MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ AGRONOMICKÁ FAKULTA BAKALÁŘSKÁ PRÁCE

MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ AGRONOMICKÁ FAKULTA

BAKALÁŘSKÁ PRÁCE

BRNO 2012

MICHAL SKŘIVÁNEK

Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav techniky a automobilové dopravy

Analýza vybraných parametrů spalovacích motorů Bakalářská práce

Vedoucí práce: prof. Ing. František Bauer, CSc.

Vypracoval: Michal Skřivánek

Brno 2012

PROHLÁŠENÍ

Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma Analýza vybraných parametrů spalovacích motorů vypracoval samostatně a použil jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém seznamu literatury. Bakalářská práce je školním dílem a může být použita ke komerčním účelům jen se souhlasem vedoucího bakalářské práce a děkana AF MENDELU v Brně.

dne………………………….. podpis……………………….

Poděkování

Děkuji panu prof. Ing. Františku Bauerovi za vedení mé práce a především své rodině a přátelům za podporu, kterou mi poskytli.

Abstrakt

Bakalářská práce je zaměřena na konstrukci vznětových a zážehových motorů. Práce je také zaměřena na konstrukci Common Railu, GDI, Toyota D-4 a FSI motorů. Inženýři při vyvíjení nového motoru čelí problematice většího výkonu, nebo menší spotřeby. Cílem je zkombinovat vysoký výstupní výkon a nízkou spotřebu paliva. Klíčová slova: vznětový motor, Common Rail, zážehový motor, přímé vstřikování benzínu

Abstract Bachelor thesis is focused on construction of diesel and gasoline engines. Thesis is also focused on construction of Common Rail, GDI, Toyota D-4 and FSI engines. When developing a new motor-vehicle engine, engineers are faced with the dilemma of more power or less fuel. The goal is to combine high power output and low fuel consumption. Keywords: diesel engine, Common Rail, gasoline engine, direct injection gasoline

Obsah Abstrakt ...............................................................................................................................................................6

1. Úvod ................................................................................................. 9 1.1.

Cíl bakalářské práce ................................................................. 10

2. Vznětový motor.............................................................................. 10 2.1.

Common rail ............................................................................. 11

2.1. 1

Palivový systém ..................................................................... 12

Nízkotlaká část: .................................................................................................................................................12 Vysokotlaká část: ..............................................................................................................................................12

Řídicí systém s elektronickou regulací edc ........................... 19

2.1. 2

Snímače: ............................................................................................................................................................19 Řídicí jednotka ..................................................................................................................................................21 Ovládací (akční) členy:......................................................................................................................................22 Filtr pevných částic ...........................................................................................................................................22

3. Zážehový motor ............................................................................. 23 3.1.

Mitsubishi GDI......................................................................... 24

3.1. 1

Hlavní konstrukční odlišnosti motoru GDI .............................................. 24

3.1. 2

Palivový systém ........................................................................................ 25

3.1. 3

Princip činnosti ......................................................................................... 25

3.2.

Toyota D-4................................................................................ 26

3.2. 1

Palivový systém ........................................................................................ 26

3.2. 2


3.3.

Volkswagen FSI ....................................................................... 28

3.3. 1

Řídicí systém Motronic MED 7................................................................ 29

3.3. 2

Palivový systém ........................................................................................ 29

3.3. 3


4. Technická data ............................................................................... 33 4.1.

Škoda Octavia RS 2,0 TDI PD 125 kW ...............................................................................................38

4.2.

Škoda Octavia RS 2,0 TSI 147 kW ......................................................................................................39

5. Závěr .............................................................................................. 41 Seznam použité literatury .................................................................... 42 Seznam obrázků................................................................................... 44 Seznam Tabulek .................................................................................. 45 Seznam grafů ....................................................................................... 45

1. ÚVOD

Jako analýzu vybraných parametrů spalovacích motorů si představme konstrukční porovnání vznětových (naftových, dieselových) spalovacích motorů se zážehovými (benzínovými) používanými v osobních automobilech U vznětových spalovacích motorů se dnes výhradně používá systém Common Rail, neboli společný zásobník. Je to vrcholně vyvinutý systém přímého vstřikování nafty do spalovacího prostoru, který splňuje i ty nejpřísnější emisní normy a požadavky. Výrobci automobilů jej stále modernizují a v bližší době nepočítají s jejím koncem. Tento systém je narozdíl od starších systému vznětových motorů ekonomičtější z hlediska spotřeby, ale je také tišší chod motoru a emise ve výfukových plynech jsou nižší. U zážehových spalovacích motorů se používají též systémy s přímým vstřikováním paliva do spalovacího prostoru. Tento systém do osobních automobilů poprvé použila značka Mercedes – Benz v modelu 300 SL, a to v roce 1937. Znovu tento způsob použila automobilka Mitsubishi s označením GDI. A s možnostmi rozvojem elektroniky ho využila jako první v sériové výrobě. Dále přišla automobilka Toyota D-4 a na evropský trh společnost Bosch, která zavedla systém FSI ve spolupráci s koncernem Volkswagen.

9

1.1.

CÍL BAKALÁŘSKÉ PRÁCE

Cílem bakalářské práce je vypracovat stručný přehled v konstrukci motorů osobních automobilů v současné době. Dále pak uvést funkční skupiny spalovacích motorů, a stručně popsat co ovlivňuje jejich ekonomiku provozu.

2. VZNĚTOVÝ MOTOR První sériově vyráběný osobní automobil se vznětovým motorem představily v roce 1936 hned dvě automobilky, Hanomag s modelem Rekord Diesel a MercedesBenz 260 D. Tyto automobily však byly příliš hlučné a těžkopádné, a tak je i přes jejich úspornost nebrala společnost vážně. Až automobilka Audi přišla s inovací přímého vstřiku nafty do spalovacího prostoru. Najednou byly naftové motory dynamické a hlavně s lepšími emisemi. Od řadového čerpadla se tak přešlo k systému čerpadlotryska a ke konci na Common Rail. V roce 1994 skončil vývoj firem Magneti Marelli, Fiatu a Elasis tím, že patenty zakoupila firma Bosch. Firma Bosch pak pokračovala v inovacích a vývoji pro uvedení do sériové výroby. Tím se dostáváme k datu 1. října 1997 kdy přišla jako první automobilka Alfa Romeo se systémem Common Rail do modelu 156 1,9 JTD, jako druhá následovala firma Mercedes-Benz s modelem E 320 CDI. Obliba automobilů se vznětovým motorem rostla neustále, a v roce 2005 byl počet přihlášených osobních vozidel s tímto motorem okolo 50%. Systém Common Rail se vyvíjí dodnes a prošel si hned čtyřmi generacemi. Ta první pracovala s tlakem do 135 MPa (1350 bar). Byl zde již předstřik za účelem předehřátí spalovacího prostoru. Druhá generace pracovala s tlaky kolem 160 MPa (1600bar), používal se zde už i dostřik. Třetí generace přišla s piezoelektrickým vstřikovačem a pracovním tlakem do 200 MPa (2000 bar). Palivo zde bylo rozprašováno jemněji, účinnost spalování byla větší, vzrostl i výkon a spotřeba s emisemi klesla. Čtvrtá a poslední generace od roku 2008 přišla

s hydraulicky

zesilujícím vstřikovačem paliva. Pracovní tlak je zde až 250 MPa (2500 bar) právě díky tomuto vstřikovači. Příprava směsi je zde lepší, pracujeme zde s vícenásobným vstřikem a to přispívá i k regeneraci filtrů pevných částic. [1], [6], [7]

10

2.1.

COMMON RAIL

U systému Common Rail je vstřikování odděleno od vytváření vstřikovacího tlaku, který je vytvářen nezávisle na otáčkách motoru a vstřikovaného množství paliva. Palivo je neustále připraveno ve vysokotlakém zásobníku (railu). Řídící jednotka nám vypočítává okamžik a množství vstřikovaného paliva. Vstřikovače jsou ovládány elektrohydraulicky pomocí elektromagnetických ventilů. Tlak a doba otevření ventilu určuje množství paliva. Hlavní části Common Railu jsou na obr. 2.1. [1], [6]

Obr. 2.1 - Palivová soustava Common Rail od firmy Bosch [1] 1) snímač hmotnosti nasávaného vzduchu, 2) řídící jednotka, 3) vysokotlaké čerpadlo, 4) vysokotlaký zásobník, 5) vstřikovač, 6) snímač otáček klikového hřídele, 7) snímač teploty chladicí kapaliny, 8) čistič paliva, 9) snímač polohy akceleračního pedálu

11

2.1. 1

PALIVOVÝ SYSTÉM Palivová soustava systému Common Rail se skládá z nízkotlaké a

vysokotlaké části, tedy ze zařízení k dopravě paliva, přes čištění, až po vstřik. Jednotlivé části si popíšeme.

Nízkotlaká část: • palivová nádrž, • dopravní palivové čerpadlo se sacím košem, • jemný čistič paliva, • nízkotlaké palivové potrubí, • nízkotlaký okruh vysokotlakého čerpadla, • zpětné palivové potrubí.

Vysokotlaká část: • vysokotlaké čerpadlo s odpojovacím ventilem jednotky čerpadla a regulátorem tlaku paliva, • vysokotlaký zásobník paliva, • snímač tlaku paliva v zásobníku, • pojistný ventil, • omezovač průtoku, • vstřikovače.

Dopravní palivové čerpadlo Jak již název napovídá, jedná se o čerpadlo, které dopravuje palivo do vysokotlaké části. U osobních automobilů se převážně používá elektronické válečkové čerpadlo. [1] 12

Vysokotlaké palivové čerpadlo Vysokotlaké čerpadlo má za úkol dodávat za všech okolností dostatečné množství paliva pod vysokým tlakem, a při všech provozních režimech motoru do systémového zásobníku (Railu). Čerpadlo je na motor montováno obdobně jako klasické rotační čerpadlo, a je poháněno od klikového hřídele pomocí ozubeného soukolí, řetězu nebo řemenu. Převod je uzpůsoben tak, aby otáčky čerpadla nikdy nepřekročily 3000 min-1. Základní části vysokotlakého čerpadla jsou: tři vzájemně pootočené písty o 120˚, sací a výtlačné ventily, hnací hřídel a výstředníková vačka. Při běhu naprázdno a částečném zatížení vzniká přebytek paliva, a to právě tím, protože je čerpadlo dimenzováno na vysoké dopravované množství paliva. Přebytečné palivo musí být odvedeno zpět přes regulátor tlaku do palivové nádrže. Tím ztratíme energii získanou ze stlačení a i celkovou účinnost. Těmto ztrátám částečně předejdeme právě tím, že odpojíme pístovou jednotku čerpadla, nebo změníme převod pohonu čerpadla. [1]

Obr. 2.2 – Vysokotlaké palivové čerpadlo [1] 1) hnací hřídel, 2) výstředníková vačka, 3) píst, 4) prostor ve válci pod sacím ventilem, 5) výtlačný ventil, 6) přívod paliva 13

Regulátor tlaku paliva Regulátor tlaku paliva má za úkol udržet tlak v zásobníku paliva v závislosti na zatížení motoru. Když je v zásobníku příliš vysoký tlak, tak se regulační ventil otevře a část paliva odtéká zpětným potrubím do nádrže. Pokud je tlak příliš nízký, tak se regulační ventil uzavře a utěsní tím vysokotlakou stranu od nízkotlaké. Jestliže je regulátor v nečinném stavu, tak elektromagnetem neprochází proud a kulička je do kuličkového ventilu tlačena pouze pružinou, která má sílu přibližně 10 MPa (100bar). Tento tlak odpovídá otevíracímu tlaku paliva. Pokud chceme tlak zvýšit, tak musíme sílu pružiny posilnit elektromagnetem. Síla elektromagnetu se nastavuje podle ovládacího proudu, který je ovládán taktováním (modulací doby pulsu).

Obr. 2.3 – Regulátor tlaku paliva [1] 1) kuličkový ventil, 2) kotva elektromagnetu, 3) elektromagnet, 4) pružina

Vysokotlaký zásobník paliva Má za úkol akumulovat palivo pod vysokým tlakem, tlumit tlakové kmitání vznikající dopravou paliva. Musí mít správně zvolený objem tak, aby čelil kmitům, ale zároveň nesmí být příliš velký, aby šel vytvořit tlak již při startování. [1]

14

Obr. 2.4 – Vysokotlaký zásobník paliva (Rail) [1] 1) vysokotlaký zásobník, 2) přívod od vysokotlakého čerpadla, 3) snímač tlaku paliva, 4) pojistný ventil, 5) zpětný odvod paliva ze zásobníku do palivové nádrže, 6) omezovač průtoku, 7) potrubí ke vstřikovači

Snímač tlaku paliva Jak již sám název napovídá, tak snímač tlaku paliva slouží k okamžitému zjištění paliva v zásobníku s přesností ± 2 %. Dále pak informaci o tlaku paliva posílá do řídící jednotky v podobě napěťového signálu, jehož velikost odpovídá velikosti zjištěného tlaku. Tlak se měří pomocí průhybu membrány (firma Bosch udává průhyb asi 1 mm při tlaku 150 MPa), elektrický odpor na vrstvě, která je umístěna na ní, se mění a tím se mění i napětí které leží v rozsahu 0 mV až 70 mV. [1] Obr. 2.5 – Snímač tlaku paliva [1] 1) elektrická přípojka 2) vyhodnocovací obvod 3) membrána se snímacím prvkem 4) vysokotlaké připojení 5) upevňovací závit

15

Tlakový pojistný ventil Tento ventil funguje jako ochrana zásobníku při případném vzrůstu tlaku, způsobeným funkční poruchou. Při překročení tlaku, který je stanoven tuhostí pružiny, se ventil otevře, a přes kuželový ventil a průtočné otvory odtéká zpět do nádrže. Obr. 2.6 – Tlakový pojistný ventil [1] 1) přívodní kanálek, 2) kuželový ventil, 3) průtočné otvory, 4) píst, 5) tlačná pružina, 6) doraz, 7) těleso ventilu, 8) zpětný odvod paliva

Omezovač průtoku Zabraňuje přebytečnému odběru paliva vstřikovače, je tedy namontován ke každému vstřikovači. Pokud má vstřikovač poruchu, tak právě omezovač zabrání tomu, aby do něj dále neodtékalo palivo. Ať už je únik paliva ve velkém či malém množství, tak se píst vytlačí do těsnicí polohy a zůstane tak až do zastavení motoru. [1] Obr. 2.7 – Omezovač průtoku [1] 1) připojení k zásobníku (vstup) 2) uzavírací vložka 3) píst 4) tlačná pružina 5) pouzdro 6) připojení ke vstřikovači

16

Vstřikovač Vstřikovač má za úkol dávkovat přesně určené množství paliva v určitém okamžiku do spalovacího prostoru. Je napojen přímo k vysokotlakému zásobníku a zároveň připevněn k hlavě válců. Vstřikovače jsou ovládány buď elektromagneticky, nebo piezoelektricky. • Elektromagneticky ovládaný vstřikovač Ve vstřikovači jsou základními konstrukčními prvky otvorová vstřikovací tryska, hydraulický ovládací systém a elektromagnetický ventil. Vstřikovač funguje tak, že z vysokotlakého zásobníku je pod tlakem dodáváno palivo přívodním kanálem k jehle vstřikovací trysky, ale zároveň také do ovládacího prostoru. Ovládací prostor se nachází nad jehlou trysky, a vysoký tlak paliva nám nechává jehlu v těsnicí poloze (vstřikovací otvor – uzavřen). Ovládací prostor je však spojen ještě se zpětným odvodem paliva přes odtokovou škrticí trysku. Elektromagneticky řízený kuličkový ventil, který je spojen s kotvou, se tak stará o průchodnost trysky. V momentě, kdy do elektrické přípojky přivedeme impuls (cca 20 A), tak nám cívka elektromagnetu přitáhne kotvu s kuličkovým ventilem. Škrticí tryska je otevřená. To zapříčiní, že palivo pod vysokým tlakem již netlačí jehlu, ale jde do zpětného odvodu paliva a hlavně zároveň prochází přívodným kanálem, který jehlu zvedne. Palivo je tak vstřikováno do spalovacího prostoru. Řídící jednotka pošle impuls na další vstřikovač. Tzn. cívka elektromagnetu je již bez proudu, kotva s kuličkovým ventilem jsou natlačeny pomocí pružiny, škrticí tryska je zavřená, vysoký tlak paliva je opět v ovládacím prostoru nad jehlou a vstřikovač je uzavřen. Elektromagnetické ventily se používají dvojího typu, a to s jednodílnou kotvou (jedno-pružinový systém) a dvoudílnou kotvou (dvou-pružinový systém). Způsob s dvoudílnou kotvou je pochopitelně výhodnější protože dokáže rychleji uzavřít kuličkový ventil s kotvou. Tím také přispějeme ke zkrácení intervalu mezi jednotlivými vstřiky, tudíž přesnější. [1]

17

Obr. 2.8 – Elektromagneticky ovládaný vstřikovač [14] a) vstřikovač uzavřen, b) vstřikovač se otevírá, c) vstřikovač se zavírá 1) zpětný odvod paliva, 2) cívka elektromagnetu, 3) pružina kotvy, 4) kotva, 5) kuličkový ventil, 6) ovládací prostor, 7) pružina trysky, 8) tlačné mezikruží, 9) objem komory, 10) vstřikovací otvor, 11) pružina elektromagnetického ventilu, 12) škrticí tryska, 13) přívodní kanál, 14) odtoková škrticí tryska, 15) píst jehly, 16) jehla trysky

Diagnostika elektromagneticky ovládaných vstřikovačů Podle kontroly množství zpětně odtečeného paliva zjistíme funkčnost jednotlivých vstřikovačů. Rozdíl mezi jednotlivými zpětně odtečenými palivy jednotlivých vstřikovačů nesmí přesáhnout trojnásobek. Příčinou může být kupříkladu zaseklý ventil. [1]

18

• Piezoelektricky ovládaný vstřikovač Piezoelektrický jev byl objeven v roce 1880 bratry Pierrem a Jaquesem Curiovými. Jev nám dá elektrické napětí z tlaku vyvolaného na krystal (křemen, Seignettova sůl apod.), to však platí i naopak. Jestliže tedy přivedeme na krystal elektrické napětí, tak se krystal deformuje. Tohoto jevu se využívá k nadzvednutí jehly vstřikovací trysky. Jako krystal se zde používá keramický materiál, který je s příměsí oxidu olovnatého nebo zirkoničitého. Příměs pomůže odolávat tepelným podmínkám vznětového motoru. Tyto vstřikovače jsou modernější než vstřikovače ovládané elektromagneticky, mají oproti nim několik výhod. Největší výhodou je možnost pětinásobného vstřiku během jednoho cyklu. Další výhodou je přesnější předstřik paliva, dokonce zde ani nedochází k přímému úniku paliva z oblasti vysokého tlaku do oblasti s nízkým. [1]

2.1. 2

ŘÍDICÍ SYSTÉM S ELEKTRONICKOU REGULACÍ

EDC

Elektronická regulace vznětových motorů EDC se vstřikováním Common Rail je složena ze tří základních členů, a to: snímačů, řídicí jednotky a ovládacích (akčních) členů. Snímače slouží k zachycení provozních podmínek a požadovaných hodnot. Řídicí jednotka pro zpracování informačních signálů. A ovládací členy pro převedení signálů z řídicí jednotky na mechanickou práci. [1]

Snímače: • snímač polohy a otáček klikového hřídele, • snímač polohy a otáček klikového hřídele, • snímače teploty, • snímač hmotnosti vzduchu s vyhřívaným filmem, • snímač plnicího tlaku.

19

Snímač polohy a otáček klikového hřídele Na klikovém hřídeli je jeden indukční snímač, který poskytuje veškeré informaci nejen o poloze klikového hřídele, ale i o poloze všech pístů. Otáčky jsou definovány jako počet otočení klikového hřídele za minutu. V řídicí jednotce se všechny veličiny počítají právě ze signálů indukčního snímače. [1] Snímač polohy a otáček vačkového hřídele Tento snímač má za úkol informovat řídicí jednotku, zda se píst nachází v kompresním nebo výfukovém zdvihu (při pohybu do HÚ). Tuto informaci potřebujeme při startu vozidla a ze snímače klikové hřídele bychom se to nedozvěděli. Při běhu motoru už nám stačí jen informace ze snímače klikového hřídele. [1] Snímače teploty Tyto snímače jsou polovodičové odporové s negativní charakteristikou (NTC), mění svůj odpor se vzrůstající teplotou, a jelikož jsou napájeny pod 5 V, tak změní svou hodnotu napětí. Hodnota napětí se pomocí analogově – digitálních převodníků převede do digitální formy, a s tím už pak pracuje řídicí jednotka a přiřazuje ke každé hodnotě napětí. Snímače teploty máme v: • chladícím okruhu pro určení teploty chladicí kapaliny, • v sacím potrubí pro měření teploty sacího vzduchu, • v mazacím systému pro měření teploty motorového oleje, • ve zpětném palivovém potrubí pro měření teploty paliva.

Snímač hmotnosti nasávaného vzduchu s vyhřívaným palivem Snímač hmotnosti nasávaného vzduchu funguje tak, že film na keramické destičce je nahříván na cca 130˚C, proudící vzduch pak film ochlazuje a tím se mění vyhřívací proud, který je přímo úměrný na velikostí nasávaného vzduchu. Měřič nesmí být umístěn v místě recirkulace výfukových plynů. [1], [5]

20

Obr. 2.9 – Snímač hmotnosti nasávaného vzduchu s vyhřívaným filtrem [1] 1) elektrická přípojka 2) vyhodnocovací hybridní obvod 3) vstup vzduchu 4) keramická destička s vyhřívaným filmem 5) výstup vzduchu 6) pouzdro

Snímač plnicího tlaku Je spojen se sacím potrubím a měří absolutní tlak v rozmezí 50 až 300 kPa. Snímač se skládá ze snímací části a vyhodnocovacího hybridního obvodu. Tyto části se nacházejí společně v keramické destičce. Ve snímací části je membrána s piezorezistivními prvky, jejichž vodivost se mění podle mechanického napětí. Z vnější strany totiž působí na membránu tlak ze sacího potrubí. Napětí na můstku tak určuje tlak v sacím potrubí. [1]

Řídicí jednotka Řídicí jednotka dostává signály ze snímačů a podle nich pak dál řídí ovládací (akční) členy. Je umístěna v pouzdře, které může být buď utěsněné, nebo neutěsněné. Napájení, snímače a ovládací členy jsou na jednotku napojeny víceprvkovým konektorem. [1] Řídicí jednotka má také svou vlastní diagnostiku, která hlídá správnou činnost snímačů (např.: pro teplotu chladicí kapaliny je přípustný rozsah -40˚C až 150˚C, jiné hodnoty jsou brané jako porucha snímače). [1] 21

Ovládací (akční) členy: • vstřikovače, • regulátor tlaku paliva, • ovládací jednotka žhavení (pro lepší startování motoru), • elektropneumatické převodníky (ovládají plnicí tlak a recirkulaci výfukových plynů), • ovládání škrticí klapky (snižuje plnicí přetlak, aby byl lepší podíl recirkulace).

Filtr pevných částic Filtr pevných částic je nedílnou součástí dnešních vznětových motorů. Musí jednou za 600 – 1500 km provést svou regeneraci, tj. spalování sazí. Řídicí jednotka zvýši teplotu spalin a tím rozžhaví filtr i předřazený oxidační katalyzátor. Následovně se do výfuku díky pozdnímu vstřiku dopraví nafta, která na rozžhaveném oxidačním katalyzátoru vzplane a vzniklý plamen spálí saze. Jelikož celý proces nějakou dobu trvá, přibližně patnáct minut, a vůz nepozná, jak dlouho řidič pojede, tak se stává, že při jízdách, které skončí dřív, dojde k přerušené regeneraci. Pokud filtr nedostane čas na řádnou regeneraci, a přerušovaných regenerací jsou desítky, tak to znamená velkou zátěž pro motor a samotný filtr. Ve většině případech se pak zředí olej s naftou. Cena nového filtru pevných částic se pohybuje od 10 000 Kč až do 170 000 Kč. Není to tedy nejlevnější záležitost, a při koupi osobního automobilu by se měl každý zamyslet, na co bude vůz používat. Nové vznětové motory s filtry pevných částic tak nejsou nejvhodnějšími pro městský provoz. [3], [4]

22

3. ZÁŽEHOVÝ MOTOR

Tvorba zápalné směsi a průběh spalování určuje hlavní parametry motoru. Historie si prošla vývojem od karburátorů, přes vstřikování do sacího potrubí (nepřímé vstřikování), až po přímé vstřikování paliva do spalovacího prostoru. Jak sem již psal v úvodu, první pokusy s přímým vstřikováním benzínu do válců motoru byly prováděny koncem třicátých let. Do sériové výroby se tento způsob přípravy paliva dostal v roce 1937 a to do leteckých motorů. Jako první automobil ho použila automobilka Mercedes - Benz 300 SL. Ford představil koncem 70.let motor PROCO (PROgammedCOmbustion), který připomíná dnešní GDI od Mitsubishi. Koncem 80.let přišel koncern VW s tříválcem který měl vynikající spotřebu, jelikož však regulace výkonu nebyla prováděna škrcením průtoku v sání (změnou množství složené směsi), ale podobně jako u vznětových motorů pouze změnou složení směsi (ne kvantitativní ale kvalitativní regulace), tak nebyl motor schopen splnit emisní limity, které v té době nebyly náročné. Motor totiž nemohl přejít na zneškodňování emisí pomocí katalyzátoru a kyslíkové sondy. Zážehové motory s přímým vstřikováním mají větší účinnost než klasické zážehové motory zejména proto, že zde odpadá škrcení v sání, které znamená energetickou ztrátu. Motor může pracovat při částečném zatížení s velmi chudou směsí, to samozřejmě přináší úsporu paliva od 15% do 20%. Spalovat však velmi chudou směs není jednoduché. Obnáší to vhodné uspořádání spalovacího prostoru, správné umístění vstřikovacích ventilů, speciální zapalovací svíčky a optimální tvar sacího kanálu. Tím dosáhneme zažehnutí velmi chudé směsi v ten správný moment. Novým podmínkám musel být přizpůsoben celý vstřikovací systém a to zejména vyšším hodnotám stlačeného vzduchu. U nepřímého vstřikování je tlak kolem 0,3 MPa (3bar), kdežto u přímého vstřikováni je to 5 MPa (50bar). Avšak benzín nemá mazací vlastnosti jako nafta, která tak celou soustavu dobře utěsňuje. Také nesmíme opomenout vyšší otáčky zážehových motorů, které tak vyžadují přesné dávkování paliva v krátkém čase. [1], [9]

23

3.1.

MITSUBISHI GDI

Mitsubishi přišlo v roce 1996 znovu s přímým vstřikováním benzínu do spalovacího prostoru díky novějším poznatkům, rozvojem elektroniky a také tehdejšími výrobními možnostmi, které byly lepší než dříve. Automobilka si svou sériovou výrobu motorů ochránila značkou GDI (Gasoline Direct Injection). Inženýři z Mitsubishi vyvíjeli tento motor s přímým vstřikováním celých patnáct let a při konstrukci bylo uplatněno kolem dvou set patentovaných konstrukčních řešení. Tento motor se poprvé objevil u řadového čtyřválce 1,8 GDI 16v s rozvodem DOHC (Double Over Head Cumshaft). Motor se mohl chlubit výkonem 92 kW (125 HP) při 5500min-1 a točivým momentem 174 Nm při 3750min-1. [1], [8]

3.1. 1

Hlavní konstrukční odlišnosti motoru GDI

• Svislý sací kanál pro účinnější plnění válce nasávaným vzduchem a pro optimální nasměrování proudu vzduchu. • Tvarované dno pístu, které pomáhá sacímu kanálu usměrnit proud vzduchu. Díky tomuto uspořádání lze zapálit i velmi chudou směs. • Vysokotlaké palivové čerpadlo, které dodává palivo pod tlakem 5 MPa. • Vysokotlaká vstřikovací tryska, která díky svému tvaru zakončení vytváří dutý kužel kapiček benzínu. [1]

