ÍDEOVÝ NÁVRH 6 VALCOVÉHO VZNETOVÉHO MOTORA PRE OSOBNÝ AUTOMOBIL VYŠŠEJ STREDNEJ TRIEDY

Transcription

1 SLOVENSKÁ TEHNKÁ UNVERZTA V BRATSLAVE Strojnícka fakulta ÍEOVÝ NÁVRH 6 VALOVÉHO VZNETOVÉHO MOTORA PRE OSOBNÝ AUTOMOBL VYŠŠEJ STRENEJ TREY iplomová práca Bc. Michal Belan SjF Bratislava, Jún 21

2 SLOVENSKÁ TEHNKÁ UNVERZTA V BRATSLAVE Strojnícka fakulta Ústav dopravnej techniky a konštruovania Ídeový návrh 6 valcového vznetového motora pre osobný automobil vyššej strednej triedy iplomová práca Študijný odbor: Motorové vozidlá, koľajové vozidlá, lode a lietadlá Študijný program: Automobily, lode a spaľovacie motory Vedúci diplomovej práce: iplomant: ng. Milan Kamenický Bc. Michal Belan SjF Bratislava, Jún 21 2

3 3

4 Čestné prehlásenie Vyhlasujem, že som záverečnú prácu vypracoval samostatne s použitím uvedenej literatúry. Bratislava, 11. júna Michal Belan 4

5 Ďakujem vedúcemu diplomovej práce, ng. Milanovi Kamenickému za odbornú pomoc pri vypracovaní diplomovej práce. Bratislava, 11. jún 21 Michal Belan 5

6 Názov práce: Ídeový návrh 6 valcového vznetového motora pre osobný automobil vyššej strednej triedy. Kľúčové slová: Motor, piest, ojnica, kľukový hriadeľ, návrh, preplňovanie, konštrukcia, hlava valcov, blok motora, sila, napätie, katalyzátor, výkon motora, krútiaci moment motora. Abstrakt: Motor sa používa na pohon rôznych strojov, stacionárnych ako aj mobilných. Práca sa zaoberá návrhom šesťvalcového vidlicového motora, ktorý poháňa automobil strednej vyššej triedy. Na základe údajov z analýzy už používaných motorov sa stanovia parametre a konštrukčné riešenie navrhovaného motora. Title: deological project of V-six diesel engine for upper middle size personal car. Keywords: Engine, piston, connecting rod, crankshaft, design, force induction, construction, cylinder head, engine block, force, stress, catalyst, engine power, engine torque. Abstract: Engine is used for many machines drive, stationary and mobile. Work is dealing with ideological V six cylinder diesel engine design, which will be used as drive unit in upper middle size personal car class. From used car engines analysis is projected parameters and construction solution of engine. 6

7 Obsah: Úvod Prehľad parametrov vznetových motorov používaných v automobiloch strednej vyššej triedy Návrh motora Preplňovanie vznetového motora Preplňovanie motora nezávislým preplňovaním Preplňovanie motora mechanickým preplňovaním Preplňovanie motora turbodúchadlom Preplňovanie motora kombinovaným preplňovaním Preplňovanie pomocou tlakového výmenníka omprex Vybraný spôsob preplňovania Tepelný výpočet motora Analýza síl v kľukovom mechanizme Konštrukcia motora Blok motora Hlava valcov Piestna skupina piest, piestne krúžky a piestny čap Ojnica Pevnostná kontrola ojnice Kľukový hriadeľ Rozvodové ústrojenstvo Ventily, hydraulické vymedzovanie ventilovej vôle a ventilové pružiny Vačkový hriadeľ s pohonom a vačka Vahadlá Sací systém a výfukový systém motora Sací systém motora

8 7.2 Výfukový systém motora Palivová sústava hladiaca sústava Mazacia sústava Záver... 6 Bibliografické odkazy Zoznam príloh

9 Úvod Motor je dnes neoddeliteľnou súčasťou každodenného života. Používa sa na pohon mnohých zariadení ako aj stojov stacionárnych či mobilných. Motor je základnou pohonnou jednotkou týchto strojov. Motor si predstavujeme tiež ako pohonnú jednotku v automobiloch, bez ktorého by sa auto nepohlo. V dnešnej dobe sú prísne požiadavky na návrh a výrobu motora. Z pohľadu zákazníka to je najmä hľadisko hospodárnosti, hlučnosti, dosahovaného výkonu, spoľahlivosti a ceny. Z pohľadu výrobcov je to najmä presnosť výroby, spoľahlivá funkčnosť jednotlivých dielov a uspokojenie potreby zákazníka. A nakoniec z pohľadu legislatívy sú prísne požiadavky na dodržanie emisných noriem a hluku. Práca je zameraná na návrh jednotlivých častí motora. Ná úvod je spravená analýza používaných motorov. Ďalej sa v práci rozoberá sací, výfukový systém, palivová, mazaciu a chladiacu sústavu a preplňovanie motora. 9

10 1 Prehľad parametrov vznetových motorov používaných v automobiloch strednej vyššej triedy V úvode práce bolo potrebné spraviť prehľad parametrov používaných motorov. Tento prehľad je potrebný pre určenie výkonových údajov motorov v danej triede automobilov a na základe toho určiť vstupy pre výpočet parametrov navrhovaného motora. Bolo potrebné sa zamerať na parametre daného motora z hľadiska výkonového, ekologického a z hľadiska spotreby. Podľa zadania sa spravila analýza motorov strednej vyššej a to šesť valcových s vyšším zdvihovým objemom. Za základné údaje analýzy boli určené: typ motora vidlicový a radový šesť valec a rozsah zdvihového objemu motora od 25 cm 3 až po 3 cm3. Motory, ktoré spĺňajú zadané požiadavky parametrov sú: Audi A5 2.7 T, Audi A4 3. T, BMW 33d, BMW 53d, itroen H, hrysler 3 R, Jaguar XF 3. V6, Mercedez-Benz E 35 BlueTE, Mercedez-Benz E 28, Peugeot 47 oupe 3. H, Peugeot H, Renault Velsatis 3., Renault Laguna oupe 3. V6. V nasledujúcich grafoch sú vynesené a porovnané výsledne hodnoty parametrov motorov z viacerých hľadísk: maximálny výkon motora, maximálny 1

11 krútiaci moment motora, zdvihový objem motora, spotreba, emisie O2, a litrový výkon. Na grafe 1.1. je porovnanie analyzovaných motorov z hľadiska maximálneho výkonu motora Au di A5 2. Au 7 T di A4 3. T BM W 33 d BM i W tro 53 en d 6 h ry 2. sl 7 er H M 3 er J ce ag de ua zrx R Be F nz 3. M E er V6 35 ce de Bl Pe zue Be ug TE nz eo t4 E 28 7 o up Pe e ug 3. eo Re Re H t6 na na ul ul 7 tl tv 2. 7 ag el H sa un t a is o 3. up e 3. V6 Maximálny výkon motora [kw] 21 Graf č. 1.1 Maximálny výkon motora 11

12 Re 12 Graf č. 1.3 Zdvihový objem motora ul t L ag un a e3. V H up el s at is 2. H 45 o ul t V na e Re ot 6 o up E et E 2987 ge 7 en z Bl u 4 Pe u ot 4 z-b V ge de er ce E XF 2993 zbe nz 5 M de R 2698 gu ar 45 Ja H 6 Pe u er ce 7 5 r ud T ia 4 3. T B M W 33 d B M W itr oe 53 n d hr 6 2. ys 7 le H M r3 er Ja ce gu de a zrx R B F en 3. M z E er V ce 35 6 de P B zeu lu B e ge en TE ot z E ou P p eu e ge 3. R R ot en en H 6 au au 7 lt lt 2. La Ve 7 gu ls H at na is 3 ou. pe 3. V 6 A ud ia 5 52 na M sle d 2993 ry W d A 55 h en BM 33 T T W Maximálny krútiaci moment motora [Nm] 4 BM ia 4 ia 5 Zdvyhový objem motora [cm3] 45 i tr o Au d Au d Na grafe 1.2 je porovnanie analyzovaných motorov z hľadiska maximálneho krútiaceho motora Na grafe 1.3 je porovnanie analyzovaných motorov z hľadiska zdvihového Graf č. 1.2 Maximálny krútiaci moment motora objemu motora

13 A ud ia 5 2 A.7 ud T ia 4 3. T B M W 3 3 B d M W itr oe 5 3 n d h 6 ry 2 sl.7 er H M 3 er Ja ce gu de a zrx R B F en 3. M z E er V ce 35 6 de P B z eu lu -B e ge en TE ot z E ou P p eu e ge 3. R R ot e e H na na 6 ul ul 7 t t 2. La V 7 e gu ls H at na is 3 ou. pe 3. V 6 Emisie O2 [g/km] A ud ia 5 2 A.7 ud T ia 4 3. T B M W 3 3 B d M W itr oe 5 3 n d 6 h ry 2.7 sl er H M 3 er Ja ce gu de a zrx R B F en 3. z M E er V 35 ce 6 de B P zlu eu B e en ge TE z ot E ou P p eu e 3. ge R R ot H e e 6 na na ul ul 7 t t 2. La V 7 e gu H ls at na is 3. ou pe 3. V Spotreba paliva [l/1km] Na grafe 1.4 je porovnanie analyzovaných motorov z hľadiska spotreby paliva motora Graf č. 1.5 Emisie O Graf č. 1.4 Spotreba paliva Na grafe 1.5 je porovnanie analyzovaných motorov z hľadiska produkcie emisii O2 motorom

14 Au di A5 2. Au 7 T di A4 3. T BM W 33 d BM i W tro 53 en d h 6 ry 2 sl.7 er H M 3 er Ja ce gu de a zrx R Be F n 3. M z E er V ce 35 6 de Pe B zlu B ug e en TE eo z t4 E 7 28 o up Pe e ug 3 eo. Re Re t6 H na na 7 ul u lt tl 2. V 7 ag el H sa un tis a 3 ou. pe 3. V 6 Litrový výkon [kw/l] Na grafe 1.6 je porovnanie analyzovaných motorov z hľadiska litrového výkonu motora Graf č. 1.6 Litrový výkon

15 2 Návrh motora Z parametrov motorov, ktorých parametre boli porovnané v predchádzajúcej kapitole je navrhnuté základné konštrukčné riešenie motora a jeho častí. deový návrh motora: šesť valcový, vidlicový s uhlom rozovretia valcov 6o, štvortaktný. Príprava zmesi bude vnútorná s priamym vstrekom do valca, pričom bude použitý systém vstrekovania ommon rail s piezoelektrickými vstrekovačmi. Kompresný pomer bude 16:1. Na jeden valec budú štyri ventily, čiže rozvod typu OH, vačkové hriadele budú poháňané od motora reťazovým prevodom. Kľukový hriadeľ bude uložený za každým zalomením. Motor bude preplňovaný pomocou turbodúchadla. Turbodúchadlo bude regulované pomocou obtoku turbíny. 15

16 3 Preplňovanie vznetového motora Vo všeobecnosti sa dá vznetový motor preplňovať motor viacerými spôsobmi. Môžu to byť tieto možnosti: 1. preplňovanie motora nezávislým preplňovaním, 2. preplňovanie motora mechanickým preplňovaním, 3. preplňovanie motora turbodúchadlom, 4. preplňovanie motora kombinovaným preplňovaním. 5. preplňovanie motora pomocou tlakového výmenníka omprex. 3.1 Preplňovanie motora nezávislým preplňovaním U tohto spôsobu preplňovania je pohon dúchadlá zabezpečený pomocou elektromotora. úchadlo stláča vzduch, ktorý ide následne do motora a výfukovým potrubím von z motora. Tento spôsob preplňovania sa používal v minulosti v elektrocentrálach alebo pri štarte lodných motorov. Schéma preplňovania je na obrázku 3.1. Obr. 3.1 Preplňovanie motora nezávislým preplňovaním N nasávanie vzduchu, dúchadlo, EM elektromotor, V výfuk, M spaľovací motor. 16

17 3.2 Preplňovanie motora mechanickým preplňovaním Pohon dúchadla je zabezpečený prevodom od kľukového hriadeľa motora. Nasatý vzduch je ďalej hnaný potrubiami do valcov motora a potom výfukovými potrubiami preč z motora. Nevýhodou tohto spôsobu preplňovania je, že časť výkonu motora sa odberá na pohon dúchadla. Ten je zmenšený ešte o mechanickú účinnosť prevodu. Výhodou je, že dúchadlo ma rýchlu odozvu na zmenu zaťaženia motora pri akcelerácií. nes sa používa pre dvojdobé motory. Schéma preplňovanie je na obrázku 3.2. Obr. 3.2 Preplňovanie motora mechanickým preplňovaním N nasávanie vzduchu, dúchadlo, P prevody, V výfuk, M motor. 17

18 3.3 Preplňovanie motora turbodúchadlom Najčastejší spôsob, ktorý sa dnes používa na preplňovanie vznetových motorov v automobiloch je preplňovanie pomocou turbodúchadla. Pohon dúchadla je zabezpečený turbínou, ktorá využíva energiu výfukových plynov, ktoré idú z motora. Výhodou tohto spôsobu preplňovania je fakt, že výfukové plyny neodvádzame nevyužité len tak ovzdušia, ale najskôr využijeme ich energiu na pohon turbíny. Takto sa zvýši celková účinnosť obehu. Nevýhodou je, že turbodúchadlo má pomalšiu odozvu na zmenu zaťaženia motora pri akcelerácií. Schéma turbodúchadla je na obrázku 3.3. Obr. 3.3 Preplňovanie motora turbodúchadlom N nasávanie vzduchu, dúchadlo, M motor, T turbína, T turbodúchadlo, V výfuk. 3.4 Preplňovanie motora kombinovaným preplňovaním Turbína poháňa prvé dúchadlo, z ktorého čiastočne stlačený vzduch putuje do druhého dúchadla. Stlačený vzduch pred druhým dúchadlom sa chladí medzichladičom plniaceho vzduchu. ruhé dúchadlo ma väzbu s kľukovým hriadeľom motora cez prevody. Čiže sa tu jedná o spojenie turbodúchadla 18

19 a mechanického preplňovania. Týmto spôsobom zapojenia sa odstránia nevýhody predchádzajúcich prípadov. úchadlo, ktoré je mechanicky poháňané sa využije pri nízkych otáčkach motora na stlačenie vzduchu. Pri vyšších otáčkach zas pracuje turbodúchadlo a mechanicky poháňané dúchadlo sa odpojí od motora. Schéma zapojenia takéhoto preplňovania je na obrázku 3.4. Obr. 3.4 Preplňovanie motora kombinovaným preplňovaním N nasávanie vzduchu, 1 prvé dúchadlo, 2 druhé dúchalo, M motor, T turbína, H medzichladič nasávaného vzduchu, P prevody, T turbína, T turbodúchadlo, V výfuk. 3.5 Preplňovanie pomocou tlakového výmenníka omprex ný spôsob preplňovania je pomocou tlakového výmenníka. Ten odovzdáva energiu výfukových plynov priamo plniacemu vzduchu. Princíp práce spočíva v jave nestacionárneho prúdenia keď postupujúca vlna sa od otvoreného konca potrubia odráža ako podtlaková a pri zatvorenom konci ako pretlaková. Rotor 19

