Co udává poměr zdvihu pístu k průměru válce?

Časopis KUZOV pokračuje v rozhovorech s významnými představiteli odvětví automobilových komponentů na čistě technická témata. Dnes jsou v hledáčku výrobci pístů. Zveme lídry trhu k jakési distanční diskusi, abychom společně zjistili, kam směřuje věda o automobilové výrobě. Položili jsme řadu otázek:

1. Řekněte nám, jak moc se píst v posledních letech změnil a stal složitějším z konstrukčního hlediska? Jak ovlivnil tento proces hromadný přechod motorů na přímé vstřikování?

2. Jaké tvary dna pístu jsou dnes v motorářství nejžádanější? Co určuje volbu optimálního tvaru?

3. Je známo, že vodicí část pístu je vystavena maximálnímu tepelnému zatížení. Jaké triky používají inženýři k přerozdělení a vyrovnání teplotního zatížení pláště pístu a k zajištění jeho správného mazání?

4. Formulujte kritéria, která inženýři používají při návrhu pístu (ekologická šetrnost, teplotní podmínky, trvanlivost, výkon).

5. Píst musí mít řadu vlastností, od vysoké mechanické pevnosti a tepelné vodivosti až po odolnost proti korozi a nízký koeficient roztažnosti odlitku. Zmenšování velikosti také zanechává své stopy, což znamená zvýšení výkonu spojené se zmenšením velikosti. Jaké slitiny, techniky zpracování kovů a technologické inovace se používají?

Dmitrij Zimin, generální ředitel společnosti MAHLE v Rusku:

1. – V dnešní době je hlavním zaměřením při vývoji spalovacího motoru zvýšení tepelné účinnosti za účelem snížení emisí výfukových plynů. Technologie přímého vstřikování je významným faktorem optimalizace provozu spalovacího motoru. Důležitým trendem je snižování jeho objemu a počtu válců bez ztráty výkonu vozu na litr, tj. litr paliva nyní umožňuje získat větší výkon. Tato koncepce implikuje zvýšení mechanického a tepelného zatížení součástí motoru, včetně pístů. Nové výrobní technologie a kovové slitiny umožňují pístům MAHLE dlouhodobě odolávat zátěži z provozu v automobilech s motory nové generace. Díky našim dlouholetým zkušenostem s vývojem a dodávkami součástí motorů výrobcům závodních vozů v tak slavných soutěžích, jako je Formule 1, ví MAHLE, jak optimalizovat provoz pístu a zároveň snížit jeho hmotnost.

2. – Kritérium životnosti se ani nediskutuje! Majitelé aut očekávají, že písty nové generace budou nejen spolehlivější, ale také sníží spotřebu paliva a objem škodlivých emisí do ovzduší. Pro zvýšení výkonu a optimalizaci emisí výfukových plynů bude samozřejmě potřeba alespoň jedno turbodmychadlo (například model Bugatti Chiron je vybaven čtyřmi turbínami MAHLE). Součásti nových vozů musí kombinovat maximální výkon, optimální spotřebu paliva a minimalizaci škodlivých emisí.

3. – Moderní písty MAHLE vyrobené ze slitiny hliníku a křemíku fungují perfektně v benzínových motorech. Tvar a speciální povlak pístního pláště snižují tření mezi pístem a povrchem válce.

4. – Speciální tvar hlavy pístu zajišťuje nejefektivnější tvorbu směsi. Zvláštní roli hraje i konstrukce pístních kroužků. Pístní kroužky MAHLE jsou proto vyrobeny ze speciálních materiálů s ultraodolným povlakem, který umožňuje zmenšit tloušťku pístního kroužku, což vede ke snížení tření. Tajemství kroužků MAHLE spočívá ve speciálním elektrochemickém povlaku jak samotných kroužků, tak i drážek pístu.