Obr. 3.1 – Konstrukce spalovacího motoru GDI [16] 24

3.1. 2

Palivový systém

Palivo je nasáváno nízkotlakým elektrickým čerpadlem z nádrže a jde přes palivový filtr až do vysokotlakého čerpadla. To je mechanicky poháněno a dopravuje dál palivo do rozdělovacího potrubí pod tlakem 5 MPa (50bar). Rozdělovací potrubí slouží jako akumulační zásobník tlaku, a jeho součástí je snímač tlaku paliva a řídící ventil tlaku paliva. Ten nastavuje tlak paliva podle hodnot uložených z paměti řídící jednotky. Elektromagneticky ovládaná tryska pak vstřikuje palivo do spalovacího prostoru. Ta palivo vstříkne jako rotující dutý kužel kapiček, které se následovně velice dobře promísí s nasátým vzduchem, a to vše díky tvaru jehly. [1]

3.1. 3

Princip činnosti

Jak už bylo řečeno nízké spotřeby dosáhneme spalováním velmi chudé směsi. Ovšem k normálnímu provozu potřebujeme více režimů než jen pracování s velice chudou směsí. Proto byly vytvořeny dva režimy, a to režim s částečným zatížením a při plném. [1] • Částečné zatížení Tento režim je používán zejména v městském provozu a na dálnici, tedy v momentě kdy nepotřebujeme vysoký výkon motoru. V tomto režimu je výkon motoru regulován změnou složení směsi (kvalitativně). Aby se zmenšily energetické ztráty, tak je nasávaný vzduch veden obtokem kolem škrticí klapky. Abychom mohli zapalovat velmi chudou směs, tak musíme dosáhnout dokonalého rozvrstvení směsi. Toho docílíme usměrněním proudu vzduchu, a tím je proveditelný zážeh. Vzduch usměrňujeme pomocí výše uvedených svislých sacích kanálů a tvarovaného pístu. Ten zajistí díky výstupku na dně silný protiproud vzduchu. Palivo je vstřikováno vysokotlakými tryskami na konci kompresního zdvihu těsně před zažehnutím směsi. V tu chvíli už je ve spalovacím prostoru dostatečný tlak a paprsek vstřikovaného paliva je celistvý. Díky svislému sacímu kanálu a tvarovaného pístu se malá oblast bohaté směsi dostane až k zapalovací svíčce a palivo je tak zažehnuto. Velmi chudou směs 40:1 je tak možné zažehnout díky opačnému směru proudění zápalné směsi než u běžné přípravy směsi u systémů s nepřímým vstřikem paliva. [1] 25

• Plné zatížení Tento režim používáme ve chvíli, kdy pracuje motor ve vysokých otáčkách s plným zatížením. V tomto režimu proudí nasávaný vzduch přes škrticí klapku, která je však maximálně otevřená, tudíž vytváří minimální odpor. Ke vstřiku paliva zde dochází už v průběhu sacího zdvihu, při zachování stechiometrického směšovacího poměru 14,7:1. Vstřikované palivo tvoří kužel, který je tak vhodný pro vytvoření homogenní (stejnorodé) směsi a účinné odpařování. Lepší tepelné účinnosti dosáhneme vysokým kompresním poměrem 12,5:1, který dovoluje ochlazování vzduchu uvnitř válce odpařováním paliva. Motor je také méně citlivý na nežádoucí detonační spalování (klepání motoru). Oproti běžným motorům s nepřímým vstřikováním má tak motor GDI lepší objemovou plnící účinnost a celkovou účinnost. [1] Zrychlení Tento režim patří do plného zatížení a je použit při předjíždění, nebo startování a rozjíždění se studeným motorem. Řídící jednotka se přepne do dvoufázového vstřikování paliva. Dochází zde k předstřiku paliva, tzn. při sání se vstříkne malá dávka paliva (pilotní). Hlavní dávka paliva se následovně vstřikuje až těsně před zážehem. Tím zamezíme detonačnímu spalování, které je nejčastěji poznat při zrychlení z nízkých otáček. [1]

3.2.

TOYOTA D-4

Motor je velice podobný motoru GDI od Mitsubishi, má však odlišnosti. Škrticí klapka je ovládána elektronicky, sací kanály nejsou tak svislé a i tvar pístu je odlišný. Tento motor má však také rozvody DOHC a 16 ventilů na čtyři válce. Má také systém VVT–i (Variable inlet Valve Timing), neboli proměnné časování sacích ventilů. Motor o objemu 1988cm3 se vyznačoval výkonem 108 kW (145 HP) při 6000min-1 a točivým momentem 190 Nm při 4000min-1. [1] 3.2. 1

Palivový systém

Palivový systém je zde obdobný jako u motoru GDI, avšak vstřikovací tlaky paliva jsou zde vyšší a to 8 – 12 MPa (80-120 bar)

26

3.2. 2

Princip činnosti

Klidný chod motoru D-4, i při spalování velmi chudé směsi, zde zajišťuje tzv. plnění válce vrstvenou směsí. Kolem zapalovacích svíček se soustředí bohatší směs a dále je pak směs chudší, až na okraji spalovacího prostoru je jen vzduch. Podobně jako u motoru GDI jsou zde vysokotlaké trysky, tvarované dna pístů avšak sací kanály zde nejsou tak kolmé. Palivo se zde vstřikuje do přesně definované části spalovacího prostoru (co nejblíže k elektrodě zapalovací svíčky), též těsně před zážehem, tudíž na konci kompresního zdvihu. Ve spalovacím prostoru je tedy vysoký tlak, a tak musí být palivo vstříknuto pod velkým tlakem a ve velice krátké době. Palivo se tak téměř okamžitě odpaří. Vysokým tlakem také řídíme časování vstřiku velice přesně (v rozmezí mikrosekund). Plnění motoru vzduchem je zde prováděno dvěma sacími kanály. Jeden má šroubovitý vstup a druhý je přímý s elektronicky řízenou klapkou řídící proudění vzduchu E-SCV (Electronic Swirl Control Valve). To vše vyžaduje vrstvené spalování směsi. [1]

Obr. 3.2 - Spalovací prostor motoru Toyota D-4 [1] 1) sací kanál se šroubovitým zakončením, 2) přímý sací kanál s elektronicky řízenou klapkou, 3) sací ventily, 4) zapalovací svíčka, 5) výfukové ventily, 6) spalovací prostor ve dnu pístu, 7) vysokotlaká vstřikovací tryska

