnostní výkon Pm se vypočte dle vztahu 15:

[ ]1. −= kgkW

m

PP

M

eM

(15)

Kde:

mM - hmotnost motoru[kg]

Jmenovitý výkon je výkon při jmenovitých otáčkách.

Tahový ýkon se vypočte dle vztahu 16: [ ]kWvFP ptt .=

(16)

Kde:

Ft - tahová síla [N]

vp - pojezdová rychlost [m.s-1],

nebo ze vztahu 17:

28

�� = �� . ��[��] (17)

Kde:

ηc - celková účinnost

Výkon motoru se používá i jako diagnostický signál o pístní skupině, rozvodech, palivové soustavě a zapalování s ohledem na hospodárnost a vedlejší nežádoucí důsledky. Určuje se u celého motoru (anonymní neurčí přesně vadný válec), nebo u jednotlivých válců (přesné určení závady). Zde se měří se otáčky, na kterých se ustálí nezatížený motor při plném sešlápnutí akcelerátoru (dodávka paliva do ostatních válců se odstaví). U zážehových motorů je nutné těsné sací a výfukové potrubí (exploze nespáleného paliva) a odstavit katalyzátor, nebo měřit pouze několik sekund (nespálené palivo ho ničí).

Měří se otáčky n rotujících částí a krouticí moment (torzní) Mk, který vyvolávají. Otáčky se měří u traktorů z vývodového hřídele (nemusí být přenášen celý výkon), u silničních vozidel z hnacích kol (válcové brzdy dražší a náročnější). Krouticí moment se měří z deformačních členů (tenzometrické snímače), změnou magnetických vlastností (vířivý dynamometr viz obrázek č. 18), změnou pohybové energie na teplo (hydraulické a vzduchové absorpční brzdy – viz obrázek č. 19) a změnou pohybové energie na elektrickou (elektrické dynamometry – viz obrázek č. 20).

Obrázek č. 18 – Vířivý dynamometr

1. Rotor, 2. Hřídel rotoru, 3. Spojovací příruba, 4. Výstupní ventil s termostatem, 5. Budící cívka, 6. Plášť dynamometru, 7. Chladící komory, 8.

Vzduchová mezera, 9. Snímač otáček, 10. Uložení, 11. Základna, 12. Vstupní ventil, 13. Spoj, 14 Vodní potrubí.

Vířivý dymamometr je v podstatě asynchronní elektromotor, u kterého se změnou buzení mění otáčky a brzdí nebo pohání. Stator je výkyvně uložen a přes známé rameno se měří síla.

29

Obrázek č. 19 – Absorpční dynamometr

Konstrukčně je to v podstatě hydraulická nebo vzduchová brzda, kde poháněný rotor přenáší energii na statory se siloměrným zařízením a otáčkoměrem (hydrodynamický měnič).

Obrázek č. 20 – Elektrický dynamometr

Energie je jimi absorbována a je přeměna na elektrickou energii, která je odváděna v měřícím přístrojům, jedná se o aktivní dynamometr s permanentními magnety.

Velikost dynamometru se volí pro celý motor dle užitečného výkonu a pro jednotlivé válce přibližně jedna třetina užitečného výkonu (nižší investice).

Akcelerační měření výkonu motoru se provádí tak, že se měří úhlové zrychlení u nezatíženého motoru nebo jednotlivých válců, které se rozbíhají z volnoběhu při plném sešlápnutí akcelerátoru, nebo naopak z plného klesají na volnoběh – zpomalení (pouze pro celý motor – signál ztrátových výkonů). Jako měřicí přístroj se zde využívá tachodynamo – viz obrázek č. 22

30

Obrázek č. 22 – Tachodynamo

Rychlost otáčení smyčky v magnetickém poli je přímo úměrná výstupnímu napětí, zrychlení je přímo úměrné elektrickou cestou provedené derivaci napětí podle času.

Vypočte se pak podle vztahu 18:

ωi = ωe – ωo[rad.s-2] (18)

Kde:

ωi - indikované zrychlení celého motoru [rad.s-2]

ωe - efektivní zrychlení celého motoru [rad.s-2]

ωo - zpomalení celého motoru [rad.s-2]

Lze měřit i pro jednotlivé válce, kdy se vypíná pouze jeden válec (motor pracuje v příznivějších podmínkách než při chodu pouze na jeden válec).

Spotřeba paliva mp vychází z palivem přivedená energie Ep dle vztahu 19: [ ]JHmE pp .=

(19)

Kde:

H - skupenské teplo paliva, pro naftu 42,7 MJ.kg-1

Hmotnostní (hodinová) spotřeba paliva Mp se vypočte dle vztahu 20:

[ ]1.. −= skgt

VM pp

p

ρ

(20)

Měrná (specifická) spotřeba paliva mpe,pi se vztahuje k výkonu (indikovanému, nebo efektivnímu) a vypočte se dle vztahu 21:

31

[ ]11...

1 −−== hkWgHP

Mm

ee

ppe η (21)

Kde:

ηe - účinnost spalování paliva

Měrná spotřeba se používá k porovnávání jednotlivých motorů u MEP, kde se nesleduje ujetá vzdálenost, nebo přepravené jednotky.

Spotřeba paliva vztažená k ujeté dráze mkm (u dopravních prostředků) se vypočte dle vztahu 22:

[ ]1. −= kml

km

Mm P

km (22)

U stacionárních strojů se sleduje spotřeba paliva vztažená ke zpracovanému množství Q dle vztahu 23:

[ ]1. −= tl

Q

Mm P

t

(23)

Účinnost η se stanoví jako poměr užitečného výkonu a palivem přivedené energie za čas dle vztahu 24:

HM

P

p.=η

(24)

Mechanická účinnost ηm se vypočte dle vztahu 25:

i

e

i

e

i

em p

p

P

P

ηηη ===

(25)

U zážehový motorů je 75 – 92 %, u vznětových 70 - 87 %.

Efektivní účinnost ηpe se vypočte dle vztahu 26:

HmPemie .

3600. == ηηη

(26)

Spotřeba vzduchu je velmi důležitá, neboť výkon závisí i na plnění válce. Rozlišujeme teoretický stupeň plnění λP a teoretický stupeň naplnění λn.

λP je vlastně poměr hmotnosti čerstvé náplně md přivedené do válce za jeden oběh a teoreticky možné čerstvé náplni mt při konstantním tlaku a teplotě v sání dle vztahu 27:

32

tz

d

t

dp V

m

m

m

ρλ

.==

(27)

Kde:

ρt - teoretická objemová hmotnost náplní [kg.m-3]

md u zážehového motoru = mP +mV (palivo + vzduch), md u vznětového = mv.

λn je poměr čerstvé náplně me ve válci před zážehem k hmotnosti čerstvé náplně mt odpovídající Vz dle vztahu 28:

tz

e

t

en V

m

m

m

ρλ

.==

(28)

Skutečný stupeň plnění se určuje pomocí přibližovacích metod. U zážehových skutečný ~ teoretickému. Bez přeplňování < 1, s přeplňováním > 1. U vznětových bez přeplňování > 1, s přeplňováním > > 1.

Směšovací poměr se určuje jako teoretický (poměr vzduchu a paliva vstupujícího do motoru), nebo skutečný (poměr existujícího vzduchu ve válci před zážehem paliva dopraveného do válce za jeden oběh.

Pro stechiometrické (úplné) spálení paliva je směšovací poměr u vznětového motoru 14,5 kg vzduchu na 1 kg paliva, u zážehového motoru 14,7.

Tepelnou bilanci motoru zobrazuje Sankveyův diagram na obrázku č. 23.

Obrázek č. 23 – Sankveyův diagram

Tepelná účinnost hybridního motoru Mercedes v F1 přesáhla 47% a blíží se 50%. Elektrárny (na fosilní paliva a atomové) dosahují pouze 33%, elektromobily jsou vnímány jako zelené a jako řešení na veškeré uhlíkové emise, jenže tak to rozhodně není.

33

3.2 Charakteristiky spalovacích motorů (tahových souprav)

Je možné získat experimentálně, tj. měřením při tahových zkouškách (experimentální charakteristika), nebo výpočtem, při využitím poznatků o standardních podmínkách (výpočtová).

K výpočtové charakteristice musíme znát regulátorovou charakteristiku motoru (otáčkovou – viz obrázek č. 24), tíhu vozidla a její rozložení, rozměry vozidla (rozvor, výška tažného bodu, poloměr hnacích kol et c.), převodové poměry a mechanickou účinnost a podmínky podložky (součinitel přilnavosti, součinitel využití záběru, druh hnacího ústrojí, počet hnaných kol, odpor valení….).

Obrázek č. 24 – Otáčková charakteristika motoru

Způsoby získání výpočtové charakteristiky vychází ze vztahu 16 a 17 pro výpočet tahového výkonu.

Pojezdová rychlost vozidla vp se do těchto vztahů vypočte dle vztahu 29:

�� = ��. �1 � ����. �� � (29)

Kde:

vt - teoretická pojezdová rychlost vozidla [m.s-1]

δ - prokluz hnacích kol [%]

Teoretická pojezdová rychlost vozidla vt se vypočte dle vztahu 30:

�� � !". #� . 2. �%&��. �� � (30)

Kde:

nm - otáčky motoru [s-1]

ic - celkový převodový poměr

rk - poloměr hnacího kola [m]

Tahová síla Ft do vztahu 16 lze vypočítat ze vztahu 31:

34

'� = (&. )�*� (31)

Kde:

Mk - krouticí moment na hnacím kole [N.m]

μ - součinitel přilnavosti k podložce.

Experimentální charakteristiky (tahové zkoušky) se provádí nejčastěji při nižších převodových stupních, kde je vyšší převodový poměr a dosahuje se vyšší tahové síly, ale na úkor pracovních výkonů motoru a zvýšení hodinové spotřeby paliva a poklesu pojezdové rychlosti (plošné výkonnosti). Přehledné je pak grafické znázornění vybraných provozních veličin motoru na vyvinuté tahové síle (osa x – viz obrázek č. 25), které dává ucelený pohled o tahových vlastnostech vozidel. Jedná se o závislost technicko expoatačních parametrů (Pt, δ, vp, Mp, mpe, na Ft) pro různé převodové stupně za daných podmínek (na určitém povrchu) při rovnoměrném pohybu na rovině (vyloučení vlivu svahu).

Obrázek č. 25 – Tahová charakteristika traktoru ŠT 180 na strništi

Požadovaných parametrů tahové soupravy a její efektivní využití (co nejvíce výkonu při nejnižší spotřebě paliva) můžeme dosáhnout, jestliže se správně zvolí parametry vozidla a celé soupravy. Jedná se hlavně o volbu parametrů jako je efektivní výkon motoru, tíha vozidla a její působiště, pojezdová rychlost, pracovní záběr stroje, měrný odpor půdy et c.

35

Možnosti ovlivnění tahové charakteristiky v praxi spočívá zejména ve změně výkonu motoru, tíhy soupravy (celkové a její rozložení na nápravy), působení tahové síly (směr a působiště) a podvozku a podložky. Změna výkonu motoru spočívá prvotně ve správném energetickém sestavení tahové soupravy podle zatížení (s režimem motoru v optimálních otáčkách) s ohledem na opotřebení (nepřetěžování motoru) a s vhodnou volbou zálohy krouticího momentu (přeplňované motory). Změna tíhy spočívá zejména v dotížení hnacích kol přídavným závažím nebo plnění pneumatik vodou, vhodném zavěšení nářadí (přední závěs) a volbě regulace hydrauliky tříbodového závěsu (polohová, silová, smíšená). Zde tahový výkon zůstává stejný, úměrně s tíhou se mění tahová síla, pojezdová rychlost se mírně sníží. Rozložení tíhy u pohonu 4x4 neovlivní tahovou účinnost u 4x2 ano – zvýší se tahová síla, mírně i odpor valení. Při dotěžování tahových souprav je nutné nezanedbat riziko nadměrného utužení půdy. Změna působiště tahové síly spočívá ve vhodné agregaci (zavěšení) s nářadím. Za hnacími koly dotěžuje a zvyšuje tahovou účinnost, před předními nebo uprostřed ji snižuje. Změna podvozku a podložky spočívá ve volbě konstrukce pojezdového ústrojí energetického prostředku. Kolové pojezdové ústrojí je možné vybavit hřeby, dvojmontáží, nebo plnit vodou. Pásové pojezdové ústrojí má při stejné tíze a tahové síle nižší prokluz (má větší styčnou plochu s podložkou – umožňuje i přenos většího tahového výkonu) a nižší kontaktní tak na půdu. Druh a stav podložky ovlivňuje prokluz a odpor valení (prší tak hurá jde se orat, mrzne a napadnul sníh, ale kvůli dotacím musí být zoráno). Prokluz hnacích kol u pohonu 4x4 nemá překročit 10% u pohonu 4x2 20%. Optimální tahová souprava má kromě exploatačních parametrů plnit i další požadavky, jako jsou zabezpečení dobré řiditelnosti a bezpečnosti při přepravě (dotížení předních řídících kol minimálně 25%), nepřekročení předepsaného zatížení pneumatik, dodržení agrotechnických podmínek bez nároků na pozornost obsluhy, dobrá manévrovatelnost, minimalizace utužení půdy, jednoduchá agregace s různým nářadím et c.

Kromě otáčkových a tahových charakteristik se můžeme ještě setkat se seřizovací charakteristikou (závislost Pe na mPe případně i dalších veličinách seřízení motoru – předstih, nebo předstřik, časování ventilů et c.) nebo úplnou charakteristikou (soustava závislostí dalších veličin většinou na otáčkách vzniklých měřením ze soustavy otáčkových a zátěžových charakteristik).

V provozních podmínkách se můžeme setkat i se soupravami, kde energetický zdroj nemusí vyvíjet pouze tahovou sílu, ale může i pohánět pracovní mechanizmy stroje, tedy tzv. kombinovaný přenos výkonu motoru. Rozdíly v mechanických ztrátách při možnostech kombinovaného přenosu výkonu motoru jsou znázorněny v tabule č. 3.

Tabulka č. 3 – Ztráty při kombinovaném přenosu výkonu motoru

Druh přenosu Mechanická účinnost [%]

Vývodovým hřídelem 97-99

Hydraulickým pohonem 80-90

Elektromotorem 85-92

Při kombinovaném přenosu výkonu motoru mají potom charakteristiky změněný průběh, mírně se snižuje pojezdová rychlost a podstatně se snižuje tahová

36

síla (tím i tahový výkon). Od původního krouticího momentu motoru, který by se využil na tahovou sílu, se odečítá část převedená kombinovaným přenosem.

Kritéria hodnocení souprav (fyzikální veličiny, které je možné použít pro hodnocení a porovnání souprav a energetických prostředků).

Taková účinnost ηt dle vztahu 32:

η�= +,

+- (32)

Tahový výkon Pt dle vztahu 16.

Tahová síla Ft dle vztahu 33:

'� = .. %/[*] (33)

Kde:

B - pracovní záběr stroje [m]

rz - záběrový odpor [N.m-1]

Plošná nebo objemová (hmotnostní) výkonnost W dle vztahu 34 a 35: (34)

� = .. ��. ℎ[�1. �� ] (35)

Kde:

h - měrná hmotnost hmoty procházející strojem [kg.m-3]

Měrná spotřeba paliva mpe dle vztahu 21.

Tahová měrná spotřeba paliva mpt dle vztahu 36:

��� ="2-

3,[1. ��� . ℎ� ] (36)

Sestavení souprav by se mělo provádět dle příkonu pro pohon strojů, dle průchodnosti (objemové nebo hmotnostní), dle plošné výkonnosti a dle tahové účinnosti a odporech půdy a nářadí. Často se provádí jen mírně kvalifikovaným odhadem s velkou rezervou, kdy se obsluha smaží šetřit energetický prostředek, což vede k nevyužití výkonu motoru a vysoké měrné spotřebě paliva.

[ ]112 .,.. −−= hhasmvBW p

37

4. Základní části spalovacích motorů

Pevné nepohyblivé části kam patří blok motoru, kliková skříň, hlava válců, víka, kryty a těsnění, pohyblivé části, kam patří klikové ústrojí a rozvody a příslušenství (chlazení, mazání, palivový systém, zapalování, sací potrubí a příprava směsi, výfukové potrubí).

4.1 Blok motoru

Je hlavní nosná část s válci (vložené nebo vložky) a vloženým klikovým ústrojím (viz obrázek č. 26). Jedná se nejčastěji o odlitek z litiny nebo lehkých slitin.

Obrázek č. 26 – Blok osmiválcového motoru

4.2 Válec

Ohraničuje spalovacího prostoru, vede, maže a utěsňuje píst. Působí v něm vysoké tlaky a teploty, je vystaven agresivitě paliva a musí umožnit kluzné tření. Proto je vyroben z vysoce pevných, tvarově stálých, vodivých materiálů s dobrými kluznými vlastnostmi a odolných opotřebení (jemnozrná litina, odstředivě litá, honovaný povrch). Chlazení je provedeno vzduchem nebo kapalinou. Konstrukčně se u vodou chlazených může jednat o vložku válců (není v kontaktu s chladicí kapalinou), nebo vložený válec (viz obrázek č. 27).

Obrázek č. 27 – Vložený válec

VW použil místo litinových vložek na vnitřní plochy válců plazmu. Ta se na válce stříká pokročilou technologií speciálním hořákem, tím se dosáhne zmenšení tloušťky stěn mezi jednotlivými válci, zvýší se odolnost proti otěru a tedy

38

mechanickému opotřebení. Tyto vložky válců nemají typickou strukturu honování, ale v jejich ploše jsou mikroskopické výstupky pro uchycení olejového filmu.

Mercedes Benz má technologii Nanoslide, která se podobá plazmě, ale tavený drát je z karbidu železa a uhlíku. Tím je umožněno mnohem přesnější sesazení válce a pístu. Inovovaný motor OM 654 má hliníkový blok, v němž jsou pracovní plochy vytvořené nástřikem tvrdokovu z roztaveného drátu (Nanoslide). To umožňuje, aby válce neměly přesně rovné stěny, ale byly v prostředku mírně užší. Po zahřátí se pak roztáhnou do ideálního rozměru se stejným vrtáním v celém zdvihu. Dosavadní stav byl opačný - po zahřátí se válce roztahovaly do soudkovitosti.

4.3 Hlava válců

Uzavírá spalovací prostor, k bloku je připevněna šrouby nebo svorníky, mezi nimi je těsnění, uvnitř sací a výfukové kanály s ventily a rozvodovými mechanizmy, zapalovací, žhavící svíčky, nebo vstřikovače (viz obrázek č. 28). Vyrobena bývá z šedé litiny nebo slitiny lehkých kovů s vloženými sedly a vedením ventilů a závity pro svíčky nebo vstřikovače.

Obrázek č. 28 – Hlava válců

4.4 Těsnění hlavy válců

Těsní spalovací prostor i proti úniku chladicí kapaliny a oleje. Je vyrobeno z kombinovaného materiálu (kov kolem válce), nebo i celokovové.

4.5 Kliková skříň

Je určena pro uložení klikové hřídele. S blokem a hlavou tvoří základní nosný systém pro zachycení sil a momentů za spalovacího prostoru. Může mít různé roviny dělení a utěsnění. Vyrobena může být z šedé litiny, nebo slitiny lehkých kovů. Nutné je odvětrání výparů, spodní část tvoří vanu na zachycení stékajícího oleje od mazaných míst se sacím košem oleje a příčkami, vypouštěcí šroub oleje a venkovní žebra pro větší odvod tepla.

4.6 Klikové ústrojí

Tvoří kliková hřídel, setrvačník a tlumič torzních kmitů, píst a ojnice. Rozvody tvoří vačková hřídel, její pohon, zdvihátka ventilů, vahadla a ventily s pružinami.

39

4.6.1 Kliková hřídel

Převádí přímočarý pohyb pístu na točivý pomocí vyoseného čepu, vyváženého protizávažím a setrvačníkem (i pro start). Pohání rozvody a příslušenství. Přivádí mazací olej k ložiskům a uložením. Má hlavní čepy v ose rotace, uložené v pánvích nebo valivých ložiscích, klikové čepy pro uložení hlavy ojnice, ramena kliky jako spojení hlavních a klikových čepů a na nich mohou být i protizávaží (viz obrázek č. 29)

Obrázek č. 29 – Kliková hřídel

Přední část bývá určena pro pohon rozvodů a příslušenství, zadní část pak pro setrvačník a tlumič torzních kmitů. Oba konce jsou utěsněny proti úniku mazacího oleje. Uspořádání hřídele je podle počtu válců a hlavních ložisek, konstrukce válců a jejich provedení, konstrukce hlavy, uspořádání motoru, pořadí zapalování, výkonu použitého materiálu, způsobu výroby a uložení ložisek.

4.6.2 Setrvačník

Slouží pro akumulaci energie pro nepracovní zdvihy (klidný a rovnoměrný chod motoru). Tvoří jednu třecí plochu pojezdové spojky, je v něm ložisko spojkové hřídele, po obvodu ozubený věnec pro pastorek spouštěče. Musí být vystředěný, staticky a dynamicky vyvážený. Pro tlumení rázů se používají tzv. dvouhmotové setrvačníky (viz obrázek č. 30).