5. – Zde je třeba poznamenat, že teplota nehraje vždy negativní roli. Pro snížení emisí CO2 musí motor a katalyzátor co nejrychleji dosáhnout provozní teploty. Je důležité věnovat pozornost celému chladicímu systému spalovacího motoru, a nejen pístům. Kromě výroby dílů a periferií pro spalovací motor, což je jedna z klíčových kompetencí MAHLE, je zde důležitá i naše odbornost v oblasti tepelného managementu. Kromě chlazení pístů, například olejovou tryskou a chladicím kanálem uvnitř pístu, a také termostatem, výměníkem tepla, chladičem, vodním a olejovým čerpadlem, regulujeme teplotu hlavy válců, bloku válců a převodovky. Teplotu výfukových plynů, které se vracejí do motoru přes recirkulační ventil, regulují chladiče MAHLE a mezichladič ovlivňuje účinnost motoru.

Pro MAHLE je budoucnost již tady. Proto tým inženýrů MAHLE pracuje na hybridních a elektrických pohonech. V budoucnu pouze kombinace tepelných a elektrických motorů přinese požadované výsledky, které majitelům automobilů umožní nejen užívat si jízdu výkonného vozu a šetřit palivo, ale také chránit životní prostředí.

Vladimir Surov, vedoucí technického oddělení, Rheinmetall, divize MS Motorservice International:

1. – Aby splňovaly dnešní přísné normy toxicity a kvůli zmenšování objemu pístu, prošla konstrukce pístu významnými změnami. Vzhledem k tomu, že motory s přímým vstřikováním byly vyvinuty pro provoz s extrémně chudými směsmi, „klasická“ konstrukce pístní koruny nemůže zajistit požadovanou tvorbu směsi. Moderní písty pro motory s přímým vstřikováním (VAG – TSI, FSI, Toyota – D4, Mitsubishi – GDI, MB – CGI, Ford – EcoBoost) mají někdy složitý tvar koruny, aby vytvořily maximální koncentraci „palivové náplně“ přímo v blízkosti elektrod zapalovací svíčky.

Jedním z dosud nejmodernějších vývojů společnosti KOLBENSCHMIDT je píst LITEKS®-3. Jedná se o lehký píst s nízkým třením pro benzínové motory.

2. – Kromě známých základních požadavků specifických pro píst se vývoj moderních benzínových motorů zaměřuje na snížení tření, zvýšení mechanického a tepelného odporu při současném snížení hmotnosti pístu, optimalizaci zpětného pohybu pístu a optimalizaci těsnicí funkce plynu a oleje.

Důsledný progresivní vývoj konstrukce pístu LITEKS® až do současné třetí generace vedl k úsporám hmotnosti až o 28 % ve srovnání se standardní konstrukcí pístu. Základem pro toto vylepšení posloužila nová vysoce výkonná slitina KS 309 ve spojení s dodatečně optimalizovanou technologií odlévání a důsledným přizpůsobením konstrukce výsledným materiálově specifickým výhodám.

3. – Za účelem snížení hmotnosti jsme vyvinuli technologii vstřikování plastů do sériové zralosti, což jsou prohlubně v závaží v zóně prstence. Tato technologie byla úspěšně uvedena do sériové výroby na základě stávající konstrukce LITEKS®.

4. – Výhoda třecího výkonu v běžícím plášti motoru u této koncepce pístu byla ověřena pomocí technologie testování s plovoucí vložkou a může dosáhnout až 46 %! To vše je možné pouze implementací komplexního balíčku opatření ke snížení tření, jako je asymetrická konfigurace šířky pláště pístu (obrázek 1) dostatečná k odolání aplikovanému zatížení, snížené axiální posunutí, zvětšená vůle a použití nového povlaku pláště pístu NANOFRIKS®. Je třeba poznamenat, že během testování se testují i parametry, jako je hluk pístu, který byl v tomto případě také testován a je na úrovni předchozích konstrukcí.

5. Tribometrické testy potvrzují, že povlak NANOFRIKS® snižuje koeficient suchého tření a opotřebení o více než 50 % ve srovnání se standardními povlaky. NANOFRIKS® proto stanovuje nové standardy díky přizpůsobené kombinaci nanočástic, pojiv, pevných maziv a přísad.

Úspěšné sériové použití NANOFRIKS® u předních výrobců vozidel po celém světě podtrhuje vedoucí postavení společnosti KOLBENSCHMIDT v technologii povlakování pístů.

Jako uznávaný světový lídr ve výrobě benzínových pístů KSPG dodáváme kromě pístů KOLBENSCHMIDT také sací potrubí PIERBURG s variabilní geometrií a klapkami pro motory s přímým vstřikováním jako originální vybavení, což nám umožňuje systematičtěji přistupovat k vývoji dílů a analyzovat nejen provoz motoru, ale i palivovo-vzduchové systémy.

Maxim Atarov, manažer technické podpory, školení a záruk, Federal-Mogul:

1. – Zpřísnění legislativních environmentálních norem pro emise oxidu uhličitého a škodlivých látek do ovzduší vedlo k používání motorů se sníženým pracovním objemem s použitím přeplňování a přímého vstřikování paliva, což přirozeně vedlo ke zvýšení tepelného a mechanického zatížení pístu. Stále častěji se používají motory pracující v režimu „Start-Stop“ nebo s vypnutím některých válců v závislosti na provozním režimu. Většina moderních benzínových motorů s přeplňováním a přímým vstřikováním se pohybuje v rozmezí měrného výkonu od 70 do 120 kW/hp s tlakem ve spalovací komoře až 120 barů. Zvýšené tepelné a mechanické zatížení pístu u moderních benzínových motorů vyžaduje použití nových konstrukčních řešení v konstrukci pístů a nových typů povlaků. Použití speciálních hliníkových slitin s nižší hmotností, použití konstrukcí pístů s tenčí tloušťkou stěny a výběr materiálu, plášť s menší plochou kontaktu se stěnami válce může výrazně snížit hmotnost pístu. Příkladem tohoto typu pístu je píst nové generace Nüral Advanced Elastoval II, speciálně navržený pro moderní benzínové motory s přeplňováním vzduchem a přímým vstřikováním paliva. Snížená tloušťka stěny ze 4 na 2,5 mm, stejně jako použití hlubokých kapes s přepážkami ve spodní části hlavy pístu, umožnily snížit hmotnost konstrukce o 15 % ve srovnání s konstrukcemi předchozí generace pístů. Zvýšení tepelného zatížení pístu u řady tepelně zatěžovaných motorů je řešeno použitím výztužné vložky v drážce horního pístního kroužku, jakož i použitím olejového chladicího kanálu umístěného vysoko v hlavě pístu, který se dříve používal hlavně u vznětových motorů. Příkladem je konstrukce pístu Nüral Elastothermic™. Písty Nüral Elastothermic™ se vyznačují oválným pláštěm asymetrického tvaru se zmenšenou mezerou a menší vzdáleností mezi šikmými bočními plochami. Mohou být polygonální s příčnou tloušťkou stěny pouze 2,5 mm. Všechny tyto prvky zvyšují konstrukční pevnost pístu a zároveň snižují jeho hmotnost a tření.

2. – Hlavní kritéria, která inženýři používají při návrhu pístu, jsou:

• schopnost pístu odolávat vyššímu mechanickému a tepelnému zatížení typickému pro moderní motory s malým objemem (tzv. downsizing);
• snížení ztrát třením, snížení škodlivých emisí do ovzduší, včetně emisí oxidu uhličitého, a snížení spotřeby paliva;
• možnost provozu s alternativními druhy paliva, včetně zkapalněného ropného plynu a zemního plynu;
• snížení hmotnosti pístu, zajištění provozu s nižší úrovní vibrací a hluku.

3. – Písty Nüral pro benzínové motory jsou vyrobeny z hliníkových slitin, které jsou odolné vůči mechanickému a tepelnému zatížení. Příkladem takových materiálů je vysoce výkonná slitina S2N používaná při výrobě pístů Nüral Advanced Elastoval II™.

Použití procesu odlévání hliníkové slitiny v atmosféře inertního plynu umožňuje snížit tvorbu oxidů a zlepšit kvalitu odlitků.

Pro kontrolu kvality při výrobě pístů Federal Mogul se používají nedestruktivní metody kontroly kvality, a to: 2D elektromagnetická metoda (vířivé proudy) a 2D ultrazvuková metoda kontroly. Tyto kontrolní metody umožňují v krátkém čase identifikovat přesné umístění a velikost případných vad.

4. – Tvar pístní korunky závisí na konstrukci motoru a použitém systému vstřikování paliva. U přeplňovaných a přímých vstřikovacích motorů má pístní korunka obvykle vybrání ve tvaru misky, jehož tvar umožňuje proudění nasávaného vzduchu vířit do spalovacího prostoru a směřovat vstřikované palivo k zapalovací svíčce, čímž je zajištěno úplné spalování směsi.

5. – Použití asymetrického tvaru pláště pístů umožňuje zvýšení konstrukční pevnosti pístu a zároveň snížení jeho hmotnosti a tření.

Písty Nüral pro benzínové motory používají na pístní plášť patentovaný povlak EcoTough™ od společnosti Federal-Mogul, který obsahuje tuhá maziva včetně grafitu, disulfidu molybdeničitého a uhlíku. Tento povlak snižuje ztráty třením až o 18 %, celkové parazitní ztráty v motoru až o 3 % a spotřebu paliva až o 0,8 % za normálních provozních podmínek. Povlak je navržen tak, aby vydržel po celou dobu životnosti pístu.

Dmitrij Vankhodlo, technický ředitel společnosti Mechanics:

– Je opravy motorů nyní žádané? Pokud dojde ke změnám v požadavcích zákazníků a jejich aktivitě, jaké to jsou?

– Řeknu upřímně, tohle se ani nedá nazvat změnami, doslova jsme vyprodaní z oprav. Dlouho tu nebylo tolik práce. V březnu 2016 byly výsledky nakládky nejlepší v historii firmy. Nemluvím o kurzech a zisku, který na tom závisí, mluvím o počtu objednávek a tedy i o poptávce po tomto tématu. Trh vře! Pokud mluvíme o situaci s náhradními díly, pak my, jakožto hlavní dodavatel „z první řady“, sledujeme cenové války. Zároveň naši klienti, firemní i soukromí, znatelně klesají v zájmu o nákup starých motorů.

Dovolte mi zdůraznit: ano, téma „koupě ojetého a neopravování“ ztrácí na aktuálnosti. Mnoho lidí si již uvědomilo, že u ojetého motoru neexistuje žádná záruka kvality, cena jednotky roste a míra podvodů je alarmující. Zájem o opravy tedy den ode dne roste. Potvrzují to i kolegové z jiných firem.

Chápeme, že vyprodání oprav souvisí i s dramatickým poklesem objemu trhu s novými vozy. Životnost v rukou majitelů aut se prodlužuje a považují opravu motoru za správnou a účelnou.

Hlavní stáří osobních automobilů (a samozřejmě jejich motorů), které k nám přicházejí, je 10 let nebo o něco více. U nákladních vozidel a lehkých užitkových vozidel jsou statistiky jiné; je racionálnější vypočítat dobu opravy na základě průměrného ročního nájezdu kilometrů.

Nyní se velmi aktivně objevují motory GAZelle o objemu 2.8 l. Nacházíme nějaké konstrukční nedostatky a snažíme se je opravit. Například olejový filtr je v plastovém pouzdře. Pouzdro je slabé: po třech nebo čtyřech výměnách se vždycky najde nějaký „řemeslník“, který toto pouzdro rozbije. Pouzdro je drahé, vyrábí se v Číně a nedodává se nám jako náhradní díl. Takže hledáme způsoby, jak ho vyměnit.

– Když už mluvíme o klientele: jaký je poměr jednotlivců, služeb a firemních parků?

– Poptávka vzrostla, ale samotná struktura toku zákazníků zůstala prakticky nezměněna. Zájem čerpacích stanic o nás jako outsourcingového poskytovatele vzrostl, to vidíme.

– Jak důkladně klient analyzuje opravu? Zajímá se o kvalitu náhradních dílů, sleduje, jakou značku používá? Nebo vám naprosto důvěřuje?