27

• Částečné zatížení V tomto režimu je otevřen pouze jeden ze dvou sacích kanálů, a to ten se šroubovitým zakončením. Druhý kanál uzavírá již zmiňovaná elektronická klapka. Ve spalovacím prostotu je vyvolán horizontální vír, do kterého se šikmo vstříkne benzín k zapalovací svíčce. Proud vzduchu přivádí benzín na požadované místo podél stěny spalovacího prostoru, kde se pak rozšiřuje ve směru víru. Po zažehnutí se tak plamen rozšíří přes celý spalovací prostor. Tímto způsobem dokáže motor D-4 zažehnout velmi chudou směs v poměru až 50:1. Vrstvená směs má rozmezí poměru 25:1 až 50:1. [1] • Přechodový režim Zde musí být přechod mezi vrstvenou směsí a plnou dávkou paliva. Systém zde reguluje poloha elektronického pedálu akcelerátoru, který sešlápnutím zvýší dodávku paliva ještě předtím, než se otevře škrticí klapka. Reakce motoru je tak plynulejší a rychlejší. Je zde tak uplatňován polovrstvený režim, který palivo vstřikuje ve dvou fázích. První fáze je během sacího zdvihu, a druhá ke konci kompresního. Řídící jednotka motoru přitom mění polohu škrticí klapky tak, aby bylo splněno požadované množství nasátého vzduchu. Přechodový režim má rozmezí poměru 20:1 až 30:1. [1] • Plné zatížení Při tomto režimu již není potřeba vrstvené ani polovrstvené směsi, a tak zde využíváme plného otevření obou sacích kanálů a vstřikování paliva po celou dobu sacího zdvihu. Tímto získáme homogenní (stejnorodou) směs ve stechiometrickém poměru 14,7:1. [1]

3.3.

VOLKSWAGEN FSI

Na podzim roku 1999 přišla i automobilka Volkswagen se svým systémem přímého vstřikování benzínu do spalovacího prostoru. Pod označením FSI (Fuel Stratified Injection), neboli „vstřikování s vrstvením paliva“, přišla na trh s motorem o objemu 1390cm³, rozvodem DOHC a šestnácti ventily na čtyři válce. Ten dosahoval výkonu 77 kW (105 HP) při 6000 min-1 a točivým momentem 130 Nm při 4250 min-1. I tento motor měl nastavitelné časování sacích ventilů, a to v rozsahu 40˚ natočení klikového hřídele. [1], [10] 28

Celý systém vyrábí a vyvinula firma Bosch, a to včetně vstřikovací trysky. Systém je označen jako Motronic MED 7.

3.3. 1

Řídicí systém Motronic MED 7

Je to první systém přímého vstřikování benzínu do spalovacího prostoru s elektronickou regulací v závislosti na točivém momentu. Systém klade velké nároky na vstřikovací systém, protože je zde mnoho řídících veličin. Nároky jsou kladeny zejména na přesnou dávku paliva, vstřikovací tlak, přesné načasování vstřiku a na dopravu paliva přesně do spalovacího prostoru. Dalším důležitým požadavkem je velikost točivého momentu, která je řízena podle sešlápnutí akceleračního pedálu. Velikost točivého momentu se ještě řídí podle systému řízení převodovky GS (Getriebe Seureung), regulace prokluzu kol ASR (Anti Skid Regulation) a regulace jízdní stability ESP (Electronic Stability Program). Množství nasátého vzduchu zde zabezpečuje opět elektronicky řízená škrticí klapka, a o měření hmotnosti vzduchu se zde stará vyhřívaný film od firmy Bosch, se kterým mělo v pozdější době spoustu modelů koncernu problém. Pro kontrolu složení směsi zde slouží dvě kyslíkové sondy, ty se nachází před a za katalyzátorem. Pomocí nich systém reguluje dávku paliva a řídí regeneraci zásobníkového katalyzátoru NOx. [1], [10]

3.3. 2

Palivový systém

Palivový systém je pořád založen na stejném principu, je zde nízkotlaká a vysokotlaká část. V nízkotlaké části najdeme opět elektronické palivové čerpadlo, které nám přes mechanický regulátor tlaku dopravuje benzín pod tlakem 0,35 MPa (3,5 bar) do vysokotlakého čerpadla. [1] Protože základní části systému jsou od firmy Bosch s označením Motronic MED-7, tak si vysokotlakou část popíšeme detailněji.

29

• vysokotlaké palivové čerpadlo Pohání ho přímo vačkový hřídel sacích ventilů a zvyšuje nám tlak paliva z 0,35 MPa (3,5 bar) na 12 MPa (120 bar). Tlak v zásobníku by měl co nejmíň kolísat a dále by mělo vysokotlaké čerpadlo zabránit smíchání benzínu s motorovým olejem. [1] • zásobník paliva Zásobník paliva neboli „rail“ musí být odolný vůči tlakovým nárazům způsobeným činností vysokotlakého čerpadla a vysokotlakých vstřikovacích trysek. Zároveň však musí být pružný, je vyroben z hliníkové slitiny a má otvory na vstřikovací trysky, řídící ventil tlaku paliva, vysokotlaké čerpadlo a příslušné snímače. [1] • snímač tlaku paliva Je připojen k zásobníku paliva a měří hodnotu tlaku paliva. Kovová nerezová membrána je použita jako čidlo, a na ni jsou naneseny měřící rezistory. [1] • řídící ventil tlaku paliva Hodnota tlaku paliva v systému se pohybuje mezi 5 MPa (50 bar) až 12 MPa (120 bar). Tudíž má řídící ventil za úkol nastavovat tlak v systému v celém jeho rozsahu. Tlakový ventil určuje, podle stavu zatížení, že nadbytečné množství paliva není vedeno zpět do nádrže, ale na sací stranu vysokotlakého čerpadla. Tím zabráníme nežádoucímu ohřevu paliva v zásobníku, bez většího zatěžování odvzdušňovacího systému. [1] • vysokotlaká vstřikovací tryska Je ovládána elektromagneticky a je připojená na zásobník. Počátek otevření vstřikovací trysky a jeho doby otevření udává napěťový signál. Ten je přiveden do cívky elektromagnetem. [1]

30

Obr. 3.3 - Systém přímého vstřikování benzínu Bosch Motronic MED 7 (VW FSI) [1] 3.3. 3

Princip činnosti

Motor se systémem Motronic MED 7 pracuje opět v režimu částečném a plném zatížení, tudíž s vrstvenou a homogenní (stejnorodou) směsí. U motoru D-4 od Toyoty jsme měli zvláštnost dvou sacích kanálů, které nám zaručovaly víření a plný přísun vzduchu. Zde byl vyvinut systém Tumble, tzn. zdvojený sací kanál. Když je klapka uzavřena, tak kanálem prochází válcovitý vír vzduchu, a když je otevřená (při plném zatížení), tak je přísun vzduchu maximální. [1] • Částečné zatížení V tomto režimu pracujeme s vrstvenou směsí. Tudíž se benzín vstřikuje těsně před zažehnutím (v poslední třetině kompresního zdvihu), a v blízkosti zapalovací svíčky (Obr. 3.4). Abychom mohli dosáhnout vrstvené směsi, tak musíme mít pochopitelně uzpůsobený spalovací prostor. Ten je uzpůsoben tak, aby směs byla izolována vrstvou vzduchu a zbytku spálených plynů od stěn spalovacího prostoru. Tím snížíme tepelné ztráty a vzroste nám termodynamická účinnost. Ačkoli systém Motronic MED 7