Obrázek č. 30 – Dvouhmotový setrvačník

40

4.6.3 Píst

Zachycuje tlaky plynů a sílu přes pístní čep přenáší na ojnici a klikovou hřídel, těsní únik spalin do klikové skříně a odvádí teplo do válce. Skládá se z dna pístu, žárového můstku, hlavy, pláště a uložení pístního čepu (viz obrázek č. 31).

Obrázek č. 31 – Části pístu

Dno pístu má tloušťku dle tepelného a mechanického zatížení, různý tvar pro lepší výměnu náplně nebo vstřikování paliva. Odvádí 40 - 60 % tepla. Žárový můstek je část pístu od dna k prvnímu kroužku, chrání ho před přehřátím. Odvádí 30 % tepla. V hlavě jsou drážky pro kroužky (počet těsnících je podle otáček, stírací stačí jeden). Plášť má mít dostatečnou délka pro dobré vedení, odvádí 20 – 30 % tepla. Oko pro pístní čep je vyoseno o 0,5 - 1,5 mm od svislé osy na stranu zatíženou tlakem (píst se klopí) z důvodu snížení hluku při přechodu HÚ, otvor je kalibrovaný za studena.

Píst má mírnou ovalitu a kuželovitost. Ovalita průřezu znamená, že kratší osa je v ose čepu (více se zahřívá). Mohou být použity i bimetalické materiály (slitiny Al a Si). Kuželovitost znamená, že vůle pístu ve válci za studena je v hlavě < než v plášti (0,2 mm).

Mohou být řešeny jako jednodílné (lité nebo kované) i skládané u vysoce namáhaných motorů (ocelové dno spojené s Al pláštěm). U vznětových motorů má píst větší výšku, tloušťku stěn a průměr čepu oproti stejnému vrtání u zážehových. Chlazení a mazání rozstřikem oleje na vnitřní povrch a kanály v pístu. U přímého vstřiku je ve dnu komůrka.

Ocelové tenkostěnné písty jsou použity u motoru Mercedes OM 654. Ocel má proti hliníku menší tepelnou roztažnost (menší změny jejich vůle ve válci při rozdílných teplotách). Tření tak proti konvenčnímu řešení pokleslo o 40 až 50% (přepočteno na emise CO2 to znamená úsporu 4%). Ocel má proti hliníku vyšší hustotu (objemovou hmotnost), ale je pevnější a odolnější proti vysokým teplotám, takže stěny mohou být podstatně tenčí (nejsou těžší než hliníkové). Méně tepla vzniklého kompresí a spalováním se tak odvede a skončí v kolonce tepelné ztráty (při stejném přídělu paliva vyšší expanzní tlaky a tím i výkon).

Pístní kroužky utěsňují válec, odvádějí teplo do válce, řídí olejový film na stěně. Výška kroužku má vliv na odvod tepla, šířka na těsnění. Zámky pro navlečení do drážky na dalších kroužcích nad sebou jsou vždy o 180º pootočeny. Vyrobeny jsou z oceli nebo šedé litiny, odstředivě lité a obráběné, ale i s titanovým pokovením, nebo keramické. Plocha mezi drážkou a kroužkem je jemně broušená (při opotřebení vzniká čerpací účinek).

41

Pístní čep slouží pro přenos sil na ojnici, může vznikat únavové namáhání, má malý pohyb třecích ploch. Válcový otvor je kuželovitě rozšířený uprostřed uzavřený, otvory a drážky pro mazací olej. Uložení v pístu může být plovoucí, pevné, nebo kombinace. Čep má kalený cementovaný povrch, lapovaný a leštěný, čela broušená pro pojistky. U vznětových motorů má větší průměr pro stejném zdvihovém objemu válce.

4.6.4 Ojnice

Spojuje pístní čep s klikovým čepem. Oko ojnice je nedělené, čep se provléká zároveň s pístem, má otvory pro mazací olej. Hlava je dělená šikmo s drážkami proti střihu a ojniční šrouby s pojistkou, dotažené předepsaným momentem. Dřík má I profil, hladké přechody do oka a hlavy a otvory pro mazací olej. Materiály jsou legovaná ocel kovaná v zápustkách, prášková ocel, slinuté výkovky, kujná nebo tvárná litina, lehké slitiny a kompozity. Pánve ložisek klikových čepů jsou dnes konstruovány jako tenkostěnné z ocelového plechu a naneseným kluzným kovem, se zajištěním proti pootočení a otvory a drážkami pro mazací olej. Mimo kluzného uložení je možno použít i jehličková a kuličková ložiska.

4.6.5 Rozvody

Řídí výměnu náplně ve válci, což má velký vliv na výkon motoru (využití energie z paliva). Nejčastěji jde o přenos zdvihu, rychlosti a zrychlení z vačky na ventil, píst vstřikovacího čerpadla nebo zapalování. Pohon je odvozen od klikové hřídele ozubenými koly, řetězem (duplex, triplex) nebo ozubeným řemenem a má poloviční otáčky oproti klikové hřídeli (pro čtyřtakt).

4.6.5.1 Konstrukce rozvodů

U dvoutaktního motoru je řešena konstrukčně tak, že vlastním rozvodem je píst (dvoučinný), který otvírá a zavírá kanály (ty mohou ale být opatřeny i ventily). U čtyřtaktního motoru mohou být řešeny jako mechanické (ventilové, šoupátkové, kanálové, se samočinným nebo vázaným pohybem), hydraulické, pneumatické, nebo elektrické. Důležitý je vždy okamžik (úhel ve vztahu k otočení klikové hřídele) a doba otevření sacího a výfukového ventilu. Tyto stavy jednoduše znázorňuje časovací diagram (viz obrázek č. 32).

42

Obrázek č. 32 – Časovací diagram čtyřtaktního spalovacího motoru

4.6.5.2 Uspořádání ventilových rozvodů

Se dělí podle umístění vačkové hřídele a ovládání ventilů (viz obrázek č. 33).

Obrázek č. 33 – Uspořádání ventilových rozvodů

Rozvod SV (Side Valve - boční ventil) má vačkovou hřídel v bloku a postranní ventil ovládaný zdvihátky se seřízením vůle. Tento rozvod má nepříznivý tvar spalovacího prostoru, malý kompresní poměr (podobně i IOE – viz obrázek č. 34).

43

Obrázek č. 34 – Ventilový rozvod IOE

Rozvod OHV (Over Head Valve - ventil nad hlavou) má ventily navrchu hlavy, vačkovou hřídel v bloku, zdvihátka a vahadla se seřízením vůle. Spalovací prostor je již optimální, možno umístit i více ventilů, má velkou vzdálenost vačky a ventilu, více součástek (hmotnost), umožňuje lehkou demontáž hlavy.

Rozvod OHC (Over Head Camshaft - vačkový hřídel v hlavě) má vačkový hřídel i ventily navrch hlavy, ta je složitější, ale odpadají zdvihátka, někdy i vahadla. Rozvod má nižší hluk, větší přesnost, umožňuje umístit více ventilů (DOHC – duo se dvěma vačkovými hřídeli). Má také optimální spalovací prostor.

Limitem ventilových rozvodů při vysokých otáčkách motoru je setrvačnost pružin. Tento problém originálně řeší desmodromický rozvod u firmy Ducati, kde pružiny nahrazují zvihátka (otevírají i zavírají ventily – viz obrázek č. 35).

Obrázek č. 35 – Desmodromický ventilový rozvod

Zvláštním řešením mechanizmu rozvodů je využití tzv. Královské hřídele (Jawa 500 OHC). Jedná se o rozvod s vačkovou zřídelí v hlavě, která je poháněna z boku hřídelí s kuželovým soukolím.

44

Více ventilů na válec se používá z důvodu lepšího plnění válce. Průměr ventilů a zdvih má být dostatečný, aby byla výměna náplně co nejoptimálnější. Výfukové jsou vždy menší (nebo jejich počet), např. u provedení 3V jsou dva menší sací, jeden výfukový, u 4V jsou dva a dva i dvě vačky, u 5V jsou tři sací.

4.6.5.3 Ventily

Utěsňují spalovací prostor v sedle hlavy, mají mít minimální odpor proudění. Teplota až 850ºC (sací méně). Má hlavu, dřík a stopku se zápichem pro misky pružin. Materiálem u sacích ventilů je chromkřemičitá ocel, sedlo a dřík tvrzené. U výfukových pak bimetal, spodek a talíř chrommangan, zbytek chromkřemičitá. U sportovních motorů jsou použité i keramické materiály. Tepelně velmi namáhané motory mohou mít i duté ventily chlazené sodíkem (mění skupenství a odvádí více tepla).

4.6.5.4 Sedla ventilů

Jsou vyrobeny ze slitiny Cr, Ni a Co, vysoce legované oceli nebo kovaná litina, mají stejný úhel jako talíře ventilů 45º a přechody 15 a 75º, plocha dosednutí zabroušená nebo o 1º menší a sama se zabrušuje

4.6.5.5 Pružiny ventilů

Zajišťují uzavření ventilu do sedla. Používají se válcové pružiny s činnými a dosedacími závity, zdvojené (menší průměr jako záloha při prasknutí, nižší rezonance a opačné stoupání). Materiálem je pružinová ocel navíjená za studena, dosedací plochy jsou tepelně zpracované. Pootáčení ventilu v sedle se používá pro vysokootáčkové motory z důvodu rovnoměrného ohřívání hlavy a proti možným teplotním deformacím. Pod miskou je zde rohatka s kuličkami a pružinami.

4.6.5.6 Vedení ventilu

Má za úkol vystředění, odvod tepla, mazání proti zadření a utěsnění v sacím nebo výfukovém potrubí. Materiálem je perlitická šedá litina, nebo hliníkový bronz.

4.6.5.7 Ventilová vůle

Je vůle mezi stopkou ventilu a vahadlem, nebo vačkou a musí být z důvodů tepelné roztažnosti (aby ventil pevně dosedl do sedla). U starších konstrukcí je možnost změny její velikosti pomocí seřizovacího šroubu se zajišťovací maticí. Výfukový ventil má větší vůli než sací 0,1 - 0,4 mm. Tato konstrukce způsobuje ale větší rázy a hluk a je náročnější na údržbu, proto jsou lepší moderní konstrukce se samočinným vymezením vůle (hydraulická zdvihátka – viz obrázek č. 36).

45

Obrázek č. 36 – Hydraulické zdvihátko ventilu

Zdvihátko je připojeno k tlakové větvi mazání, vnitřní válec zdvihátka má kuličkový ventil, při pohybu vzhůru tlak ventil zvedá, při zpětném pohybu se doplní prostor olejem a vůle se automaticky dle potřeby vymezí.

4.6.5.8 Vahadla

Jsou vlastně dvouramenné páky od vačky na dřík ventilu. Uložení je většinou v jehlovém ložisku s otvorem pro mazací olej. Materiálem je uhlíková legovaná ocel kovaná i odlévaná, lehké slitiny, nebo lisovaný plech. Stykové plochy jsou povrchově kaleny a broušeny.

4.6.5.9 Zdvihátka

Tvoří duté tyčky s kulovými čepy na konci (OHV), někdy mají i pootáčení proti opotřebení. Vymezení vůle je stejné jako u stopky ventilu.

4.6.5.10 Vačková hřídel

Převádí otáčivý pohyb na posuvný. Uložení je kluzné (dutá hřídel s tlakovým olejem). Může od něj být odvozen pohon vstřikovacího čerpadla a zapalování, může být vcelku i dělená, kovaná i litá a obráběná. Vačky jsou kalené a povrch cementovaný. Pohon vačkové hřídele je řešen ozubenými koly s ozubeným řemenem (nízká hmotnost, tichý chod bez mazání, napínací kladka, s nebezpečím vytahování řemene a možností přeskočení na ozubených kolech, nebo řetězovými koly s válečkovým řetězem (pro větší vzdálenosti os rotace, umožňuje i pohon dalšího příslušenství, je hlučnější, vyžaduje napínání a mazání, nehrozí přeskočení, dvouřadý i trojřadý řetěz - duplex nebo triplex). Čelní ozubená kola (je-li vačka v bloku OHV, nebo malá vzdálenost os rotace, vhodné použít šikmé zuby proti hluku).

4.6.5.11 Vačky

Mají různý tvar. Tangenciální vačka má přímý bok (tečny základní a vrcholové kružnice). Má velké zrychlení a zpomalení, vhodná pro nízké otáčky. Harmonická vačka má boky s kruhovými oblouky, proto má pozvolné otevírání a zavírání. Vačka s dutým bokem se používá pro stabilní motory s malými otáčkami a dlouhým zdvihem. Speciální vačky se používají dle požadavků na motor a pro vysoké otáčky, patří mezi ně špičatá (vejčitá) vačka, která se otevírá a zavírá pomalu a ventil je otevřený krátce a vačka strmá (ostrá), která otevírá a zavírá rychle a ventil

46

je déle plně otevřený. Často je tvar vaček nesymetrický pro pomalé otevření a rychlé zavření ventilu.

4.6.5.12 Variabilní rozvody

Se používají z důvodu optimalizace výměny náplně válce v různých režimech a otáčkách motoru, pro pravidelný chod, vyšší výkon a nižší emise výfukových plynů. Provádí se změna doby otevření a překrytí ventilů, a to pomocí změny polohy sacích a výfukových ventilů (pozor na spaliny do sání).

Konstrukčně je možné tyto změny provádět fázovým měničem (viz obrázek č. 37), rozdílnou vačkou sacího ventilu (viz obrázek č. 38), napínáním rozvodového řetězu (viz obrázek č. 39), variabilním ovládáním vačkové hřídele natočením celé vačky vůči kolu u sacích i výfukových (otočný hydromotor viz obrázek č. 40), variabilním ovládáním ventilů posunutím celé hřídele (prostorové vačky viz obrázek č. 41), VANOS - VAriable NOckenwelle-Steuerung (hydraulický axiální píst uvnitř řetězového rozvodového kola viz obrázek č. 42), Valvetronic (elektromotor jako akční člen, otáčením se mění poloha vložené páky – viz obrázek č. 43), Valvematic (elektromotor natáčí skříň s kolem s vnitřním ozubením, tím dochází k axiálnímu posouvání centrálního kola planetového převodu – viz obrázek č. 44), Multiair (výfukové klasickou vačkou a přes tlačený olej ovládají sací – viz obrázek č. 45), VVEL - Variable Valve Event and Lift (krokový elektromotor otáčí hřídelem s vnějším závitem, po něm se axiálně pohybuje objímka a s ní je spojen ovládací hřídel s vahadlem s excentrickou vačkou – viz obrázek č. 46).

Obrázek č. 37 – Fázový měnič

47

Obrázek č. 38 – Rozdílná vačka sacího ventilu

Obrázek č. 39 – Napínání rozvodového řetězu

48

Obrázek č. 40 – Otočný hydromotor

Obrázek č. 41 – Prostorové vačky

Obrázek č. 42 - Hydraulický axiální píst uvnitř řetězového rozvodového kola

49

Obrázek č. 43 - Valvetronic s elektromotorem

Obrázek č. 44 – Valvematic

50

Obrázek č. 45 – Multiair

Obrázek č. 46 - VVEL

4.6.5.13 Plně variabilní rozvody

Se používají u moderních motorů. Rozvody jsou řešeny tak, že zdvihátka jsou ovládaná hydraulicky, pneumaticky, nebo elektromagneticky (viz obrázek č. 47).

51

Obrázek č. 47 – Plně variabilní rozvod Königseg

4.7 Příslušenství spalovacích motorů

Příslušenství spalovacího motoru tvoří chladící soustava, mazací soustava, palivová soustava, zapalování, sací a výfukové potrubí a elektrická soustava.

4.7.1 Chladící soustava

Odvádí 20 – 30 % tepla uvolněného z paliva. Udržuje optimální teplotu pro správný chod motoru, umožňuje tvorbu olejového filmu a chlazení má být rovnoměrné. Dle konstrikce a uspořádání se používá kapalinové (samooběžné termostatické, nebo s nuceným oběhem), vzduchové (náporem za jízdy, nebo nucené s ventilátorem), kombinované a olejové.

4.7.1.1 Kapalinové chlazení

Je řešeno tak, že v bloku a hlavě jsou kanály s chladicí kapalinou - viz obrázek č. 48.

Obrázek č. 48 – Kapalinové chlazení s odbočkou k topení

52

Samooběh probíhá podle rozdílné objemové hmotnosti ohřáté a studené kapaliny (teplotní spád). Nucený oběh je zabezpečen čerpadlem. Termostat za studena uzavírá chladič, po otevření vpustí ohřátou kapalinu do chladiče a topení (může mít i odbočku). Je řešený jako ventilový uzávěr podle tepelné roztažnosti média uvnitř. Elektronicky řízený termostat je u moderních motorů řešen jako logický člen pro regulaci v celém režimu zatížení podle teplot kapaliny a vzduchu, zatížení motoru, rychlosti jízdy et c. Čerpadlo se používá rotační odstředivé s radiálními lopatkami, otáčky nižší než kliková hřídel, pohon přímo, nebo elektromotorem (otáčky dle teploty – viskózní nebo elektromagnetická spojka). Tlak musí překonat ztráty, cirkulace až 12x za minutu, rychlost proudění do 3 m.s-1, přetlak o 0,01 MPa zvyšuje bod varu o 2,1ºC. Expanzní nádoba má objem 30 % chladicí kapaliny, slouží proti tvorbě vodní páry. Jsou plastové s přetlakovým víčkem, přepadem a čidlem výšky hladiny. Množství chladicí kapaliny je 4 - 6 krát větší než zdvihový objem motoru. Používají se nemrznoucí kapaliny (glykol s antikorozními přísadami), olejové kapaliny pro provozní teploty až 150ºC. Bezpečný provoz musí být zajištěn i při nízkých rychlostech jízdy a vysokých teplotách okolí. Chladič má vstupní a výstupní komoru (plast) propojené sítí (Al). Může být rovnotlaký s přepadem, nebo přetlakový s expanzní nádobou, je pružně uložený, propojený hadicemi. Ventilátor se používá pro vyšší účinnost (i regulované otáčky).

4.7.1.2 Vzduchové chlazení

Je konstrukčně jednoduché a nenáročné, avšak hlučnější a nerovnoměrné oproti kapalinovému. Náporové se nejčastěji používá u motocyklů. Má velkou nerovnoměrnost podle teploty okolí a pojezdové rychlosti, hlavy a válce jsou žebrované i s usměrňovacími plechy. Nucené přetlakové s ventilátorem, který vzduch k motoru tlačí, nebo nucené podtlakové, u kterého ventilátor od motoru vzduch odsává. Ventilátory se používají jak radiální, tak i axiální s přímým pohonem, nebo viskózní spojkou řízenou termostatem.

4.7.2 Mazací soustava

Úkolem je snížením tření a tím opotřebení třecích ploch, odvod tepla, ochrana proti korozi, odvod nečistot a utěsnění pístu ve válci. Kapalinné tření je využito u klikové a vačkové hřídele, polosuché tření u všech ostatních ploch (částečný styk vrcholů kovových součástí). U stabilních motorů se může provádět čerstvým olejem (ztrátové mazání), u dvoutaktních motorů mastnou směsí (mazací olej smíchán s palivem), u čtyřtaktních motorů se používá tlakové oběžné mazání (rozvod a rozstřik tlakového oleje).

4.7.2.1 Tlakové oběžné

Je provedeno buď se suchou skříní (oddělená olejová nádrž, dvoustupňové čerpadlo, kdy první odčerpává z klikové skříně, druhé tlačí k mazacím místům), nebo s mokrou skříní (nádrž je ve vaně klikové skříně, sání se sítem přes čistič s pojistným ventilem a chladič potrubím k mazacím místům, ve skříni měrka). Tlakem je mazána kliková hřídel (kanály do pánví kluzných ložisek), rozvody, vačková hřídel v hlavě válců i vedení ventilů a ložiska turbodmychadla. Rozstřikem je mazána stěna válce (kanály od ojnice, nebo od klikové hřídele).

Čerpadlo se používá zubové, se sáním zubovou mezerou a po obvodě výtlakem. Regulační ventil tlaku má přepad zpět do skříně a kontrolka tlaku s čidlem nebo manometrem, maximální tlak 500, minimální 200 kPa. Čističe se

53

používají buď plnoprůtokové (protéká jím všechen olej, má pojistný ventil, při ucpání jde nečištěný olej do mazání), nebo obtokové (přes čistič protéká asi 10 % oleje ve větvi od mazacích míst pro jemnější a pomalejší čištění – nejčastější způsob u moderních motorů), případně kombinace obou možností. Plnoprůtokový může být rozebíratelný s papírovou nebo textilní vložkou, štěrbinový z lamel jako přídavné čističe ve velké prašnosti s jemností čistění > 10 μm, nebo odstředivý na stěnu s jemností čistění <10 μm. Obtokový je nerozebíratelný s obtokovým ventilem, vstup oleje je po obvodu, odtok středem. Mohou být i rozebíratelné s vložkou o jemnosti 5 μm.

