Výrobci automobilů jsou nuceni hledat další rezervy a potenciál pro zlepšení pístových spalovacích motorů s cílem dosažení co nejvyšší účinnosti, ačkoliv se možnosti spalovacích motorů limitně přibližují ke svému teoretickému maximu.
Jednou z oblastí vývoje, které věnují výrobci pístových spalovacích motorů velkou pozornost, jsou energetické ztráty, například mechanickým (třecím) ztráty vznikajícím při vzájemném pohybu dvou součástí motoru. Význam snižování mechanických ztrát se zvyšuje v souvislosti se stále se zpřísňující legislativou nejenom v EU, ale po celém světě. To nutí výrobce hledat stále nová řešení, jak tyto ztráty snížit, tím snížit spotřebu paliva i množství škodlivých emisí ve výfukových plynech a přiblížit se tak přísným limitům celkové produkce CO2. Je proto vítanou skutečností, že na liberecké fakultě strojní vyvinul tým katedry vozidel a motorů nový způsob měření mechanických ztrát spalovacího motoru. Liberecká fakulta strojní pak následně získala patent na „Způsob měření mechanických ztrát pístového motoru jeho protáčením a zařízení k provádění tohoto způsobu". Díky tomuto patentu je možné provádět měření mechanických ztrát PSM za téměř stejných podmínek, jak při reálném provozu, kdy probíhá spalování.
Třením se ztrácí až 25 procent vyprodukované mechanické energie motoru
Velikost třecích ztrát závisí na kvalitě povrchu třecích ploch součástek, na jejich měrném zatížení a vzájemné rychlosti a také na kvalitě mazání. Postupně se v průběhu minulých let dařilo třecí ztráty snižovat zlepšeným konstrukčním provedením dílů motoru, začaly se využívat nové materiály, kvalitnější mazací oleje a výrazně se díky novým technologiím, například povlakováním, se zvýšila kvalita povrchů součástek. „V současné době tvoří třecí ztráty - konkrétně tření pístů ve válci a tření v ložiskách motoru zhruba 20 až 25 procent z celkové mechanické energie, vyprodukované spalováním paliva ve válcích motoru. Největší podíl, cca 40 až 50 procent na třecích ztrátách v PSM mají ztráty třením pístové skupiny (pístu a pístních kroužků). Možnosti jejich dalšího snižování zajímají všechny motoráře," konstatuje profesor Beroun, který se měřením mechanických ztrát ve spalovacích motorech zabývá řadu let a stál před deseti lety i u zrodu zkušební stanice v laboratoři katedry vozidel a motorů na Fakultě strojní Technické univerzity v Liberci. Je také vedoucím týmu, který získal patent na nový způsob měření třecích ztrát v PSM.
Podstatou inovace je stlačený vzduch
Doposud se mechanické ztráty třením v PSM zjišťují tak, že motor se na speciálním zkušebním zařízení protáčí pomocí řízeného elektromotoru nebo dynamometru a měří se velikost hnacího momentu. Detailně se přitom proměřují i další parametry, podle kterých lze usuzovat na velikost třecích ztrát. Důležité jsou i teploty chladicí kapaliny a mazacího oleje v motoru. Při tomto způsobu měření ale nedochází ke spalování a ve válci jsou pak relativně nízké maximální tlaky ve válcích (zhruba 18 až 25 barů). Při skutečném provozu jsou ve válcích motoru při spalování paliva maximální tlaky více než trojnásobně vyšší. Měření třecích ztrát není proto při takovém protáčení PSM objektivní. „Asi před třemi lety nás napadla možnost zvýšit tlak přívodem určitého množství stlačeného vzduchu do válce v dolní úvrati (na počátku kompresního zdvihu) pomocí speciálního samočinného jednocestného ventilku tak, aby na konci komprese ve válci byly tlaky srovnatelné se spalovacími tlaky za běžného chodu motoru, to zhruba třikrát vyšší než při měření pouhým roztáčením. Motor byl pro takové měření ještě upraven vyřazením ventilového rozvodu tak, aby všechny ventily v hlavě válců byly trvale zavřené: tako úprava je sice zásadním zásahem do funkčního stavu motoru, z hlediska třecích ztrát na pístové skupině je však výhodou. Zpočátku se to zdálo jednoduché, ale ten samočinný ventilek nás dost potrápil," přibližuje nový způsob měření profesor Beroun.
(Celý článek naleznete v příštím vydání Technického týdeníku, který vychází 19. května.)