31

reguluje výkon kvalitativně (množstvím vstřikovaného paliva), jako u vznětových motorů, tak je ve zdvojené škrticí klapce otevřena pouze horní část. [1] • Přechodový režim Tímto režimem zajistíme přechod mezi částečným a plným zatížením. V závislosti na zatížení se musí měnit okamžik vstřiku paliva. Tzn. mezi částečným zatížením (vstřik při kompresním zdvihu) a plném zatížení (vstřik při sacím zdvihu). Nastavení hmotnosti nasávaného vzduchu musí být odděleno od polohy akceleračního pedálu tak, aby se škrticí klapka nastavovala podle zrovna působícího režimu. Tzn. v částečném režimu plný průchod a při plném natáčením škrticí klapky. Plynulý přechod zajišťujeme nastavením množství paliva, úhlu předstihu zážehu a hmotnosti nasátého vzduchu tak, aby točivý moment dodávaný do převodovky byl konstantní. Systém Motronic MED 7 zajišťuje přechod tak dobře, že ho řidič sám nezaregistruje. [1] • Plné zatížení V režimu plného zatížení potřebujeme okamžitý maximální výkon, a tak systém Motronic MED 7 vstřikuje benzín již při sacím zdvihu (Obr. 3.5). Tím se ve válci vytvoří homogenní (stejnorodá) směs. Směs se ve válci ochlazuje právě přímým vstřikováním do válce, a díky vysokému kompresnímu poměru 12:1 se zlepšuje účinnost motoru. V tomto režimu je výkon regulován kvantitativně (množstvím nasávané směsi), tudíž škrcením průtoku nasátého vzduchu škrticí klapkou. Točivý moment se zde nastavuje elektronicky řízenou škrticí klapkou E-GAS (Elektronisches GAS pedal) podle polohy akceleračního pedálu. [1]

Obr. 3.4 – Částečné zatížení [16]

Obr. 3.5 – Plné zatížení [16] 32

4. TECHNICKÁ DATA Tab. 1 porovnání vozů Mercedes-Benz [2] Automobilka Mercedes-Benz Palivo Počet válců Zdvihový objem [cm3]

Model C 200 CDI Diesel 4 2 143

Model C 180 Petrol 4 1796

Největší výkon [kW/min-1]

100 / 2 800 - 4 600

115 / 5 000

Největší točivý moment [Nm / min-1]

360 / 1 600 – 2 600

250 / 1 600 – 4 200

Kompresní poměr

16,2 : 1

9,8 : 1

Zrychlení z 0 na 100 km/h [s]

9,2

9,0

Největší rychlost [km/h]

218

225

Kombinovaná spotřeba [l/100km] Emise CO2 [g/km]

4,8 – 5,3

6,7 – 7,3

125 – 139

157 - 169

Cena vozidla (vč. DPH)

842 400 Kč

842 400 Kč

Automobilka BMW Palivo Počet válců Zdvihový objem [cm3]

Model 320 d Diesel 4 1 995

Model 320 i Petrol 4 1 997


135 / 4 000

135 / 5 000

Největší točivý moment [Nm/min1 ] Kompresní poměr

380 / 1 750 – 2 750

270 / 1 250 – 4 500

16,5 : 1

11 : 1


7,5

7,3


235

235


4,5 – 4,6

6,1 – 6,3

119 – 120

144 - 147


887 500 Kč

850 000 Kč

Tab. 2 porovnání vozů BMW [11]

33

Tab. 3 porovnání vozů Škoda [12] Automobilka Škoda Palivo Počet válců

Model Octavia 1,6 TDI Diesel 4

Model Octavia 1,6 MPI Petrol 4

Zdvihový objem [cm3]

1 598

1 595

Největší výkon [kW]

77

75

Největší točivý moment [Nm/min1 ] Kompresní poměr

250 / 1 500 – 2 500

148 / 3 800

16,5 : 1

10,5 : 1


11,3

13


191

190


4,5

7,2

119

168


443 900 Kč

428 900 Kč

Automobilka Mazda Palivo Počet válců

Model 3 1,6 MZR-CD Diesel 4

Model 3 1,6 MZR Petrol 4


1 560

1 598


85 / 3 600

77 / 6 000

Největší točivý moment [Nm/min1 ] Zrychlení z 0 na 100 km/h [s]

270 / 1 750 – 2 500

145 / 4 000

11,0

12,2


186

181


4,3

6,4

115

147


470 900 Kč

408 900 Kč

Tab. 4 porovnání vozů Mazda [13]

34

[s] M

14 12 10 8 6 4 2 0

se d ce r e

Zrychlení z 0 na 100 km/h [s], vznětový motor Zrychlení z 0 na 100 km/h [s], zážehový motor nz e B

BM

W Š

da o k

M

da z a

Graf 1 Zrychlení z 0 na 100 km/h [s]

[l/100km]

8 7 6 5 4 3 2 1 0

Merce desBenz

BMW

Škoda

Graf 2 Kombinovaná spotřeba [l/100km]

35

Mazda

Kombinovaná spotřeba [l/100km], vznětový motor Kombinovaná spotřeba [l/100km], zážehový motor

da M az

od a Šk

W

Emise CO2 [g/km], vznětový motor Emise CO2 [g/km], zážehový motor

BM

[g/km]

M er ce de sBe nz

180 160 140 120 100 80 60 40 20 0

Graf 3 Emise CO2 [g/km]

Z grafů můžeme vyčíst, že vznětové motory mají nižší kombinovanou spotřebu [l/100km] a zároveň i nižší emise CO2 [g/km], avšak ve zrychlení z 0 na 100 km není jednoznačně lepší. Jelikož je spotřeba paliva úzce spojena s vyprodukovanými emisemi CO2, tak mají zážehové motory vyšší emise právě kvůli vyšší spotřebě než motory vznětové. Pro přesnější porovnání motorů je použita vnější otáčková charakteristika vozidel Škoda Octavia RS 2,0 TDI PD 125 kW a Škoda Octavia RS 2,0 TFSI 147 kW. Charakteristiku jsem získal ve firmě Chipex s.r.o., která se zabývá diagnostikou, opravou a úpravami vozidel.

36

Tab. 5 porovnání vozů Škoda Octavia RS [12] Automobilka

Model

Model

Škoda

Octavia RS 2,0 TDI PD

Octavia RS 2,0 TFSI

Palivo

Diesel

Petrol

Počet válců

4

4


1 968

1 984

Největší výkon [kW]

125

147

Největší točivý moment [Nm/min-1]

350 / 1 750 – 2 500

280 / 1 700 – 5 000

Kompresní poměr

16,5 : 1

9,8 : 1


8,3

7,2


226

242

Kombinovaná spotřeba [l/100km]

5,7

7,5

Emise CO2

149

175


681 900 Kč

661 900 Kč

Obr. 4.1 – Škody Octavie RS [12]

37

4.1.

Škoda Octavia RS 2,0 TDI PD 125 kW

Obr. 4.2 – Vnější otáčková charakteristika Škody Octavie RS – vznětový motor Tato charakteristika byla naměřená na válcové zkušebně DYNOmite Dynamometer (Obr. 4.4). Auto najede na měřicí stolici, tam se připevní a je připraveno k měření. Výkon je prostřednictvím kol přenášen na válec a naměřená data vyhodnotí počítač ve formě otáčkové charakteristiky. O chlazení výkonově zatíženého vozu se v průběhu měření starají výkonné ventilátory (Obr. 4.5). Pro porovnávání motorů slouží vnější otáčková charakteristika. Do své bakalářské práce jsem vložil vnější otáčkovou charakteristiku motorů Škoda Octavie RS se vznětovým i zážehovým motorem. Pro porovnání je důležitý průběh točivého momentu a průběh výkonu. Měla by se měřit i měrná spotřeba, ale tu firma Chipex s.r.o. neměří. Tyto parametry slouží k hodnocení motorů. 38

4.2.