Poruchy mazací soustavy vedou velmi rychle k havárii motoru (nejčastěji zadření pístu ve válci a ložisek klikové hřídele). Zvýšený mazací tlak je signálem zaneseného čističe, vysoké hladiny oleje ve skříni, poruchy tlakového ventilu, nebo ucpaných mazacích kanálů. Snížený tlak je signálem zředění oleje palivem nebo vodou, nízké hladiny oleje ve skříni, defektu tlakového ventilu, průsaku v oběhu (velké opotřebení a vůle ložisek klikové hřídele), poruchy čerpadla, nebo zaneseného síta sání. Nadměrná spotřeba oleje je signálem opotřebení kluzných ploch, vůle pístních kroužků, vadného těsnění hlavy, vadných dříků ventilů, nebo netěsností (únik mazacího oleje mimo prostor motoru).

4.7.3 Palivová souprava

Má za úkol vytvořit optimálně složenou směs paliva a vzduchu pro hoření ve spalovacím prostoru. U zážehových motorů je možná vnější tvorba směsi v sacím potrubí v karburátoru nebo vstřikováním, nebo vnitřní tvorba směsi vstřikováním rovnou do válce. U vznětových motorů se téměř výhradně používá vnitřní tvorba směsi vstřikováním rovnou do válce.

4.7.3.1 Způsoby hoření paliva

Má velký vliv na klidný chod motoru, správný výkon a množství emisí výfukových plynů.

Detonační hoření vzniká při stlačení zbylé čerstvé náplně tlakovou vlnou hořících plynů do vzdálenějších míst. Rychlost hoření je až 400 m.s-1 (normálně 50), vzniká od horkých míst ve spalovacím prostoru, vede ke zvýšenému namáhání motoru, vzniku vibrací a zvýšené provozní teplotě motoru. Tento způsob hoření je u moderních motorů detekován snímačem klepání motoru (podle jeho a dalších signálů upravuje řídící jednotka časování ventilů, předstih a předstřik). Tento způsob hoření mění správný průběh oběhového diagramu (viz obrázek č. 49).

54

Obrázek č. 49 – Detonační průběh oběhového diagramu

Předzápaly vznikají zapálením směsi od horkých míst před zážehem (vstřikem) od elektrod svíčky, výfukového ventilu nebo karbonu. Vedou ke zvýšenému namáhání klikové hřídele. Opět se mění průběh oběhového diagramu (viz obrázek č. 50).

Obrázek č. 50 – Průběh oběhového diagramu při předzápalech

Samozápaly vznikají tak, že při plném zatížení hoří směs z několika horkých míst a rychleji. Vedou k nárůstu tlaku a zvýšenému namáhání kliky, možný je i běh motoru po vypnutí zapalování (úlohu jiskry ze zapalovací svíčky převezmou horká místa ve spalovacím prostoru). Opět se také mění průběh oběhového diagramu (viz obrázek č. 51).

55

Obrázek č. 51 - Průběh oběhového diagramu při samozápalech

Příčiny poruch hoření jsou nejčastěji chyby při předstihu zážehu (u moderních motorů je řízený počítačem podle režimu motoru, otáček, výkonu a druhu paliva), nebo tvar spalovacího prostoru a dna pístu (má omezit tepelné ztráty, rozvířit směs, maximální plocha ventilů, svíčka v optimálním místě, vyloučení horkých míst, vrstvené plnění při vstřikování - u svíčky bohatá okolo chudá, klapka v sání – λ sonda, deflektor na pístu, vířivé trysky).

4.7.3.2 Systémy vstřikování u zážehových motorů

Se používají simultární , kde všechny ventily vstřikují ve stejný okamžik, dvakrát za cyklus, okamžik je pevně dán. Skupinové, kde jsou dvě skupiny vstřikovacích ventilů a každá vstřikuje jedenkrát za cyklus s odstupem jedné otáčky klikové hřídele již s možností časování a sekvenční neboli volné, kde jsou vstřikovací ventily ovládány nezávisle na sobě, což umožňuje lepší rozdělení směsi na válce, nižší emise a spotřebu.

4.7.3.3 Způsoby vstřikování benzínu

Vícebodové MPI (Multi Point Injection) u kterého je na každý válec jeden vstřikovací ventil před sacím ventilem. Po jeho otevření proud vzduchu strhává páry paliva a ty víří a tím rovnoměrné plnění a bez kondenzace paliva na stěnách sacího potrubí. Centrální CFI (Central Fuel Injection) je systém přerušovaného vstřikování do sání z jednoho ventilu nad škrticí klapkou, přesnou dávkou dle provozních podmínek. Je zde nutné lépe tvarované potrubí, pro lepší plnění a moment. Jde o obdobu elektronicky řízeného karburátoru, (pneumatické rozprašování kapalného paliva v difuzoru nahrazeno nepřerušovaným trvalým vstřikováním paliva jedinou elektromagneticky ovládanou tryskou umístěnou na sacím potrubí motoru v místě karburátoru). Systém je vhodný do 80 kW výkonu motoru, umožňuje i recyklaci spalin. Přímé vstřikování paliva přímo do každého válce, kde je ve spalovacím prostoru mezi ventily umístěna zapalovací svíčka, po straně vstřikovací tryska (do spalovacího prostoru vstřikuje benzin přímo do vybrání v pístu). Tento systém bývá označován GDI (Gasoline Girect Injection), FSI (Fuel Stratified Injection), nebo Common rail se vstřikovacím tlakem až 250 MPa.

Řízení vstřikování benzínu se provádí podle signálů z λ sond před i za katalyzátorem. Soustava má dva katalyzátory, první třícestný, vyhřívaný, druhý zásobníkový na NOx. Když motor pracuje s chudou směsí snímač NOx, dá povel

56

na obohacení a probíhá regulace katalyzátoru (zahřátí na 650 ºC a tím spálení nashromážděné síry a NOx se pomocí CO mění na N2 – viz obrázek č. 52). Dvoucestný a třícestný katalyzátor se odlišují podle toho kolik základních škodlivin je schopen katalyzátor účinně likvidovat (CO, HC a NOx). Jsou konstruovány jako keramické nebo kovové. Jsou schopné odstranit až 97 % uhlovodíků, 96 % oxidu uhelnatého a 90 % oxidů dusíku.

Obrázek č. 52 – Palivová soustava s řízeným vstřikováním benzínu

4.7.3.4 Složení soustavy vstřikování benzínu

Je patrné z předchozího obrázku č. 38. Nízkotlaký obvod je v palivové nádrži (čerpadlo s regulátorem tlaku 0,35 MPa), vysokotlaký obvod pracuje s tlakem až do 220 MPa. Tvoří jej společný zásobník tlaku (Common Rail musí být pružný, aby tlumil pulzy plnícího čerpadla a tuhý aby mohl být tlak rychle měněn podle požadavků). Tlakový řídící ventil udržuje požadovanou hodnotu tlaku a vstřikovací ventil (upravuje místo a tvar paprsku, krátká doba vstřiku, vrstvený vstřik). Řídicí systém – motor management, ovládá elektronicky řízené vstřikování, zapalování a ventily (dle signálů od snímače zapalování, polohy vaček, pojezdové rychlosti, převodového stupně, napětí akumulátoru, teploty motoru a nasávaného vzduchu i jeho množství, natočení škrticí klapky, λ sond, klepání motoru a jeho otáček – sériová diagnostika). Pro každou polohu škrticí klapky odpovídající zatížení motoru a pro každé otáčky motoru odpovídající rychlosti vozidla jsou v paměti počítače uloženy údaje pro množství vstřikovaného paliva a předstih zážehu, případně i jiné. Řídicí počítač neustále porovnává digitalizované skutečné údaje příslušných snímačů s údaji v paměti a vhodnými regulačními zásahy se snaží jejich odchylku minimalizovat. Kromě toho řídicí jednotka využívá svých pomocných a korekčních obvodů tak, aby složení směsi i činnost zapalování byla za všech pracovních stavů i provozních režimů optimální. Kapacitní možnosti počítače nejsou i u komplexního řízení motoru zcela využity, je možné i jeho použití i k diagnostice motoru (má svoji vlastní vnitřní paměť).

V posledních konstrukcí zážehových motorů se používají systémy přímého a nepřímého vstřikování benzínu (kombinace). Důvodem je tvorba karbonu na sedlech

57

sacích ventilů, které jsou u systému nepřímého vstřikování směsí benzínu se vzduchem omývány (to u přímého vstřikování dpadlo).

Nádrže bývají vyrobeny z plechu nebo plastů s příčkami (vlnolamy), uvnitř je měřič množství (plovák) a dopravní nízkotlaké čerpadlo. V dolní části může být odkalovací šroub, nahoře plnící hrdlo s uzávěrem a sítkem. Důležité je odvětrání do sání nebo přes aktivní uhlí (elektronicky řízené). Objem se kalkuluje u osobních vozidel na dojezd do 500 km. Potrubí spojuje jednotlivé části. Používají se ocelové bezešvé trubky, měděné nebo mosazné i plasty. Mají pružné uchycení a šroubení. Nízkotlaká čerpadla jsou membránová nebo lopatková vícestupňová, před čističe (hrubá sítka, jemná papírová). Na výtlaku je umístěn zpětný ventil. Vstřikovací ventily se používají elektromagnetické a piezoelektrické, zdvih 60 – 100 μm, čas otevření 1,5 -18 ms, frekvence 3 -125 Hz.

Zapalování je řízeno tak, aby hoření směsi bylo optimální v celém rozsahu otáček. Dříve se používal odstředivý regulátor s podtlakovou komorou, u moderních motorů, elektronické systémy řídící jednotky. Zapalovací svíčky musí umožnit bezpečné zapálení za všech režimů chodu motoru (teplota až 2500ºC, tlak až 18 MPa, až 40 zápalů za sekundu, elektrické napětí až 30 kV a působí chemické vlivy paliva).

4.7.3.5 Vstřikování paliva u vznětových motorů

Výkon motoru je zde řízen kvantitou paliva. Důležitý je tvar spalovacího prostoru, začátek vstřiku, doba a průběh, tlak, tvar a směr paprsků, přebytek vzduchu a jeho víření. Tvar spalovacího prostoru může být nedělený, kde je ve dnu pístu otvor pro přímý vstřik (Man systém) označovaný také jako DI (Direct Injection), nebo dělený, kde má kompresní prostor dva objemy s předkomůrkou IDI (Indirect Injection). Zde je lepší dělení paliva, v předkomůrce je umístěno žhavení a tím jsou lepší starty, ale jsou zde nižší kompresní tlaky a vyšší spotřeba paliva.

Složení soustav od nádrže je obdobné jako u zážehových motorů. Vedení nízkotlaké větve je ocelovými trubkami nebo z vyztužené pryže, vysokotlaké ocelovými trubkami s kužely. Čističe musí splňovat vyšší nároky, proto bývají dvoustupňové, často i s předehříváním.

Rozdělení soustav se provádí podle uspořádání vstřikovacího čerpadla a vstřikovače s tryskou. Jedná se o soustavu s řadovým vstřikovacím čerpadlem, s rotačním čerpadlem s axiálním pístem, s rotačním čerpadlem s radiálním pístem, sdružený vstřikovač PD (Pumpe - Düse) a systém Common Rail. Řadové čerpadlo má pro každý válec jeden vstřikovací element. Jeho píst se pohybuje v ose od vačky a pootočením šikmé hrany pístu se provádí regulace dávky paliva (viz obrázek č. 53).

58

Obrázek č. 53 – Regulace dávky u řadového čerpadla

Regulace výkonu řadových čerpadel se používá mechanická (omezovací regulátor u silničních vozidel udržuje volnoběh a zamezí překročit maximální otáčky, výkonnostní u traktorů udržuje otáčky i při změně zátěže, případně i jejich kombinace) a elektronická. Rotační čerpadlo s axiálním centrálním pístem má centrální axiální píst s vačkou a rotačním rozdělovačem (viz obrázek č. 54). Na každý vstřik je nutný pohyb pístu. Regulace se provádí šoupátkem změnou zdvihu pístu nebo elektromagnetickým ventilem na výtlaku.

Obrázek č. 54 - Rotační čerpadlo s axiálním centrálním pístem

Rotační čerpadlo s radiálními písty a vačkovým kroužkem má na každý vstřik jeden píst (viz obrázek č. 55). Počátek vstřiku je řízen vačkovým kroužkem, množství elektromagnetickým ventilem.

59

Obrázek č. 55 - Rotační čerpadlo s radiálními písty

Sdružený vstřikovač, PD má čerpadlo i trysku je v jednom bloku u každého válce (viz obrázek č. 56). Pohon je od vačky ventilů, tlaky až 200 MPa, regulace elektronicky natočením vačky. Může být proveden i s krátkou trubkou (Unit Pump System).

Obrázek č. 56 - Sdružený vstřikovač

Systém s tlakovým zásobníkem Common Rail má oddělené vytváření tlaku a vlastní vstřikování (viz obrázek č. 57). Tlak v zásobníku (kovaném) je nezávislý na režimu motoru, dávka je řízena podle polohy akcelerátoru a řídící jednotkou. Vedení má stejnou délkou (z důvodu přesnosti dávkování). Elektronicky ovládané vstřikovače umožňují vrstvení dávky (několik menších). Systém má nižší spotřebu, emise a klepání.

60

Obrázek č. 57 - Common Rail

Vstřikovač se skládá z držáku a trysky. Tryska je otvorová (jeden nebo více otvorů 0,05 - 0,2 mm, kužel 15 - 180º), nebo čepová (pro nepřímé vstřikování, konec jehly je kuželovitý, paprsek má tvar mezikruží s úhlem 60º).

Žhavení je ovládáno řídící jednotkou s časovým spínačem. Žhavící svíčky jsou umístěny v předkomůrce nebo u vstřikovací trysky, u malých motorů v sání. Konstrukčně je to kovová trubička, uvnitř s topnou spirálou ve stlačeném prášku oxidu hořčíku.

4.7.4 Sací a výfukový systém

Sání má probíhat s co nejmenší ztrátou tlaku. Tomu musí odpovídat jeho průřez, tvar, povrch a čistič. Potrubí se liší podle způsobu vstřikování paliva, nebo přeplňování. Má být co nejkratší a i s možností změny průřezu. Využívá se i principu magnetická rezonance. Nasávání vzduchu bývá voleno z motorového prostoru nebo u chladiče (u traktorů z důvodu vysoké prašnosti co nejvýše od povrchu podložky). Čističe bývají umístěny nad motorem nebo zboku proti prachu, tlumení hluku a předehřátí vzduchu. Čističe vzduchu jsou s olejovou náplní, cyklónové (předčističe), nebo s papírovou vložkou.

Přeplňování se podle principu činností dělí na pulzační, kdy každý válec má své sací potrubí o určité délce, pulzy v plynu vyvolá pohyb pístu tak aby se vlna šířila zrovna otevřeným ventilem a zlepšila plnění, pro nízké otáčky je lepší dlouhé a tenké potrubí a naopak (změna délky a průřezu potrubí viz obrázek č. 58), nebo rezonanční, u kterého shoduje-li se frekvence sání s frekvencí kmitů v plynu dochází k rezonanci a ta způsobí zvýšení tlaku plnění a skupiny válců jsou spojeny krátkým potrubím s rezonanční komorou s impulzy od sacího ventilu. Je možné i přepínání obou systémů podle režimu motoru, nebo přeplňování s mezichladičem (Intercooler).

61

Obrázek č. 58 – Změna délky sacího potrubí

Provádí se mechanicky kompresory (Rootsovo, Lysholmovo, křídlové a s otočnými písty – lze řídit plnící tlak obtokem). Mají lepší reakce na změny otáček. Nebo výfukovými plyny turbodmychadly (spirálové, odstředivé). Regulace je možná obtokem elektronicky, teplotou a množstvím výfukových plynů (předstih, předstřik, klepání et c.). Mají horší reakci na změnu otáček (regulace lopatek, průřez vstupu). U vznětových motorů má až 160 000 ot.min-1, což vyžaduje přesnou výrobu a vhodné materiály (žáruvzdorná niklová litina a dmychadlová slitina hliníku odstředivě lité) s nutností tlakového mazání. Intercooler se vřazuje z důvodu zvýšení objemové hmotnosti vzduchu vháněného do válce. Dvojité přeplňování (biturbo) má dva stupně různě velkých dmychadel a rozdělený proud výfukových plynů. Část jde na nízkotlakou turbínu, chladič a pak na vysokotlakou turbínu (rychlejší nárůst tlaku, mizí turboefekt – viz obrázek č. 59).

Obrázek č. 59 – Biturbo

62

Turbodmychadlo Twin-scroll (BMW Twin Power) se zdvojeným kanálem turbíny. Kanál vedoucí k turbínovému kolu, se rozdělí na dvě části, u čtyřválcového motoru jsou výfukové svody řešeny tak, že ty z 1. a 4. válce vedou do jednoho kanálu, zatímco svody z druhého a zároveň i třetího válce jsou spojeny s druhým kanálem (nerovnoměrnost chodu čtyřválce – viz obrázek č. 60).

Obrázek č. 60 - Turbodmychadlo Twin-scroll

Turbodmychadlo s variabilní geometrií (VGT, VNT) dle polohy lopatek (pohyblivě uloženy v prstenci) se mění úhel toku výfukových plynů na kolo turbíny a dochází ke změně kinetické energie plynů, s čímž přímo souvisí regulace otáček turbíny a tedy i plnicího tlaku turbodmychadla (viz obrázek č. 61).

Obrázek č. 61 - Turbodmychadlo s variabilní geometrií

Elektronicky podporované přeplňování má mezi turbínu a dmychadlo vřazen asynchronní elektromotor pro krátkodobé zvýšení otáček (proti turboefektu – viz obrázek č. 62).

63

Obrázek č. 62 - Elektronicky podporované přeplňování

Kompaudní přeplňování Scania má dvě výfukové turbíny za sebou (viz obrázek č. 63). Z druhé jsou otáčky přes pružný člen (hydrodynamický měnič) vedeny na setrvačník (zvýšení mechanické účinnosti, snížení měrné spotřeby).

Obrázek č. 63 – Kompaudní přeplňování

Díky používání těchto systémů se značně zvyšuje výkon spalovacích motorů. Přední výrobci tak přikročili ke snižování zdvihových objemů svých motorů - downsizing. Jednou z možností řešení tohoto trendu je i snižování počtu válců např. Škoda 1,0 TSI. Tříválec má oproti klasickému čtyřválci více nerovnoměrný chod, ale při stejném zdvihovém objemu má větší průměr pístu (vrtání) a tím i možnost přenosu větší síly a vyššího krouticího momentu.

K přeplňování se používá Rootsovo dmychadlo, Lysholmovo dmychadlo, křídlové dmychadlo, dmychadlo s otočnými písty, spirálové turbodmychadlo (G) a odstředivé turbodmychadlo.

64

Výfuk odvádí spaliny mimo vozidlo, má snížit hluk a množství škodlivin. Umožňuje pohon dmychadla. Sběrné potrubí je od hlavy válců z litiny nebo plechu s těsněním a na něj navazuje potrubí s tlumičem (absorpční, reflexní, nebo jejich kombinace) a katalyzátorem.

Systémy na snížení emisí výfukových plynů EURO 5 od roku 2008 (TIER 3) používají zařízení EGR (Exhaust Gas Recyclation – recyklace výfukových plynů) s filtrem pevných částic DPF (Diesel Particulate Filter – viz obrázek č. 64), případně i DOC katalyzátor (Diesel Oxidation Catalyst – oxydace nespálených uhlovodíků).

Obrázek č. 64 – Recyklace výfukových plynů

Systém na snížení emisí výfukových plynů EURO 6 od 31. 12. 2012 (TIER 4) využívá zařízení SCR (Selectiv Catalytic Reduction – selektivní katalytická redukce viz obrázek č. 65), které oproti předešlé normě Euro 5 snižuje množství pevných částic o 50% a oxidů dusíku o 77%. Do výfukového potrubí se vstřikuje kapalina označovaná jako AdBlue, což je 32,5% hmotnosti močoviny CO(NH2)2 a 67,5% neionizované vody. Při zahřátí nad 40 ºC se z močoviny uvolňuje amoniak NH3 a ten reaguje s oxidy dusíku - NOx + NH3 => N2+H2O. Do ovzduší pak jde čistý dusík a vodní pára. Potřeba je 2 g redukčního činidla pro redukci 1 g NOx. Spotřeba AdBlue představuje 5 - 7% spotřebovaného paliva. Objevují se i systémy bez filtru pevných částic a bez použití močoviny pouze s EGR ventilem (TIER 4i).

65

Obrázek č. 65 – Selektivní katalytická redukce

DOC katalyzátor (viz obrázek č. 66) se přeřazuje se filtru pevných částic. Chemickou oxidací se mění CO a HC, stejně jako SOF (Organic Fraction of Diesel Particulates – nespálenou naftu, tedy část pevných částic) na H2O a CO2. Při regeneraci DPF se zvýší teplota spalin a zapálí zbytky paliva v oxidačním katalyzátoru a ten vypálí saze ve filtru pevných částic.

