Pístové spalovací motory
Download
Report
Transcript Pístové spalovací motory
Autor:
Ing. Bc. Pavel Kolář
Předmět/vzdělávací
oblast:
Základy přírodních věd - Fyzika
Tematická oblast:
TERMIKA
Téma:
Pístové spalovací motory
Ročník:
2.
Datum vytvoření:
leden 2014
Název:
VY_32_INOVACE_08.2.16.FYZ
Anotace:
Učební
materiál
je
věnován
pístovým
spalovacím motorům. Jsou vysvětleny základní
principy a uvedeny praktické příklady.
Metodický pokyn:
Prezentace je primárně určena ke zkvalitnění
výuky v hodinách fyziky, ale může být využita
i k samostudiu nebo pro distanční formu
vzdělávání. Otázky na konci tématu ověří
u žáků pochopení probíraného učiva. Materiál
vyžaduje použití multimediálních prostředků
(PC a dataprojektoru).
Pístové spalovací motory
Spalovací motor
Spalovací motor je tepelný stroj, ve kterém se tepelná energie
uvolněná hořením paliva mění na mechanickou práci;
Pracovní látkou jsou hořením vzniklé plyny;
Plyny při svém rozpínání posouvají pístem a konají práci na úkor
své vnitřní energie;
Opakovaného využití práce plynu je dosaženo periodicky se opakujícím
cyklem.
Rozdělení pístových spalovacích motorů
Podle principu činnosti:
Čtyřdobé motory: Pracovní cyklus proběhne během čtyř zdvihů pístu;
Dvoudobé motory: Pracovní cyklus proběhne během dvou zdvihů pístu;
Podle způsobu zapálení směsi:
Zážehové motory:
• Pohonná směs se zapaluje elektrickou jiskrou;
• Motory na plynná paliva (LPG, CNG) a lehká kapalná paliva (benzín);
Vznětové motory:
• Palivo se vstříknutím do kompresí zahřátého vzduchu vznítí;
• Motory na těžká kapalná paliva (nafta, topný olej).
Čtyřdobý zážehový motor
Pracovní cyklus čtyřdobého motoru
se skládá ze čtyř dob:
1. Sání
2. Komprese
3. Expanze
4. Výfuk
K vykonání celého pracovního cyklu
jsou třeba čtyři zdvihy pístu;
K zapálení směsi dochází pomocí
elektrické jiskry vytvořené mezi
kontakty zapalovací svíčky.
Obrázek 16.1. Čtyřdobý zážehový motor
Čtyřdobý zážehový motor
1. Doba: Sání
Při pohybu pístu z horní úvratě
do dolní úvratě vzniká ve válci
podtlak (až 20 kPa);
Otevřeným sacím ventilem dojde
k nasátí zápalné směsi;
Zápalná směs se získá smísením
paliva se vzduchem pomocí
karburátoru nebo vstřikovacího
zařízení.
Obrázek 16.2. První doba - Sání
Čtyřdobý zážehový motor
2. Doba: Komprese
Sací i výfukový ventil jsou zavřeny;
Při pohybu pístu z dolní úvratě
do horní úvratě dochází ke stlačení
zápalné směsi (tlak až 1,8 MPa);
Během stlačení se zvýší teplota
ve válci (až 450 °C), dojde
k odpařování paliva a smísení
jeho par se vzduchem;
Těsně před horní úvratí přeskočí
elektrická jiskra mezi elektrodami
zapalovací svíčky.
Obrázek 16.3. Druhá doba - Komprese
Čtyřdobý zážehový motor
3. Doba: Expanze
Od zažehnutí směsi do jejího
prohoření uplyne asi 0,001 s;
V tu chvíli je ve spalovacím
prostoru teplota až 2 500 °C
a tlak až 6,5 MPa;
Rozpínání plynů vznikajících
hořením paliva vyvolá pohyb
pístu z horní do dolní úvrati;
Jedná se o jedinou pracovní
dobu čtyřdobého motoru.
Obrázek 16.4. Třetí doba - Expanze
Čtyřdobý zážehový motor
4. Doba: Výfuk
Otevřením výfukového ventilu
začnou spaliny proudit výfukovým
kanálem do výfukového potrubí;
Pohybem pístu z dolní úvratě
do horní úvratě jsou vytlačeny
zbytkové spaliny;
Výfukové plyny dosahují teploty
až 900 °C.
Obrázek 16.5. Čtvrtá doba - Výfuk
Účinnost čtyřdobého zážehového motoru
Využití energie obsažené v palivu je
u spalovacích motorů nedokonalé;
Účinnost čtyřdobých zážehových
motorů se pohybuje od 20 do 33 %.
Nejvíce tepla s sebou odnášejí
výfukové plyny a chladicí médium.
Obrázek 16.6. Energetická bilance
JAWA 500 OHC typ 15/02
• Rok výroby: 1956 - 1959;
• Motor: Vzduchem chlazený čtyřdobý
zážehový;
• Rozvod: OHC;
• Počet válců: 2;
• Objem válců: 488 cm3;
• Výkon: 20,6 kW při 5 500 ot./min.;
• Příprava směsi: Karburátorem;
• Palivo: Benzín;
• Spotřeba: 4 l/100 km při 75 km/h;
• Maximální rychlost: 147 km/h.
Obrázek 16.7. JAWA 500 OHC - motor
Obrázek 16.8. JAWA 500 OHC typ 15/02
ŠKODA Felicia 1.3 MPI typ 136 M
• Rok výroby: 1997 - 1999;
• Motor: Vodou chlazený čtyřdobý
zážehový;
• Rozvod: OHV;
• Počet válců: 4;
• Objem válců: 1 289 cm3;
• Výkon: 50 kW při 5 000 ot./min.;
• Příprava směsi: Vícebodové
vstřikování (MPI);
• Palivo: Benzín;
• Spotřeba: 5,6 l/100 km při 90 km/h;
Obrázek 16.9. Škoda Felicia - motor
• Maximální rychlost: 156 km/h.
Obrázek 16.10. ŠKODA Felicia 1.3 MPI
Dvoudobý zážehový motor
Potřebuje pouze dva zdvihy pístu
k vykonání pracovního cyklu;
1. Komprese směsi ve válci
a sání směsi pod válec;
Zážeh a expanze;
2. Plnění válce směsí a výfuk;
Výměna náplně ve válci je řízena
pístem a děje se pomocí kanálů
(sací, přepouštěcí, výfukový);
Výhody: Jednoduchá konstrukce,
nižší hmotnost, nižší cena;
Obrázek 16.11. Dvoudobý zážehový motor
Nevýhody: Vyšší spotřeba paliva
a motorového oleje, nižší účinnost,
jen 20 %.
WARTBURG 353
• Rok výroby: 1966 - 1988;
• Motor: Vodou chlazený dvoudobý
zážehový;
• Rozvod: Písty;
• Počet válců: 3;
• Objem válců: 992 cm3;
• Výkon: 37 kW při 4 250 ot./min.;
• Příprava směsi: Karburátorem;
• Palivo: Benzín s olejem (50:1);
• Spotřeba: 7,4 l/100 km při 90 km/h;
• Maximální rychlost: 130 km/h.
Obrázek 16.12. Wartburg 353 - motor
Obrázek 16.13. Wartburg 353 W
Čtyřdobý vznětový motor (Dieselův)
Má obdobnou konstrukci jako
motor zážehový;
Do válce se nasává čistý vzduch,
který se ve válci adiabaticky
stlačuje a tím se zahřeje na
teplotu asi 600 °C;
Do horkého vzduchu se vstříkne
vstřikovačem nafta, která se
samovolně vznítí a postupně
spaluje;
Vznětový motor nemá zapalovací
svíčku;
Obrázek 16.14. Vznětový motor
Účinnost vznětových motorů je
od 30 % do 45 %.
TATRA 148 typ motoru T2-928
• Rok výroby: 1972 - 1982;
• Motor: Vzduchem chlazený čtyřdobý
vznětový;
• Rozvod: OHV;
• Počet válců: 8;
• Objem válců: 12 667 cm3;
• Výkon: 149 kW při 2 000 ot./min.;
• Příprava směsi: Přímé vstřikování
paliva;
• Palivo: Nafta;
• Spotřeba: 31,2 l/100 km při 50 km/h;
Obrázek 16.15. TATRA 148 - motor
• Maximální rychlost: 72 km/h.
Obrázek 16.16. TATRA 148 CAS 32
Shrnutí nejdůležitějších poznatků
Spalovací motor je tepelný stroj, ve kterém se tepelná energie
uvolněná hořením paliva mění na mechanickou práci;
Podle principu činnosti spalovací motory dělíme na:
Čtyřdobé motory;
Dvoudobé motory;
Podle způsobu zapálení směsi spalovací motory dělíme na:
Zážehové motory (η = 30 %);
Vznětové motory (η = 40 %);
Při provozu je nutné pístové spalovací motory chladit (vzduchem
nebo kapalinou).
Otázky a úkoly
1)
Proveďte základní rozdělení pístových spalovacích motorů.
o
Podle principu činnosti: Dvoudobé/Čtyřdobé.
Podle způsobu zapálení směsi: Zážehové/Vznětové.
2)
Jak pracuje čtyřdobý zážehový motor?
o
Pracovní cyklus se skládá ze čtyř dob: Sání, komprese, expanze, výfuk.
K zapálení směsi dochází pomocí elektrické jiskry.
3)
Jak se liší činnost zážehového a vznětového motoru?
o
U zážehového motoru dochází k zapálení směsi pomocí elektrické jiskry.
U vznětového motoru se palivo po vstříknutí do horkého vzduchu vznítí.
4)
Vysvětlete, proč u dvoudobých motorů mícháme palivo s olejem?
o
Přidáním oleje do paliva je zajištěno mazání motoru.
Otázky a úkoly
6)
Zvažte dopady provozu spalovacích motorů na životní prostředí.
o
Například znečišťují ovzduší výfukovými plyny, přispívají k tvorbě smogu
a globálnímu oteplování.
7)
Uveďte opatření pro zmírnění těchto negativních dopadů.
o
Například používání katalyzátorů u zážehových motorů, filtrů pevných částic
u vznětových motorů. Spalování ekologičtějších paliv (P-B, CNG, H).
Použité zdroje
• LEPIL, Oldřich, BEDNAŘÍK, Milan, HÝBLOVÁ, Radmila. Fyzika pro
střední školy I. 4. vyd. Praha: Prometheus, 2004, 266 s. Učebnice
pro střední školy. ISBN 80-7196-184-1.
• BEDNAŘÍK, Milan, KUNZOVÁ, Vlasta, SVOBODA, Emanuel. Fyzika II
pro studijní obory SOU. 1. vyd. Praha: SPN, 1986, 216 s. Učebnice
pro střední školy.
• MIKLASOVÁ, Věra. Sbírka úloh z fyziky pro SOŠ a SOU. 1. vyd. Praha:
Prometheus, 2005, 298 s. Učebnice pro střední školy. ISBN 80-7196-135-3.
• JAN, Zdeněk, ŽDÁNSKÝ, Bronislav. Automobily 3: Motory. 6. vyd. Brno:
AVID, 2010, 179 s. ISBN 978-80-87143-15-5.
• COOMBS, Mark. Údržba a opravy automobilů Škoda Felicia 1.3, 1.3MPi,
1.6MPi a 1.9 diesel od 1995. 1. vyd. České Budějovice: Kopp, 1999,
348 s. ISBN 80-723-2093-9.
Použité zdroje
• PAVLŮSEK, Alois. Jawa 500: Vývoj, prototypy, technika, sport. 1. vyd.
Brno: CPress, 2012, 148 s. Motoalbum (CPress). ISBN 978-80-264-0059-2.
• SZPUK, Lubomír. Moderní užitkové automobily Tatra. 1. vyd. Praha:
Naše vojsko, 1979, 285 s.
• IHLING, Horst. Wartburg – pomož si sám. 2. vyd. Bratislava: Alfa, 1974, 392 s.
• Autorem obrázků, pokud není uvedeno jinak, je autor výukového materiálu.