19. a 20. PÍSTOVÉ ZÁŽEHOVÉ A VZNĚTOVÉ
SPALOVACÍ
MOTORY
19. and 20. PETROL AND DIESEL PISTONE COMBUSTION ENGINES
ROZDĚLENÍ SPLAOVACÍCH MOTORŮ mechanická funkčnost – pístové nebo rotační Spalovací motor pracuje na základě přeměny tepelné energie na mechanickou energii. Tepelná energie se bere z chemické reakce paliva a kyslíku (z nasávaného vzduchu). Nejčastěji se používají paliva benzín, nafta a zemní plyn. O paliva budoucnosti se hlásí vodík a rostlinný olej. Směs vzdušného kyslíku a paliva se zapálí buď vznícením (pouze stlačením směsi – vznětové motory) nebo zažehnutím (zapálením směsi – zážehové motory). Způsob nasátí vzduchu, spálení paliva a vyprázdnění spalin může motor zvládnout během jedné otáčky (dvoutaktní motory, rotační motory) nebo otáček dvou (čtyřdobé motory). Vzdušný kyslík lze dostat do motoru podtlakem (nasátím – atmosférické motory) nebo přetlakem (přeplňováním – nucené vhánění vzduchu do motoru).
p-V IDEÁLNÍHO CYKLU
p-V DIAGRAM PÍSTOVÉHO ČTYŘDOBÉHO ZÁŽEHOVÉHO MOTORU
1-2 – isobarické sání – nasávání směsi paliva 2-3 – adiabatická komprese 3 – zapálení směsi 3-4 – izochorické hoření směsi 4-5 – adiabatická expanze 5 – otevření výfukového ventilu 5-6 – izochorický výfuk 6-1 – isobarický výfuk – vytlačení spalin
p-V DIAGRAM PÍSTOVÉHO ČTYŘDOBÉHO VZNĚTOVÉHO MOTORU
1-2 – isobarické sání – nasávání POUZE VZDUCHU 2-3 – adiabatická komprese 3 – předstřik pro vznícení směsi 3-4 – pilotní vstřik - isochorické hoření směsi 4-5 – sada dostřiků – isobarické hoření směsi 5-6 – adiabatická expanze 6 – otevření výfukového ventilu 6-7 – isochorický výfuk 6-1 – isobarický výfuk – vytlačení spalin p-V DIAGRAM DVOUDOBÉHO MOTORU
(1 – přímí vstřik paliva) 1-2 – adiabatická komprese 2 – zapálení směsi 2-3 – izochorické hoření směsi 3-4 – adiabatická expanze 4 – otevření výfukového kanálu 5 – začátek plnění směsi nebo vzduchu ROZVODY MOTORŮ
DOHC
DESMODROMICKÝ ROZVOD
PNEUMATICKÝ ZAVÍRANÉ VENTILY
MAGNETICKY OVLÁDANÝ ROZVOD
ŠOUPÁTKOVÝ ROZVOD, PÍSTOVÝ ROZVOD
PŘÍPRAVA SMĚSY PALIVA PALIVA 1. 2. 3. 4.
benzín nafta zemní plyn vodík
PŘÍPRAVA PALIVA PŘED SPALOVÁNÍM 1. pomocí karburátoru 2. vstřikováním – nepřímé a přímé vstřikování POUŽITÍ KARBURÁTORU Motory s nízkým výkonem do 50kW, a tam kde se vyžaduje jednoduchost a spolehlivost zahradní technika (sekačky, motorové pily…), malé motocyklové motory, závodní motory (plochodrážní, silniční do 250ccm). Použití u dvoutaktních motorů
POUŽITÍ VSTŘIKOVÁNÍ Tam kde nám jde hlavně o dokonalé spalování paliva, vhodné emise a o ekonomický provoz.
REGULACE VÝKONU MOTORU ZÁŽEHOVÝ MOTOR (BENZÍNOVÝ) – výkon motoru se reguluje průtokem nasávaného vzduchu (nejčastěji škrtící klapka, zdvih ventilu). Podle hmotnosti nasátého vzduchu řídící jednotka určí, kolik paliva se má do motoru vstříknout. U karburátorových motorů je škrtící klapka spojená se škrtící jehlou, která otevírá přívod paliva. Škrtící klapa vytváří velký odpor => ztráta výkonu. U motorů s karburátorem se musí zajistit funkčnost karburátoru i při náklonu stroje. Při akceleraci je nutné zajistit správnou dynamiku paliva („akcelerační pumpička“).
VZNĚTOVÝ MOTOR (NAFTOVÝ) – tok nasávaného vzduchu není nijak omezován. Výkon motoru se řídí podle množství vstříknutého paliva do spalovacího prostoru. VÝHODY MOTORŮ S PŘÍMÍM VSTŘIKEM PALIVA nižší spotřeba paliva snazší spouštění motorů při nižších teplotách jednodušší konstrukce hlavy motoru tyto výhody jsou dosaženy dýky lepšímu víření směsi paliva, lepšímu průběhu hoření. Jsou zde nižší ztráty tepelné a hydraulické ztráty. NEVÝHODY MOTORŮ S PŘÍMÍM VSTŘIKEM PALIVA vyšší nároky na vstřikovací zařízení při požadavku velmi jemného rozprášení paliva vyšší nároky na kvalitu paliva VÝHODY MOTORŮ S NEPŘÍMÍM VSTŘIKEM PALIVA nižší maximální tlaky ve válci a tedy menší namáhání součástí motoru menší nároky na vstřikovací zařízení, kvalitu paliva NEVÝHODY MOTORŮ S NEPŘÍMÍM VSTŘIKEM PALIVA vyšší měrná spotřeba paliva složitější a dražší konstrukce hlavy motoru obtížnější spouštění studeného motoru
PALIVOVÁ SOUSTAVA SE ROZDĚLUJE NA DVĚ ZÁKLADNÍ ČÁSTI - nízkotlaká část – doprava paliva z nádrže přes filtry k vysokotlakému čerpadlu, přebytek paliva vrací zpátky do nádrže - vysokotlaká část – vyvolává požadovaný vstřikovací tlak
1-váha vzduchu, 2-řídící jednotka, 3-vysokotlaké čerpadlo, 4-tlakový zásobník, 5-snímač tlaku, 6-vstřikovač, 7-snímač polohy klikové hřídele, 8-snímač teploty chladící kapaliny, 9-palivový filtr, 10-snímač polohy plynového pedálu
DOPRAVNÍ ČERPADLA Mají za úkol dopravovat palivo od nádrže k vysokotlaké části - pístová - membránová - zubová - jiná
PALIVOVÉ FILTRY Filtry mají zachytit nečistoty, které by mohly způsobit poškození palivového systému (ucpání, vydření pohyblivých a rotačních částí). Filtry mohou být sítka z jemného pletiva nebo jako papírové fitrační vložky. Při výměně filtru je nutné odvzdušnit systém.
PŘEDEHŘÍVÁNÍ A CHLAZENÍ PALIVA Ohřev paliva - studený motor, lepší nastartování - rozmrznutí nafty Chlazení paliva - vyšší účinnost motoru
VYSOKOTLAKÉ ČERPADLO (HIGH PRESSURE PUMP) vytvářejí tlak 15 – 300 MPa ROTAČNÍ ČERPADLO
RADIÁLNÍ ČERPADLO
VSTŘIKOVAČ Ovládání -
samotným tlakem paliva elektromagneticky piezoelektricky
Vstřikovače jsou namáhaný vysokými teplotami a tlakem. Vstřikovači nesmí ukapávat palivo. Jehla vstřikovače je mazána pouze vlastním palivem.
REGULÁTOR TLAKU PALIVA
DALŠÍ KOMPONENTY OVLIVŇUJÍCÍ MNOŽSTVÍ VSTŘÍKNUTÉHO PALIVA VÁHA VZDUCHU (mass air flow sensor)
SNÍMAČ TLAKU NASÁVANÉHO VZDUCHU (pressure sensor of intake air)
SNÍMAČ TEPLOTY NASÁVANÉHO VZDUCHU A TEPLOTY MOTORU (temperature sensor of intake air and engine temperature)
POLOHA ŠKRTÍCÍ KLAPKY (throttle)
SNÍMAČ OTÁČEK A SNÍMAČ POLOHY KLIKOVÉ HŘÍDELE (speed sensor and sensor of crankshaft position)
LAMBDA SONDA (lambda)
KOLIK VSTŘIKOVAT PALIVA (how many fuel is injecting?) Hodnoty ze snímačů má za úkol vyhodnotit řídící jednotka. Ta určí kolik paliva se má vstříknout. Hodnota množství paliva je určená s množství nasávaného vzduchu, teploty a tlaku vzduchu, teploty motoru, hodnotě lambda sondy, otáček motoru a u benzínových motoru poloze škrtící klapky.
ZAPALOVÁNÍ
MAZÁNÍ MOTORŮ Hlavní funkcí mazací soustavy je vytvořit tenký olejový film na třecích plochách tak, aby se relativní pohyb součástí uskutečnil jako kapalinné tření. Výsledkem je snížení míry opotřebení součástí. Míra tření je tak převáděná z polosuchého tření na tření kapalinné. Zcela je nutné mazáním zamezit suchému tření součástí. DRUHY MAZÁNÍ -
mastná směs – mazací olej je smíchán ve stanoveném poměru s palivem (dvoutaktní motory) tlakové mazání – k mazanému místu je přiveden olej pod tlakem od olejového čerpadla
TLAKOVÉ MAZÁNÍ MŮŽEME ROZLIŠIT PODLE UMÍSTĚNÍ ZÁSOBY OLEJE NA - mazání se suchou skříní – zásoba oleje je v samostatné nádrži mimo motor - mazání s mokrou skříní – olejovou nádrží je spodní víko motoru
