Traktorové motory jsou dnes převážně stavěny jako tří, čtyř nebo šestiválcové o objemu přibližně jednoho litru na válec. Výkon těchto motorů se pohybuje zhruba od 40 kW do 200 kW i více (54 – 272 k). V minulosti se výkon motoru zvyšoval zvyšováním počtu válců. Současné motory jsou již téměř všechny standardně vybavovány turbodmychadly, v mnoha případech doplněny chladiči stlačeného vzduchu pro dosažení ještě vyššího výkonu.
Kombinace turbodmychadla a chladiče stlačeného vzduchu
Při použití turbodmychadla dochází ke zvýšení výkonu až o 25% a až o 45 % při současném použití chladiče stlačeného vzduchu. Současně se, pouze s výjimkou nejnižšího rozsahu otáček, snižuje i měrná spotřeba nafty o 4 – 7 %. To současně pozitivně ovlivňuje výfukové plyny ve všech úrovních zatížení motoru. Samozřejmostí při zvyšování výkonu dieselového motoru je možnost zvýšení dávky vstřikovaného paliva. To je ovšem omezeno dostatečným množstvím stlačeného vzduchu ve válci. Motor pak začíná nadměrně kouřit a zároveň se nepříjemně zvyšuje měrná spotřeba bez odpovídajícího se zvýšení výkonu.
Co přinese turbodmychadlo?
Turbodmychadlo využívá ke své činnosti energii výfukových plynů, které roztáčí turbínu umístěnou ve výfukovém potrubí. Ta je umístěna na společné hřídeli s další turbínou v sacím potrubí a roztáčí ji. Tím dochází k přetlaku vzduchu přiváděného do spalovacího prostoru. To má za následek více vzduchu (kyslíku) ve spalovacím prostoru a poskytuje nám to možnost dodávky většího množství paliva, potažmo zvýšení užitečného výkonu. Zřetelně se tak zvýší jmenovitý výkon připadající na jednotku objemu.
Co ovlivňuje přídatné chlazení stlačeného vzduchu?
Nevýhodou při používání turbodmychadla je rychle se zahřívající vzduch pří stlačování. Snižuje se tak jeho hustota a narůstá tepelné zatížení motoru. Zde pomůže chladič stlačeného vzduchu. Zatím co je stlačený vzduch ochlazován, zvyšuje se jeho hustota a tepelné zatížení klesá.
Ve světě jsou obvyklé dva způsoby zchlazování stlačeného vzduchu. Chlazení stlačeného vzduchu vzduch/vzduch a vzduch/voda. V současnosti se převážně používá způsob vzduch/vzduch. V tomto případě je chladič stlačeného vzduchu umístněný před vodním chladičem motoru. Dostatečný proud chladícího vzduchu zajišťuje ventilátor umístěný mezi vodním chladičem a motorem. U způsobu chlazení stlačeného vzduchu vzduch/voda se zchlazuje stlačený vzduch zvláštním okruhem chladící kapaliny motoru v uzavřeném tepelném výměníku.
Vyšší dodávka paliva.
U současných modifikacích motorů (atmosférického, přeplňovaného nebo přeplňovaného motoru s chladičem stlačeného vzduchu) musí být vstřikovací čerpadla svým dopravním množstvím rovněž přizpůsobena zvýšeným požadavkům. Také zvýšení množství vstřikovaného paliva v závislosti na otáčkách způsobuje požadovaný vysoký nárůst kroutícího momentu a to již od 1000 min-1.
Vyšší kroutící moment.
Kroutící moment a nárůst kroutícího momentu jsou důležité parametry pro posuzování tahové a výkonové charakteristiky motoru.
Oproti atmosférickému motoru se zvyšuje kroutící moment přiměřeně se zvýšeným množstvím vstřikovaného paliva v provedení přeplňovaného motoru nebo přeplňovaného motoru s chladičem stlačeného vzduchu v celém rozsahu otáček.
Maximální kroutící moment se posouvá z výchozích 1200 min-1 u atmosférického motoru na 1400 min-1 u motoru přeplňovaného a na 1500 min-1 u přeplňovaného motoru s chladičem stlačeného vzduchu. To je následek nízkých plnících tlaků neregulovaného turbodmychadla v oblasti nižších otáček. Nedochází tak k optimálnímu plnění válce vzduchem.*
Tento posun otáček maximálního kroutícího momentu z 1200 na 1500 min-1 ale nijak nesnižuje praktické využití traktoru. A navíc se kroutící moment následkem toho nesnižuje.
Navýšení kroutícího momentu mezi 20 a 30 % považujeme za dobré, přes 30 % jako velmi dobré. Zároveň kroutící moment měřený při 1000 min-1 by měl být o 20 % vyšší než kroutící moment při jmenovitých otáčkách, pak jej hodnotíme také jako velmi dobrý. Vysoký kroutící moment podstatně usnadňuje při práci traktoru překonání zvýšeného zatížení.
Vyšší výkon.
Zvýšení výkonu motoru při použití turbodmychadla je jednoznačné. Při použití turbodmychadla bez chladiče stlačeného vzduchu lze díky vyšším dávkám paliva dosáhnout zvýšení asi o 25 %, při použití chladiče průměrně o 45 %. Z menšího zdvihového objemu se tak získá vyšší výkon.
Nižší spotřeba.
Měrná spotřeba paliva je při otáčkách pohybujících nad 1300 min-1 u přeplňovaných motorů o 5 % příznivější než u motorů atmosférických. Při nižších otáčkách než je 1300 min-1 je situace zcela opačná. Snížený plnící tlak neregulovaného turbodmychadla nestačí na optimální plnění válce vzduchem. Hoření vyššího množství paliva je horší a tím stoupá spotřeba paliva především u přeplňovaných motorů vybavených chladičem stlačeného vzduchu.
Odstranit tuto nevýhodu lze pomocí přeplňovaného motoru s regulátorem stlačeného vzduchu nebo vybavením motoru vstřikovacím čerpadlem s regulátorem množství paliva v závislosti na množství stlačeného vzduchu. Měrná spotřeba paliva při jmenovitém výkonu by se měla pohybovat do 230 g.kWh-1.
Střední tlak a teplota oleje.
Efektivní střední tlak nám poskytuje informaci o měrném výkonu dieselového motoru. Střední tlak je teoretická průměrná hodnota tlaku na čtvereční centimetr pístu, která působí během všech fází motoru (sání, komprese, expanze a výfuk). Tato hodnota je ovšem jen částí maximálního tlaku ve spalovacím prostoru. Měrný střední tlak MPa se vypočítává podle následujícího vzorce:
jmenovitý výkon (kW) x 120/objem motoru (l) x jmenovité otáčky (min-1).
U atmosférických motorů se pohybuje hodnota středního tlaku zpravidla mezi 0,6 – 0,75 MPa, u přeplňovaných motorů mezi 0,75 – 1 MPa a u přeplňovaných motorů s chladičem stlačeného vzduchu maximálně do 1,3 MPa.
Maximální teplota oleje nebo její zvýšení u přeplňovaných motorů nám vedle výpočtu středního tlaku poskytuje obrázek o tepelné rezervě motoru. Jako bezproblémová se podle zkušeností jeví teplota motorového oleje do 115 °C.
Nové předpisy v oblasti výfukových plynů a kouřivosti.
Při měření uhlovodíků (HC) jsou požadované limity překročeny obvykle jen u atmosférických motorů a to pouze minimálně. Přeplňované motory vybavené i nevybavené chladičem stlačeného vzduchu splňují tyto hodnoty bez problémů. Obsah oxidů dusíku (NOx) ve výfukových plynech překračuje přípustnou hodnotu u všech verzí motorů. Pozoruhodné je ovšem to, že přeplňované motory s chladičem stlačeného vzduchu v oblasti nejvyššího výkonu vykazují nejnižší hodnoty. Oxidy dusíku reagují především na vysokou teplotu hoření. Ta je přitom u motorů s chladičem stlačeného vzduchu velmi nízká. Hladina obsahu oxidu uhelnatého (CO) nepřekračuje u žádného z motorů předepsanou hodnotu ECE, nejlépe si však opět vedou přeplňované motory jak vybavené chladičem stlačeného vzduchu, tak bez něj.
Kouřivost motorů
Nejlepšího výsledku při 95 a 70 % jmenovitých otáček dosahuje přeplňovaný motor. Přeplňovaný motor s chladičem stlačeného vzduchu dosahuje při těchto otáčkách stejných nebo jen o málo lepších výsledků než motor atmosférický. Naopak při 50 % jmenovitých otáček dosahuje horších výsledků přeplňovaný motor a obzvlášť verze s chladičem stlačeného vzduchu. Toto zapříčiňuje nedostatečné prohoření paliva, kterého jsou vstřikovány příliš vysoké dávky nebo je ve válci stlačeno malé množství vzduchu následkem nízkého plnění turbodmychadla.
Závěrečné shrnutí
Vybavování atmosférických motorů turbodmychadly a chladiči stlačeného vzduchu se celkově jeví jako pozitivní. Kroutící moment a výkon motoru se při odpovídajícím vzrůstu vstřikovaného množství paliva o 25 % u přeplňovaného motoru a o 45 % u přeplňovaného motoru vybaveného chladičem stlačeného vzduchu zvyšují. Měrná spotřeba paliva se u přeplňovaných motorů také vesměs pozitivně snižuje pouze s výjimkou vysokého zatížení v oblasti otáček do 1300 min-1.
Tento nedostatek lze odstranit použitím turbodmychadla s regulací stlačovaného vzduchu nebo vybavením motoru regulací množství vstřikovaného paliva v závislosti na plnícím tlaku. Průběh hoření lze také výrazně vylepšit použitím regulace načasování vstřikování paliva v závislosti na otáčkách a zatížení motoru.