Obrázek č. 66 - DOC katalyzátor

Další možností snižování emisí výfukových plynů u vznětových motorů je využití proměnného časování rozvodů. Využívá se vířivý efekt nasávaného vzduchu pro lepší promíchání nafty se vzduchem (více homogenní směs). Dále pak odpojitelná vodní čerpadlo a vícestupňové chlazení, kdy motor pracuje v optimální teplotě (chlazení se třemi okruhy). První mikro okruh chladí pouze hlavu válců, kapalina je vedena přes chladič systému EGR a výměník topení. Druhý je okruh vysoké teploty - blok válců, termostat, chladič. Třetí okruh je pro chlazení plnění motoru. Každý okruh má samostatné elektrické čerpadlo.

66

4.7.5 Elektrická soustava vozidla

Patří do ní akumulátorová baterie, spouštěč, točivý zdroj elektrické energie (dynamo, alternátor) s regulací a zapalování.

4.7.5.1 Akumulátory a baterie

Akumulují elektrickou energii díky chemické reakci (většinou olověných desek s kyselinou sírovou). Bateriemi se označují díky spojení desek do série z důvodu zvýšení elektrického napětí (paralelně proudu). Rozdělují se do dvou skupin, a to údržbové a bezúdržbové (se zaplavenými elektrodami, s vázaným elektrolytem AGM a gelové). Údržbové akumulátory jsou nejstaršími a dnes klasickými akumulátory, na vrcholu (na víku) jsou šroubovací inspekční zátky, které slouží ke kontrole hladiny elektrolytu a případnému doplňování destilované vody. Bezúdržbové akumulátory využívají několika různých řešení akumulátorů a tedy i cest k „bezúdržbě“. Údržbou rozumíme pravidelnou inspekci hladiny elektrolytu a tyto akumulátory tuto kontrolu nevyžadují a někdy ani neumožňují. Bezúdržbový akumulátor se zaplavenými elektrodami je v podstatě klasický akumulátor se zaplavenými elektrodami, jen dolévací otvory jsou často skryty pod víkem. Speciální zátky nebo víko akumulátoru jsou osazeny gumovým nebo teflonovým těsněním omezují možný únik elektrolytu při náklonu nebo převržení, zároveň však zajišťují bezpečné odvětrávání nahromaděných plynů. Bezúdržbový akumulátor s vázaným elektrolytem AGM (Absorbed Glass Mat) je akumulátor, kde se článek skládá z množství kladných a záporných elektrod, jež jsou odděleny speciálním separátorem ze skelných vláken dotovaných bórem. Elektrolyt je vázán (vsáklý) v separátoru, proto nemá zaplavené elektrody. Výhodou je velký podaný výkon za nízkých teplot, vysoká odolnost vůči otřesům, zvýšená kapacita při snížení hmotnosti a absolutní bezúdržbovost. Gelový akumulátor tvoří sestava kladných a záporných mřížek oddělených celkem běžným separátorem. Elektrolyt je zde vázán v tixotropním křemičitém gelu. Má nižší citlivost na vyšší provozní teplotu, je bezúdržbový, se zvýšenou kapacitou při snížené hmotnosti a nízkou hladinou samovybíjení.

Bezúdržbový HE3DA má hliníkovou katodu a měděnou anodu. Separátor je vytvořen z nanomateriálu – nehořlavého keramického vlákna. Není v něm jediná díra ani prasklina – nemůže tudíž dojít ke zkratu. Uvolní až 200 ampér při odebraném výkonu 7 kW, teplota při tomto odběru nestoupne ani o 0,1 °C. Jedná se o patent Výzkumného a zkušebního leteckého ústavu v Letňanech

Hlavní parametry Pb akumulátoru jsou hustota elektrolytu 1,285 g.cm-3 (1,270 ~ 1,330), napětí článku 2,4 V a kapacita akumulátoru (schopnost dodávat požadovanou intenzitu proudu bez výrazného poklesu napětí v Ah).

4.7.5.2 Alternátor a dynamo

Alternátor je točivý zdroj střídavého elektrického proudu, u kterého je buzen rotor a elektrický proud a napětí se odebírá ze statoru (u dynama je buzen stator a proud a napětí se odebírá z rotoru – je proto zdrojem stejnosměrného proudu). U motorových vozidel se využívá stejnosměrný proud, proto je nutné u alternátoru střídavý proud usměrnit (nejčastěji polovodičovými diodami). Alternátor je využívám častěji, protože dokáže dodávat dostatečné množství požadovaného proudu a napětí již při nízkých otáčkách motoru. Součástí obvodu u obou zdrojů je i systém regulace budícího a dobíjecího proudu a napětí (dnes opět za využití polovodičů a elektronických obvodů).

67

4.7.5.3 Spouštěč

Jeho úkolem je spouštění motoru při využití elektrické energie z akumulátoru. Používají se konstrukce s výsuvným pastorkem, s výsuvnou kotvou a Bendix (pastorek se vysouvá setrvačnou rychlostí po šroubovici i s převodem).

68

5. Přenos výkonu motoru na podložku Umožňují pojezdová spojka, převodovka, rozvodovka s diferenciálem,

koncový převod, brzdy, odpružení náprav a kola s pneumatikami (pásy).

5.1 Pojezdová spojka

U motorových vozidel se používá zejména pro přerušení přenosu výkonu a plynulý rozjezd. Konstrukčně může být řešena jako mechanická třecí (kuželová, nebo s plochými lamelami), hydraulická a odstředivá.

Traktorová spojka bývá často řešena jako vícelamelová (dvou), kdy jedna lamela slouží pro pojezd a druhá pro vývodový hřídel (viz obrázek č. 67). Ovládání může být řešeno pedálem, pákou i elektromagneticky. Používá se suchá i mokrá (umožní větší přítlak kotouče a tím i menší průměr lamely při přenosu stejného výkonu motoru).

Obrázek č. 67 – Dvoulamelová traktorová spojka

5.2 Převodovka

Zejména u traktorů je požadavek velkého rozsahu pojezdových rychlostí při zajištění přenosu vysokého výkonu (od plazivých rychlostí v desetinách km.h-1 až po dnes již 80 km.h-1 při dopravě po silnici). Proto je nutná změna převodových poměrů od motoru až k místu jeho přenosu na podložku. Prvním stupněm zněm převodových poměrů je převodovka.

Stupňovité řazení je možné buď s přerušením přenosu (posouvání ozubených kol, nebo posouvání kroužků mezi koly pomocí synchronních spojek), nebo bez přerušení přenosu tzv. pod zatížením (planetové převodovky, Willson, Power Shift, sekvenční převodovky, dvouspojkové převodovky a Vario převodovky). Tyto se někdy mylně označují jako automatické převodovky. Přeřazují pod zatížením a v kombinaci s hydrostatickým měničem nevyžadují klasickou spojku pro rozjezd a řazení.

69

Bezstupňové řazení CVT (Continously Variable Transmission) může být řešeno jako hydrostatické, hydrodynamické, nebo s využitím variátoru a toroidního převodu.

5.2.1 Stupňovité řazení s přerušením přenosu přesuvnými koly

Princip je znázorněn na obrázku č. 68. Jedná se o konstrukčně jednoduché řešení. Pro přeřazení stupňů je vždy nutné, aby se vyrovnala obvodová rychlost ozubených kol (nutnost dvojitého sešlápnutí spojky při řazení na vyšší a meziplynu při řazení na nižší převodový stupeň).

Obrázek č. 68 – Přesuvná kola

5.2.2 Stupňovité řazení s přerušením přenosu přesuvnými kroužky

Princip je znázorněn na obrázku č. 69. U tohoto způsobu jsou kola stále v záběru (vyšší mechanické ztráty). To ale umožňuje použít šikmé zuby a tím tišší chod. Zařazení je snadnější díky synchronní spojce (vyrovná rozdílné obvodové rychlosti - synchronizuje a poté zařadí pomocí kolíků v bocích kol a synchronního kroužku).

Obrázek č. 69 – Synchronní kroužky

70

5.2.3 Stupňovité řazení bez přerušením přenosu planetovým převodem

Princip je znázorněn na obrázku č. 70. Podle brzdění korunového kola umožňuje změnu převodového poměru podle odvalování satelitů na unašeči. Nevýhodou jsou větší mechanické ztráty (přenos přes vložené kolo – satelit). Pro větší možnost změny převodových stupňů je možné zařadit několik planetových převodů za sebe (Dual syncro, Willson).

Obrázek č. 70 – Planetový převod

5.2.4 Stupňovité řazení bez přerušením přenosu Power Shift

Jedná se o kombinaci několika planetových převodů v kombinaci s vícelamelovými spojkami, které spojují nebo rozpojují jednotlivé možnosti činnosti planetových převodů (převodových stupňů – viz obrázek č. 71). Přepínání je řízeno řídící jednotkou a prováděno hydraulicky. Vícelamelové spojky se používají z důvodu možnosti zmenšení průměru lamel při přenosu výkonu (vyšší přítlačná síla a mokré spojky pro odvod tepla).

Obrázek č. 71 – Převodovka Power Shift

71

5.2.5 Stupňovité řazení bez přerušením přenosu sekvenční převodovkou

Sekvenční převodovka SMT (Sequential Manual Transmission) či SMG (Sequential Manual Gearbox) je v podstatě klasická mechanická převodovka s elektronicky řízenou samočinnou spojkou. Stupně se mění pomocí tlačítek na volantu, pádel pod volantem či lehkými pohyby řadicí páky za sebou (ne do H jako klasické stupňovité převodovky).

5.2.6 Stupňovité řazení bez přerušením přenosu dvouspojkovou převodovkou

V osmdesátých letech nasadilo Porsche převodovku nazvanou Porsche Doppelkupplung (PDK) a dostalo ji také legendární Audi Quattro S1. Teprve v roce 2003 jsme se dočkali první dvouspojkové převodovky v automobilu pro běžné smrtelníky – to když Volkswagen představil svou převodovku DSG (Direkt-Schalt Getriebe nebo také Direct Shift Gearbox) v modelu Golf. Je to typ poloautomatického ústrojí, kde může výkon od motoru k hnacímu hřídeli téci dvěma cestami (viz obrázek č. 72). To, kterou z nich je právě výkon přenášen, určuje sepnutí jedné z dvojice spojek. Jedna spojka přitom zapojuje liché rychlostní stupně, druhá stupně sudé. Zatímco na aktuálně sepnuté spojce je zařazen rychlostní stupeň, na spojce rozepnuté dojde k předřazení jiného rychlostního stupně. Přeřazení pak probíhá tak, že se první spojka rozepne a druhá sepne, takže prakticky nedojde k přerušení toku výkonu.

Obrázek č. 72 – Dvouspojková převodovka

5.2.7 Stupňovité řazení bez přerušením přenosu tříspojkovou převodovkou

Honda si patentovala jedenáctistupňovou převodovku, která má zařazený jak vyšší, tak i nižší stupeň, ten správný se pak vybere podle aktuální situace.

5.2.8 Stupňovité řazení bez přerušením přenosu desetistupňovou automatickou převodovkou Direct Shift-10AT

Toyota vyvinula ozubení s vnitřním výrazně nižším třením než dnes, převodovka je kompaktnější, lehčí, má plynulé rychlé reakce, kombinuje se s hybridním pohonem.

5.2.9 Stupňovité řazení bez přerušením přenosu Vario

Již v roce 1987 český konstruktér Robert Honzek společně se dvěma svými kolegy v německé firmě Fendt začal realizovat nápad Hanse Marschalla. Nakonec po osmi letech utajeného vývoje představil traktor Fendt 926 s převodovkou Vario. Jedná se o kombinaci mechanického planetového a hydrostatického pojezdu IVT

72

(Infinitely Variable Transmission – viz obrázek č. 73). Při rozjezdu zabírá pouze hydrostatika, kterou při zvyšující se pojezdové rychlosti postupně doplňuje pohon mechanický. A to do té míry, že při dosažení maximální rychlosti mechanický pohon hydrostatiku zcela nahradí.

Obrázek č. 73 – Vario převodovka Fendt

5.2.10 Bezstupňové řazení hydrostatické

Jde o uzavřený hydraulický okruh s malým průtokem oleje, ale pod velkým tlakem. Motor točí čerpadlem (hydrogenerátorem), jež posílá olej do hydromotoru, díky kterému se následně točí kola (viz obrázek č. 74). Oba jsou řešeny se šikmými deskami pro změnu objemu válců a tím i otáček, čímž se dosáhne plynulého ovládání a citlivosti. Systém má i integrovanou funkci brzdění a nižší spotřebu paliva.

Obrázek č. 74 – Hydrostatický pohon

5.2.11 Bezstupňové řazení hydrodynamické

Hydrodynamický měnič má mezi čerpadlovým a turbínovém kolem vložené řídící kolo (deflektor, stator, násobič momentu – viz obrázek č. 75), které řídí tok viskózní kapaliny (oleje). Zařízení bez statoru se označuje jako hydrodynamická spojka (v kombinaci s převodovkami řazenými pod zatížením). Regulace se provádí otáčkami a zátěží (brzděním).

73

Obrázek č. 75 – Hydrodynamický měnič

5.2.12 Bezstupňové řazení variátorem

Variátor tvoří dvě řemenice s axiálně posuvným kuželovým kolem, mezi nimiž obíhá klínový řemen, nebo řetěz - viz obrázek č. 57. Jedna řemenice je spojena se vstupním hřídelem (primární), druhá s výstupním (sekundární). Oddalováním a přibližováním kuželů se mění průměr, který řemen opisuje, a tím i samotný převodový poměr. Převod má výrazně nižší ztráty třením oproti planetovému soukolí. Je vhodnější pro městský provoz než dlouhé jízdy (často se mění převod, kdežto u dlouhé jízdy ne a pak vznikají opotřebením na řemenicích drážky).

Obrázek č. 75 – Variátor

5.2.13 Bezstupňové řazení toroidním převodem

Toroidní převod byl patentován již v roce 1877. Jedná se o třecí převod, který místo dvou řemenic a řemenu (jako variátor) používá dva toroidní disky (viz obrázek č. 76). Jeden spojený se vstupním a druhý s výstupním hřídelem, mezi nimiž

74

je kladka. Samotná změna převodu se děje jejím naklápěním, čímž se mění bod dotyku kladky s toroidními disky. Účinnost je přes 95 % a v sériovém automobilu Nissan se objevil v roce 1999. Problematický je mechanický styk kladek.

Obrázek č. 76 – Toroidní převod

5.3 Rozvodovka

Rozděluje tok krouticího momentu na dvě kola jedné nápravy (případně i mezi nápravami). Aby byl přenos správně rozdělen i v zatáčce, nebo na rozdílném povrchu kol na nápravě, je opatřena diferenciálem, v některých případech i s uzávěrkou (mechanická, samosvorná - ATB Automatic Torque Biasing). Samosvorná uzávěrka je řešena jako lamelová, nebo mechanická a u moderních vozidel je její činnost řízena řídící jednotkou.

Řízení průjezdu zatáčkou je u moderních výkonných vozidel řešeno pomocí brzd (nejlevnější způsob, nejméně efektivní, využívá doplňkové funkce systémů ABS/ESP XDS a XDS Plus, má omezenou účinnost, zvýšené opotřebení brzd, funguje pouze při velkém bočním zrychlení), aktivním členem (účinný, rychlý, ale drahý, kde jedna nebo více aktivně ovládaných lamelových spojek je ovládána buď elektromotoricky, elektrohydraulicky, nebo elektromagneticky, spojka může blokovat konvenční otevřený diferenciál, nebo aktivně připojovat/odpojovat pohon jednoho z kol nápravy, nebo připojovat/odpojovat přídavný planetový převod za účelem zvýšení otáček vnějšího kola v zatáčce), elektrohydraulicky ovládanou lamelovou spojkou (pod označením VW VAQ – Vordeachsquesperre, pracuje odobně jako systém XDS nebo XDS Plus, zde svorný účinek není docilován brzdami, ale speciálním zařízením s elektrohydraulickou lamelovou spojkou, tlak oleje k sevření lamel spojky je generován elektricky poháněným čerpadlem na základě pokynu z řídicí jednotky), spojkami místo diferenciálu (označené jako GKN Twinster - alternativa systému VAQ pro pohon všech kol, zde se používá jednotka pohonu zadní nápravy PTU - Power Transmission Unit - úhlový převod, od ní vede hnací hřídel pro pohon zadní nápravy, zakončený opět úhlovým převodem, systém si vystačí jen s dvojicí lamelových spojek, z nichž jedna dokáže zcela odpojit levé zadní kolo, druhá pravé zadní kolo, jejich stlačováním se mění rozdělení hnací síly mezi přední a zadní nápravu, vzniká zde nepotřebnost centrálního diferenciálu či mezinápravové spojky, spojky zajišťují dvě funkce - dělí hnací sílu mezi obě poháněné nápravy a současně mezi obě zadní kola) a poslední možností je použití lamelových spojek s přídavným převodem (označené jako Audi Sport Diferencial, což je systém podobný GKN Twinsteru, zde jsou ale dvě lamelové spojky s běžným kuželovým otevřeným diferenciálem, kromě spojek je na každé straně kuželového diferenciálu planetový

75

převod s dvojicí centrálních kol a korunových kol, spojky jsou ovládány elektrohydraulicky, nepřenášejí plný točivý moment, ale pouze výrazně redukovaný).

5.4 Koncový převod

Redukuje přenášený výkon a otáčky na pojezdové ústrojí. Vřazuje se z důvodu konstrukce převodovky a rozvodovky, neboť existuje závislost mezi průměrem hřídele, otáčkami a přenášeným momentem (hřídele a ozubená kola mohou mít menší průměry při vyšších otáčkách a přenosu stejného krouticího momentu). U traktorů jsou konstrukčně řešeny jako portály (čelní ozubená kola s možností změny světlé výšky vozidla), nebo jako planetové převody.

5.5 Pohon všech kol

Označení AWD - All Wheel Drive znamená stálý pohon všech kol. Může být řešen jako Symmetrical AWD s mezinápravovým diferenciálem v poměru 50:50 mechanicky, nebo Active Torque Split AWD, kdy se zadní připojuje pomocí vícelamelové spojky. 4WD - Four Wheel Drive znamená přiřaditelný pohon všech kol

pomocí mechanického středového diferenciálu, nebo připojitelný pohon všech kol pomocí spojky. Hybrid 4x4, E-Four znamená, že spalovací motor pohání přední nápravu a elektromotor zadní.

U posledních modernizací nákladních automobilů (jak terénních, tak třeba i silničních tahačů návěsů se objevuje přídavný pohon předních kol (MAN Hydrodrive, Mercedes HAD - Hydraulic Auxiliary Drive, Renault Optitrack). Záběr předních kol se na omezený časový úsek přiřadí pomocí tlakového oleje s převodovkou. Hydraulický pohon je zajištěn s čerpadlem (hydrogenerátorem) s tlakem až 45 MPa, výkonem až 112 kW při dodávaném množství oleje až 360 l.min 1. V náboji předního kola je pak umístěn radiální vícepístový hydromotor. Nedochází na rozdíl od přenosu hřídelí k omezení rejdu předních kol a celá konstrukce je o hodně lehčí (až o 400 kg). Po zapnutí je pohon aktivní až do pojezdové rychlosti 30 km.h-1 a po jejím překročení se automaticky vypíná.

5.6 Brzdy

Slouží pro provozní brzdění (musí zastavit vozidlo za všech podmínek, jako je vysoká rychlost, zatížení, stoupání, klesání a účinek musí být rozdělen symetricky), dále jako nouzové brzdění (zastavení vozidla v případě poruchy provozního brzdění) a parkovací brzdění (pro udržení vozidla v nehybném stavu na klesající, nebo stoupající vozovce).

5.6.1 Rozdělení brzdových soustav

Dle použitého zdroje energie jsou přímočinné (s využitím svalové síly řidiče) mechanické, nebo kapalinou bez posilovače, polostrojní (s posilovačem) přetlakové, podtlakové a hydraulické, strojní (s využitím tlakové energie) kapalinové (pro vozidla nižších kategorií B), vzduchové (pro autobusy M2 a M3 a střední a těžké nákladní automobily), nebo jejich kombinace (automobily kategorie N2 a některé typy autobusů) a odlehčovací (pro snižování rychlosti vozidla) výfukové (klapka ve výfukovém potrubí), motorová brzdy (změna časování rozvodů) a aerodynamické brzdy (elektromagnetické, kapalinové).

Dle způsobu ovládání jsou nožní (tlakem na pedál), ruční (tlakem nebo tahem na páku brzdy), samočinné (pro zabrzdění přípojného vozidla po odpojení) a nájezdové (využití síly při přiblížení přívěsu k tažnému vozidlu).

76

Dle konstrukce jsou čelisťové (bubnové), kotoučové a pásové.

Pro brzdy motorových vozidel na pozemních komunikacích platí předpisy. Jedná se o technické požadavky na brzdy silničních vozidel - homologační předpisy EHK č. 13, 78 a 90 a předpisy pro brzdy vozidel v ČR, zejména zákon č. 56/2001 Sb., o technických podmínkách provozu silničních vozidel na pozemních komunikacích, ve znění pozdějších změn a doplňků (novelizace zákonem č. 239/2013 Sb. s platností od 1. 1. 2015), vyhláška č. 341/2002 Sb., o schvalování technické způsobilosti a tech-nických podmínkách provozu silničních vozidel na pozemních komunikacích, ve znění pozdějších změn a doplňků a vyhláška č. 302/2001 Sb., o technických prohlídkách a měření emisí vozidel, ve znění pozdějších změn a doplňků.

Traktorové brzdy jsou řešeny jako bubnové, nebo kotoučové (i vícelamelové). Umožňují i brzdění jednoho kola na nápravě (pro zmenšení poloměru otáčení na souvratích pozemků). Pro přívěsy se používají vzduchové, jednookruhové i dvouokruhové bubnové brzdy.

5.7 Odpružení náprav

Slouží k tlumení otřesů vozidla a pohodlí obsluhy. Dle pružících prvků se dělí na listové nebo vinuté pružiny, torzní tyče, pneumatické měchy, hydropneumatické, hydraulické, hydroelastické (pryžokapalinové) a pryžovými pružinami.

Odpružení náprav kolových traktor ů bývá řešeno u předních řiditelných náprav jako lichoběžníková ramena, nebo tuhá náprava s vinutými pružinami s tlumiči. U zadních náprav je problematický poměr odpružených a neodpružených hmot (sedadlo obsluhy oproti převodovce s rozvodovkou, koncovými převody a hydraulickými okruhy). Proto se nejčastěji odpružuje celá kabina mechanickými, nebo pneumatickými pružinami. Pásové podvozky mají nejčastěji pneumatické odpružení.

Silniční vozidla využívají odpružení McPherson, kde je kolo příčně vedeno pouze jednoduchým ramenem, šikmé síly zachytává stabilizátor (s kolem se otáčí i tlumič s pružinou – viz obrázek č. 77).

Obrázek č. 77 – Náprava McPherson

Dále pak lichoběžníkové zavěšení (dvě ramena) spodní a horní příčné rameno.

77

Do rejdu se vytáčí pouze těhlice s kolem, tlumič s vinutou pružinou se neotáčí (viz obrázek č. 78).

Obrázek č. 78 – Lichoběžníkové zavěšení

Variabilní tlumi če pérování mohou být řešeny jako pasivní adaptivní odpružení s mechanicko-hydraulickým principem (tuhnou v závislosti na zdvihu pístu), nebo semi-aktivní odpružení s využitím magnetoreologického jevu (jsou naplněny olejem na bázi hydrokarbonu ve kterém jsou volně rozptýlené částice o rozměru 3 až 10 mikrometrů, uvnitř pístu tlumiče je uložen elektromagnet a po přivedení proudu dojde k vytvoření magnetického pole a to ovlivňí chování zmíněných částic v oleji), nebo s využitím solenoidového nastavovače (mění průřez škrticích ventilů tlumiče systém CDC - Continously Damping Control), který je uložený vně tlumiče, nebo je součástí pístu tlumiče. Aktivní odpružení umožňuje změnu tuhosti tlumení a navíc eliminovat náklony karoserie aktivními stabilizátory ABC (Active Body Control). Pružicí jednotka s integrovanou pružinou, tlumičem s hydraulickým pracovním válcem, vše řídí dva proporcionální ventily, které ovládají tok oleje mezi pružicími jednotkami a tedy hydraulickými válci. Skyhook - jako v letadle dosud žádný sériově vyráběný automobil nepředvedl, nejblíže je Mercedes-Benz třídy S se systémem Magic Body Control, kombinující systém ABC s funkcí Road Surface Scan. Jde o “předvídatelné” odpružení se stereokamerou, umístěnou za čelním sklem. Ta snímá povrch vozovky před a na základě získaných údajů dokáže odpružení připravit (viz obrázek č. 79).

78

Obrázek č. 79 – Odpružení Skyhook

5.8 Pneumatiky a pásy

Musí v zemědělství odpovídat požadavkům jízdy v porostech zemědělských plodin. Používané rozchody kol (podle rozteče řádků) jsou 1250, 1350 a 1500 mm. Lze je měnit otočením disků nebo posouvat celá kola po hřídelích, nebo celé nástavce.

Značení disků i pneumatik je dáno normou.

Značení alu disků např. 8Jx17 ET35 5/100/57,1:

- 8 – šířka disku v palcích, - J – typ patky (tvar), - 17 - nominální průměr příslušného disku v palcích, - ET 35 - (Einpresstiefe = zális) v milimetrech, vzdálenost dosedací plochy

kola od pomyslné roviny dělící šířku kola - neboli jak hluboko zapadne kolo do blatníku,

- 5 - počet šroubů (děr v ráfku), - 100 - průměr roztečné kružnice upevňovacích šroubů, - 57,1 - průměr středového středícího otvoru.

Značení plechových disků:

- 5 1/2 J x 14 H2 - ráfek s hlubokým prolisem, široký 5,5 palce, s patkou typu J, průměrem ráfku 14 palců a hřbety v provedení "Double-Hump",

- 5,50 B x 14 CH - ráfek s hlubokým prolisem, šířkou 5,5 palce, s patkou typu B, průměrem 14 palců a hřbety v provedení "Combinations Hump",

- 14 x 5 1/2 J H2 x 45 - ráfek s hlubokým prolisem, šířkou 5,5 palce, patkou typu 3, průměrem 14 palců a hřbety v provedení "Double-Hump“, jako dodatkový údaj je uveden zális.

Pneumatiky se používají vzduchové (někdy i s možností plnění vodou) s textilními vložkami a ocelovými lanky v patkách. Na disk se montuje vlastní plášť, duše (nebo bezdušové) a ochranná vložka. Konstrukce pneumatiky se liší podle použité kostry, nárazníku, běhounu, patky a boku pláště. Jako balonové se označují pneumatiky, u kterých výška boku ≈ šířce pneumatiky, jako nízkoprofilové pak

79

pneumatiky, kde výška boku < šířka pneumatiky (165-70-13). Podle směru vláken v kostře pneumatiky se rozdělují na diagonální (vlákna od patky k patce šikmo) a radiální (od patky k patce kolmo), které mají měkčí boky, a tím menší valivý odpor.

Značení pneumatik pro osobní vozidla např. 205/ 60 R 15 83 V:

- 205 - šířka pneumatiky v anglických palcích (diagonální) nebo milimetrech (radiální),

- 60 - profilové číslo - poměr výšky profilu pláště k jeho šířce [%], - R – radiální , u diagonální není žádné písmeno nebo D, B pro smíšenou

kostru (bias belted), Z pro rychlosti nad 300 km.h-1, - 15 - průměr pneumatiky (dosedací plochy ráfku) v anglických palcích, - 83 - nosnost pneumatiky, index zátěže (LI Load Index – viz tabulka č. 4) - V - rychlostní kategorie, index rychlosti (SI – Speed Index – viz tabulka č.

5)

Tabulka č. 4 - Load index

Index LI Hmotnost

[kg] Index

Hmotnost [kg]

Index Hmotnost

[kg] Index

Hmotnost [kg]

Index Hmotnost

[kg]

50 190 65 290 80 450 95 690 110 1060

51 195 66 300 81 462 96 710 111 1090

52 200 67 307 82 475 97 730 112 1120

53 206 68 315 83 487 98 750 113 1150

54 212 69 325 84 500 99 775 114 1180

55 218 70 335 85 515 100 800 115 1215

56 224 71 345 86 530 101 825 116 1250

57 230 72 355 87 545 102 850 117 1285

58 236 73 365 88 560 103 875 118 1320

59 243 74 375 89 580 104 900 119 1360

60 250 75 387 90 600 105 925 120 1400

61 257 76 400 91 615 106 950 121 1450

62 265 77 412 92 630 107 975 122 1500

63 272 78 425 93 650 108 1000 123 1550

64 280 79 437 94 670 109 1030 124 1600

80

Tabulka č. 5 - Speed index

Index SI Q R S T U H V W Y

Rychlost [km.h-1]

160 170 180 190 200 210 nad 240 270 300

Slovní označení pneumatik:

- RADIAL radiální konstrukce kostry, - STEEL nárazník z ocelového kordu, - ALL STEEL nárazník i kostra z ocelového kordu, - TUBE TYPE pneumatiku je nutné použít s duší, - TL(TUBELESS) pneumatiku je možné použít bez duše, - REGROOVABLE možnost dodatečného prořezání dezénu, - RF (Rein Forced) zesílená kostra, - M+S (Mud+Snow) bláto + sníh, - AW All Weather – celoroční, - Outside označení vnější strany pneumatiky při montáži, - TWI indikátor opotřebení v běhounu [1,6 mm], - Kombinace čísel za DOT (Department of Transportation) poslední čtyřčíslí obsahuje datum výroby, první dvojčíslí kalendářní týden a druhé rok.

Od 1. 7. 2012 musí být nové pneumatiky označeny ekoštítkem, kde se uvádí hlučnost, valivý odpor (spotřeba paliva) a brzdná dráha na mokré vozovce (viz obrázek č. 80).

Obrázek č. 80 – Ekoštítek pneumatiky

Poslední novinkou v oblasti konstrukce pneumatik osobních vozidel je implantace čipu do kostry pneumatiky, který sleduje jaký je momentální tlak, teplota, svislé zatížení, počet ujetých kilometrů a aktuální opotřebení pneumatiky. Data se ukládají na firemní cloud, přístup k nim mají operátoři, kteří je zpracovávají a posílají zpět do aplikace a využívají pro inovace.

81

Značení zemědělských pneumatik viz obrázek č. 81.

Obrázek č. 81 – Značení zemědělských pneumatik

Společnost Mitas vyvíjí pneumatiky kombinující vlastnosti klasické pneumatiky a pásu pod označením PneuTrac (viz obrázek č. 82) a plánuje do dvou let jejich uvedení do výroby.

Obrázek č. 82 – Pneumatiky MItas PneuTrac

Pro pryžové pásové podvozky platí zásada, že mají menší kontaktní tlak na podložku s větší plochou styku. Umožňují díky tomu přenos větších výkonů a neutužují tolik půdu a mají menší prokluz. Dnes se uvádí, že mají zhruba pětinásobnou životnost oproti pneumatikám. Pětinásobná je však i jejich cena při výměně za opotřebované.

82

6. Bilance výkonů a jízdní vlastnosti vozidla

6.1 Pro nerovnoměrnou rychlost do svahu

Efektivní výkon motoru se skládá z výkonů dle vztahu č. 37:

Pe=Pt+Pvh+Pm+Pδ+Pv+Ps+Pvz+Pa [kW] (37)

Kde:

Pt - tahový výkon [kW],

Pvh – výkon přenášený vývodovým hřídelem [kW],

Pm – výkon na překonání mechanických ztrát [kW],

Pδ – výkon ztracený prokluzem kol [kW],

Pv – výkon na překonání odporu valení [kW],

Ps - výkon na překonání stoupání [kW],

Pvz – výkon a překonání odporu vzduchu [kW],

Pa - výkon ztracená akcelerací (decelerací) [kW].

Přičemž výkony Pt+Pvh jsou užitečné a Pm+Pδ+Pv+Ps+Pvz+Pa ztrátové.

6.2 Pro rovnoměrnou rychlost po rovině

Platí vztah č. 38:

Pe=Pt+Pvh+Pm+Pδ+Pv [kW] (38)

Pro výpočet tahové účinnosti ηt platí vztah č. 39:

vme

vm

e

tt P

PPP

P

P ηηηη δδ ..1 =++−==

(39)

Při kombinovaném přenosu výkonu se x-tá část přenáší přes vývodový hřídel. Pak platí pro výpočet efektivního výkonu na vývodovém hřídeli Pevh vztah č. 40 a celkovou účinnost ηc vztah č. 41:

][. kWxPP eevh = (40)

Kde:

x – část efektivního motoru přenášená vývodovým hřídelem.

( )tvhtc x ηηηη −+= . (41)

ηvh při mechanickém přenosu výkonu je >0,9 a při hydrostatickém >0,75. Je vždy vyšší než ηt a zvyšuje ηc.

83

6.3 Výkon ztracený mechanickými ztrátami

Mechanická účinnost ηm se vypočte dle vztahu č. 42:

e

tm P

P=η (42)

Mechanická účinnost ozubených kol a ložisek je 0,9 - 0,94.

Planetový převod má dva záběry (proto se ztráty umocňují na druhou). Hydrodynamický měnič lze nastavením lopatek měnit, pak je účinnost kolem 0,9 a klesá s nárůstem otáček. Hydrostatický převod má účinnost 0,85 - 0,9. U těchto mechanizmů tedy mechanická účinnost klesá, ale lze měnit převodový poměr pod zatížením.

6.4 Výkon ztracený prokluzem

Lze vyjádřit vztahem č. 43:

][.. kWPP me δηδ = (43)

Kde:

δ - prokluz [%] a vypočte se dle vztahu č. 44:

skn

n01−=δ (44)

Kde:

n0 – otáčky kola bez prokluzu (teoretické) [s-1]

nsk – skutečné otáčky kola [s-1]

Prokluzová účinnost ηδ se vypočte dle vztahu č. 45:

n

n

l

l

v

v

t

0

0

===δη (45)

Kde:

v, l a n – teoretické hodnoty rychlosti, dráhy a otáček,

vt, l0 a n0 – skutečné hodnoty rychlosti, dráhy a otáček.

Velikost tohoto ztrátového výkonu závisí na podložce, pojezdovém ústrojí, druhu a rozměru pneumatik, dezénu, huštění a zátěži.

6.5 Výkon na překonání odporu valení

Vypočte se dle vztahu č. 46:

][. kWvFP pvv= (46)

Kde:

Fv – síla potřebná na překonání odporu valení [N] a vypočte se dle vztahu č. 47:

84

][. NfGFv = (47)

Kde:

f – součinitel tření (pneumatika – podložka)

Při jízdě do svahu dle vztahu č. 48:

][cos.. NfGFv α= (48)

Kde:

α – sklon svahu [º]

Valivá účinnost ηv se vypočte dle vztahu č. 49:

h

v

vt

t

h

tv F

F

FF

F

F

F −=== 1.

η (49)

Velikost tohoto ztrátového výkonu závisí na tíze vozidla, podložce, konstrukci pojezdového ústrojí a pojezdové rychlosti (do 14 m.s-1 je zanedbatelný) Dále na huštění pneumatik, poloměru kol a prokluzu.

6.6 Výkon na překonání stoupání

Vypočte se dle vztahu č. 50:

][.sin. kWvGP ps α= (50)

6.7 Výkon na překonání odporu vzduchu

U traktorů se s ním příliš neuvažuje, protože má vliv až od pojezdové rychlosti nad 9 m.s-1. Skládá se z profilového odporu (až 60%), odporu tření o karoserii (až 10%), průchodu chladičem (až 10%), vířením kol (až 18%) a vířením nad a pod vozidlem (až 8%). Σ těchto odporů udává součinitel cx. Pro běžná osobní vozidla má hodnotu 0,78.

Síla na překonání odporu vzduchu se vypočte dle vztahu č. 51:

][... 2 NvScF vzxw γ= (51)

Kde:

S – čelní plocha vozidla [m2],

v – pojezdová rychlost [m.s-1].

6.8 Výkon ztracený zrychlením (zpomalení)

S ním se také u traktorů neuvažuje.

85

6.9 Kinematika vozidla

U vozidla v klidu na rovině je znázorněna na obrázku č. 83.

Obrázek č. 83 – Kinematické poměry vozidla v klidu na rovině

V těžišti T působí tíha G, která v místech styku kol s podložkou (body A a B) vyvolávají reakci YA a YB. Pro jejich velikost platí vztahy č. 52, 53, 54 a 55:

][NYYG BA += (52)

( ) ][0 NYYG BA =+− (53)

][. NL

bGYA =

(54)

][. NL

aGYB =

(55)

Jejich velikost závisí na poloze těžiště (u univerzálního traktoru je zhruba v jedné třetině od zadní nápravy – bobu B ve vzdálenosti b).

Při pohybu vozidla působí tahová síla a další veličiny dle obrázku č. 84.

Obrázek č. 84 – Kinematické poměry vozidla na rovině v pohybu

Pak platí v ose x vztah č. 56:

][0 NFx∑ =, ][0 NFFF tvh =−− (56)

V ose y pak vztah č. 57:

][0 NFy∑ =, ][0. NtgFYYG tBA =+−− β (57)

86

Momenty k bodu B mají být nulové dle vztahu č. 58:

].[0..... mNMLYltgFhFbG vAtttt =−−−− β (58)

Tahová síla Ft se pak vypočte dle vztahu č. 59:

][.. NfGYFFF Bvht −=−= µ (59)

Z ní pak hnací síla Fh dle vztahu č. 60:

][... Nir

MYF mc

kola

kmBh ηµ ==

(60)

Pro pohon 4x2 pak platí vztah č. 61:

][.. NfGYFFF Bvht −=−= µ (61)

Výše již bylo zmíněno, že reakce YB=2/3G. Pro dobrou řiditelnost musí být část tíhy na přední nápravě. Tím má zadní náprava větší valivý odpor, snižuje se tíha na zadní a ta pak vyvozuje menší tahovou sílu.

Pro pohon 4x4 pak platí vztah č. 62:

])[.(.. NfGfGGFFF vht −=−=−= µµ (62)

Při stejné tíze má pak tento o 30% vyšší tahovou sílu (díky stejnoměrnému rozložení tíhy).

6.10 Vozidlo na půdě

Svojí tíhou vyvolává na půdu kontaktní tlak. Jedná se o svislé napětí v elementární ploše kolmé na podložku. Σ kontaktních tlaků v celé ploše otisku (reakci Y na kolo), má složky Fh a Fv. Závisí na huštění a konstrukci pneumatik. Účelem je, aby byl co nejnižší z důvodu utužení půdy, ale pozor je třeba dát na vztah tíhy a hnací síly (při nízkém kontaktním tlaku nelze přenést vysokou hnací sílu – kolo začne prokluzovat). Dosedací plocha při zaboření do měkké půdy je plocha otisku. Na tvrdém povrchu je v kontaktu s podložkou jen dezén, pak se jedná o plochu styku. Jejich poměr se pak nazývá plnost vzorku (v terénu 30 – 60 %).

6.11 Jízdní vlastnosti vozidel

Posuzují se podle těchto parametrů:

- Řiditelnost, - Směrová stabilita, - Směrová citlivost, - Nedotáčivost a přetáčivost, - Podélná a příčná stabilita na svahu, - Průjezdnost a - Manévrovatelnost.

Řiditelnost

Je směrová ovladatelnost, tj. schopnost vozidla udržet požadovaný směr pohybu. Kola by se měla za všech podmínek odvalovat po podložce ve směru daném podélnou rovinou souměrnosti kol. Je ovlivněna odporem valení, přilnavostí (roste s natočením kol) a kinematikou kola. Při natočení kol vzniká směrová odchylka dle

87

posuvu půdy pod kolem (přímo) a dvojnásobku délky dotykové plochy pneumatiky (nepřímo). Je pak nutné více natočit kola, než je vlastní poloměr otáčení. Závisí i na konstrukci řízení (viz obrázek č. 85).

Obrázek č. 85 – Konstrukce směrového řízení, a- jedno přední kolo, b- dvě přední kola, c- kloubový rým, d- řiditelná všechna kola (i krabí chod)

Důležitý je teoretický poloměr otáčení Rt. Další průměry a poloměry jsou stopový (průměr středů stop kol při maximálním vytočení kol do obou stran při pojezdové rychlosti 5 km.h-1), vnější stopový (průměr středu kola pohybujícího se po maximálním průměru), vnitřní stopový (po minimálním průměru), střední vnější a vnitřní (aritmetické průměry) a obrysový (průměr kruhových drah, které opisují sledované obrysové body vozidla při maximálním vytočení kol a pojezdové rychlosti 5 km.h-1 i vnější a vnitřní).

Šířka jízdního pruhu potřebná na průjezd vozidla kruhovým obloukem je šířka mezikruží, které vozidlo obrysově zabírá při průjezdu kruhovou dráhou. Pohon 4x4 je výhodnější, neboť hnací síla na přední řídící nápravě vytváří moment, který pomáhá zatočení.

Konstrukce a umístění závěsu také tuto vlastnost ovlivňuje. Je-li za zadní osou, vzniká nedotáčivost (velká boční reakce na předních kolech). Je-li v ose, vzniká mírná nedotáčivost a je-li před osou, vzniká přetáčivost.

Pozor je třeba dát i na vyosení vozidla z podélné osy od boční reakce podle rozvoru náprav.

Směrová stabilita

Je schopnost držet daný směr jízdy i při působení vnějších sil a momentů (povětrnostní vlivy, nerovnost, sklon vozovky et c.).

Směrová citlivost

Je schopnost udržet rovný směr jízdy bez zásahu obsluhy. Je ovlivněna geometrií náprav vozidla (viz obrázek č. 86).

88

Obrázek č. 86 – Vliv chybné geometrie náprav

Nedotáčivost a přetáčivost

Posuzuje se podle chování vozidla v zatáčkách nebo nerovném povrchu. V těchto případech působí na vozidlo boční síly, dochází k deformaci pneumatik a kolo se odchyluje od podélné osy. Je-li odchylka předních kol větší než zadních, vozidlo nedotáčivé (motor v předu). Je-li větší odchylka zadních kol je vozidlo přetáčivé (motor vzadu). Tyto vlastnosti je možno změnit polohou těžiště, např. zatížením, rozložením nákladu, zavěšením nářadí et c.

Podélná stabilita při jízdě do svahu

Jedná se o pohyb po spádnici. Dle podmínek pro provoz vozidel nesmí být při jakémkoliv zatížení až po celkovou hmotnost zatížení na přední řízenou nápravu nižší než 25% okamžité hmotnosti traktoru. Pro různé nářadí a rychlost do 4 m.s-1 je povoleno i nižší do 18%. Univerzální traktor má bezpečně pracovat na svahu do 10º, s úpravami do 15º a nad 15 už hovoříme speciálních, horských traktorech (nižší těžiště, větší rozchod).

Pohyb po spádnici neboli podélná stabilita je znázorněn na obrázku č. 87.

Obrázek č. 87 – Pohyb vozidla po spádnici

89

Mez rovnováhy je stav ztráty styku předního kola s podložkou (normálová reakce tíhy Y1 na kolo = 0). Dosáhne se jí, jestliže tíha G z těžiště T směřuje do středu stykové plochy pneumatiky nebo pásu (bod 2). Může být ovlivněna nerovnostmi, setrvačnými silami, zvedáním nářadí et c.

Příčná stabilita při pohybu po vrstevnici

Kinematika je znázorněna na obrázku č. 88.

Obrázek č. 88 – Pohyb vozidla po vrstevnici

Meze stability se dosáhne, jestliže výslednice tíhy G z těžiště T prochází středem stykové plochy pneumatiky nebo pásu s podložkou (bod 2). Kolový traktor s otočným čepem na přední nápravě se překlápí kolem přímky spojující střed stykové plochy zadní pneumatiky (bod 2) a čep přední nápravy (bod 1) a mění se tím i poloha těžiště. Limitní je hodnota 38 - 40º, pro speciální traktory až 60º, ale bezpečnost je 2 -3x menší. Stabilitu lze zvyšovat snížením těžiště a větším rozchodem.

Průjezdnost

Jedná se o způsobilost pohybu vozidla po nerovné podložce. Závisí na záběrových a tahových vlastnostech a rozměrech vozidla (poloměr příčného a podélného vyklenutí a úhel nájezdu a výjezdu vozidla). Lze ji měnit zvyšováním výkonu motoru, řazením pod zatížením a krátkými odstupy převodových stupňů, nižším kontaktním tlakem, použitím více náprav, vhodným dezénem pneumatik a regulací huštění, samosvornými diferenciály a změnou světlé výšky.

Manévrovatelnost

Je schopnost pohybovat se v terénu podle požadavků obsluhy i za ztížených podmínek. Zahrnuje vlastnosti jako je ovladatelnost (dle fyzické námahy na řízení), směrová stabilita (dodržení požadovaného směru), směrová citlivost (změny dráhy bez zásahu obsluhy) a nedotáčivost nebo přetáčivost (chování v zatáčce).

6.12 Geometrie směrového řízení

Správné nastavení geometrie má vliv na bezpečné ovládání vozidla, jízdní vlastnosti, opotřebení pneumatik, spotřebu pohonných hmot, zavěšení a uložení kola, opotřebení převodového a rejdového ústrojí, ovládací sílu na volant, vymezování vůlí v řízení a jednosměrné axiální zatěžování ložisek kol. Kola se nemají

90

smýkat ani chvět, musí se odvalovat a samočinně se vracet po projetí zatáčkou do přímého směru.

Sleduje se:

- Vůle volantu, - Geometrie stop kol (diferenční úhel os), - Odklon kola, - Sbíhavost, rozbíhavost, souběh, - Příklon a záklon rejdového čepu, - Poloměr rejdu a - Úhel rejdu (diferenční úhel).

Geometrie má vliv na bezpečné ovládání vozidla, jízdní vlastnosti, opotřebení pneumatik, spotřebu pohonných hmot, zavěšení a uložení kola, opotřebení převodového a rejdového ústrojí a ovládací sílu na volant. Dále vymezuje vůle v řízení a zabraňuje jednosměrnému axiálnímu zatěžování ložisek kol. Kola se nemají smýkat ani chvět a musí se volně odvalovat a samočinně se vracet po projetí zatáčkou do přímého směru.

Vůle volantu

Je mechanická vůle v řízení, měří se na obvodu volantu při postavení kol do přímého směru – nutno zajistit sledování pohybu kol. Dle vyhlášky o technické způsobilosti provozu vozidel je maximálně povoleno u vozidel s maximální rychlostí:

- do 30 km.h-1 36° - do 100 km.h-1 27° - nad 100 km.h-1 18°.

Geometrie stop kol

Se mění podle postavení kol oproti podélné svislé rovině vozidla. Ovlivňuje jízdní vlastnosti a opotřebení pneumatik. Rozdíl rovnoběžných a sbíhavých kol je v šířce stopy (viz obrázek č. 89) a způsobuje větší valivé odpory.

Obrázek č. 89 – Geometrie stop kol

Geometrická osa jízdy se liší od osy symetrie (působí úhel, který svírá podélná rovina automobilu a geometrická jízdní osa), z důvodu toho, že má zadní náprava šikmé posazení. Toto posazení řidič kompenzuje natočením řídících kol.

91

Odklon kola

Je dán sklonem střední roviny kola vůči svislé ose vozidla. Působí ve smyslu vymezení axiální vůle v ložiscích uložení kola, čímž snižuje namáhání ložisek a šroubů upevnění kola. Zmenšuje rameno rejdu a tím ulehčuje ovládání. Zlepšuje stabilitu jízdy. Nevýhodný je tzv. odvalovaný kužel (vytažení kola z přímého směru, vně podélné osy), který snižuje sbíhavost (viz obrázek č. 90).

Obrázek č. 90 – Odklon kola a odvalovaný kužel

Vlivem zatížení může být i záporný, u moderních konstrukcí se volí nulový

(lepší boční vedení, menší opotřebení pneumatik). Při propružení kola nemá dojít ke změně úhlu odklonu kola.

Sbíhavost, rozbíhavost, souběh Jsou dány úhlem svíraným střední rovinou protilehlých kol nápravy. Má vliv

na stabilitu vozidla v přímém směru, vymezuje vůle v řízení (kola nekmitají). Pro přední pohon se volí nulová sbíhavost, popř. mírná rozbíhavost (síla pohonu způsobuje stahování kol do středu). U nezávislého zavěšení všech čtyř kol musí být sbíhavost řešena i na zadní nápravě. Měří se v úhlové míře nebo milimetrech na přední a zadní okraje ráfků v ose rotace kola (viz obrázek č. 91).

Obrázek č. 91 – Sbíhavost a rozbíhavost kol

92

Příklon rejdového čepu Je úhel, o který je rejdový čep přikloněn k podélné ose vozidla ve svislé rovině

(viz obrázek č. 92).

Obrázek č. 92 – Příklon rejdového čepu

Spolu s odklonem kola působí na stabilitu jízdy v přímém směru, zmenšuje

ovládací síly, ovlivňuje poloměr zatáčení a slouží k samočinnému vracení kol (zvedání nebo spouštění části rámu).

Záklon rejdového čepu (závlek) Je úhel, o který je rejdový čep zakloněn ve směru jízdy (viz obrázek č 93).

Obrázek č. 93 – Záklon rejdového čepu

Bod styku pneumatiky s vozovkou se dostane za rejdovou osu, a tím se usnadní

vracení kola do přímého směru (nákupní vozík).

93

Poloměr rejdu

Je vzdálenost od středu styku pneumatiky k průsečíku rejdové osy s rovinou vozovky (viz obrázek č. 94). Je záporný, leží-li vně střední roviny kola.

Obrázek č. 94 - Poloměr rejdu

Je-li kladný a vozidlo jede rovně, hnací síly působí přes čepy kola a valivé odpory v opačném směru. Výsledné síly působící kolem rejdové osy se budou snažit vytáčet kola ven (do rozbíhavosti). Pokud pojedeme po hladké vozovce, síly na obou stranách se přes řízení vykrátí a pojedeme rovně. Při přejezdu nerovností se však rovnováha poruší a k udržení rovného směru bude muset zasahovat řidič. Proto se nastavuje záporný poloměr rejdu (stabilizuje řízení).

Úhel rejdu a diferenční úhel

Jedná se o úhel, o který se natočí řídící kolo v zatáčce tak, aby se odvalovalo a nesmýkalo. Každé kolo jej má v zatáčce jiný a tím vzniká tzv. řídící lichoběžník (viz obrázek č. 95).

Obrázek č. 95 – Úhel rejdu

94

Střed otáčení vozidla musí ležet na prodloužené ose zadní nápravy. Různým natočením kol se úhel rejdu stále mění, ale musí mít stejnou hodnotou při stejném natočení vlevo i vpravo (do obou stran).

6.13 Řízení pásových podvozků

Pro zatočení pásového vozidle je nutná rozdílná rychlost pásů. Otáčení se skládá ze dvou pohybů, otáčivého a posuvného (jeden pás má prokluz, druhý skluz – může se točit i na místě). Výsledný poloměr zatáčení závisí na velikosti prokluzu nebo skluzu, délce pásu a rozchodu, tlaku na pás a jeho rozložení a na velikosti tahové síly.

6.14 Optimální tahová souprava

Je taková souprava, která má maximální výkonnost při maximální hospodárnosti (dokonalé využití výkonu motoru v režimu hospodárné spotřeby na vytvoření tahového výkonu v oblasti vysoké tahové účinnosti). Přitom musí zabezpečit dobrou řiditelnost, bezpečnost přepravy, nepřetěžovat pneumatiky, dodržet agrotechnické podmínky, mít dobrou otáčivost, minimální tíhu, jednoduchou agregaci, plnit ergonometrické požadavky et c.

95

7. Paliva a maziva Na paliva máme řadu požadavků. Patří mezi ně vysoká výhřevnost,

málo nespalitelných podílů, chemická stálost, nízká agresivita, zdravotní nezávadnost, nízké emise škodlivin a nízká cena.

Jako palivo do spalovacích motorů se dnes nejčastěji používají uhlovodíky. Rozdělení paliv je podle jejich zdroje získávání na paliva z fosilních zdrojů (kapalná – benzin, nafta, petrolej a plynná – propan butan, zemní plyn - metan) a z obnovitelných zdrojů – biomasy (kapalná – etylalkohol, metylalkohol, estery a plynná – dřevoplyn, bioplyn - metan). Zvláštní kapitolou je palivo budoucnosti vodík.

7.1 Uhlovodíková paliva z fosilních zdrojů kapalná

Uhlovodíky jsou chemické sloučeniny uhlíku a vodíku z organického původu. Uhlík je čtyřmocný prvek s řetězovou nebo cyklickou vazbou.

Přímý řetězec mají alkany (parafiny) nebo alkeny (olefiny). Tyto jsou velmi vznětlivé a málo odolné proti detonačnímu hoření. Plynné jsou propan C3H8 a butan C4H10, kapalné pentan C5H12, hexan C6H14, heptan C7H16, oktan C8H18 a cetan C16H34.

Přímý rozvětvený řetězec mají izomery, které jsou méně vznětlivé a odolnější proti detonačnímu hoření. Patří sem izooktan C8H18, který je součástí standardního benzínu.

Kruhový uhlíkový řetězec mají aromáty. Jedná se o cyklooktany, které jsou málo vznětlivé a odolné proti detonačnímu hoření. Patří mezi ně benzen C6H6, toluen C7H8 a cyklohexan C6H12.

Výroba probíhá dnes destilací ropy za nepřítomnosti vzduchu společně s chemickými úpravami. Frakce při 180 ºC se označuje jako lehčí frakce (benzíny, alkany a cykloalkyny). Frakce 180 - 280 ºC je středně těžká frakce (kerosin a letecký petrolej). Frakce 210 - 360 ºC jsou těžká paliva (nafta, plynový petrolej). Frakce nad 360 ºC obsahuje mazací oleje a mazut. Zbytek je dehet (asfalt).

Podíl benzínu z destilace je velmi malý. Má oktanové číslo (OČ) 62 - 64, a proto je málo odolný proti detonacím a jsou nutné jeho další úpravy. Jsou to krakování (tříštění těžkých frakcí - molekul teplem, vodou nebo katalyzátory v tlaku až 15 MPa a teplotě až 400 ºC, kdy se do rozbitých molekul přidává vodík), dále reformování (přeměna na izooktyny a aromáty s OČ 93 - 98), polymerace (plynné uhlovodíky z krakování a reformování se mění do těžších molekul – izoalkanů s OČ 95 - 100), hydrogenace (spojování vodíku a nenasycených alkenů OČ 92 - 94) a alkylace (reakcí alkanů a alkenů vznikají izoalkyny s OČ 92 - 94).

Požadavky na automobilový benzin spočívají v jeho dobré odpařivosti i za nízkých teplot, má být bez těžších frakcí nad 210 ºC (proti smývání olejového filmu ve válci a ředění oleje nespáleným palivem), má mít malý obsah síry (proti korozi, poklesu OČ a nižším emisím), bez pryskyřic (proti vzniku karbonu) a má mít dlouhodobou stabilitu (proti ztrátám při skladování). Dnes je kladen důraz na maximalizaci požadavků na nízké emise výfukových plynů. Používají se proto katalyzátory, systémy řízeného spalování, nebo vrstvené vstřikování řízené λ sondou. Pro studené starty má benzín obsahovat i část nízká frakce (pozor ale na detonace) v množství asi do 10 %. Do 180 ºC se má odpařit 90% a bez frakcí nad 200 ºC. Jako antidetonační přísady a na zvýšení OČ se dříve používalo Tetra ethyl olovo

96

(TEO). Dnes se používají antidetonátory (aditiva) a benzín se označuje jako bezolovnatý. Jako antidetonátory bez kovů se používají aromáty (benzen, toluen, xylen s OČ 108 - 112). Benzen je však rakovinotvorný a smí ho proto v benzínu být maximálně 5 %. Natural 91 má jeho obsah 2 %, 95 1 %, dále organické sloučeniny kyslíku – alkoholy (metanol, etanol), fenoly, éter (pozor na zápach a cenu) a MTB, což je metylterciální butyléter s OČ110 - 115 a bodem varu 55ºC, přidává se ho 10 – 15 %. Oktanové číslo udává míru odolnosti proti detonačnímu hoření. Měří se výzkumnou metodou (VM), nebo se stanoví motorovou metodou (MM) na zkušebním jednoválcovém motoru s proměnlivým kompresním poměrem ε 5 - 15, vrtáním 82,6 mm a zdvihem 114,3 mm. Vyjadřuje vlastně procentuální podíl izooktanu C8H18 (OČ=100) a n-heptanu C7H16 (OČ=0) ve směsi, která má stejnou odolnost proti detonačnímu hoření jako zkoušené palivo. Při zkoušce se postupně zvyšuje kompresní poměr a určí se začátek klepání. Hranice klepání se zjišťuje elektronicky z průhybu membrány snímače tlaku ve válci. Pak se kompresní poměr ponechá a měří se poměr izooktanu a n-heptanu a najde se taková směs, která má stejné vlastnosti. Údaje na čerpacích stanicích jsou podle VM při 600 otáčkách za minutu při teplotě vzduchu 52 ºC, předstihu 13º a proměnlivém ε. Tato metoda udává vyšší číslo než MM (ta má otáčky 900, teplotu 149 ºC a předstih 19 - 26 º). Motory s motormanagementem drží režim motoru těsně pod hranicí detonačního hoření (maximální účinnost i s palivem o nízkém OČ). Jako antidetonátory se dříve používaly látky s obsahem kovů Pb, Br, Cr (Např. TEO – Tetra etyl olovo). Dnes již se používají látky bez kovů, jako jsou aromáty (benzen, toluen, xylen – OČ 108 - 112). Benzen je ale rakovinotvorný, smí ho být maximálně 5 %, Natural 91 má 2 %, 95 1 %. Dále organické sloučeniny kyslíku – alkoholy (metanol, etanol), fenoly, éter (problém může být zápach a cena) a MTB – metylterciální butyléter s OČ110 - 115 a bodem varu 55ºC (přidává se 10 – 15 %).

Od roku 2017 je v EU nové značení paliv u čerpacích stanic (viz obrázek č. 96).

Obrázek č. 96 – Nové značení paliv

- E v kroužku označuje benzín, - B ve čtverci označuje motorovou naftu, - Kosočtverec s nápisem CNG nebo LPG označuje tato alternativní paliva, - Číslice pak označuje podíl biosložky v palivu v procentech.

Od března 2017 uvedla společnost Benzina do oběhu paliva s označením EFECTA 95 a EFECTA Diesel, které nahradí dosavadní paliva Natural 95 a Diesel Top Q. EFECTA 95 odstraní až 58 % všech usazenin a sníží tvorbu nových až o 99 %. EFECTA Diesel čistotu vstřikovacích trysek vrátí do původního stavu již po šestnácti hodinách provozu. Testy účinnosti podle metodiky Dirty-up & Clean-up a Keep Clean provedla česká pobočka švýcarské certifikované laboratoře SGS.

97

Motorová nafta vzniká z frakce 150 – 360ºC při destilaci ropy. Jde o směs petroleje a těžší frakce. Nižší frakce má vliv na bod vzplanutí, těžší frakce pak na usazování karbonu a při nízkých teplotách vylučování parafínů (vosků). V ČR se v běžném provozu používají dva druhy označované jako MN 4 s bodem tuhnutí - 4 ºC, filtrovatelná do 0 ºC pro letní provoz a MN 22 s bodem tuhnutí - 22 ºC, filtrovatelná do - 15 ºC pro zimní provoz s obsahem síry do 0,15%. Pro zvláštní určení (armáda) se pak používá nafta až do - 35 ºC. Do běžné nafty je možné přidávat aditiva až do - 54 ºC.

Hodnocení nafty se provádí podle průtahu vznícení, udávaným jako doba mezi vstřikem a vznícením. Vyjadřuje se cetanovým číslem CČ. Stanoví se pokusnou metodou na jednoválcovém motoru s hlavou pro přímý vstřik. CČ je opět podíl dvou látek – cetanu (n-hexadekan C16H34) s CČ 100 a 1-metylnaftalenu s CČ 0. CČ se pohybuje od 49 do 62. Minimum je 45, nejlépe je, jestliže se pohybuje uprostřed rozmezí. Malé CČ znamená dlouhou prodlevu, současně se vznítí více paliva, tzn. rychlý nárůst tlaku a tvrdý chod motoru. Velké CČ znamená krátkou prodlevu, hoří už u trysky, tzn. špatné promíchání, tvorba sazí a zapečení trysek. Na emise a korozní vliv působí obsah síry. Po jejím spálení vznikají oxidy a s vodou kyseliny. Maximální obsah má být do 0,5 %.

7.2 Uhlovodíková paliva z fosilních zdrojů plynná

Získávají se z fosilních zdrojů těžbou (zemní plyn - metan), destilací ropy (propan, butan - PB). Plynná paliva jsou všeobecně vhodnější pro tvorbu směsi než kapalná (nemusí měnit skupenství), mají i nižší emise, nesmývají olejový film, neředí olej, netvoří karbon a jsou odolnější proti detonacím.

Propan – butan je v distribuci pod označením LPG (Liquid Petroleum Gases – zkapalněné ropné plyny). Je to nejnižší frakce při destilaci ropy. Propan má chemickou značku C3H8 a butan C4H10. Propan lze zkapalnit při teplotě 20 ºC a tlaku 0,85 MPa, butan při 0,23 MPa. Objem se tak zmenší až 250x. Tyto plyny jsou částečně obsaženy i v zemním plynu. Jsou vhodné pro zážehové motory, mají ale menší výhřevnost než benzín, proto pak je nižší Pe a vyšší mpe. Narušují také přírodní pryž (nutné jsou potom syntetické těsnění a hadice).

Zemní plyn je v distribuci pod označením CNG (Compressed Natural Gas – stlačený přírodní plyn). Těží se z ložisek pod povrchem jako nadloží ropy. Je tvořen z největší části metanem s chemickou značkou CH4. Při tlaku až 20 MPa zmenšuje objem 200x. Použitelný je i u vznětových motorů, má méně škodlivin než PB, ale potřebuje větší zásobníky. Výhřevnost je 5x nižší než u benzínu, proto vzniká i snížení Pe až o 15% a o stejné procento vyšší mpe. Pokles Pe lze řešit zvýšením ε. Podchlazením jej lze i zkapalnit (kryogenní nádrže) s přetlakem 0,15 MPa tím až 600x zmenší objem, ale vznikají pak ztráty odparem. Odpovídá OČ 100 – 130.

7.3 Uhlovodíková paliva z biomasy

Tato paliva by měla nezvyšovat obsah CO2 v atmosféře (co za rok spotřebují rostliny, se zpět uvolní jejich spálením – rozdíl oproti fosilním). Toto však nemusí vždy platit, protože do pěstování těchto plodin je nutné vložit práci a energii podle technologie pěstování (mechanizované operace) a ty tuto výhodu značně zpochybňují. Jsou však biologicky odbouratelná. Jsou kapalná (rostlinné oleje a alkoholy) a plynná (bioplyn a dřevoplyn).

98

Rostlinné oleje jsou lisovaná semena olejnin. V EU jsou získávány z řepky ozimé, v tropech z palmového oleje. Výhřevnost je srovnatelná s MN, mají ale vyšší viskozitu a bod vzplanutí, proto jsou nutné další úpravy jako je esterifikace rostlinných řepkových olejů (vzniká MEŘO – metyl ester řepkového oleje označovaný jako bionafta první generace - u nás se již nepoužívá). Esterifikace je štěpení molekul. Dnes se používá směs MEŘO s ropnými produkty a lehkými, nebo těžkými alkany + střední bezsirný destilát. Vzniká tak bionafta druhé generace. Alkany nesnižují biologickou odbouratelnost, mají dobré palivové vlastnosti, nižší mazivost a exhalace. Sirný destilát zvyšuje výhřevnost a Pe a tím nižší mpe, ale není biologicky odbouratelný. Lze přidávat i alkoholy, alfa oleiny et c. Viskozitu lze zvýšit ohříváním. Pokles Pe je až o 5%, kouřivosti ale až o 50%. Nárůst Mp o 4% a emisí NOx. Může vznikat fritovací zápach. Problematické je ředění mazacího oleje (zkrácení intervalu výměny na polovinu, studené starty do - 3 ºC jako u MN jsou pak horší).

Alkoholy lze získat z rostlinných produktů nebo synteticky. Metylalkohol (metanol), také dřevní líh, ze zemního plynu, etylalkohol (etanol, líh) z kvašení a destilace surovin s cukrem, škrobem nebo celulózou (brambory, cukrová řepa, obiloviny…). Lze je použít u vznětových i zážehových motorů. V EU se mísí s benzínem do 3%. Mají vyšší mpe, detonačně jsou odolnější, snižují emise, ale horší mazání. Proto se přidávají přísady dusičnanů a dusitanů, které mají ale vliv na emise NOx.

Bioplyn vzniká jako produkt kvašení organické hmoty za nepřístupu vzduchu (možnost zhodnocení odpadů a přebytků). Tvoří jej až z 75% metan CH4, zbytek CO2 a další plyny.

7.4 Vodík

Již několik desetiletí se uvádí jako možná náhrada ropy. Problematická (kromě komerčních zájmů ropné lobby) je účinnost přeměny při jeho výrobě (štěpení uhlovodíků nebo elektrolýza vody). Poslední výzkumy se zaměřují na získávání vodíku pomocí bakterií (biotechnologie), nebo polopropustných membrán (nanotechnologie). Spalovat lze i velmi chudou směs, emisemi jsou pouze H2O a NOx. Použít se musí speciální metalhydridové nádrže z kovů Ti, Ni a Mg s možností chlazení -253 °C (větší objem a snaha unikat) a pro odběr je nutné ohřívání (zhoršení tepelné účinnosti, ale možnost využití odpadního tepla z palivových článků).

Vodík lze spalovat přímo ve spalovacím motoru, ale získá se zhruba poloviční výkon při stejném Vz oproti benzínu (rozdílná hustota 34,6 oproti 10,1 MJ.l-1). Tento způsob využívá např. BMW v řadě 7 (vysokoobjemové motory), kde je spotřeba 47,6 l na 100 km oproti 13,9 l u benzínu.

Druhou možností je použít vodík pro pohon elektromotoru v palivových článcích. Tento systém používá Mercedes-Benz třídy B s názvem F-Cell (viz obrázek č. 97), ale tuto technologii opouští z důvodu vývoje klasických akumulátorů - jsou stále lacinější a zvyšuje se jejich kapacita. Naopak se tímto systémem zabývá Toyota, Hyundai a Honda.

99

Obrázek č. 97 – Vodík v palivovém článku

Palivový článek má dvě elektrody, na zápornou elektrodu (katodu) se přivádí palivo, tedy vodík. Na kladnou, tedy anodu, je přivedeno okysličovadlo. Mezi elektrody je vložena membrána - zabraňuje pochodu volných elektronů mezi elektrodami a tím lze pochod elektronů usměrnit přes elektrický obvod, čímž vzniká elektrická energie. Elektrody v palivovém článku mají oproti elektrodám v akumulátoru výhodu v tom, že se neúčastní se aktivně chemické reakce), ale jsou pouze převodníkem mezi chemickou energií vodíku a elektrickou energií. Výhodami palivových článků je zachování stávajícího způsobu tankování paliva (vodík natankujete stejně rychle jako benzin), nižší hmotnost vozidla proti sestavě akumulátorů, dojezd vozidla na jedno tankování je srovnatelný se spalovacím motorem. Nevýhodami jsou nákladná výroba vodíku, při nízkých teplotách hrozí nebezpečí zamrznutí (voda) a jejich vysoká cena (použití nákladných materiálů k výrobě).

7.5 Nitro

Přidává se do spalovacího prostoru oxid dusný N2O (rajský plyn, skleníkový), který při 300 ºC uvolňuje kyslík, a tím zvyšuje stechiometrický poměr. Při přidání do sacího potrubí chladí nasávaný vzduch. Použití je možné pro krátkodobé zvýšení výkonu a pro zástavu do vozidla je nutná homologace.

7.6 Maziva a mazadla

Dle ČSN a podnikových norem sem patří motorové oleje, převodové oleje, tlumičové a hydraulické oleje, strojní a konzervační oleje a plastická maziva a mazadla.

Motorové oleje se rozdělují dle viskózních tříd dle metodiky SAE (Society of Automotive Engineers - viz tabulka č. 5).

100

Tabulka č. 5 – Rozdělení motorových olejů

Např. SAE 0W30 znamená čím je první číslice (kinematická viskozita) nižší, tím má olej lepší mazací schopnosti při nízkých teplotách. Čím je druhé číslo vyšší, tím motor lépe maže za vysokých teplot. Takto označený olej se rychle dostává k pohyblivým částem agregátu i při nízkých teplotách, ale nejsou vhodné pro provoz motoru ve vyšší zátěži. Řídký olej se při vyšší teplotě rychle mění v karbon a snadno se dostává přes pístní kroužky.

Norma SAE nic neříká o kvalitě zvoleného oleje, je proto nutné se soustředit na normy ACEA (evropská) případně API (americká).

ACEA (např. A1, A2, A3) dělí oleje do výkonnostních tříd:

- A pro zážehové motory, - B pro vznětové motory, - E pro motory těžkých užitkových automobilů, - C pro motory s částicovým filtrem.

Porovnávacím údajem normy je HTHS viskosita. Čím vyšší je číslo u písmenka tím má olej vyšší hodnotu viskosity HTHS. Třída A1/B1 jsou určeny pro klasický krátký pevný servisní interval, naopak A3/B3 jsou oleje pro prodloužené intervaly.

API (např. CE) dělí oleje:

- S pro zážehové motory, doplněné o písmeno A až H, - C pro vznětové agregáty, doplněné o písmeno A až E.

Čím je písmeno dále v abecedě, tím je olej kvalitnější.

Některé automobilky zavedli vlastní označování motorových olejů. VW pro zážehové motory používá normu VW 501 01, 502 00, 503 00 či 504 00. První dvě uvedené čísla jsou pro pevný servisní interval, druhé dva pro variabilní, u vznětových 505 01 nebo 507 00 (pro částicový filtr). Dále např. BMW (BMW longlife-01), nebo Ford (WSS-M2C913-C).

101

Plastická maziva a mazadla se dělí podle tabulky č. 6.

Tabulka č. 6 – Rozdělení maziv a mazadel

Plastická maziva Mazadla

Pro mobilní zařízení Víceúčelová LITOL 24, NH2 Elastická na lana

Jednoúčelová A00, A4... na kloubové řetězy

Průmyslová Víceúčelová Tuhá grafit

Jednoúčelová na kluzná ložiska Molyka MoS2

na valivá ložiska Vazelíny na kontakty…

pro extrémní teploty Parafíny

Cerezíny

Stupně konzistence maziv a mazadel se zjišťují penetrační zkouškou a jsou uvedeny v tabulce č. 7.

Tabulka č. 7 – Konzistence maziv a mazadel

Stupeň konzistence Penetrace při 25 C

OO polotekutá nad 395

O velmi měkká 350 - 390

1 měkká 305 - 345

2 poloměkká 260 - 300

3 střední 215 - 255

4 polotuhá 170 - 210

5 hutná 125 - 165

6 velmi hutná 80 - 120

7 tuhá 25 - 75

102

8. Zemědělská doprava Pro přesné rozlišení a ohraničení jednotlivých stránek zemědělské dopravy se

používají základní pojmy, sjednocené i mezinárodně (v ČR jsou obsaženy v ČSN 26 0002).

Manipulace s materiálem je název pro veškerý pohyb materiálu, při kterém se nemění jeho základní fyzikálně mechanické vlastnosti a nevzniká nová, vyšší užitná hodnota. Zahrnuje dopravu (nakládání, přepravu i vykládání hmot a přemísťování osob dopravními prostředky a zařízeními), přepravu (přemísťování materiálů, nebo osob dopravními prostředky nebo zařízeními), ložné operace (nakládání, vykládání a překládání materiálu), skladovou manipulaci (pohyb materiálu ve skladech) a výrobní manipulaci (pohyb materiálu ve výrobní sféře mezi jednotlivými výrobními operacemi). Jedná se o kombinaci dopravních prostředků, dopravníků a mechanizmů, která zahrnuje komplex operací (naložení, přemístění, vyložení a rozmístění). Motorové dopravní prostředky jsou traktory a zemědělské automobily (4x4, velkoobjemové nástavby, zvýšená průchodnost), nemotorové jsou pro vnitrofaremní přepravu ruční vozíky, nízko i vysokozdvižné a pro polní a vnější přepravu přívěsy a návěsy. Manipulaci s materiálem provádí mechanické dopravníky, pneumatické dopravníky, zařízení pro přemístění kapalin, kolejové a bezkolejové dopravní prostředky ve stájích, nakládací a vykládací mechanizmy.

Z hlediska technologického i z hlediska zásadně odlišných technických prostředků a organizačního řešení se v zemědělství rozlišují druhy dopravy na dopravu statkovou (faremní - je charakterizována obvykle stále se opakujícím tokem podobných materiálů v rámci základní výrobní jednotky - farmy). Jde o dopravu objemných i jadrných krmiv ze skladů do stájí, dopravu mrvy na dopravní prostředky ze stájí nebo na oddělené složiště, dopravu zvířat mezi stájemi, oběh náhradních dílů mezi sklady a dílnami apod. Tato doprava se dá racionalizovat a někdy i automatizovat. Dalším druhem je doprava polní (charakterizována pohybem materiálu mezi farmou a polem). Většinou je těsně spojena s výrobními operacemi, které zajišťuje buď materiálem (setí, sázení) nebo odvozem sklízených produktů. Je výrazně sezónní a podstatně ovlivňuje efektivnost výroby, popřípadě ztrátovost sklizně. Má největší objem i rozsah a vyžaduje největší spotřebu živé i zhmotnělé práce. Jejím největším problémem je značná různorodost přepravovaných materiálů, velký podíl jízd v terénu a často ve ztížených podmínkách. Další je pak doprava vnější (veškerý pohyb materiálu mimo základní výrobní jednotku - podnik). Týká se zásobování a odbytu, a to i v rámci kooperačního seskupení. Všechny tři druhy dopravy mají některé společné rysy a někdy se mohou provádět i stejnými dopravními prostředky. Dalším kritériem je rozdělení na dopravu technologickou (ve strojích nebo linkách, nebo na ně navazuje), netechnologickou (po komunikacích a pozemcích, navazuje na ostatní stroje), vnitropodnikovou (mezi objekty a pozemky, 80% se vzdáleností 1,4 - 2,6 km) a opět vnější (mimo prostor podniku). Dle náročnosti na včasnost se dělí na termínovanou (neodkladná – mléko, palivo, náhradní díly, krmivo, obilí, brambory) a netermínovanou (kde její odklad nezpůsobí ztráty).

Oproti klasické silniční dopravě má doprava v zemědělství své zvláštnosti. Má výrazně sezónní charakter, dopravní prostředky se pohybují v různých terénech, velkou roli mají klimatické vlivy a přepravuje se velké spektrum materiálů (maloobjemové – zrno, brambory, zemina, velkoobjemové – seno, sláma, kusovité – stroje, zvířata, nebo tekuté a kašovité). Na tunu finální produkce se přepraví 10 tun materiálu. U traktorů tvoří doprava až 55% doby nasazení. Účelem je co nejkratší doba

103

přesunu a manipulace a maximální využití kapacity a výkonnosti dopravních prostředků a zařízení, zvýšení tonáže, snížení počtu manipulací, vhodná dislokace objektů a síť cest.

Způsoby pohybu dopravního prostředku jsou kyvadlový (opakovaný pohyb mezi dvěma body - nejčastější), radiální (z několika bodů do jednoho) a kruhový (málo používaný, např. rozvoz obědů, svoz osob).

Výkonnost dopravního prostředku se sleduje dle časového režimu, nosnosti a jejího využití a technické rychlosti jízdy. Jednotky výkonnosti jsou tuny (nezohledněna vzdálenost přepravy), tunokilometry (násobek tun a kilometrů) a kilometry (nezohledněna hmotnost, použití pouze pro osobní přepravu).

Nakládání se provádí připojením za sklízecí prostředek (např. řezačku), souběžnou jízdou se sklízecím prostředkem (sklízecí mlátička), sběrem z řádků (samosběrací vozy) nebo pomocí nakladačů a manipulátorů.

Vykládání je možné provádět sklopením (mechanicky, hydraulicky, pneumaticky), posuvným dnem nebo čelem (i s dávkováním), samotíží nebo tlakem (u kapalin), pomocí nakladačů a manipulátorů (palety a kontejnery), drapáky (sypké materiály), kolejovými dráhami, shrnovacími lopatami a lanovkami.

8.1 Mechanické dopravníky

Jsou to zařízení pro kontinuální dopravu sypkého nebo kusovitého materiálu ve vodorovném, šikmém i svislém směru přímo i v oblouku.

Dělí se do dvou základních skupin. Bez tažného prostředku (spádové – skluzy a válečkové trati, vibrační – žlaby a šroubové – šnekové a závitové) a s tažným prostředkem (pásové, článkové, vlekoucí nebo hrnoucí a korečkové).

8.1.1 Skluzy

Používají se pro sypké a kusové materiály. Fyzikálně se jedná o nakloněnou rovinu se sklonem podle koeficientu tření a sypného úhlu. Provedeny bývají jako žlaby nebo trubky ze dřeva, plechu nebo latěk (propad nečistot – brambory). Jsou nedílnou součástí zemědělských strojů, např. sklízecích mlátiček, kombinovaných sklízečů brambor, sklízečů cukrovky, linek na posklizňovou úpravu obilnin, brambor apod. Dávkování je možné provádět klapkami a uzávěry. Výkonnost se vypočte dle vztahu 63:

Q=S.v.ρ.φ [m3.s-1] (63)

Kde:

S - průřez materiálu na dopravníku [m2],

v - rychlost pohybu po dopravníku [m.s-1],

ρ - objemová hmotnost přepravovaného materiálu [kg.m-3],

φ - součinitel zaplnění dopravníku 0,2 - 0,5.

8.1.2 Válečkové trati

Používají se pro kusový materiál s rovnými plochami (pytle, palety, cukrovka, brambory u sklízečů nebo u posklizňových linek). Mají menší koeficient tření a tím i menší sklon 2 - 5º, možné jsou i oblouky (kuželové válečky). Konstrukčně jsou vytvořeny z řady válců uspořádaných za sebou. Válce se otáčejí kolem své osy,

104

všechny ve stejném smyslu otáčení a nemusejí být ani poháněny. K usnadnění otáčení jsou tyto uloženy v ložiskách. Bývají uloženy za sebou tak, aby vytvářely určitý spád. Dopravují kusový materiál v šikmém směru shora dolů. Při opačném směru dopravy nebo při dopravě ve vodorovném směru musí být válce poháněny elektromotorem. Kašovitý materiál lze oddělovat od kusového, avšak kašovitý ani sypký materiál dopravovat nelze. Takovýto materiál je nutno oddělovat od kusového.

8.1.3 Vibrační žlaby

Jedná se o pružně uložený žlab s klikovým mechanizmem, který s ním vibruje frekvence do 2 Hz a amplitudou do 30 mm. Bývají řešeny i jako rošty pro propad příměsí (odhliňovač u posklizňové linky brambor).

8.1.4 Šnekové dopravníky

Používají se pro sypké i kašovité materiály. Šnekovice je upevněna na hřídeli v žlabu nebo trubce, přepravovat mohou vodorovně i šikmo. Jsou jednoduché, mají malé rozměry a omezenou prašnost. Nevýhodou je větší tření, které vyžaduje vyšší příkon a možnost poškození materiálu. Výkonnost se vypočte dle vztahu 64:

kvD

Q ....4

. 2

ϕρπ= [m3.s-1] (64)

Kde:

D - průměr šneku [m],

v - rychlost materiálu = s.n (stoupání šnekovice a otáčky) [m.s-1],

ρ - objemová hmotnost materiálu [kg.m-3],

φ - součinitel zaplnění 0,2 - 0,4,

k - součinitel sklonu dopravníku pro 20º = 0,6 pro 10º = 0,8.

Spirálové dopravníky jsou konstrukčně stejné jako šnekové, pouze mají větší součinitel zaplnění ≈ 10%, protože nemají středovou hřídel.

8.1.5 Pásové dopravníky

Využívají se zejména při uskladňování, nakládání nebo vykládání různých kusových, sypkých, ale i kašovitých materiálů. Pás je napnutý mezi dvěma válci, horní větev je nosná s válečky, násypkou a případně i shrnovavími clonami. Mohou být stacionární, přenosné i pojízdné, dopravovat v rovině i šikmo. Pás může být plochý pás i korýtkový, jsou pogumované, šířka až 250 cm, rychlost do 5 m.s-1. Výkonnost se vypočte dle vztahu 65:

ϕρ...vSQ = [m3.s-1] (65)

S - průřez materiálu na dopravníku [m2]=2/3b.h (šířka a výška materiálu), v - rychlost pohybu po dopravníku [m.s-1],

ρ - objemová hmotnost přepravovaného materiálu [kg.m-3],

φ - součinitel zaplnění dopravníku 0,95.

105

8.1.6 Článkové dopravníky

Mají místo pásu řetězy nebo lana s hrabicemi v korytu (redlery) nebo laťkové (prutové) dopravníky. Jsou odolnější proti mechanickým vlivům a mají možnost výměny pouze poškozených článků. Pracují i při větším sklonu, ale jsou hlučnější. Rychlost je do 0,8 m.s-1. Jsou hrnoucí nebo vlekoucí. Pracovní může být i dolní větev. Příkladem použití je řetězový otevřený oběžný shrnovač na mrvu s rychlostí do 0,5 m.s-1 a zaplněním do 80%, lanový otevřený dopravník jako krmítka pro drůbež v klecích, lanové uzavřené dopravníky s ponořenými hrably jako plnící potrubí krmítek, nebo bezžlabové dopravníky položené na hromady materiálu. Výkonnost se vypočte také podle vztahu 65.

8.1.7 Korečkové dopravníky

Tyto dopravníky se používají zejména pro dopravu materiálu ve svislém nebo šikmém směru. Proto se jim někdy říká výtahy. Korečky jsou otevřené nádoby různého tvaru připevněn na pásech, řetězech nebo lanech v šachtách. Ve spodní části dopravníku nabírají materiál, který vyprazdňují při změně směru pohybu dopravníku v jeho horní části (odstředivé i gravitační vyprazdňování). Šířka je do 30 cm, rychlost do 5 m.s-1. Výkonnost se vypočte dle vztahu 66:

ϕρ...v

t

OQ =

[m3.s-1] (66)

O - objem korečku [m3], t - rozteč korečků [m], v - rychlost pohybu po dopravníku [m.s-1], ρ - objemová hmotnost přepravovaného materiálu [kg.m-3], φ - součinitel zaplnění dopravníku 0,9.

8.2 Pneumatické dopravníky

Jedná se o dopravu potrubím v proudu vzduchu. Je možná ve všech rovinách i zakřiveních, používá se variabilní potrubí dle potřeby, mobilní i stabilní, je beze ztrát a prašnosti. Vhodná pro materiály s nízkou objemovou hmotností.

Sací pneumatická doprava se používá pro sypké, zrnité a prašné materiály (suchá řezanka). Potrubí je o průměru 70 - 300 mm, rychlost vzduchu 15 - 50 m.s-1, podtlak 25 - 50 kPa. Ve ventilátoru je čerstvý vzduch (odsává z cyklónu). Tlačná pneumatická doprava se používá také pro sypké a zrnité materiály. Má násypku a na konci výfuk, nebo odlučovač. Kombinovaná využívá přetlaku i podtlaku, materiál může procházet i ventilátorem (metačem). Ventilátory jsou lopatkové rotační stroje (radiální odstředivé a axiální dopravují v ose rotace. Podle tlaku jsou nízkotlaké do 15 kPa s množstvím do 100 m3.s-1, středotlaké do 40 kPa s množstvím do 25 m3.s -1 a vysokotlaké nad 40 kPa s množstvím do 20 m3.s-1. Potrubí se používá pevné nebo rozebíratelné (variabilní) s těsným spojením. Zrnomety mají průměr do 300 mm, senomety průměr do 700 mm. Rozbočky a oblouky mají úhly nad 20º. Násypky se umisťují v místě zeslabení (injektor - Venturiho podavač), regulace se provádí hradítkem, nebo turniketem. Odlučovače – cyklóny mají tangenciální přívod pro víření a separaci odstředivou silou. Materiál s vyšší objemovou hmotností klesá dolů a vzduch je odváděn nahoře uprostřed.

106

V porovnání s mechanickými dopravníky je pneumatická doprava energeticky náročnější díky skluzu mezi rychlostí vzduchu a dopravovaného materiálu. Je jednodušší a variabilnější, vhodnější pro řezanku s vlhkostí do 30 %, seno do 35 %. Vlhčí materiály lze dopravovat pouze svisle, vodorovně do vzdálenosti maximálně 10 m.

8.3 Doprava kapalin

Používá se doprava potrubím a po ose.

U dopravy kapalin potrubím musí toto být nepropustné a těsné. Jako materiál potrubí se volí železné i neželezné kovy a plasty, keramika a sklo. Kapaliny mají dopravovány beze změny teploty a tlaku, proto je důležité volit vhodné armatury. Jako armatura se používá kohout (má otočný kužel s možností otevřeno a zavřeno otočením o 90º), ventil (kuželka v sedle s regulací šroubem), šoupě (srdce ve dvou zkosených rovinách s regulací šroubem) a klapka (pro regulaci škrcením průtoku, nelze úplně uzavřít).

8.3.1 Faremní vodovod

Má jímadlo (zdroj - vrt, pramen), čerpací stanici, zásobník a potrubí s armaturami. Potřeba vody se vypočítává z důvodů bilance a hydrotechnických požadavků. Na jednu VDJ (velká dobytčí jednotka – 500 kg živé hmotnosti) se počítá se potřebou 46,3 l.den-1 (kůň 1,4, skot 0,8, vepř 0,2 VDJ). Maximální denní potřeba Qm se počítá pro vydatnost zdrojů a velikost zásobníků dle vztahu 67:

[ ]13... −= dmkkQQ zddm (67)

Kde:

Qd – maximální denní potřeba (počet zvířat x norma na jedno) [m3.d-1],

kd – denní nerovnoměrnost 1,4 - 1,6,

kz – ztráty 1,1.

Maximální hodinová spotřeba Qh se kalkuluje pro průměry rozvodů až k místu spotřeby dle vztahu 68:

[ ]13..

24−= hmk

QQ h

mh

(68)

Kde:

kh – hodinová nerovnoměrnost 3,6.

Vydatnost zdroje Qp se vypočítává pro dobu činnosti čerpadla t dle vztahu 69:

[ ]13.

24. −= hm

tQQ hp

(69)

Provedení vodovodů je buď výtlačné (s gravitační nádrží čerpá do nádrže a ke spotřebě, přebytek v nádrži a po naplnění vypne čerpadlo a po vyprázdnění ho zapne, nebo s tlakovou nádrží dle tlaku v nádobě spíná čerpadlo) a gravitační (hydroglóbus).

107

Kapacita nádrže se volí na půldenní spotřebu. Výtlačné vodovody mají malý průměr potrubí s rychlostí 0,6 - 0,8 m.s-1, nebo velký průměr s rychlostí 0,8 - 1,2 m.s-1. Gravitační vodovody mají v potrubí a rozvodech rychlost 1,0 - 1,5 m.s-1. Sací větev pak rychlost 0,4 - 0,6 m.s-1.

Vodovodní síť může být větvená (náchylná na poruchy) nebo kruhová (možnost zásobení z druhé strany při poruše). Tlakový rozvod se používá pro sociály, úklid, čištění a hašení, nízkotlaký rozvod pro napájení zvířat (s přerušovací nádrží).

Návrh potrubního rozvodu vychází z Bernouliho rovnice pro dopravované množství Q (kapalina je nestlačitelná) dle vztahu 70:

[ ]13

2211 ... −=== smkonstvSvSQ (70)

Kde:

S - průřez potrubí (světlost) [m2],

v - rychlost proudění v potrubí [m.s-1].

Návrhy průřezů se volí podle rychlosti. Při vysokých rychlostech může být menší světlost, ale větší nároky na čerpadlo.

Čerpadla se používají hydrostatická (s přímou přeměna mechanické energie - pístová, plunžrová, membránová, vřetenová, křídlová) a hydrodynamická (odstředivá a vrtulová). Volba se provádí podle průtoku Q a dopravní výšky Hd. Příkon čerpadla P se pak vypočte dle vztahu 71:

[ ]W

gHQP

č

d

ηρ..=

(71)

Kde:

ρ - objemová hmotnost přepravované kapaliny [kg.m-3],

g - tíhové zrychlení = 9,81373 [m.s-2] pro Prahu,

ηč - účinnost čerpadel ≈ 80%.

Rozvody teplé užitkové vody TUV se používají v sociálech, porodnách, dojírnách a mléčnicích. Vypočítáváme zde objem ohřívače Vohř dle vztahu 72:

[ ]3

0max

0. mtt

ttVV sm

smohř −−=

( ) ( ) ( ) [ ]3

0max

0022011 ......m

tt

ttVttVttV nn

−−−+−=

(72)

Kde:

Vsm - objem směsné vody [m3],

tsm - teplota směsné vody [ºC],

t0 - teplota vstupní vody [ºC],

tmax - maximální teplota ohřáté vody [ºC].

Indexy 1, 2 až n jsou různá odběrná místa.

108

Teplo potřebné na ohřev vody Qv se vypočte dle vztahu 73:

[ ]kJtcmQv ∆= .. (73)

Kde:

m - hmotnost ohřáté vody [kg],

c - měrné skupenské teplo vody 4,186 [kJ.kg.ºC-1],

Δt - rozdíl teplot vstupní a výstupní vody [ºC].

Příkon ohřívače P se pak vypočte dle vztahu 74:

[ ]kW

T

QP

ohř

v

η..3600=

(74)

Kde:

T - doba ohřevu [s]

ηohř - účinnost dle izolace ≈ 90%

8.3.2 Doprava kapalin po ose

Po ose se nejčastěji dopravuje napájecí voda, mléko, pohonné hmoty, tekuté výkaly a močůvka. Používají se k tomu přívěsné cisterny nebo nástavby nákladních automobilů. Mají gravitační nebo tlakové vyprazdňování (s vývěvou i pro plnění). Umožňují i homogenizaci výkalů před plněním a při vyprazdňováním, separaci tuhé a tekuté složky a zapravování do půdy.

8.4 Doprava krmiv

Linky krmení jsou sestaveny s ohledem na to, že při proudové výrobě jsou pracovní procesy prováděny komplexem souprav a agregátů. Vazbou na normu času (požadovaný rytmus) se volí výkonnost linky. Linka je pak souhrn účelově sestavených strojů, a pracovišť včetně obsluhy ke splnění technologické části výrobního procesu s požadovanými ukazateli v prostoru a čase.

Dle účelu se všeobecně linky dělí na jednoúčelové a víceúčelové s možností měnit agregáty a nástavby Dle použitých strojů mohou být složeny z jednotlivých agregátů (na synchronizaci výkonností), nebo z celých technologických komplexů (posklizňové linky…). Dle uspořádání strojů v lince jsou horizontální (sériové) za sebou (nejčastější, pozor na poruchy) a vertikální (paralelní) vedle sebe v různých výškách (doprava z nejvyššího samospádem do několika nižších). Dle postupu materiálu v lince jsou prosté (články linky na sebe sériově navazují se stejným tempem a množstvím materiálu - stejné výkonnosti) a větvené (materiál se postupem v lince paralelně větví nebo spojuje). Dle vazby pracovišť jsou synchronizované (tempo - výkonnost je u všech stejné) a nesynchronizované (každá má svůj rytmus, výkonnost sladěna ve vyšších časových horizontech -směna, den).

Podle způsobu práce se linky krmení dělí na stacionární (kontinuální a s meziskladem), mobilní (přívěsné krmné vozy nebo samochodné míchací krmné vozy) a kombinované (se stabilní míchárnou). Krmné vozy pro všechny kategorie zvířat (skot, prasata a drůbež) musí zajistit hlavní operace (naložení,

109

přeprava do stáje, dávkování a založení do krmného prostoru a návrat). Požadavky na ně se týkají odpovídající výkonnosti, ale i zootechnické a hygienické požadavky, bezpečnost obsluhy i zvířat a rozměry (vjíždí do staveb).

8.4.1 Krmní skotu

Zootechnické požadavky spočívají v časové omezenosti (doba krmení do 20´), pravidelnosti krmení (2x denně s odchylkou ± 15´) a skladbě a vyrovnanosti dávky. Výkonnost má odpovídat velikosti krmné dávky pro každé zvíře, je možné i dávkování jadrného krmiva. Konstrukčně jsou řešeny jako elektrické i míchací a samojízdné.

Samovyprazdňovací přívěsy projíždí krmnou chodbou nebo do přípravny, posunují materiál v podélné ose a vyprazdňovacím ústrojím zakládá do jedné nebo obou stran do krmného místa. Elektrické krmné vozy se většinou pohybují pouze přípravny nebo blízkých skladů.

8.4.2 Krmení prasat

Linky zde zabezpečují dopravu do stáje, rozdělení a dávkování do krmítek nebo žlabů. Technologické linky se liší podle toho, jestli se krmí suché krmné směsi, nebo tekuté a kašovité. Požadavky jsou kladeny zejména na složení krmné dávky, její kvality a množství a intervaly krmení (světelný režim). Používají se samovyprazdňovací vozíky pro suchá, kašovitá i tekutá krmiva do žlabů i krmítek (elektrické nebo přívěsné s vyprázdněním mechanicky nebo přetlakem a regulací dávky) nebo potrubní doprava (tekuté krmivo z přípravny tlakem vzduchu a dle světelného režimu do různých stájí).

8.4.3 Krmení drůbeže

Doprava a zakládání sypkých nebo granulovaných krmiv i vlhčených směsí v klecovém i podlahovém chovu. Používají se elektrické krmné vozíky na kolejích nebo krmítka - zakládací krmné prostředky (příjmový zásobník, mechanické hrnoucí dopravníky do koryt nebo do krmítek). Příjmový zásobník je ocelový nebo plastový válec dole kuželovitý pro výpad samospádem. Zkosení má být podle sypného úhlu materiálu (nebezpečí tvorby klenby – vibrátor). Objem závisí na intervalu plnění a intenzitě vyprazdňování (7 - 10 dní zásoba). Mohou být opatřeny i tenzometrickým vážením. Plnící dopravníky vedou od zásobníku ke krmnému místu, a to samospádem, nebo hrnoucí, šnekové nebo spirálové dopravníky. Zakládací krmné prostředky jsou buď do zásoby – zásobní krmítka (tubusy), pro skupinu, stavitelná výška, objem až třídenní dávka, nebo individuální dávkovače - objemové nebo hmotnostní (i pro skupiny). Umožňují elektronické sledování a řízení.

8.5 Doprava výkalů

Se liší podle fyzikálně mechanických vlastností – obsahu sušiny. Tuhá frakce je vlastně slamnatý hnůj s obsahem do 25% sušiny a tekutá frakce – močůvka, nebo kejda. Závisí především na ustájení zvířat (vazné, boxové, rošty, hluboká podestýlka).

Tuhé složky se dopravují shrnovači (oběžný nebo vratný), šípovými lopatami, šnekový dopravník a čelní vyhrnovací radlicí. Tekuté složky pomocí kalových čerpadel, pod rošty kanály s využitím hydraulických vlastností (přerony a jímky). Před aplikací se provádí homogenizace, u skotu i separace a využití na plastické stelivo. Při dopravě a manipulaci s výkaly je nutno brát zřetel na ekologii a životní prostředí.

110

9. Seznam použité literatury

BAUER F., SEDLÁK P. a T. ŠMERDA (2006): Traktory. MZLU v Brně 191 s. ISBN 80-86726-15-0.

BAUER F. (2013): Traktory a jejich využití, 2. vydání. Nakladatelství ProfiPress, s. r. o., Praha. 224 str., ISBN 978-80-86726-52-6.

BAUMRUK P. (1996): Příslušenství spalovacích motorů. Praha, ČVUT, s. 61. ISBN 80-01-01103-8.

BENEŠ P. (2016): Vhodné spojení komfortu a univerzálnosti, Mechanizace zemědělství, Profi Press Praha, ročník:12 1/2016, str. 31- 33, ISSN 0373 – 6776.

BOSCH R. (2009): EPS 200 Manual Automotive Aftermarket- diagnotics. Robert Bosch GmbH. 72 s.

BRANDEJSOVÁ E., PŘIBYLA Z. (2009): Bioplynové stanice: (zásady zřizování a provozu plynového hospodářství). 1. Praha: GAS. GAS. 118s. ISBN 9788073281922.

DE CET M. (2008): Traktory: encyklopedie od A do Z. 4. vyd. Přeložil Karel Kopička. Praha: Levné knihy KMa, s. 299. ISBN 9788025501221.

DEMPSEY P. (2007): Troubleshooting and repair of diesel engines. 4th ed. Maidenhead: McGraw-Hill Professiona, 390 s. ISBN 0071493719.

DUMITRU M. (2010): Researches on the alternative fuels which can be used to motors.. Journal Bulletin of University of Agricultural Sciences and Veterinary Medicine Cluj-Napoca. Agriculture. 67(1), 115-121 s. ISSN 1843-5246.

ERJAVEC J. (2009): Automotive technology a systems approach. 5. Clifton Park: Delmar. 1664 s. ISBN 978-1428311497.

FERENC B. (2004): Spalovací motory, karburátory a vstřikování paliva. 1. vyd. Praha: Vydavatelství a nakladačství Computer Press. 388s. ISBN 80-251-0207-6.

FROLÍK J., SVATOŠ J.,(1997): Základy zemědělské techniky II. Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích, 246 s. ISBN 80-7040-243-1.

GREČENKO A. (1963): Kolové a pásové traktory. SZN Praha, 402 s.

HOREJŠ K. a V. MOTEJL (2009): Příručka pro řidiče a opraváře. Littera Brno 386 s. ISBN 978-80-85763-52-2.

HROMÁDKO J. (2011): Spalovací motory: komplexní přehled problematiky pro všechny typy technických automobilních škol. Praha: Grada, 296 s. ISBN 978-80-247-3475-0.

HRUŠKA J. (2016): Nejsilnější v historii značky, Farmář, Profi Press Praha, ročník 22, číslo 3/2016, str. 80-81, ISSN 1210-9789.

JAN Z., ŽĎÁRSKÝ B. (2003): Automobily 4. 1. Vydání. Brno: Nakladatelství Avid, s.r.o., 266 s. ISBN 80-3752463-4.

JAN Z., ŽDÁNSKÝ B., KUBÁT J. (2008). Elektrotechnika motorových vozidel. Brno: AVID, 211 stran. ISBN 978-80-87143-14-8.

JAN Z., a B. ŽDÁNSKÝ (2010): Automobily 4: Příslušenství. 3. Brno: Avid. 313 s. ISBN 978-80-87143-16-2.

111

JAN Z., a B. ŽDÁNSKÝ (2012): Automobily 3: Motory. 7. Brno: Avid. 179 s. ISBN 978-80-87143-21-6.

JAVOREK F., (2014): Automobilová a traktorová doprava se doplňují. Mechanizace zemědělství, ročník LXIV, č. 6, 56 s., ISSN: 0341-0412.

JAVOREK F. (2015a): Komplexní pohled na technologii dopravy. Mechanizace zemědělství. ročník LXV., č.6, 120 s., ISSN: 0373-6776.

JAVOREK F. (2015b): Zemědělské nákladní automobily. Farmář, ročník XXI, č.12, 56 s, ISSN: 1210-9789.

JAVOREK F. (2016): Provedení čelních nakladačů, Farmář, Profi Press Praha, ročník 22, číslo 4/2016, str. 52-55, ISSN 1210-9789.

JÍLEK P. (2013): Úvod do spalovacích motorů. Pardubice: Univerzita Pardubice, skripta. 200 s. ISBN 978-80-7395-743-8.

LIBRA M. POULEK V. (2007): Zdroje a využití energie. V Praze: Česká zemědělská univerzita. 141 s. ISBN 9788021316478 LIBRA M., POULEK V. (2007): Zdroje a využití energie. V Praze: Česká zemědělská univerzita. 141 s. ISBN 9788021316478.

LUPOMĚCH F. (2007): Traktory Zetor unifikovaná řada I. Zemědělský týdeník, Praha. 392 str., ISBN 978-80-87002-03-2.

KOŠŤÁL J., SUK B. (1963): Pístové spalovací motory, Praha: Nakladatelství akademie věd.

MACEK J. (1996): Spalovací motory I. Praha: ČVUT Praha. 242 s. ISBN 80-01-00919-X.

MACEK J., SUK B. (2000). Spalovací motory I, Vydavatelství ČVUT, 244 s. ISBN 80-01-02085-1.

MOTEJL V., HOREJŠ K. (2004). Učebnice pro řidiče a opraváře automobilů. Brno: Littera, 610 s. ISBN 80-85763-24-9.

PAVELEK M. (2003): Termomechanika. Vyd. 3. přeprac., V Akademickém nakladatelství CERM 1. vyd. Brno: Akademické nakladatelství CERM. 286 s. ISBN 80-214-2409-5.

POHL R. (1997): Úvod do dopravní a manipulační techniky: Úvod a názvosloví. 1. Praha: Vydavatelství ČVUT, 140 s, ISBN 8001016961.

REIF K. (2010): Dieselmotor-Management im Überblick., 210 s. ISBN 978-3-8348-9716.

REMEK B. (2012): Automobil a spalovací motor: historický vývoj. Praha: Grada, 159 s. ISBN 978-80-247-3538-2.

STEHNO L. (2015): CTF – zkušenosti z domova i zahraničí. Mechanizace zemědělství. Profi Press Praha, ročník 65, číslo 8/2015, str. 86-88, ISSN 0373-6776.

SVATOŠ J., KARÁSEK J. (1992): Základy zemědělské techniky I. Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích, 190 s. ISBN 80-85645-03-3.

SVATOŠ J., FROLÍK J. (2000): Základy zemědělské techniky I. 1. vyd. České Budějovice: Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích, s. 102-117. ISBN 80-7040-464-7.

112

SYROVÝ O., BARTOLOMĚJEV A., GERNDTOVÁ I., HOLUBOVÁ V., KOVAŘÍČEK P., KUBÍN K., MAYER V., NOVÁK M., PASTOREK Z., PRAŽAN R., SKALICKÁ J. (2008): Doprava v zemědělství. 1. vyd., Nakladatelství Profi Press, Praha, 248 s. ISBN 978-80-86726-30-4.

ŠUMAN-HREBLAY M. (2011): Encyklopedie českých traktorů: od r. 1912 do současnosti. Vyd. 1. Brno: Computer Press. Autosalon (Computer Press), s 210. ISBN 978-80-251-2685-1.

VELEBIL M., MATĚJKA J., SAIDL M., CEMPÍREK B.; VERGRICHT J., SYROVÝ O., HOLUBOVÁ V., HŮLA J., FÉR J., SKALICKÝ J., BARTOLOMĚJEV A., ABRAHÁM Z. (2002): Zemědělská technika dnes a zítra,

Praha: Profi Press, s.:144, ISBN 80-902413-4-4

VLK F. (2002a): Elektronické systémy motorových vozidel. Díl 2, 1. vyd. Brno: František Vlk, nakladatelství a vydavatelství, 299-592s., ISBN 80-238-7282-6.

VLK F. (2002b): Příslušenství vozidlových motorů. Brno: Vlk. 338 s. ISBN 97880-238-8755-6.

VLK F. (2003a): Elektronické systémy motorových vozidel. Díl 1, 2. vyd. Brno: František Vlk, nakladatelství a vydavatelství, 298s., ISBN 80-239-0026-9.

VLK F. (2003b): Vozidlové spalovací motory. 1.vyd. Brno, nakladatelství a vydavatelství Prof. Ing. František Vlk, DrSc., s 117-141. ISBN 80-238-8756-4.

VLK F. (2005): Zkoušení a diagnostika motorových vozidel. Brno. ISBN 80-238-6573-0.

VLK F. (2006): Automobilová elektronika 3: Systémy řízení motoru a převodů. 3. Brno: František Vlk, 355 s. ISBN 80-239-7063-1.

WEBER F. (2016): Zemědělský kalendář, Účinnost a ekologie. ZK spol. s r. o. Brno, ročník 2016, str. 51-63, ISBN 978-80-904388-6-6