Jejich vývoj byl velmi rychlý a jejich použití rozsáhlé, např. v silniční, železniční, letecké, lodní dopravě, u bojových vozidel, v zemědělství, stavebnictví aj. Mění tepelnou energii vzniklou spálením paliva na tlakovou a ta se mění prostřednictvím klikového mechanismu v energii mechanickou.
Rozdělení
1) dle zapalování paliva:
a) zážehové – nasává se směs, zapaluje svíčka
b) vznětové – saje se vzduch, palivo se vstřikuje a samo vznítí
2) dle počtu zdvihů na 1 pracovní oběh:
a) dvoudobé – 2 zdvihy, jedno otočení klikového hřídele
b) čtyřdobé – 4 zdvihy, dvě otočení klikového hřídele
3) dle použitého paliva: na plynná a kapalná paliva
4) dle účelu: stacionární, mobilní, letecké, pro silniční vozidla atp.
5) dle počtu a uspořádání válců: jednořadé, dvouřadé, s válci do V, hvězdicové, s protilehlými válci aj.
Oběhy motorů
Teoretický oběh se skládá ze dvou adiabatických a dvou izochorických změn. Jsou zde ale předpoklady: pracovní oběh je uzavřený, látka se nevyměňuje, teplo se přivádí a odvádí při stálém objemu nebo při stálém objemu a tlaku, změny jsou vratné, součásti mechanismu nepřivádějí ani neodvádějí teplo, není zde tření.
Skutečný oběh není uzavřený, látka se vyměňuje. Komprese a expanze nejsou adiabatické, ale polytropické. Spalování není dokonalé, trvá určitou dobu, takže teplo není přiváděno ani za stálého tlaku ani za stálého objemu. Odvod tepla není za stálého objemu, protože výfuk trvá určitou dobu.
Zážehový motor
a) čtyřdobý motor – plnění i vypouštění je řízeno ventilovým rozvodem. Nejprve se nasaje (podtlakem), pak probíhá komprese, těsně před horní úvratí se směs zapálí jiskrou. Hořením se uvolňuje velké množství tepelné energie – jediný pracovní zdvih. Před koncem expanze se otevírá výfukový ventil a následuje výfuk. Ventily se otevírají nuceně!
b) dvoudobý motor – plnění i vypouštení je řízeno pístovým rozvodem. Nejprve se uzavírá přepouštěcí kanál. Potom se uzavře výfukový kanál a nastává komprese. V druhé polovině otevírá spodní hrana sací kanál a směs je nasávána do klikové skříně. Pak se zažehne jiskrou a probíhá expanze. Ke konci expanze se otevírá výfukový kanál a po snížení tlaku přepouštěcí kanál, kterým je směs vtlačována do válce a vyplachuje spalovací prostor.
Vznětový motor
a) čtyřdobý – nasává se čistý vzduch, který se stlačuje. Do horkého vzduchu se vstřikuje před horní úvratí palivo, které se vznítí.
b) dvoudobý – pracovní prostor se vyplachuje čistým vzduchem, který se ve válci stlačuje. Těsně před horní úvratí se začne vstřikovat palivo, které dohořívá při expanzním zdvihu.
Palivový systém zážehových motorů
Požadavky na paliva
Bezpečnost při skladování manipulaci a provozu; chemická stálost vůči vzduchu a vodě; vysoká výhřevnost; netečnost vůči materiálům v palivovém ústrojí; malá jedovatost a omamnost; malý obsah: vody, síry, popela, olova aj.; musí se snadno odpařit; nízký bod vzplanutí; odolné proti detonacím (velké oktanové číslo).
Paliva
Kapalná – destilací ropy: benzín (hlavně), petrolej (méně – hodně zplodin), motorová nafta (pro vznětové motory, musí se dobře spalovat); synteticky: syntetický benzín, benzen (mísí se s benzínem, změkčuje chod motoru), methanol (malá výhřevnost, ve směsi s benzínem)
Plynná – přirozená: zemní a bahenní plyn; umělá: svítiplyn, koksárenský plyn, propan-butan
Příprava palivové směsi
Nádrž – čistič paliva – palivové čerpadlo – karburátor.