20 kompresoru pozostáva z lichobežných kanálikov, ktoré sú na konci otvorené. Je poháňaný klinovým remeňom prevodom od motora. Energia na stlačenie plniaceho vzduchu sa priamo odoberá z tlakovej a kinetickej energie výfukových plynov. Kompresia a expanzia, ktorá prebieha v kanálikoch je vyvolaná pôsobením pretlakových a podtlakových vĺn, ktoré vznikajú v miestach vyústení prívodných a odvodných kanálikov pre vzduch a výfukové plyny. Obr. 3.5 Tlakový výmenník komprex [2] 3.6 Vybraný spôsob preplňovania Po zvážení poznatkov o preplňovaní s ohľadom na to, že sa preplňuje vznetový vozidlový motor, sa za návrh preplňovania zvolilo preplňovanie pomocou turbodúchadla. Turbodúchadlo bude regulované obtokom turbíny. Funkčná schéma je znázornená na obrázku 3.6. Princíp činnosti je založený na tom, že sa predchádza prekročeniu maximálnych otáčok motora pri plnom zaťažení, tým že sa otvorí prepúšťací ventil a nadbytočné množstvo výfukových plynov ide obtokom do výfukového potrubia. Tým sa zmenší množstvo dodaných výfukových plynov na lopatky turbíny a znížia sa otáčky turbíny a tým pádom sa redukujú otáčky dúchadla, čo spôsobí, že sa nasaje do motora menšie množstvo vzduchu a preto sa tam 2

21 vstrekne menšie množstvo paliva, čo spôsobí, že motor nebude mať výkon aby prekročil maximálne otáčky. Pri čiastočných zaťaženiach nám obtok turbíny slúži na to, aby sme nedosahovali zbytočne veľký výkon, ktorý pri čiastočnom zaťažení nepotrebujeme. Obr. 3.6 Schéma regulácie turbodúchadla obtokom turbíny [2] 1 sacie potrubie, 5 prepúšťací ventil, 2 dúchadlo, 6 pružina ovládajúca ventil, 3 motor, 7 obtok turbíny, 4 turbína, 8 výfukové potrubie. 21

22 4 Tepelný výpočet motora Tepelný výpočet sa realizoval pomocou programu Lotus, kde bolo potrebné zadať počiatočne údaje. Samotný návrh parametrov sa robil pomocou Engine concept tool, kde bolo potrebné zadať tieto parametre: - počet valcov: 6, - zdvihový objem motora: 2993 cm3, - otáčky pri maximálnom výkone motora: 5min-1. Zvyšné údaje boli prednastavené programom. Z týchto údajov program vytvoril prvotný výpočet všetkých parametrov motora. Niektoré sa museli ďalej korigovať pre dosiahnutie požadovaných parametrov motora podľa schémy, ktorá je na obrázku 4.1. Obr. 4.1 Výpočtová schéma motora v programe Lotus 22

23 Otáčková charakteristika motora, ktorá je jednym z výstupov výpočtu programu je na obrázku 4.2, kde je uvedená závislosť krútiaceho momentu motora (modrou), výkonu motora (hnedou), mernej spotreby (červenou) a stredného efektívneho tlaku (zelenou) od otáčok motora. Obr. 4.2 Otáčková charakteristika navrhovaného motora Ostatné vypočítane parametre motora programom: Vŕtanie, zdvih: 84 mm, 9 mm, Stredná piestová rýchlosť: 12 m/s, Priemer sacích ventilov a priemer výfukových ventilov: 3 mm a 25,1 mm, Zdvih sacích ventilov a zdvih výfukových ventilov: 9,625 mm a 9,625 mm, ĺžka ojnice: 135 mm, Maximálny výkon motora: 196,4 kw pri 52 ot/min, Maximálny krútiaci moment motora: 417,8 Nm pri 42 ot/min, Stredný efektívny tlak: 16,8 MPa. 23

24 5 Analýza síl v kľukovom mechanizme Z tepelného výpočtu v programe Lotus sa získal rozvinutý indikátorový diagram, ktorý je vidieť na obrázku 5.1. Rozvinutý indikátorový diagram 12 1 p [MPa] α [ ] Obr. 5.1 Rozvinutý indikátorový diagram Bolo potrebné vypočítať priebeh sily od pôsobenia tlaku plynov na piest. Táto sila sa vypočíta ako súčin plochy dna piesta a veľkosti tlaku plynov na piest. Príklad výpočtu: Zadané hodnoty: - vŕtanie = 84mm, - tlak plynov na piest pp =,3 MPa. Sila od tlaku plynov na piest: FPp = π. 2 π.84 2.p p =.,3 = 1662,531N

25 Priebeh sily od tlaku plynov na piest je znázornený na obrázku 5.2. Sila od tlaku plynov na piest 7 6 Fpp [N] α [ ] Obr. 5.2 Priebeh sily od tlaku plynov na piest Potom sa počítala zotrvačná sila od posuvných hmôt motora t.j. od hmoty piesta, piestneho čapu a ojnice. o samotného výpočtu sa berie iba 1/3 hmotnosti ojnice, pretože 2/3 sa berú ako rotačná hmota ojnice. Príklad výpočtu: Zadané hodnoty: - hmotnosť piesta: mp =,57 kg, - hmotnosť piestneho čapu: mpč =,229 kg, - hmotnosť ojnice: moj =,735 kg, - otáčky motora: n = 42 o/min = 7 o/s, - polovica zdvihu: r = 45 mm. Vypočítané hodnoty: uhlová rýchlosť motora: ω = 2. π.n = 2. π.7 = 439,82ot/s hmotnosť posuvných častí motora: mp = 1/3moj+mp+mpč mp = 1/3.,735+,57+,229 = 1,44 kg 25

26 sila od posuvných hmôt motora: Fsp = m p.r.ω 2.(cos α + λ. cos 2α ) Fsp = 1.44.,45.439,82 2.(cos +,333. cos 2.) Fsp = 12114,32 N Priebeh sily od posuvných hmôt je znázornený na obrázku 5.3. Priebeh sily od posuvných hmôt α [ ] Obr. 5.3 Priebeh sily od posuvných hmôt Fsp [N]

27 Ďalej sa spravil súčet síl od tlaku plynov na piest a posuvných hmôt. Fp = Fpp + Fsp. Priebeh súčtu síl od tlaku plynov na piest a posuvných hmôt je na obrázku 5.4. Priebeh súčtu síl od tlakv plynov na piest a posuvných hmôt Fp [N] α [ ] Obr. 5.4 Priebeh síl od tlaku plynov na piest a posuvných hmôt Sila plynov na piest Fp ďalej prenáša svoj účinok z piestu pomocou piestneho čapu na ojnicu, kde sa delí na silu F o, ktorá pôsobí v osi ojnice a na silu Fn, ktorá pôsobí kolmo na pohyb piesta. Sila F o sa dá ďalej rozložiť na silu Ft a Fr. Ft je tangenciálna zložka sily Fo ku pohybu ojničného čapu a pôsobí na tangente t. Fr je normálová zložka sily Fo, ktorá je kolmá na smer pohybu ojničného čapu a je tiež kolmá na silu Ft a pôsobí na normálne n. Silový obrazec rozkladu sily F p je vidieť na obrázku

28 Obr. 5.5 Silový obrazec rozkladu sily Fp Priebeh síl Ft a Fr je potrebné určiť. Uvediem príklad výpočtu tangenciálnej sily Ft, keď sa kľukový hriadeľ pootočí o 1 : Zadané hodnoty: - sila Fp = -932,5 - uhol pootočenia kľukového hriadeľa α = 1 - ojničný pomer λ =,333 Výpočet: Ft = Fp.(sin α + λ.sin 2α) 2 Ft = -932,5.(sin sin 2.1) 2 Ft = -2149,79 N Výsledný priebeh sily Ft je znázornený na obrázku

29 Priebeh tangenciálnej sily Ft 25 2 Ft [N] α [ ] Obr. 5.6 Priebeh tangenciálnej sily Ďalej sa počíta sila normálová sila Fn. Príklad je uvedený pre pootočenie kľukového hriadeľa o 1 : Zadané hodnoty: - sila Fp = -932,5 - uhol pootočenia kľukového hriadeľa α = 1 - ojničný pomer λ =,333 Výpočet: Fn = Fp.(sin α λ.sin2α) Fn = -932,5.(sin 1,333.sin21) Fn = -985,2 N Priebeh normálovej sily Fn je vidieť na obrázku

30 Priebeh normálovej sily Fn α[ ] Obr. 5.7 Priebeh normálovej sily Fn [N] 3

31 6 Konštrukcia motora 6.1 Blok motora Blok motora je navrhovaný aby na výrobu odlievaním z legovanej liatiny. Vďaka vysokému obsahu grafitu má liatina veľmi dobré klzné vlastnosti a dostatočnú odolnosť voči opotrebeniu. Liatina je veľmi dobrá aj na tlmenie vibrácií oproti hliníkovým zliatinám a to až 1 násobne. Liatinový blok je odliaty s valcami z jedného kusu. Tento spôsob konštrukcie je tuhý a pevný čo priaznivo vplýva na životnosť motora. Takto konštruovaný blok znáša lepšie preťaženie v prevádzke z rázov. Jeho celková vyššia pevnosť vytvára výkonovú rezervu a blok sa menej deformuje. Po odlievaní sa do bloku motora vytvoria mazacie kanáliky a závity pre skrutky. Blok motora je z jedného kusu spolu s kľukovou skriňou. Blok je navrhnutý tak, že je delený pod rovinou kľukového hriadeľa kvôli väčšej tuhosti. Kľukový hriadeľ bude upevnený pomocou vek klzných ložísk skrutkami v kľukovej skrini. Ako zásobník oleja alebo olejová vaňa slúži spodné veko motora. Vyrobí sa lisovaním z plechu alebo sa odleje z hliníkovej zliatiny spolu s chladiacimi rebrami. V najnižšom mieste veka bude umiestnená skrutka na vypúšťanie oleja. 31

32 6.2 Hlava valcov Navrhovaná hlava valcov sa vyrobený odievaním zo zliatiny hliníka pretože hliník je ľahký a lepšie odvádza teplo. Preto teplota hliníkovej hlavy je nižšia. U vznetových motorov s priamym vstrekom paliva je spaľovací priestor tvarovaný pomocou dna piesta a preto hlava valcov je v podstate rovná plocha, kde sú len zvislé umiestnené ventily a vstrekovacia tryska. V hlave budú umiestnené sacie a výfukové kanály. K bloku motora bude pripevnená skrutkami. V hlave sú navrhnuté na jeden valec dva sacie a dva výfukové kanály. Sacie kanály musia zabezpečiť dobré naplnenie valca vzduchom. Kanály budú mať kruhový tvar, ventily majú kruhové taniere. Tvar sacieho kanálu bude čiastočne skrutkovitý, tak aby uviedol vzduch čiastočne do rotačného pohybu okolo zvislej osi valca. Taktiež sa kanál k ústiu do valca bude zužovať. Výfukové kanály budú tiež kruhové. Budú v hlave valcov čo najkratšie aby neohrievali chladiacu kvapalinu. Sedlá a vedenia ventilov budú pri hliníkovej hlave vyrobené z kvalitných legovaných materiálov. Sedlá sú značne tepelne namáhané a preto budú vyrobené z tepelne odolných materiálov a musí sa zabezpečiť veľmi obrý odvod tepla zo sedla cez hlavu. Stykové plochy sú navrhnuté aby boli brúsené a tvarovo upravené tak, aby sa pri rozdielnej tepelnej rozťažnosti nedeformovali. Sedlá budú lisované s veľkým presahom, sedlo sa podchladí a hlava sa ohreje a sedlo sa nalisuje do správnej polohy. Vedenia ventilov budú nalisované v hlave valcov. Budú vyrobené a liatiny, ktorá je legovaná chrómom, aby boli vedenia odolné voči zadretiu, korózií. Tento materiál má dobré klzné vlastnosti a dobré odvádza teplo. Hlava valcov je nedelená pretože je navrhované kvapalinové chladenie hlavy. Takýmto spôsobom sa zlepší tesnenie hlavy pred prípadným únikom chladiacej kvapaliny. hladiaca kvapalina má zabezpečiť dobré chladenie kritických miest. 32

33 Sú to sedlá výfukových ventilov, okolie žeraviacej sviečky, vstrekovača a mostík medzi kanálmi výfukových ventilov. hladiace priestory nesmú mat žiadne slepé kúty, kde by kvapalina neprúdila a tak vznikla možnosť vytvárania bubliniek obmedzujúcich prúdenie chladiacej kvapaliny, spôsobovanie kavitácie a tvorenie vodného kameňa, ktorý by zhoršoval prestup tepla. 33

34 6.3 Piestna skupina - piest, piestne krúžky a piestny čap Piest slúži k prenosu tlaku spaľovania a tesní spaľovací priestor proti prietokom plynov a proti vnikaniu oleja pri všetkých prevádzkových podmienkach. Tesniacej funkcii napomáhajú piestne krúžky, ktoré tiež zabezpečujú minimálny prienik oleja do spaľovacieho priestoru. Piest pracuje za značného tepelného a mechanického namáhania pri nedostatočnom mazaní. Funkciou piesta je tiež odvod tepla, ktoré získa spaľovaním. Toto teplo ide do piestu cez dno piesta a plášť piesta zabezpečuje odvod tepla do stien valca, kde sa odovzdáva chladiacej kvapaline. Materiál piestu má mať veľkú tepelnú vodivosť, preto bude vyrobený z hliníkovej zliatiny. Hliníková zliatina bude legovaná kremíkom s obsahom nad 13%, maximálne do 18%. Zliatina s obsahom kremíka má dobré klzné vlastnosti, má vysokú pevnosť a tiež má malú tepelnú rozťažnosť. Piest je navrhnutý aby bol vyrobený zápustkovým kovaním. Tepelné zaťaženie piestu veľmi ovplyvňuje veľkosť jeho celkového rozťahovania. Piest by mal mať čo najmenšiu vôľu vo valci avšak veľká tepelná rozťažnosť hliníkových zliatin nepriaznivo ovplyvňuje dodržanie optimálnych rozmerov piestu. Preto nie je tvar piestu za studena presne valcový, ale oválny a kužeľový a po zahriati na prevádzkovú teplotu sa všetko vyrovná a piest ma optimálny valcový tvar. Teplota piestu sa mení v prevádzke až o 12 a aj vôľa piestu sa v tomto pomere mení. Aby sa rozťahovaniu piestu obmedzilo, je potrebné vykonať určité technické opatrenia. A to pomocou dilatačnej vložky, ktorá je vyrobená zo zliatiny železo nikel kobalt (Fe Ni o). Z týchto zliatin sa tiež vyrábajú mostíky pre uloženie piestnych krúžkov. Vložka má menšiu tepelnú rozťažnosť a väčšiu pevnosť ako hliníková zliatina. Znemožňuje rozťahovanie materiálu piestu v širokom rozsahu teplôt. Síce sa zvýši vnútorné pnutie v pieste, ale nie natoľko, aby viedlo k jeho poruchám. Nevýhodou je zvýšenie hmotnosti piestu oproti celohliníkovej konštrukcii. 34

35 Piest je zaťažený: - silami od tlakov plynu, - zotrvačnými silami od vratného pohybu piesta, - silami od kľukového mechanizmu, ktoré na piest pôsobia zboku, - tepelne od vysokých teplôt spôsobených spaľovaním v spaľovacom priestore motora. Pretože piest má vratný pohyb z dolnej úvrate do hornej a naspäť, tak je cyklicky namáhaný čo spôsobuje, že dochádza k únavovému namáhaniu piesta. Piestne krúžky sú tri. Prvé dva krúžky tesnia piest vo valci proti prenikaniu výfukových plynov do kľukovej skrine a tiež zabraňujú prenikaniu oleja do spaľovacieho priestoru. Tretí krúžok stiera prebytočný olej zo stien valca. Úlohou prvého piestneho krúžku okrem tesnenia piesta je aj odvod tepla z dna piesta do sien valca. Prvý krúžok je najviac namáhaný zo všetkých. Krúžky odvádzajú väčšinu tepla z piesta, zostatok sa odvádza plášťom piesta a obstrekom spodnej časti piesta olejom. Na to slúži tryska, ktorá vháňa olej na chladenie na dno piesta. Prvý piestny krúžok navrhovaný aby bol vyrobený z liatiny. Na zvýšenie životnosti sa nanesie vrstva molybdénu alebo tvrdochrómu na styčnú plochu krúžku a steny valca. Piestny krúžok bude osadený v nosiči. Hrúbka krúžku je 2 mm. ruhý piestny krúžok bude mať hrúbku 2mm. Tretí piestny krúžok bude stierací. Jeho funkcia bude stierať prebytočný olej zo stien valca a udržiavať optimálnu mazaciu vrstvu oleja. Krúžok odvádza veľké množstvo oleja, preto je jeho konštrukcia odlišná od predošlých dvoch. Hrúbka je 4 mm. Medzi stenou drážky a krúžkom bude umiestnená valcová pružina, kvôli tomu, aby sa dosiahol čo najlepší prítlak. Po obvode budú diery, ktoré budú zabezpečovať odvod oleja zo steny valca cez piest až na piestny čap, ktorý mažú. 35

36 Piestny čap bude vyrobený z ocele. Je to v podstate dutý valec, ktorý bude smerom ku koncu čapu kužeľovito rozšírený kvôli odľahčeniu. Piestny čap bude brúsený a kalený. Jeho povrch je navrhovaný aby bol nitridovaný do hĺbky 1,5 mm pre zvýšenie únavovej pevnosti. Funkcia piestneho čapu je prenášať sily z piestu ďalej do ojnice. Piestny čap vykonáva kývavý pohyb. Bude uložený plávajúco. Proti vypadnutiu sa čap poistí pružnými krúžkami v drážkach piestu. Vôľa medzi krúžkom a čapom bude,5 mm. Obr Piest, piestny čap a piestne krúžky 1 piest, 2 nosič prvého piestneho krúžku, 3 prvý piestny krúžok, 4 druhý piestny krúžok, 5 tretí piestny krúžok, 6 poistný krúžok, 7 piestny čap, 8 vložka piestu. 36

37 6.4 Ojnica Ojnica slúži ako spojenie medzi piestom na kľukovým hriadeľom. Jej dĺžka bude 135 mm. Prenáša silu od tlaku plynov na dno piesta na kľukový hriadeľ. Koná zložený kývavý a posuvný pohyb, pri ktorom je namáhaná ťahovými, tlakovými a odstredivými silami. Oko ojnice bude nedelené. V ňom bude nalisované bronzové puzdro pre uloženie piestneho čapu a bude mať obdĺžnikový tvar. Priečny profil drieku ojnice je navrhovaný aby mal tvar písmena. Tento profil je najvhodnejší voči namáhaniu na vzper, tlak a ťah, čiže jeho použitie je najvhodnejšie z pevnostného hľadiska. Stojina bude umiestnená v osy valca. Prechod medzi okom a driekom a hlavou ojnice a driekom bude zaoblený kvôli namáhaniu ojnice. Hlava ojnice bude delená v rovine kolmej na pozdĺžnu os ojnice. Ojnica bude vyrobená spolu s vekom, na ktorom bude vyznačené miesto lomu vrubom. Po opracovaní sa veko odlomí v tomto mieste. Takto vyrobenú ojnicu si nemožno zameniť Obr. č Ojnica s inou, pretože každá ojnica má svoj špecificky vyzerajúci lom. Ojničné skrutky sú dynamicky namáhané premenlivými silami. Zaťaženie je vyvolané zotrvačnými silami od posuvných hmôt piestu, piestneho čapu a posuvnej časti ojnice a silami od rotačných hmôt, čo je hmota zvyšnej časti ojnice. Medzera medzi dierou pre skrutky a panvičkou bude 1 mm. Blízke umiestnenie skrutiek obmedzuje roztváranie styčnej plochy v deliacej rovine, ktorá vedie k deformácii paniev a ich zadieraniu. 37

38 6.4.1 Pevnostná kontrola ojnice Navrhovaný materiál pre ojnicu je oceľ STN 15 26, ktorý má tieto vlastnosti: - medza pevnosti: Rm = 11 MPa = σpt - medza klzu Re = 9 MPa = σkt Súčiniteľ bezpečnosti sa volí: s = 3 takže dovolené napätie bude: σ dov σ dov Re 9 = s 3 = 3 MPa = Zadané hodnoty: - dĺžka ojnice: loj = 135mm - polovica zdvihu: r = 45mm - ojničný pomer: λ = r 45 = =.33 l oj maximálna uhlová rýchlosť: ω = 439,82s-1 -najväčšia hodnota sily od tlakov plynov na piest: Fpp=5138,46N - hmotnosť posuvných hmôt (zarátane sú hmotnosť piesta, hmotnosť piestneho čapu a hmotnosť posuvnej časti ojnice): mp = 1,44kg Kontrola oka ojnice na ťah a tlak: Oko ojnice je zaťažené silou FspHU, čiže zotrvačnou silou od posuvných častí mechanizmu. Táto sila namáha oko na ťah. Oko je tiež namáhané silou F pp, čiže silou od tlakov plynov na piest v dobe expanzného 38

39 zdvihu. Najskôr je potrebné vypočítať prierez oka ojnice v rovine kolmej na os ojnice. b = 24mm s = 16mm S = 2.b. s = b.s = = 384 mm Kontrola oka ojnice na ťah: Zaťažujúca sila Fsp: Fsp = -mp.r.ω2.(1+λ) Fsp = -1,44.,45.439,822.( 1+λ) Fsp = ,15 N Ťahové napätie σ ta σ ta FspHU 12117,15 S 384 = 31,45MPa = = σta σdov 31,56 MPa 3 MPa Podmienka, že ťahové napätie je menšie ako dovolené platí, takže oko ojnice vyhovuje z hľadiska ťahového napätia. 2. Kontrola oka ojnice na tlak: Zaťažujúca sila Ftl Ftl = FppHU + FspHU = 51338, ,15 Ftl = 39421,31 N 39

40 Tlakové napätie σ σ σ tl Ftl 39421,31 = S 384 = 12,64 MPa tl σ tl = dov 12,66 MPa 3MPa Podmienka vyhovuje, takže oko ojnice vyhovuje z hľadiska tlakového napätia. Kontrola drieku ojnice na ťah, tlak, vzper a ohyb: Rozmery prierezu, v ktorom sa robí výpočet b2 = 2,46mm B = 2mm h = 16,21mm bx = 6mm l = 8,115mm 1. Kontrola drieku ojnice na ťah: Výpočet plochy prierezu: S = 2.b2.B+bx.h = 2.2, ,21 S = 195,66 mm2 Výpočet momentu zotrvačnosti k osi x: B.H 3 b.h , ,213 = J x = 1642,77 mm Jx = Zaťažujúca sila je sila od posuvných hmôt, sila FspHU. 4

41 Ťahové napätie: FspHU σ ta σ ta 21117,15 S 195,66 = 61,93MPa σ ta σ = = dov 61,93MPa 3MPa Podmienka vyhovuje, takže driek ojnice vyhovuje ťahovému napätiu. 2. Kontrola ojnice na tlak: Zaťažujúca sila je sila tlaková Ftl. Tlakové napätie: σ tl σ tl Ftl 39421,31 = S 195,66 = 21,45MPa σ tl σ = dov 21,48MPa 3MPa Podmienka vyhovuje, takže driek ojnice vyhovuje tlakovému napätiu. 3. Kontrola drieku ojnice na vsper: ĺžka drieku ojnice: ld = 74mm. Výpočet polomeru zotrvačnosti prierezu: i= Jx = S 1462,77 195,66 i = 14,19 41

