Moderní konstrukce spalovacích motorů řetězových pil

Vzhledem k tomu, že motorové/benzinové řetězové pily spadají do kategorie ručně neseného motorového nářadí, kde je z hlediska obsluhy a údržby požadavek na co nejjednodušší provedení, většina výrobců benzinových řetězových pil na rozdíl od výrobců v automobilovém průmyslu hledala řešení mechanická, místo řešení prostřednictvím elektroniky. Poslední modely moderních řetězových pil jsou však již také vybaveny řídicími jednotkami (na rozdíl od mechanicky nastavitelného karburátoru), které řídí přímo přívod paliva do karburátoru, a tím lépe ovlivňují tvorbu pohonné směsi do dvoutaktních spalovacích motorů (viz obr. 1 a 2). Pozitivním výsledkem je velmi nízká hladina emisí a exhalací, které tyto motory produkují.

Emisně-exhalační limity

V roce 1998 Evropská unie představila emisně-exhalační limity pro malé benzinové motory, a to prostřednictvím Nařízení 97/68/EC, které bylo novelizováno v roce 2002 Nařízením 2002/88/EC. Tato nařízení vycházela z norem platných v USA (USEPA, CARB). Skupina tzv. malých motorů je rozdělena dle objemu motoru do tří kategorií (do 20 ccm, 20–50 ccm, nad 50 ccm), kde jsou pro jednotlivé kategorie dle roků uvedeny limitní hodnoty emisí a exhalací. Protože motory řetězových pil jsou dvoudobé spalovací motory (kde je pohonná směs tvořena benzínem a olejem), je limitní hranice emisí uváděná jako součet uhlovodíků/HC a oxidu dusíku/NOx v jednotkách g/kWh.

Způsoby, které výrobci motorových pil začaly používat za účelem snížení emisi a exhalací koncem minulého století, byly postupné a je možné je rozdělit rámcově do několika skupin.

Kompenzátory zanešení vzduchových filtrů

Kompenzátory zanešení vzduchových filtrů jsou jednoduché systémy, které mají za úkol omezit přívod benzínu do karburátoru v závislosti na zanešení vzduchového filtru. Prakticky se jedná o snímání podtlaku ve vnitřní části vzduchového filtru a jeho propojení na vnější stranu řídicí membrány karburátoru, která přes pákový převod jehlového ventilu reguluje průtok benzínu do karburátoru. Výsledkem je, že při zanešení vzduchového filtru vzniká v jeho vnitřní části větší podtlak, který způsobí po přivedení na vnější stranu řídicí membrány větší přítlak jehlového ventilu do sedla a tím sníží průtok benzínu. Výsledná pohonná směs, která se takto v karburátoru tvoří, má stejné složení, co se týká poměru vzduch/benzín, ale této směsi je objemově méně, což se projeví postupně sníženým výkonem motoru. Díky tomuto řešení nedochází k tvorbě příliš bohaté pohonné směsi a tudíž je tím eliminována nadměrná tvorba zplodin, která se u strojů bez tohoto řešení projevovala viditelně zvýšenou kouřivostí (a úsadami ve vnitřních částech motoru – spalovacím prostoru).

Prakticky se kompenzátory zanešení vzduchových filtrů používají u strojů pracujících ve zvláště prašném prostředí (např. rozbrušovací pily ve stavebnictví), nebo se doporučují u obsluhy, kde je riziko zanedbání čištění filtru. U řetězových pil v lesním hospodářství našly uplatnění v kategorii 50–60 ccm (obr. 5).

Vyplachování zplodin ze spalovacího prostoru čistým vzduchem

U řetězový pil vybavených dvoudobým spalovacím motorem se pro řízení/časování proudění pohonné směsi ani výfukových plynů z důvodu malých rozměrů a hmotnosti nepoužívají žádná přídavná mechanická řešení jako např. v motocyklovém průmyslu (rotační šoupátka, zpětné klapky, výfukové přívěry apod.). Velkým problémem z pohledu emisí/exhalací a spotřeby paliva u dvoudobého motoru je únik části čerstvé směsi, která ze spalovacího prostoru vyplachuje výfukové zplodiny z předcházejícího pracovního cyklu. Aby se této situaci zabránilo, používají konstruktéři plnění/přednaplnění  přepouštěcích kanálů válců nejprve čistým vzduchem ze strany od vzduchového filtru, který vypláchne výfukové zplodiny a následně za ním proudí přepouštěcími kanály do spalovacího prostoru pohonná směs vzduch/benzín z klikové skříně jako u klasického dvoudobého motoru. Jako řídící element proudění čistého vzduchu zde pracuje píst, který má na svých bocích vybrání, která otevírají/zavírají jednotlivá okénka přepouštěcího kanálu a umožňují fázovat a naplňovat přepouštěcí kanál z obou stran. Čistý vzduch je nasávaný do přepouštěcích kanálů přes vzduchový filtr, a je ovládaný škrticí klapkou, která je spojená mechanicky táhlem se škrticí plynovou klapkou karburátoru (obr. 4). Vzhledem k tomu, že v přepouštěcím kanále dochází k jeho plnění z jedné (čistý vzduch) i druhé (směs z klikové skříně) strany, je nutné zajistit vyšší plnící tlak směsi z klikové skříně. To je zajištěno lepším vyplněním prostoru klikové skříně prostřednictvím výplní na závažích klikové hřídele.

Celý systém je z konstrukčního hlediska dále zajímavý několika prvky: např. boky pístu, kde proudí čistý vzduch do přepouštěcích kanálů, nejsou mazané, a tak u pil s vysokým měrným výkonem jsou tyto boční strany pístu opatřené otvory, které umožňují přimazávání pohonnou směsí z klikové skříně, dále otvory, kterými přichází čistý vzduch do přepouštěcích kanálů, jsou vytvořené v místě dutého pístního čepu, což pomáhá jednak k chlazení jehlového ložiska pístního čepu, a také k vyrovnávání tlaků v pravém a levém přepouštěcím kanálu. Z pohledu tvarování přepouštěcích kanálů na válci dochází k jejich umístění směrem k výfuku (přední části válce), což pomáhá lepšímu chlazení celé pístní skupiny motoru. Rozdíly v provedení klasického dvoutaktního motoru a motoru s vyplachováním čistým vzduchem jsou patrné z obr. 6 a 7.

Tato dvě řešení dovolují snížit hladinu emisí/exhalací (HC+NOx) rámcově na úroveň 75 g/kWh. Pokud bychom chtěli dále tuto hodnotu snižovat, je nutné vzhledem k současně používaným konstrukčním materiálům a technologiím zařadit do systému přípravy pohonné směsi elektroniku. Toto řešení bude popsáno v příštím čísle Lesnické práce.

Autor:

Ing. Jiří Vorlíček

Husqvarna Česko s.r.o.

E-mail: Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript.