Závodní auta jsou krom velmi dynamických schopností proslulá i tím, že jednoduše dělají docela kravál. Abychom pochopili, proč závodní motory dělají tak velký hluk, půjdeme na to z netradiční cesty – od sání.
Závodní motory a hluk (1. díl)
Články na téma závodní motory:
- Závodní motory: výlet do historie
- Proč chceme u závodních motorů co nejvyšší otáčky?
- Nejlepší mezi závodními motory: Cosworth DFV
- Proč závodní motory tak řvou? (1. díl) - právě čtete
- Proč závodní motory tak řvou? (2. díl)
- Proč závodní motory tak řvou? Mají vůbec výfuk? (3. díl)
- Supermateriály, které najdete v závodních motorech: Titan
- Supermateriály, které najdete v závodních motorech: Keramika
- Supermateriály, které najdete v závodních motorech: Hliník
- Supermateriály, které najdete v závodních motorech: Inconel, Electron a další
Ve vysvětlování závodních motorů jsme přeskočili z toho, proč tyhle speciální motory mají vysoké otáčky až na úplný konec. Až k výfuku. A budeme si povídat o tom šíleném řevu, který auta vydávají, když sviští po závodních okruzích jako je Nordschleife, Laguna Seca nebo Suzuka. A přesto vlastně začínáme od začátku a dokonce nám na to ani nebude stačit jedna část a budeme to muset rozdělit do několika dílů.
Co dává výkon?
Zamysleme se nejdřív nad tím, co dává výkon? Co je nositelem té energie? Samozřejmě, že to je palivo. Čím víc ho sem přivedeme, tím víc ho můžeme spálit a teplo je ta energie, kterou my chceme. Pokud dokážeme to teplo využít a vhodně přeměnit na pohybovou energii, dostaneme větší výkon tedy i větší točivý moment. Je jen na nás, jak motor navrhneme. Jestli z něj chceme mít dvanáctiválec s turbem, ale s olbřímím vrtáním jak u Brejlovce (zdvihový objem této legendární mašiny je 129,5 l!) a pomalým během, který prostě má za úkol mít co největší sílu, nebo roztočíme motor co nejvíc do otáček a poženeme se za výkonem.
Takže když chceme větší objem vloženého paliva, musíme dle stechiometrického poměru přivést i víc vzduchu. (zde odkazujeme na článek o stechiometrické směsi) A tak jsme se dříve snažili o co největší a nejprůtočnější karburátory, které jsou dnes už nahrazeny něčím výkonnějším – turbodmychadly a kompresory. Ty naženou do válců ohromné množství vzduchu a dokonce i pod docela solidním tlakem, takže se nám zvyšuje tlak ve válci ještě před kompresí. My sice máme kompresní poměr nějaké hodnoty a nemusíme ho ani měnit, ale tahle hodnota je jen poměrem objemu v horní úvrati proti objemu v dolní úvrati pístu. O tom, co je v tomto objemu už se hodnota nezmiňuje.
Závěr č. 1: Praskněte balónek
A teď první závěr toho, proč je závodní motor tak hlasitý. Uděláme jednoduchý příměr, aby to pochopili všichni čtenáři. Vezměte si do pusy žvýkačku a udělejte na ní bublinu. Až praskne, vezměte do pusy gumový balónek a nafoukněte ho do té samé velikosti. Propíchněte ho. Zjistíte, že ten balónek vydal nepoměrně větší hluk, než žvýkačka. A to proto, že balónek, abychom ho nafoukli na stejný objem, potřebovali jsme do něj kvůli pevnějšímu materiálu vložit víc energie – větší tlak. A když ten tlak unikl, udělalo to velké prásk!
Ano, tou první a nedůležitější vlastností toho, co se v motoru děje, je to, že dělá rámus z podstaty svého spalování. I když palivo spalujeme a nesnažíme se o jeho výbuch, jak je často mylně na základních školách žáčkům předkládáno (o spalovacích procesech motorů jsme psali zde), rychlost hoření je tak velká, že by se to s výbuchem dalo srovnávat. A buď si to pod malým tlakem jen upšoukne, protože je toho tam málo, nebo tam naženeme té směsi hromadu a ono to dá pecku. A samozřejmě, že to je slyšet.
Pokud bychom nechtěli být tak lidoví, začali bychom si tady povídat o středním indikovaném tlaku a indikované práci oběhu. Kdo zná, už ví, že jsme u výpočtu indikované účinnosti tedy na začátku cesty ke zvyšování výkonu motoru!
Dýchejte zhluboka
A když už jsme u toho nasávání vzduchu – zkuste se nadechnout. Nejdřív normálně a pak opravdu rychle a zhluboka. Slyšíte? Stavovou rovnici prostě neošidíte: p x V = T. Takže když chcete stejným průřezem prohnat více vzduchu, musíte ho buď výrazně urychlit, nebo stlačit. Při nasávání vzduchu do válců pak (i bez turbodmychadla) jde vlastně o oba principy.
Teď určitě hrklo ve spoustě z vás a začínáte si klepat na hlavu. Jenže ono to tak skutečně je. Jedno bez druhého se neobejde. Rychlost a tlak se vzájemně podpírají a mění si pozice, jako při tanci. Přenos hybnosti, tepla a hmoty v sacích kanálech nebo třeba v mezeře ventil–sedlo je opravdu velká věda. Sem snad ani nemusíme zabředávat, abychom si vysvětlovali například takové pojmy jako průtokové součinitele, uzavírací čísla kanálů, vírová čísla apod. Kdo studoval motorařinu, určitě rád vzpomíná na léta strávená s rovnicemi plnými indexů, které při odvozování už docházely nebo na „logický postup při výpočtu škrcení v mezeře ventil–sedlo“.
Zjednodušeně: větší objem vzduchu = větší hluk.
Jistě, problematikou prolétáme příliš rychle, ale není v našich silách, abychom tu vysvětlovali vědecky celé vědní obory. Proto přistupujeme k vysvětlení principů zvyšování výkonu tímto způsobem, kdy jeden extenzivní symbol (v našem případě hluk), definuje celou škálu vstupních faktorů. Takže nás v rámci hluku čekají ještě vačky a ventily, výfuková potrubí a turba, tlumiče výfuku a taky další mechanické věci.
Zdroj info: Emanuel Svoboda – Přehled středoškolské fyziky (2020), Jan Hromádko – Spalovací motory (2011).
Zdroj médií: Depositphotos.
Zdroj médií: Depositphotos.