Před vstupem do spalovacího prostoru musí být palivo co nejjemněji rozprášeno a zároveň smícháno se vzduchem v požadovaném poměru (pro benzín:vzduch = 1:15). U plynných paliv se směs vytváří ve směšovačích, kde se palivo i vzduch odměřuje škrtícími klapkami. U kapalných paliv používáme tzv. karburátor. Skládá se plovákové a směšovací komory. Vzduch nasávaný motorem se mísí s palivem, které přitéká tryskou z plovákové komory. Tryska je umístěna v difuzoru. V něm se vlivem podtlaku a velké rychlosti vzduchu nasává a rozprašuje. Škrtící klapkou se reguluje množství směsi proudící do válce a tím kroutící moment motoru. Otáčky motoru ovlivňují rychlost vzduchu v difuzoru a tím i bohatost směsi. Proto jsou karburátory vybaveny kompenzačním zařízením např. kompenzační tryskou, emulzní trubicí atp.
Akcelerační pumpička – když se prudce sešlápne plyn a otevře se klapka, proteče velké množství vzduchu a vznikne chudá směs. Akcelerační pumpička přidá palivo.
Sytič – když je motor studený, přidává palivo, aby se zahřály stěny válce (tj. obohacuje směs).
Klepání motoru
Klepání vzniká nerovnoměrným hořením paliva v spalovacím prostoru.
a) zážehové motory – vliv má kompresní poměr (čím je větší, tím je větší výkon, ale i klepání); umístění svíčky (ideálně by měla být uprostřed kulového prostoru); tvar spalovacího prostoru (měl by být co nejjednodušší); velikost spalovacího prostoru (čím je větší, tím je větší klepání);
palivo (oktanové číslo – poměr izooktanu a heptanu v směsi, přidáváme antidetonátory)
b) vznětové motory – vliv má kompresní poměr (čím je větší, tím je klepání menší); tvar a velikost spalovacího prostoru; palivo (cetanové číslo)
Vliv na životní prostředí
a) škodliviny ve výfukových plynech – (oxidy dusíku, oxid uhelnatý, uhlovodíky, sloučeniny olova a saze) nejvíce jich vzniká při nedokonalém spalování. řešíme konstrukčními úpravami spalovacího prostoru, způsobem spalování, přípravou směsi, katalyzátory…
b) velkou hlučností – je možno ji snížit přesnější výrobou, zlepšením tlumení a dalšími konstrukčními úpravami.
c) teplem – vzhledem k předchozím je to zanedbatelné
Palivový systém vznětových motorů
Podle způsobu vstřikování se rozdělují motory s přímým vstřikem a motory s nepřímým vstřikem (komůrkové).
Motory s přímým vstřikem – palivo se vstřikuje přímo do pracovního prostoru válce. Požadavky na spalovací prostor: co nejmenší odvod tepla, aby se udržel teplota nutná k zapálení směsi, dobré promíchání paliva se vzduchem (dosahuje se vířením vzduchu na konci komprese v pomocném spalovacím prostoru ve dně pístu, víceotvorovou tryskou). Výhody: jednodušší hlavy válců, snadné spouštění i studeného motoru, velká účinnost, menší spotřeba paliva.
kompresní prostory vznětových motorů s přímým vstřikem
Motory s komůrkové – palivo se vstřikuje do vedlejšího kompresního prostoru (komůrky v hlavě válce.
Druhy komůrek:
a) tlaková – po vstřiku nastane hoření, zvýší se tlak a část směsi se vyfoukne do spalovacího prostoru, kde dohoří, opět nastane hoření, zase se kousek vyfoukne atd. než všechno dohoří.
b) vírová – do komůrky se vtlačuje kanálkem vzduch, hořením se zvýší tlak, který dopraví palivo do hlavního pracovního prostoru.
c) vzduchová – palivo se vstřikuje do hlavního prostoru, v komůrce je pouze stlačený vzduch, který expanduje do hlavního prostoru a dodává další kyslík pro hoření. Výhody komůrkových motorů: jednodušší vstřikovací zařízení, menší kouření motoru, tišší chod, menší citlivost na zatížení.
Vstřikovací zařízení
Slouží k dopravě, dávkování a rozprášení paliva. Palivo je nasáváno přes hrubý čistič čerpadlem a přes jemný čistič dopravováno k vstřikovacímu čerpadlu. Vstřikovací jednotky palivo odměřují a vytlačují k vstřikovači. Vstřikovací zařízení musí zajišťovat: vstřikování stejného objemu paliva do všech válců, stejnou a současnou změnu dodávky paliva při změně zatížení motoru, těsnost pístů. Vstřikovací trysky slouží k dokonalému rozprášení paliva ve spalovacím prostoru válce a v celém rozsahu otáček a ztížení motoru. Palivo nesmí z trysek odkapávat. Vstřikovací potrubí je vysokotlaké, má být co nejkratší, bez ostrých ohybů a ke všem válcům stejně dlouhé.
Regulace vznětových motorů
a) omezovací – dávkování paliva se řídí pohybem ovládací páky čerpadla a teprve při překročení nejvyšších dovolených otáček se regulátor uvede do činnosti.
b) výkonu – regulátor nastavuje samočinně objem vstřikované dávky paliva tak, aby byly dodrženy požadované otáčky, obsluha je mění otáčky, při kterých má regulace probíhat.
Zapalování zážehových motorů
Stlačená směs se zapaluje elektrickou jiskrou o teplotě asi 8 000 K. jiskra přeskakuje při napětí 15 000 až 20 000 V mezi vzájemně odizolovanými elektrodami zapalovací svíčky vzdálenými od sebe 0,4 mm pro magneto elektrické a 0,7 až 0,9 mm pro bateriové zapalování. Podle konstrukce izolačního materiálu mají svíčky tzv. tepelnou hodnotu (charakterizující schopnost odvádět teplo). Svíčka má mít takovou, aby nezapalovala předčasně směs, ale aby se elektrody nezanášely spalitelnými nečistotami. Pro vyšší provozní teplotu motoru se volí svíčky s vyšší tepelnou hodnotou (studenější), a naopak.
Dynamobateriové zapalování
Skládá se z primárního a sekundárního vinutí. Proud z baterie protéká primárním vinutím cívky, přerušovačem a kostrou motoru. Jeho přerušením se indukuje v sekundárním vinutí cívky vysoké napětí. Proud ze sekundárního napětí je přiváděn rozdělovačem v předepsaném pořadí ke svíčkám. Paralelně připojený kondenzátor zabraňuje opalování a jiskření kontaktů přerušovače. Regulační relé zapíná do primárního okruhu dynamo, jestliže jeho napětí je vyšší než baterie. Dnes už jsou dynama nahrazována alternátory – nižší cena, větší pracovní rozsah, menší hmotnost a vyšší účinnost.
Magnetoelektrické zapalování
Používá se u malých motocyklů a u leteckých a stacionárních motorů. Zdrojem proudu je magneto. Výhodou je nezávislost na baterii a dynamu, nevýhodou nedostatek energie pro vytvoření jiskry při malých otáčkách.
Tranzistorové zapalování
Přerušovač ovládá pouze napětí na bázi tranzistoru. Při sepnutí kontaktů přerušovače získá báze záporné napětí, tranzistor se otevře a primárním vinutím cívky protéká proud. Proud protékající přerušovačem je 20x menší než u bateriového zapalování, čímž se zvýší životnost přerušovače.
Mezi novější způsoby patří zapalování kondenzátorové a piezoelektrické, které se však pro vysokou cenu zatím běžně nepoužívá. (Opravdu? Zdroj totiž: Stavba a provoz strojů IV, SNTL Praha 1982)
Rozvody spalovacích motorů
Slouží k ovládání vstupu pracovní látky do válce a k dokonalému odvedení spalin.
Druhy: ventilový, šoupátkový, pístový.
Ventilové rozvody
Používají se u čtyřdobých motorů. Druhy ventilových rozvodů se liší podle uspořádání a umístění částí rozvodu.
Rozvod SV – konstrukčně jednodušší, obtížné seřizování vůle a nízký kompresní poměr vlivem nevhodného kompresního prostoru. Dnes už se téměř nepoužívá.
Rozvod OHV – má větší hlučnost a větší počet součástí s přímočarým pohybem. Výhodou je jednoduché uspořádání a snadné seřizování vůle. Je vhodný pro motory s menšími otáčkami.
Rozvod OHC – vačkový hřídel umístěný na hlavách válců bývá poháněn buď převodovým hřídelem, řetězem nebo ozubenými koly. Používá se u motorů s většími otáčkami.
Rozvod DOHC (2xOHC) –
Části ventilového rozvodu
Vačkový hřídel – jsou jím ovládány, jeho otáčky jsou vázány na otáčky klikového hřídele (u čtyřdobých motorů má poloviční otáčky než klikový). Vyrábějí se celistvé zápustkovým kováním. Po obrobení se cementují a kalí.
Vačky – řídí průběh otevírání a zavírání ventilů. Otevírání je řízeno přímo vačkou, zavírání pružinou.
Zdvihátka ventilů, rozvodové tyčky, vahadla ventilů.
Ventily – jejich úkolem je zavírání a otevírání výfukových a plnících průřezů v pracovním prostoru válce. Musí odolávat tepelnému i mechanickému namáhání., nesmějí se deformovat vlivem teploty, nekorodovat a nesmí být kalitelné při prudkém ochlazení. Vyrábějí se z ocelí legovaných Cr, Ni a W.
Časování ventilů
Sací se otevírají před začátkem, sání aby byly naplno otevřeny. Zavírají se zpožděním – využívá se kinetické energie proudu směsi (vzduchu) při plnění válce. Výfukové ventily se otevírají před začátkem výfuku, aby se mohli vyrovnat tlaky. Ne ale příliš brzo – snižovalo by to výkon motoru. Konec zavírání je se zpožděním – zase využití energie k vypláchnutí válce. Vůle v rozvodu umožňuje tepelnou dilataci. Příliš velká vůle způsobuje hlučnost rozvodu.
Šoupátkové rozvody
Výhodou je dobré plnění válce (velké průřezy), odpadá tepelné namáhání výfukových ventilů a je možné využít větší kompresní poměr. nevýhodou je zhoršený přestup tepla a obtížné těsnění a chlazení. Používají se jen ve zvláštních vysokootáčkových motorech (a Trabantu ).
Pístové (kanálové) rozvody
U dvoudobých motorů. Sací, výfukový a i přepouštěcí kanál je umístěn ve stěně válce a otevírá se pístem.
Přeplňování motoru
Provádí se dmýchadly, které dopravují do válce více pracovní látky než při nasávání nebo vyplachování. tí m zvýší výkon motoru o 30 až 100%. Zvýšení výkony je závislé na plnicím tlaku. Přeplňování motorů je vhodné pro vznětové motory u zážehových dochází ke ztrátě paliva.
Mazání a chlazení spalovacích motorů
Chlazení
Při pracovním oběhu spalovacího motoru jsou v pracovním prostoru válce teploty až 2000º C. Nejvyšší přípustná teplota stěn válce je dána teplotou rozkladu oleje, která je asi 250º C. Při vyšší teplotě se zapékají pístní kroužky a vznikají samozápaly. Naopak teplota stěn válců by neměla klesnout pod 75º C, jinak dochází ke kondenzaci vodní páry na stěnách válců a hrozí koroze a stárnutí oleje. Nejvhodnější teplota válců (170º – 190º C) je udržována chlazením. Chlazení odvede 20 – 30 % přivedeného tepla.
Chlazení vzduchem
Válce a hlavy válců jsou žebrované, vzduch proudí mezi žebra a odvádí teplo. Proudění vzduchu může být přirozené (motocykly) nebo nucené. Výhody: nezamrzá, skoro žádná obsluha, není třeba dolévat kapalinu.
Chlazení kapalinou
Chladíme vodou, Fridexem atp. Motory chlazené kapalinou mají dvojité stěny a dutiny v hlavách válců. V nich se kapalina ohřívá a odvádí teplo. Oběh kapaliny může být a) samočinný – je umožněn rozdílem hustoty teplé a studené vody, může selhat při nižší hladině vody; b) nucený – chladící soustava stejná, ale má navíce čerpadlo, které umožňuje oběh vody a termostat, jenž uzavírá průtok do chladiče při studeném motoru. Chladič slouží k odvádění tepla z chladící kapaliny, ventilátor mění rychlost chladícího vzduchu v závislosti na otáčkách motoru. Výhody: tišší chod, větší výkon, menší sklon ke klepání, jednodušší konstrukce motoru, rovnoměrnější tepelné namáhání součástí motoru, možnost vytápět chladící kapalinou vnitřek karoserie.
Mazání
Mažeme ke snížení tření, odvodu tepla a utěsňování mazaných součástí.
a) směsí – u dvoudobých motorů, mazací olej se přidává v poměru 1:20 až 1:25 do paliva. Nevýhodou je selhávání při volnoběhu a brždění motoru.
b) místní – ke každé součásti se přivede odměřené množství oleje
c) rozstřikovací
d) tlakové – čerpadlo vytlačuje olej k jednotlivým mazaným součástem, zároveň tak i chladí.
Spouštění motorů
a) ruční – klikou (převážně u Ferrari ), řemínkem nebo nohou (u motorek)
b) stlačeným vzduchem – v hlavě je spouštěcí ventil, který se otevírá na začátku expanze, přivádí se jím stlačený vzduch, motor začíná pracovat jako vzduchový
c) elektromotorem – působením elektrického proudu se pastorek zasune, roztočí
setrvačník a pružina ho vysune
d) jiným motorem – pro velké vznětové motory, roztáčí se malým zážehovým
motorem
Žádné komentáře:
Okomentovat