Předměty:
- Úvod
- Primární a sekundární pohyby pístu
- Rychlost pístu
- Zrychlení pístu
- Kompletní přehled o dráze pístu, rychlosti a zrychlení
Předmluva:
Pohyb pístu nahoru a dolů (translační) je převáděn na rotační pohyb mechanismem klikové ojnice. Píst se pohybuje nahoru a dolů v přímé linii. Toto se nazývá primární pohyb pístu. Ojnice se však nepohybuje jen nahoru a dolů, ale také do stran. V důsledku bočního pohybu ojnice urazí píst o něco větší vzdálenost. Kromě zvýšené vzdálenosti dosáhl píst v tomto bodě také nejvyšší rychlosti pohybu. Tato vzdálenost navíc se nazývá sekundární pohyb pístu.
Obrázek ukazuje pohyb pístu. Horní modrý píst ukazuje, kde se nachází TDC (Top Dead Center). Modrý píst vpravo uprostřed označuje vzdálenost pohybu primárního pístu (tj. při které se ojnice nenaklonila). Spodní červeně zbarvený píst označuje extra vzdálenost vytvořenou rotací klikového hřídele a sklonem ojnice; toto je sekundární pohyb pístu.
Po otočení klikového hřídele o 90 stupňů je rychlost pohybu pístu nejvyšší. Sekundární pohyb pístu zajišťuje větší ujetou vzdálenost. Přidáním vzdálenosti sekundárního pohybu k primárnímu pohybu lze určit celkovou vzdálenost, kterou píst urazí.
Poměr mezi délkou klikového čepu a délkou ojnice určuje velikost sekundárního pohybu. Sekundární pohyb pístu má také vliv na rychlost pístu a zrychlení pístu.
Primární a sekundární pohyby pístu:
Primární a sekundární pohyb pístu je znázorněn v grafech v této části jako ujetá vzdálenost. Součet pohybu primárního a sekundárního pístu je celkový pohyb pístu. Struktura celkové dráhy pístu je vysvětlena níže.
Primární pohyb pístu:
Síla ve směru TDC k TDC a síla od ODP k TDC společně způsobují vibraci, která se vyskytuje jednou za otáčku klikového hřídele. Proto se této síle také říká primární síla. Primární síla dělá primární pohyb.
- Primární pohyb pístu je 0 při 0° otáčení klikového hřídele a také 180 při 0°;
- Pokud se podíváme výhradně na pohyb primárního pístu, při natočení klikové hřídele o 90° je píst v polovině zdvihu (také v polovině válce), a to v 90 mm.
Sekundární pohyb pístu:
Boční pohyb ojnice zajišťuje sekundární pohyb pístu. Čím větší je poměr mezi klikovým čepem a délkou ojnice, tím větší je sekundární síla a tím i sekundární pohyb.
- Při TDC je sekundární pohyb 0;
- Při otáčení klikového hřídele o 90° je sekundární pohyb maximální;
- K primárnímu pohybu přidáme vzdálenost, kterou píst urazí při sekundárním pohybu. Toto je skutečná dráha, kterou píst urazil.
Skutečný pohyb pístu:
Vlastní pohyb pístu je tvořen součtem pohybu primárního a sekundárního pístu. To lze v grafu číst jako „celkem“.
- Píst je již v polovině zdvihu ve válci, než se klikový hřídel otočí o 90 stupňů. V grafu vidíme, že píst ujel 110 mm při úhlu 90 stupňů. To je 61 % celkového zdvihu;
- Délka klikového čepu, a tedy poměr kliky a ojnice (často označovaný jako lambda), určuje sekundární, a tedy celkovou dráhu pístu.
Sekundární pohyb pístu zesiluje vibrace motoru. U motoru se čtyřmi nebo méně válci, kde jsou sekundární síly relativně velké, vyvažovací hřídele používá se k omezení vibrací motoru.
Rychlost pístu:
Během pracovního procesu píst obrátí směr svého pohybu při ODP a TDC. Při ODP a TDC je rychlost pístu nulová. Píst totiž v těchto bodech mění směr. Jak se píst pohybuje z TDC do ODP, rychlost pístu se zvyšuje. Otáčky primárního pístu dosahují maximální hodnoty kolem 90 stupňů otáčení klikového hřídele. Je to výsledek kladného zrychlení pístu při pohybu dolů. S rostoucím úhlem ojnice však přichází na řadu sekundární rychlost pístu. Sekundární rychlost pístu souvisí se sklonem ojnice a způsobuje další příspěvek k celkové rychlosti pístu. Tato sekundární rychlost pístu způsobí, že celková rychlost pístu dosáhne své maximální hodnoty dříve, než by způsobila samotná rychlost primárního pístu. K tomu obvykle dochází před úhlem klikového hřídele 90 stupňů. V níže uvedeném grafu vidíme, že celková rychlost pístu je již maximální na přibližně 75 %.
Zrychlení pístu:
Rychlost pístu byla diskutována v předchozím odstavci. Graf ukazuje, že rychlost pístu při TDC a ODP je 0 a rychlost se zvyšuje a snižuje během pohybu dolů a nahoru. U pístového zrychlení se díváme na zrychlení a zpomalení pístu ve válci.
Když je úhel kliky 0 stupňů, píst je na vrcholu svého zdvihu a je připraven zahájit svůj pohyb dolů. Zrychlení pístu je v tomto okamžiku maximální. To je způsobeno náhlou změnou směru pohybu pístu, od zastavení v nejvyšším bodě po zahájení pohybu směrem dolů. Při pohybu směrem k TDC se zrychlení snižuje. Primární zrychlení pístu je 0 při 90 stupních rotace klikového hřídele. V předchozím odstavci můžeme vidět, že rychlost pístu opět klesá při 90 stupních. Mezi 90 a 180 stupni klikového hřídele píst brzdí, dokud nedosáhne TDC. V grafu vidíme brzdění jako negativní zrychlení.
Sekundární pístové zrychlení vzniká opět nakláněním ojnice. U motoru s ojnicí mimo osu je ojnice již v malém úhlu, když je píst v TDC. V důsledku sekundárního zrychlení pístu se celkové zrychlení pístu zvyšuje v prvních stupních klikového hřídele.
Celkový přehled o zdvihu pístu, rychlosti a zrychlení:
Předchozí odstavce probíraly primární, sekundární a celkové pohyby a rychlosti pro každý graf. V tomto přehledu vidíme součty v jednom grafu.
- Při pohybu pístu dolů se hmotnost pístu zvyšuje (od 0 do 180°);
- Píst obrátil svůj směr pohybu mezi předchozím zdvihem a aktuálním zdvihem. V důsledku náhlé změny směru pohybu je zrychlení pístu maximální od 0 stupně klikové hřídele;
- Rychlost pístu se postupně zvyšuje a dosahuje maxima dříve, než se klikový hřídel otočí o 90°;
- Při 180° jsou rychlost pístu i zrychlení pístu 0;
- Při pohybu nahoru k TDC se grafy zrychlení a rychlosti pístu obrátí.
Související stránky:
