Regulácia piestových spaľovacích motorov

náhľad|Riadiaca jednotka BOSCH EDC17CP20
Regulácia piestových spaľovacích motorov spočíva v prispôsobení vybraných veličín piestového spaľovacieho motora tak, aby jeho činnosť zodpovedala požiadavkám prevádzky poháňaného zariadenia napríklad (vozidla) pri primeranej životnosti a hospodárnosti. Niektoré veličiny sú regulované obsluhou, niektoré automaticky, niektoré sú iba sledované.
Pri spaľovacích motoroch sa regulujú alebo kontrolujú:
efektívny výkon, otáčky a krútiaci moment 
 teplota a tlak mazacieho oleja
 teplota a prietok chladiaceho média
 teplota a zloženie spalín
 pri preplňovaných motoroch: otáčky turbodúchadla, prietok, tlak a teplota plniaceho vzduchu
 iné veličiny.
Reguláciu moderných motorov v súčasnosti zabezpečuje riadiaca jednotka motora.

 Regulácia krútiaceho momentu 
Krútiaci moment piestového spaľovacieho motora sa môže regulovať zmenou celkového zdvihového objemu Vz.i, výhrevnosti Hz a hustoty ρ zmesi, objemovej účinnosti ηo a celkovej účinnnosti ηe.

Regulácia vypínaním valcov patrí medzi skokové spôsoby regulácie a pracuje so zmenou zdvihového objemu. Využíva sa na zníženie spotreby paliva pri motoroch s kvantitatívnou reguláciou v režimoch nízkych zaťažení. Zmeny objemovej a celkovej účinnosti nie je možné využiť v širšom rozsahu.

Najväčší vplyv na  krútiaci moment motora má množstvo privedeného tepla. To sa upraví množstvom zmesi, jej zložením, alebo kombinovane. Podľa toho sa rozlišujú základné typy regulácie:
kvalitatívna regulácia
kvantitatívna regulácia
zmiešaná regulácia.

 Kvalitatívna regulácia 
Kvalitatívna regulácia využíva zmenu kvality pracovnej zmesi z hľadiska jej výhrevnosti. Pre výhrevnosť zmesi platí:

     pre λ >=1alebo     pre λ <1
kde:
 Hz - výhrevnosť zmesi v MJ.kg-1
 Hu - dolná výhrevnosť paliva v MJ.kg-1
 ΔHu - strata tepla spôsobená nedokonalým spaľovaním v MJ.kg-1
 λ - súčiniteľ prebytku vzduchu
 Lt - teoreticky potrebné množstvo vzduchu v kg.kg-1.
Z uvedených vzťahov vyplýva, že ak sa zvýši súčiniteľ prebytku vzduchu λ výhrevnosť zmesi klesne. Ak sa do valca privedie rovnaké množstvo zmesi s nižšou výhrevnosťou (tzv chudobná zmes) pomerne k tomu klesne výkon motora. Na tomto princípe pracujú vznetové motory (nepreplňované), pretože sú kvôli svojmu spôsobu prípravy zmesi vstrekovaním paliva do vzduchu schopné pracovať so širokým rozsahom súčiniteľa prebytku vzduchu. 

 Kvantitatívna regulácia 
Pri kvantitatívnej regulácii je výkon motora riadený pomocou zmeny množstva čerstvej zmesi vo valci. To sa dosiahne reguláciou prietokového množstva na vstupe do motora pomocou škrtiacej klapky. Zloženie zmesi sa nemení alebo iba veľmi málo a je blízke stechiometrickému pomeru. Na tomto princípe pracujú zážihové motory s nepriamym vstrekom, alebo karburačné zážihové motory.

 Zmiešaná regulácia 
Pri zmiešanej regulácii je v závislosti od pracovnej oblasti motora výkon regulovaný buď množstvom alebo zložením zmesi, prípadne zmenou oboch parametrov súčasne. Do tejto kategórie patria:
plynové zážihové preplňované motory
preplňované naftové motory (vznetové) - pri týchto motoroch pripadá hlavná zložka regulácie na kvalitatívnu, ale vplyv zmeny hmotnosti náplne (kvantitatívna regulácia) spôsobený preplňovaním nie je zanedbateľný
zážihové motory s priamym vstrekom - ak pracujú s homogénnou zmesou využíva sa kvantitatívna regulácia, v režimoch s vrstvenou (chudobnou) zmesou kvalitatívna regulácia.

 Regulácia otáčok 
Požiadavky na spôsob regulácie otáčok sú rôzne podľa typu a účelu poháňaného zariadenia:
 alternátory a dynamá vyžadujú reguláciu na stále otáčky
 generátory motorových lokomotív vyžadujú reguláciu na niekoľko stálych otáčkových stupňov 
 traktory v pracovnom režime reguláciu na ľubovoľne nastavené stále otáčky
 vozidlá ľubovoľné otáčky závislé od jazdného režimu.

 Regulácia výkonu 
Výkon piestového spaľovacieho motora sa dá vždy vyjadriť ako súčin jeho krútiaceho momentu a uhlovej rýchlosti, ktorá je závislá od otáčok. Reguláciu výkonu je preto možné dosiahnuť:
zmenou krútiaceho momentu pri konštantných otáčkach
zmenou otáčok pri konštantnom krútiacom momente
zmenou oboch veličín, resp ich súčinu.

 Regulácia ostatných veličín 
Okrem vyššie uvedených hlavných veličín sa pri spaľovacích motoroch regulujú aj ďalšie najmä na zlepšenie prevádzkových parametrov motora. Sem patria napríklad:
 regulácia predstihu zapaľovania - využíva sa pri zážihových motoroch na dosiahnutie optimálnej prevádzky s maximálnym výkonom a minimálnou spotrebou paliva
 riadenie recirkulácie výfukových plynov - využíva sa u vznetových motorov na zníženie hluku a emisií
 regulácia plniaceho tlaku - využíva sa pri preplňovaných motoroch na obmedzenie maximálnych tlakov v plniacom potrubí podľa prevádzkových potrieb motora
 antilag systém - využíva sa pri výkonných preplňovaných motoroch na zlepšenie odozvy turbodúchadla po decelerácii
 regulácia zloženia spalín pomocou lambda sondy pri zážihových motoroch - využíva sa na zníženie emisií
 *zmena časovania ventilov pri motoroch s variabilným časovaním ventilov - využíva sa na optimalizáciu prevádzkových parametrov motora.

 Referencie