42 Aby nedošlo k vzperu tak musí platiť podmienka: ld 6 i ,19 5,21 6 Podmienka platí a z toho vyplýva, že k vzperu drieku ojnice nedôjde. 4. Kontrola drieku ojnice na ohyb a tlak Výpočet maximálneho zaťaženia: q = r.ω 2.S.ρ q =,45.439, , Výpočet sily F: F = q. l j = 1337,27. 2 F = 92,49 N,135 2 Výpočet ohybového momentu: M o max M o max q.l j ,27.,135 2 = = ,6 = 15,62 Nm Výpočet modulu prierezu: Wo = J x 1642,77 = l 8,115 Wo = 1311,49m 3 Ohybové napätie: M o max σ = σ = 11,91MPa Wo = 15, ,

43 riek ojnice sa kontroluje na tlak, keď uhol kľuky zviera s osou ojnice pravý uhol. Z toho sa dá určiť kosínus uhla β: cosβ =,95. Hodnota sily od tlakov plynov pri 9o: Fpp = 118,35 N Tlakové napätie: σ tl σ tl = F pp = cos β.s = 5,96 MPa 118,35,95.195, elkové napätie: σ p = σ σ p = 17,87 MPa σ p σ +σ tl = 11,91 + 5,96 dov 17,87 MPa 3MPa Podmienka vyhovuje, takže driek ojnice vyhovuje namáhaniu na ohyb a tlak. Ďalej bolo potrebné skontrolovať veko ojnice: Rozmery veka ojince: a = 24mm b = 8mm c = 6,5mm d = 22mm Najskôr treba určiť polohu ťažiska: b c 8 6,5 a. + d.c.( + b) ,5.( + 8) e= = a.b + d.c ,5 e = 5,9mm 43

44 Výpočet momentu zotrvačnosti prierezu k osi x: 1 3 b 1 3.b.a + (e ) 2.a.b +.c.d + (b + c e) 2.c.d Jx = (5,9 ) , (8 + 6,5 5,9) 2.6, J x = 13959,38mm 4 Jx = Výpočet modulu prierezu: Wo = J x 13959,38 = e 5,9 Wo = 2742,51mm 3 Sila Fsmax sa vypočíta: 2 Fs max = [m p.(1 + λ ) + ( moj mveka )].r.ω Fs max = [1,44.(1 +,33) + (.,49,2)].,45.439, Fs max = 13189,51N Výpočet ohybového napätia: Fs max a 13189, = 2 2 = Wo 2742,51 σ o σ o = 28,86 MPa σ o σ dov 28,86MPa 3MPa Podmienka vyhovuje, takže veko ojnice vyhovuje ohybovému napätiu. Kontrola ojničných skrutiek: Navrhovaný materiál skrutiek je oceľ STN 16 42: - medza klzu materiálu: Re = 735 MPa = σkt, - medza pevnosti materiálu: Rm = 932 MPa = σpt. Sila Fsmax = 13189,51 N. Počet skrutiek: i = 2. 44

45 Fs max 13189,51 = = 865,65 N. i 2 Sila, ktorou je zaťažený skrutkový spoj: Fm ' = Treba určiť deformačné konštanty skrutky (1) a spájaných častí skrutky (2): 1. eformačná konštanta skrutky: - modul pružnosti skrutky aj spájaných častí ojnice v ťahu: E = 2, dĺžka skrutky vo veku ojnice: l1 = 35,6mm - dĺžka skrutky v hlave ojnice: l2 = 25,1mm - priemer skrutky vo veku ojnice: d1 = 8mm - stredný priemer závitu skrutky: d2 = 7,8mm 2 π.d 1 π plocha prierezu skrutky vo veku: S1 = = = 5,24mm plocha stredného prierezu závitu: S 2 = 1 = Σ π.d 2 π.7,8 2 = = 47,76mm 4 4 ln l l 35,6 25,1 = = + 5 E n.s n E.S1 E.S 2 2,1.1.5,24 2, ,76 1 = 5, eformačná konštanta spájaných častí skrutky: - dĺžka spájaných častí ojnice l3 = 6,7mm 2 - plocha prierezu spájaných častí: pričom s = s + π.s π.41,63 2 S3 = = = 136,45mm 2, 4 4 l3 6,7 = 11,28 + = 41,63mm, kde s je priemer dosadiacej plochy 2 2 skrutky s ojnicou a jeho veľkosť je s = 13mm. 2 = l3 6,7 = E.S 3 2, ,45 2 = 2,

46 Skrutkový spoj je kvôli premenlivému zaťaženiu predpätý a veľkosť predpätia je: 1 5, ψ ).Fm ' = ( +,5).865, , ,12,1 7, Fo = 9662,3 N Fo = ( kde je navrhovaný súčiniteľ ψ =,5. Súčiniteľ hlavného zaťaženia skrutkového spoja: χ = 2 2, = =, , , Výpočet sily, ktorá namáha skrutku na ťah: Ft = Fo + χ.fm = 9662,3 +,35.855,65 Ft = 9963,23 N Výpočet ťahového napätia: Ft 9963,23 = S1 5,24 σ ta = σ ta = 198,31MPa Výpočet súčiniteľu bezpečnosti: s= σ σ kt ta = ,31 s = 3,71 46

47 6.5 Kľukový hriadeľ Kľukový hriadeľ spolu s ojnicou mení posuvný pohyb piestu na rotačný pohyb. Tým sa na kľukovom hriadeli vytvára krútiaci moment, ktorý sa ďalej prenáša cez prevod na prevodovku. Kvôli silám ktoré na neho pôsobia musí byť kľukový hriadeľ pevný a tuhý, aby vydržal čo najväčší počet cyklov. Kľukový hriadeľ je namáhaný na ohyb, krut, preto za prevádzky dochádza k ohybu hriadeľa a torznému kmitaniu. Aby bol ohyb čo najmenší, bude kľukový hriadeľ uložený za každým zalomením, to znamená, že je štyri - krát uložený. Tvar ramien bude približné eliptický, pretože takto navrhnutý tvar dobre zachytáva sily. Kľukový hriadeľ je navrhovaný na výrobu z jedného kusu zápustkovým kovaním a opracovaný bude tieskovým obrábaním. Bude vyrobený z ocele. Kľuky budú voči sebe pootočené o 12. Ojničné a hlavné čapy budú brúsené. Miesta prechodov čapov do ramien a vyústenie mazacích otvorov budú spevňované guličkovaním, pre dosiahnutie lepšej únavovej pevnosti. Kľukový hriadeľ bude uložený v ložiskách. Tieto ložiská budú radiálne až na ložisko pri zotrvačníku, ktoré bude axiálno radiálne. Toto ložisko zabraňuje osovému pohybu kľukového hriadeľa. Ložiská budú delené. 47

48 6.6 Rozvodové ústrojenstvo Úlohou rozvodu je riadiť výmenu náplne valcov. Riadi okamihy otvorenia a zatvorenia ventilov pre plnenie valcov vzduchom a výfuk spalín. Súčasťou rozvodu sú: - vačkový hriadeľ s pohonom, vačka - ventily, hydraulické vymedzovanie ventilovej vôle, ventilové pružiny, - vahadlá. Použitý spôsob rozvodu je typu OH, čiže štyri ventily na jednu hlavu valcov, z toho dva sacie a dva výfukové. Sacie ventily budú ovládané jedným vačkovým hriadeľom a výfukové ventily budú ovládané druhým vačkovým hriadeľom. Vačkové hriadele budú umiestnené nad hlavou valca a ventily v hlave valcov. Obr Rozvod OH [1] 48

49 6.6.1 Ventily, hydraulické vymedzovanie ventilovej vôle a ventilové pružiny Ventil je navrhnutý takto: skladá zo sedla ventilu, taniera ventilu a z drieku ventilu. Tanier musí v spojení s driekom uzatvárať plynotesne v hlave valcov spaľovací priestor. Koniec drieku má drážky do ktorých zapadajú upevňovacie kliny, tie prenášajú vratnú silu ventilovej pružiny s tanierom pružiny na ventil. Ventily sú vystavované mechanickému, chemickému a tepelnému namáhaniu. riek ventilu je namáhaný na tlak, ťah a tanier ventilu na ohyb. Ventily sú tiež tepelne a chemicky namáhané. Priemer sacích ventilov bude väčší ako výfukových. Budú vyrobené z austenitickej ocele a pre zníženie opotrebovania budú tepelne spracované, kalené. Výfukové ventily sú tepelne veľmi namáhané. Teplota spalín, ktoré okolo nich pretekajú je až 8 pri tanieri ventila. Na tanier ventila a prechod medzi tanierom a driekom bude použitá žiaruvzdorná oceľ, ktorá je odolná aj voči korózií. riek bude vyrobený z austenitickej ocele. Pre zlepšenie odvodu tepla bude v drieku ventilu vytvorená dutina, ktorá bude z 6% vyplnená sodíkom. Sodík má teplotu tavenia 97. Pri chladnom ventile je v tuhom stave a po prekročení teploty tavenia sa skvapalní a pohybom tekutiny z taniera do drieku sa lepšie odvádza teplo z taniera ventilu cez driek a tým sa znižuje teplota tanieru približne o 1. Na sedla ventilu kvôli odolnosti voči opotrebeniu sa dá návar tvrdokovu, použitý bude Stelit. Vrstva bude mať hrúbku 1 mm. 49

50 Obr Výfukový ventil 1 teleso ventilu, 5 vonkajšia pružina, 2 otvor pre sodíkovú náplň, 6 tesnenie drieku ventilu, 3 vedenie ventilu, 7 kliny miska ventilových pružín, 4 vnútorná pružina, 8 upevňovacie. 5

51 Vôľa ventilov sa trvalé vymedzuje zmenou dĺžky vhodnej časti rozvodového mechanizmu hydraulicky ovládanými teleskopickými prvkami. Tieto prvky sú ovládané tlakovým olejom z mazacej sústavy. Obr Uloženie vahadla s hydraulickým vymedzením ventilovej vôle [1] Pružina tlačí piestik dohora, pokiaľ nedoľahne zdvyhátko na bok vačky. Vplyvom zväčšenia priestoru pod piestikom prúdi olej zo zásobníka cez guličkový ventil do pracovného priestoru vymedzovacieho prvku. Guličkový ventil sa zatvára a náplň oleja v pracovnom priestore pôsobí ako pevné spojenie a zdvyhátko otvára sací poprípade výfukový ventil. Kruhovou štrbinou medzi piestikom a puzdrom môže unikať prebytočný olej. Pružiny ventilov musia na konci sania a výfuku spoľahlivo zavrieť ventily. Pri vysokých otáčkach motora sa môže frekvencia rozvodového mechanizmu blížiť vlastnej frekvencii pružiny a vzniká nebezpečenstvo zlomenia pružiny. Preto na jeden ventil budú použité dve pružiny. Jedna vnútorná a okolo nej je vonkajšia. Budú mať opačné stúpanie závitov aby sa do seba nezaklinili. Pružiny budú valcovité s kruhovým prierezom. 51

52 6.6.2 Vačkový hriadeľ s pohonom a vačka Vačkový hriadeľ musí zabezpečiť otvorenie a zatvorenie ventilov v správny čas a v správnom poradí. Priebeh zdvihu ventilu a doba jeho otvorenia je učená tvarom vačky. Navrhnutá je harmonická vačka. Vačkový hriadeľ bude vyrobený z legovanej liatiny odlievaním a následne opracovaný trieskovým obrábaním. Bude uložený v ložiskách v hlave valcov. Proti axiálnemu pohybu bude vačkový hriadeľ uložený v axiálno - radiálnom ložisku. Pohon bude zabezpečený reťazovým prevodom od kľukového hriadeľa ako je vidieť z obrázku Prevodový pomer bude 1:2. Obr Pohon vačkového hriadeľa reťazou [1] 52

53 6.6.3 Vahadlá Navrhnuté je jednoramenné vahadlo. Je to páka, na jednom konci opretá o vymedzovač ventilovej vôle a na druhom konci prenáša zdvihový pohyb vačky na ventil. V strede má čap pomocou ktorého je uložené ložisko. Na ložisko sa prenáša pohyb z vačky. Vačka sa odvaľuje po ložisku, čiže sa jedná o valivé trenie. otyk medzi vahadlom a ventilom bude mazaný. Vahadlo bude vyrobené z ocele zápustkovým kovaním. 53

54 7 Sací systém a výfukový systém motora 7.1 Sací systém motora Navrhovaný sací systém motora začína nasávacím potrubím, ktoré nasáva vzduch z atmosféry. Tento vzduch ďalej putuje cez vzduchový filter do dúchadlá, kde sa stláča na požadovanú hodnotu. Potom ide do medzichladiča, kde sa vzduch ochladzuje na nižšiu teplotu. Toto ochladenie zabezpečí väčšiu hustotu vzduchu a čím viac hustejšieho vzduchu príde do motora, tým viac paliva môžeme použiť v procese spaľovania. Medzichladič bude typu vzduch vzduch. Z medzichladiča sa vzduch cez potrubie dostáva do spaľovacieho priestoru motora. 7.2 Výfukový systém motora Navrhovaný výfukový systém motora začína hneď za valcom potrubím, ktoré dopravuje výfukové plyny do turbíny, kde odovzdajú časť svojej energie na pohon turbodúchadla. Za turbínou bude ďalej predradený katalyzátor, ktorým bude oxidačný katalyzátor. Zachytí väčšiu časť oxidu uhoľnatého a uhľovodíkov. Za ním bude zaradený hlavný zásobnikový enox katalyzátor. Princíp činnosti zásobníkového enox katalyzátoru spočíva vtom, že zadrží oxidy dusíka. Keď zo spaľovania prídu výfukové plyny do katalyzátoru tak zreagujú oxidy dusíka s nespálenými uhľovodíkmi. Výfukový systém ďalej bude pokračovať filtrom pevných častíc a tesne pred výfukom do atmosféry bude zaradený tlmič výfuku. Z dôvodu zníženia oxidov dusíka bude vo výfukovom potrubí zaradená recirkulácia výfukových plynov. Časť výfukových plynov ide do sania, kde sa zmiešajú so vzduchom a idú do spaľovania. Táto zmes čerstvého vzduchu 54

55 s výfukovými plynmi zabezpečí nižšiu teplotu spaľovania, čo priaznivo pôsobí na množstvo oxidov dusíka, ktoré sa s klesajúcou teplotou spaľovania zmenšuje. Obr enox katalyzátor [16] 55

56 8 Palivová sústava Navrhovaná palivová sústava sa skladá z nízkotlakového a vysokotlakového okruhu. Nízkotlakový okruh začína palivovou nádržou. Palivová nádrž je odvetraná pomocou nádobky s aktívnym uhlím, aby sa nedostali výpary paliva do ovzdušia. Z nej je palivo nasávane podávacím čerpadlom cez regulačný ventil, ktorý udržuje tlak v nízkotlakovom okruhu na 5 barov, ďalej cez filter do vysokotlakového okruhu. Palivo, ktoré sa použilo na mazanie a chladenie systému spolu s palivom, ktorého tam bolo naviac je cez spätne vedenie vrátene do palivovej nádrže. Ak má palivo vysokú teplotu tak do nádrže sa vracia cez chladič paliva. Vysokotlakový okruh začína vysokotlakovým čerpadlom, ktoré je poháňané od motora ozubeným remeňom. Vysokotlakové čerpadlo vytvára tlak v tlakovom zásobníku a od tade je palivo dodávané jednotlivým vstrekovačom. Obr. 8.1 Palivová sústava motora [17] 1 palivová nádrž spolu s podávacím čerpadlom, 2 filter paliva, 3 spätné vedenie, 4 vysokotlakové čerpadlo, 5 tlakový zásobník ommon rail, 6 filter spätného vedenia, 7 riadiaca jednotka, 8 motor, 9 piezoelektrický vtrekovač. 56

57 Spaľovací priestor motora je nedelený, je vytvorený v dne piesta a preto je navrhovaný spôsob vstrekovania priami do valca. Použitý je vstrekovací systém ommon rail. Vstrekovače sú navrhované ako piezoelektrické vstrekovače systému ommon rail. Tieto vstrekovače fungujú na piezoelektrickom princípe: keď pôsobí tlak na piezokryštáľ tak sa deformuje mriežka s kladne a záporne nabitými iónmi. Posunutie týchto iónov z ich pôvodnej polohy vyvolá impulz, čím v kryštály vznikne napätie. Ak sa však privedie napätie na kryštál tak sa deformuje. Tento princíp sa využíva na otvorenie ihly vstrekovača. Piezoelektrické vstrekovače reagujú veľmi rýchlo a preto je možné hlavnú dávku paliva vstrekovať na viackrát. Takýmto spôsobom vstrekovania paliva sa dá znížiť hlučnosť spaľovania, nižšie zaťaženie súčiastok a zníženie emisií vo výfukových plynoch. Obr. 8.2 Piezoelektrický vstrekovač systému ommon rail [18] 57

58 9 hladiaca sústava hladiaca sústava má za úlohu chladiť horúce miesta motora. Zabraňuje sa tak prehriatiu motora a znižuje sa tepelne namáhanie jednotlivých častí motora. hladením sa odvádza približne 3% tepla, ktoré sa uvoľní pri spaľovaní. hladiacim médiom navrhovanej chladiacej sústavy je kvapalina. Tá sa chladí v chladiči, za ktorým je umiestnený ventilátor. Jeho funkciou je chladiť kvapalinu pri pomalej jazde, kedy chladič nestačí chladiť. Je poháňaný samostatným elektromotorom. Čerpadlo chladiacej kvapaliny zabezpečuje požadovaný tlak v sústave a je poháňané klinovým remeňom od kľukového hriadeľa. Ďalšia časť chladiacej sústavy je termostat. Regulačný ventil termostatu sa otvára pri danej teplote a umožňuje kvapaline prechádzať cez chladič. Na najvyššie položenom mieste sa nachádza expanzná nádoba. Bublinky, ktoré sa nachádzajú v sústave môžu expandovať v tejto nádobe a zabraňuje sa tak zavzdušneniu chladiacej sústavy. Takisto je tu uzáver, ktorým sa dolieva chladiaca kvapalina do sústavy. Obr. 9.1 hladiaca sústava motora [13] 58

59 1 Mazacia sústava Mazacia sústava motora zabezpečuje dopravu oleja na mazacie miesta a pomocou oleja tieto miesta mazať, chladiť, chrániť pred koróziou a odvádzať nečistoty. V motore sa vyskytuje medzne a kvapalné trenie. K suchému treniu nemôže dôjsť, inak by sa mohla časť motora poškodiť. Aby sa zabezpečilo kvapalné trenie musia byť splnené tieto podmienky: povrchy musia byť mazané olejom, musí byť dostatočná vzájomná rýchlosť povrchov a medzi povrchmi sa musí vytvoriť mazací klin. Takýto spôsob mazania sa vyskytuje na hlavných a ojničných ložiskách kľukového hriadeľa a ložiskách vačkového hriadeľa. Navrhovaná mazacia sústava začína olejovou vaňou, v ktorej je umiestnené olejové čerpadlo. To zabezpečuje prísun oleja do systému a na mazacie miesta. Je poháňané reťazou od kľukového hriadeľa. Za ním sa nachádza plnoprietokový filter s regulačným ventilom, ktorý sa v prípade upchania filtru otvorí a olej obtokom filtra prúdi ďalej so sústavy. Časť z oleja sa ešte pred regulačným ventilom vracia do olejovej vane cez obtokový filter oleja. hladič oleja je umiestnený za plnoprietokovým filtrom. Pri chladiči je umiestnený obtokový ventil. Ventil je otvorený a olej neprúdi cez chladič pokiaľ nedosiahne prevádzkovú teplotu, potom sa uzavrie a olej preteká a ochladzuje sa v chladiči oleja. 59

60 Záver ieľom práce bolo ideovo navrhnúť parametre a konštrukčné riešenie jednotlivých častí šesťvalcového vidlicového vznetového motora pre objem motora 2,5dm3 až 3dm3. Pri návrhu sa vychádzalo z analýzy už používaných motorov v danej objemovej kategórií. Z týchto údajov bol stanovený zdvihový objem 2993 cm3. Pomocou programu Lotus, v ktorom sa realizoval tepelný výpočet, boli dopočítané ďalšie parametre motora ako aj priebeh indikátorového diagramu. Z týchto údajov boli vypočítané sily, ktoré pôsobia v kľukovom mechanizme, ktoré slúžili ako podklad pre výpočet pevnostnej analýzy ojnice. V konštrukčnej časti práce bol stanovený návrh jednotlivých častí motora a bola spravená pevnostná analýza ojnice. Ďalej bol nakreslený priečny a pozdĺžny schématický rez pohyblvých častí motoru a bol nakreslený rez ojnicou. Motor bol navrhovaný na základe empirických vzťahov po preštudovaní literatúry. 6

61 Bibliografické odkazy [1] ng. Heinz Grohe, Benzínové a naftové motory, Bratislava, 1985, 192 strán [2] ng. Stanislav Hep, Sc., oc. ng. Marián Polóni, Sc., Preplňovanie spaľovacích motorov, Bratislava, 26, 297 strán [3] Prof. ng. František Vlk, rsc.-vozidlové spalovací motory, Brno, 23, 58 strán [4] Prof. ng. Jaroslav Trnka, Prof. ng. Jaroslav Urban, sc. - Spaľovacie motory, Bratislava, 1992, 563 strán [5] ng. Peter Petrák, Sc., Mazanie a chladenie spaľovacích motorov, Prednášky, Bratislava, 21 [6] ng. Tomáš Neuschl, Príslušenstvo spaľovacích motorov, Prednášky, Bratislava, 21 [7] doc. ng. Ján Lešinský, Sc., ynamika spaľovacích motorov, Prednášky, Bratislava, 29 [8] doc. ng. Ján Lešinský, Sc., Konštrukcia spaľovacích motorov, Prednášky, Bratislava, 29 [9] doc. ng. Marián Polóni, Sc., Preplňovanie spaľovacích motorov, Prednášky, Bratislava, 29 [1] doc. ng. Marián Polóni,Sc, opravná technika, Prednášky, Bratislava, 28 nternetové zdroje: [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] 61

62 Zoznam príloh Príloha 1 sometrický pohľad na pohyblivé časti motoru. Príloha 2 Pohľad zhora na pohyblivé časti motoru. Príloha 3 Pohľad zdola na pohyblivé časti motoru. Príloha 4 Pohľad zboku na pohyblivé časti motoru. Príloha 5 Pohľad spredu na pohyblivé časti motoru. Výkresová dokumentácia 62

63 PRÍLOHY 63

64 Príloha 1 sometrický pohľad na pohyblivé časti motoru 64

65 Príloha 2 Pohľad zhora na pohyblivé časti motoru 65

66 Príloha 3 Pohľad zdola na pohyblivé časti motoru 66

67 Príloha 4 Pohľad zboku na pohyblivé časti motoru 67

68 Príloha 5 Pohľad spredu na pohyblivé časti motoru 68