– Existuje kategorie klientů, kteří v tomto oboru pracují dlouhodobě a jsou zvyklí na kvalitu „velké trojky“ – Mahle, Federal-Mogul, KOLBENSCHMIDT. Takoví „zkušení“ si opravdu hlídají výběr náhradních dílů a nepřipouštějí levné alternativy, i když jsme připraveni je nabídnout. Tito lidé jsou věrní svým preferencím a zkušenostem.

Existuje skupina zastánců produktů od výrobců originálních dílů (OEM) a mezi nimi je mnoho fanoušků Toyoty. Pravděpodobně je to kvůli specifikům značky. Preferují nejen filtry, ale i značkové oleje – Toyota.

– Jaká je „hmotnost“ sady pístů při opravě motoru?

– Písty jsou nejdražším náhradním dílem v objednávce. Jeden píst ve velkoobchodě stojí v průměru asi 5 000 rublů. Obvykle se mění jako sada, při velkých opravách motoru – v 99 % případů. U tak běžícího motoru, jako je benzínový šestiválec Mercedes 3.5 l, stojí jeden píst celých 10 000. A pokud si můžeme objímku vyrobit sami z materiálu, který není horší než značkový, pak píst musí být pouze tovární a tady na značce záleží.

U pístů tvoří základ objemu objednávek výše zmínění tři velcí výrobci. Mimochodem, zde je nedávný příklad poptávky po pístech: 12. dubna jsme přijali do skladu 120 pístů KOLBENSCHMIDT pro motory VW a následující den do jedné hodiny odpoledne byly naše zásoby prázdné! Nezbyl ani jeden píst, všechny byly prodané. A to je typická situace pro současnou poptávku.

Zákazníci začali lépe počítat své peníze. Oprava motoru spolehlivým odborníkem je nyní nejen spolehlivější, ale v průměru i levnější než jeho výměna za použitý.

– Jaké požadavky na dodavatele náhradních dílů jsou pro vás obzvláště důležité?

– Je jich pár: kvalita, dodací lhůty a záruky na jejich produkty. A záruka je také ochota přiznat si problémy, když je situace dost sporná. Tedy schopnost vážit si nás, opravářů, a nepřehazovat potíže na naše bedra. Mimochodem, u výše zmíněného KS je vše v naprostém pořádku podle tří ukazatelů. I v případech, které považujeme za sporné, se firma vždy postaví na stranu zákazníka, i se ztrátou, což vzbuzuje respekt. Nedávný příklad: zákazník vrátí nový obal, je v něm prasklý. Chyba je samozřejmě na straně dopravce: silnice jsou hrbolaté, obal je křehký, to je výsledek. Ale nemůžete se ptát dopravce… Vrátíme produkt dodavateli a on nám ho okamžitě a bez problémů vymění za nový.

– Existuje ve „velké trojce“ nějaké manželství?

– Například u výše uvedené značky jsem se s ničím podobným nikdy nesetkal. Jen velmi zřídka se stává, že balení obsahuje jiný produkt. Ale i takový zmatek lze snadno odstranit výměnou. Pamatuji si podobný případ s ojničními ložisky.

Pro výkon dvoudobých a čtyřdobých závodních motorů je poměr zdvihu pístu k vrtání válce zásadní. Pojďme se podívat proč.

U dvoudobých a čtyřdobých motorů je volba poměru mezi zdvihem pístu a vrtáním válce skutečně důležitá pro určení charakteristik odběru výkonu. Pokud je zdvih pístu menší než vrtání válce, je poměr menší než 1 a dostaneme motor s krátkým zdvihem (super čtvercový typ). Pokud jsou zdvih pístu a vrtání válce stejné, je poměr 1 (čtvercový typ). Pokud je zdvih pístu větší než vrtání válce, je poměr větší než 1 a dostaneme motor s dlouhým zdvihem (podčtvercový typ). Při stejném zdvihovém objemu motoru a podobných hodnotách důležitých parametrů je pozorován následující trend: motory s dlouhým zdvihem mají zpravidla ve srovnání s motory s krátkým zdvihem větší točivý moment a lepší trakci, ale nižší otáčky a maximální výkon. Navíc se zdá, že díky menšímu prostoru mají lepší spalování a menší emise nespálených plynů. A přesto se dnes mezi nejlépe výkonnými dvoudobými motory, a to nejen závodními, stále častěji objevují ty se stejným vrtáním válce a zdvihem pístu.
Podívejme se na důvody, které vedly k této volbě.

U vysoce výkonného dvoutaktního motoru je vztah mezi zdvihem pístu a vrtáním válce velmi důležitý pro dosažení racionálního a efektivního uspořádání spojovacího čepu z hydroaeromechanického hlediska.

Výhody dlouhého a krátkého zdvihu pístu.

Ve světě speciálních vysoce výkonných závodních dvoutaktních motorů už téměř není místo pro písty s dlouhým zdvihem. V motokárách příchod čtvercového motoru Rotax o objemu 100 cm48 na trať definitivně znamenal konec slavných motorů s dlouhým zdvihem (obvykle o rozměrech 55 mm x 1988 mm), které dominovaly až do roku XNUMX.
Obecně řečeno, motor s dlouhým zdvihem je schopen produkovat větší točivý moment při nižších otáčkách. Má těžší ojnici, i když píst by teoreticky mohl být lehčí. U dlouhého zdvihu má hnací hřídel ve srovnání s krátkým zdvihem vždy více prostoru mezi čepem ojnice a klikovým čepem, takže není tak tuhý a má setrvačník s větším průměrem.
Motory s poměrem zdvihu k vrtání menším nebo rovným 1 mají následující vlastnosti: výfukový ventil, novou převodovku s digitálním zapalováním, kapalinové chlazení (umožňující práci s vysokými kompresními poměry, stejně jako s předstihem zapalování a chudou směsí) a přesnou hydroaeromechaniku z hlediska přepouštěcích kanálů. Tyto faktory jim umožnily dosáhnout dobrých výsledků při nízkých a středních otáčkách, otáčení s frekvencí nemyslitelnou pro motory se zpětným zdvihem, a vyvinout velmi vysoký výkon.
Také motory s poměrem zdvihu pístu k vrtání menším nebo rovným 1 mají oproti motorům s dlouhým zdvihem následující výhodu: mohou počítat s nižší průměrnou rychlostí pístu při stejných otáčkách. To znamená nižší tepelné a mechanické namáhání, nemluvě o zjevných výhodách při plnění čerpadla odbočkou. Pokud jde o proplachování, motor s krátkým zdvihem má výhodu, protože dráha, kterou musí čerstvé plyny urazit, aby zcela nahradily výfukové plyny, je kratší a kontaktní plocha mezi hranicemi čerstvých a výfukových plynů je menší. Motor s krátkým zdvihem má však více problémů s chlazením, a v důsledku toho vyšší citlivost, založenou na změnách spojení válec/píst.

Jedním z nejúspěšnějších motorů o objemu 100 ccm v historii motokár je bezpochyby DAP T75. V 80. letech několikrát zvítězil; jeho charakteristický poměr je 48 mm x 55 mm, jedná se o motor s dlouhým zdvihem a vynikajícím točivým momentem při nízkých otáčkách. Maximální otáčky jsou 175000 XNUMX ot/min.

Motor s poměrem zdvihu a vrtání 1: ideální řešení…

Poměr zdvihu pístu k vrtání 1 je ideálním řešením pro stavbu specializovaného vysoce výkonného závodního motoru (stejně jako pro silniční použití). Kombinace výhod motorů s dlouhým a krátkým zdvihem navíc umožňuje lepší sladění mezi přepouštěcími a výfukovými kanály. Obecně řečeno, toto řešení umožňuje kanálům s ideálním poměrem výšky a šířky zajistit lepší „dýchání“ motoru při všech otáčkách.
Vezměme si například typický motor o objemu 125 ccm s vrtáním 56 mm a zdvihem 50,6 mm (typické pro motory Yamaha). Ukazuje se, že běžný výfukový kanál (s čepem a přeplňováním) a jediný kanál naproti němu jsou někdy spojeny nikoli 4 bočními přepouštěcími kanály (což je typické pro „čtvercové“ motory), ale 6. Toto řešení se často používalo u motorů s krátkým zdvihem, protože motor o objemu 125 ccm s poměrem 56 mm x 50,6 mm měl často nadměrně široké boční příčné kanály: vyžadovaly značný vnitřní tlak a průtoky, aby zajistily dobré vyplachování a dobré plnění, a takových hodnot tlaku bylo možné dosáhnout pouze při vysokých otáčkách. Tento problém lze u některých modelů motorů vyřešit rozdělením primárního (a někdy i sekundárního) přepouštěcího kanálu na dva, čímž se zmenší průtokový průřez a získá se čistší přívod při středních otáčkách.

Rotax byl prvním výrobcem, který se vrátil k výrobě čtvercového (zdvih = vrtání) motoru o objemu 100 ccm pro motokáry. Homologace proběhla v roce 1988. Dominance tohoto motoru na rychlých tratích znamenala historickou změnu: na některých tratích nejnovější čtvercové motory o objemu 100 ccm překračují 21000 5 ot./min. Hlubší výzkum mechaniky tekutin umožnil aplikovat 56-kanálové řešení i na motory s krátkým zdvihem. Důvodem, proč se od tohoto typu motoru v závodech neupustilo, bylo, že čtvercové motory mají lepší výkon při nízkých i vysokých otáčkách. Zároveň si motor o rozměrech 50.6 x 56 mm zachoval výhodu blízkého maximálnímu výkonu ve středním rozsahu otáček (u podobných motorů je to samozřejmě základní koncept!). Posledním výrobcem motocyklových motorů, který v mistrovství světa do 50.6 ccm přešel z motoru 125×56 mm, byla Yamaha, jejíž zástupci – inženýr Bartol a jezdec – si mohli rozdíl mezi oběma řešeními pocítit na vlastní kůži. Ihned po přechodu z 50.6×54 mm na 54xXNUMX mm se výkon společnosti zvýšil a brzy se stala neúprosným rivalem pro společnosti jako Aprilia a Honda.

Konfigurace spojovacího čepu se 4 protilehlými obtokovými porty a korekčním obtokovým portem vždy zajišťuje nejlepší výsledky proplachování a účinnost plnění.

Některé výhody v hydroaeromechanice, kterých lze dosáhnout zvětšením průměru válce u čtyřtaktních motorů

Kromě zjevné výhody zvětšení vrtání, tj. zaručeného většího objemového zisku než při zvětšení zdvihu, má tento přístup hmatatelné výhody z hlediska mechaniky tekutin čtyřtaktních motorů. Zvětšením plochy spalovací komory efektivně získáte více prostoru kolem sedel ventilů a existují zjevné výhody, pokud jde o plnění válců a snížení škodlivých účinků na oblasti mezi tělem válce a sedlovou klapkou, které mohou být značné při vysokých otáčkách. V některých případech pak můžete přejít na větší ventily, což se může stát nevyhnutelným v bodě, kdy válec vyžaduje širší otvory pro lepší plnění při vyšších otáčkách.
Na rozdíl od dvoudobého motoru má čtyřdobý motor značný prospěch ze zkrácení zdvihu pístu v důsledku faktorů, které jsou úzce spjaty nejen s průměrem ventilu, ale také s průměrnou rychlostí pístu, která při překročení prahové hodnoty 25 m/s začíná způsobovat první problémy s spolehlivostí.
Čtyřtaktní motor má jednu fázi (výfukový cyklus), kde píst stoupá směrem k hlavě bez zpomalení (když se výfukový ventil otevře, píst stoupá bez jakékoli protisměrné síly). U dvoutaktního motoru se to neděje (komprese začíná prakticky ihned po výfuku a s ním přichází zpomalení).

Motory třídy KZ a KF: stejná cesta. U všech motorů třídy KZ a KF o objemu 125 cm54 je zdvih pístu roven průměru válce: u všech – 54 x XNUMX mm.

Průměrná rychlost pístu

Průměrnou rychlostí pístu rozumíme průměrnou rychlost, které píst dosahuje při určitých otáčkách. Průměrná – protože píst se během jedné otáčky klikového hřídele prakticky dvakrát zastaví, a to v horní úvrati a spodní úvrati, aby změnil směr pohybu zdola nahoru a naopak. Hlavní část namáhání pístu připadá na jeho čep: píst se při nadměrných otáčkách v tomto kritickém bodě zlomí, což vysvětluje jeho zesílení.
Lineární rychlost pístu je vyjádřena vzorcem:
V = (C x g): 30
kde V je průměrná rychlost pístu, m/s,
C — zdvih pístu, m (zdvih 40 mm je 0,04 m)
g — rychlost otáčení (otáčky), při které je nutné určit průměrnou rychlost pístu
30 – pevný počet
Při studiu některých motorů, včetně závodních, jsme objevili několik zajímavých věcí.
Motor skútru o objemu 50 ccm má při 8000 otáčkách za minutu průměrnou rychlost pístu 10,6 m/s.
Motokárový motor ICA o objemu 100 ccm má při 21000 35 otáčkách za minutu průměrnou rychlost pístu XNUMX m/s!

Porovnání hlavních konstrukčních prvků.

Porovnejme dva motory o objemu 125 ccm s různými konstrukčními prvky. První má stejný zdvih pístu a průměr válce, 54 x 54 mm, a dělený výfuk s dílem typu „link stud“ (Honda), zatímco druhý má krátký zdvih, 56 x 50,6 mm (Cagiva). Je zřejmé, že jejich konstrukce obtokového kanálu se liší.

MBA VR1

Aby společnost MBA využila výhody motorů s krátkým zdvihem i čtvercových válců, vyvinula jednoválcový motor o objemu 125 cm55 s vrtáním 52 mm a zdvihem 6 mm. K dispozici je XNUMX bočních přepouštěcích kanálů, z nichž hlavní je rozdělený, aby byl zajištěn dostatečný tlak v potrubí a lepší proplachování i při středních otáčkách; pátý přepouštěcí kanál je také rozdělený.

Krátkozdvihový motor od CRS

Poslední homologací od CRS byl poslední motor KZ o objemu 125 ccm s krátkým zdvihem a převodovým poměrem 56 mm x 50,6 mm; škola Yamaha s tímto typem motoru neustále soutěžila na mistrovstvích světa až do uvedení motoru Haralze Bartola o objemu 125 ccm a rozměrech 3 mm x 54 mm a následně Reed Derby 54 ccm a TKM.

Rotax

Motor, který se zapsal do historie moderních dvoutaktních motorů: Rotax 125 ccm je instalován v motokárách Aprilia a nyní i v Rotaxu Max, s poměrem průměru válce k zdvihu pístu 54 x 54 mm. Používá se uspořádání se 4 protilehlými a jedním korekčním obtokovým kanálem.

Lineární rychlost pístu je velmi důležitým parametrem v životnosti motoru. Není náhoda, že u motoru o objemu 100 cm20 je po spotřebě XNUMX litrů na středně rychlém okruhu, a dokonce i po každém zahřátí na vysokorychlostní trati, nutné namontovat nový píst. Bez toho riskujete zničení motoru!

Pomocí tohoto vzorce můžete vypočítat průměrnou rychlost pístu libovolného motoru. Jen si to představte, pro dvoutaktní motor se v polovině 80. let zdála hranice 30 m/s nepřekonatelná; pak, s nástupem nejnovějších materiálů, dosáhli 35 m/s, a to i u motorů, které odolaly pouze teplotě motokáry.
U čtyřtaktních motorů, kde je problém závažnější, dochází k expanzi ve výfukovém cyklu (píst se cestou do horní úvrati nezpomaluje), limit by neměl překročit 25 m/s, i když během závodů a u obzvláště rychlých motorů byl tento limit často překračován…