Škoda Octavia RS 2,0 TSI 147 kW

Obr. 4.3 – Vnější otáčková charakteristika Škody Octavie RS – zážehový motor

Obr. 4.4 – Válcová zkušebna DYNOmite Dynamometer [15]

39

Obr. 4.5 – Ventilátory [15]

Obr. 4.6 – Škoda Octavia RS se vznětovým motorem při měření [15] Tato válcová zkušebna je schopna měřit výkon pouze u automobilů s předním, nebo zadním náhonem. Automobily s pohonem všech kol se zde měřit nesmí.

40

5. ZÁVĚR

Svou prací jsem chtěl popsat konstrukci nejmodernějších vznětových a zážehových motorů používaných v osobních automobilech. Popsal jsem jednotlivé důležité prvky palivových soustav a na závěr porovnal technická data dostupná z oficielních webových stránek jednotlivých automobilek. Jestliže se podíváme na ceny v tabulkách, tak je viditelné, že ceny osobních automobilů se vznětovými motory jsou vyšší, a to je pro většinu lidí rozhodující. Dále je z grafů zřejmé, že vznětový motor má menší kombinovanou spotřebu, menší emise CO2 a větší převýšení točivého momentu. Emise těchto jednotlivých motorů jsou odlišné, ačkoli mají zážehové motory více vyprodukovaného oxidu uhličitého (CO2), tak vznětové motory mají problém s oxidy dusíku (NOx), oxidem uhelnatým (CO) a pevnými částicemi (sazemi). Aby se s těmito problémy vznětové motory vypořádaly, tak musí mít spoustu technických řešení, jako například EGR ventil nebo filtr pevných částic. Což se zapojuje do investic a údržbu o automobil. Pokud vezmeme v potaz řidiče, kteří jezdí často na dlouhé tratě, zejména pak konstantní rychlostí na dálnici, tak se zajisté vyplatí vznětový motor. Dále jsou vznětové motory výhodnější při častém zatěžování vozidla, a to ať už taháme přívěs, nebo jezdíme s plně naloženým vozidlem. Pokud však jezdí řidič většinu času po městě, pak se vyplatí motor zážehový, a to už nejen z důvodu filtru pevných částic, díky kterému nejsou vhodné vznětové motory pro městský provoz, ale z důvodů krátkých tras.

41

SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY

[1]

Jan Z., Ždánský B.: Automobily 4 Příslušenství; páté vydání, Brno 2007

[2]

Technická data Mercedes-Benz, [online]. Dostupné z: < http://www.mercedes-

benz.cz/content/czechia/mpc/mpc_czechia_website/czng/home_mpc/passengercars/hom e/new_cars/models/cclass/_w204/facts/technical_data.html#_int_passengercars:home:modelnavi:technical_data> [3]

Filtr pevných částic, [online]. Dostupné z:
64339> [4]

Filtr pevných částic, [online]. Dostupné z:

[5]

Snímač hmotnosti nasávaného vzduchu, [online]. Dostupné z:

[6]

Common Rail, [online]. Dostupné z:

[7]

Historie vznětových motorů, [online]. Dostupné z:

[8]

Motor GDI, [online]. Dostupné z:

[9]

Přímý vstřik benzinu, [online]. Dostupné z:

42

[10]

Motory FSI, [online]. Dostupné z:

[11]

Technická data BMW, [online]. Dostupné z:
_data/index.html> [12]

Technická data Škoda, [online]. Dostupné z: < http://www.skoda-

auto.cz/CZE/model/newoctavia/facts/Pages/techdata.aspx?m=76851> [13]

Technická data Mazda, [online]. Dostupné z: < http://www.mazda.cz/upload/country/cs-cz/pdf_downloads/mazda3-

2011/Mazda3FL_CZ.pdf> [14] Ing. HANÁK.: Systém vstřikování s talkovým zásobníkem Common Rail pro vznětové motory; Robert Bosch odbytová spol. s.r.o., Praha – 2005. [15]

Válcová zkušebna, [online]. Dostupné z: < http://chiptuning-brno.cz/cz/home>

[16]

Přímý vstřik benzínu, [online]. Dostupné z:

43

SEZNAM OBRÁZKŮ Obr. 2.1 - Palivová soustava Common Rail od firmy Bosch [1] ................................... 11 Obr. 2.2 – Vysokotlaké palivové čerpadlo [1]............................................................... 13 Obr. 2.3 – Regulátor tlaku paliva [1] ............................................................................. 14 Obr. 2.4 – Vysokotlaký zásobník paliva (Rail) [1]........................................................ 15 Obr. 2.5 – Snímač tlaku paliva [1]................................................................................. 15 Obr. 2.6 – Tlakový pojistný ventil [1] ........................................................................... 16 Obr. 2.7 – Omezovač průtoku [1] .................................................................................. 16 Obr. 2.8 – Elektromagneticky ovládaný vstřikovač [14]............................................... 18 Obr. 2.9 – Snímač hmotnosti nasávaného vzduchu s vyhřívaným filtrem [1]............... 21 Obr. 3.1 – Konstrukce spalovacího motoru GDI [16] ................................................... 24 Obr. 3.2 - Spalovací prostor motoru Toyota D-4 [1] ..................................................... 27 Obr. 3.3 - Systém přímého vstřikování benzínu Bosch Motronic MED 7 (VW FSI) [1] ........................................................................................................................................ 31 Obr. 3.4 – Částečné zatížení [16] Obr. 3.5 – Plné zatížení [16]............................... 32 Obr. 4.1 – Škody Octavie RS [12] ................................................................................. 37 Obr. 4.2 – Vnější otáčková charakteristika Škody Octavie RS – vznětový motor ........ 38 Obr. 4.3 – Vnější otáčková charakteristika Škody RS – zážehový motor ..................... 39 Obr. 4.4 – Válcová zkušebna DYNOmite Dynamometer [15]...................................... 39 Obr. 4.5 – Ventilátory [15] ............................................................................................ 40 Obr. 4.6 – Škoda Octavia RS se vznětovým motorem při měření [15] ......................... 40

44

SEZNAM TABULEK

Tab. 1 porovnání vozů Mercedes-Benz [2]......................................... 33 Tab. 2 porovnání vozů BMW [11] ...................................................... 33 Tab. 3 porovnání vozů Škoda [12] ...................................................... 34 Tab. 4 porovnání vozů Mazda [13] ..................................................... 34 Tab. 5 porovnání vozů Škoda Octavia RS [12] .................................. 37

SEZNAM GRAFŮ

Graf 1 Zrychlení z 0 na 100 km/h [s] ................................................. 35 Graf 2 Kombinovaná spotřeba [l/100km] .......................................... 35 Graf 3 Emise CO2 [g/km] .................................................................. 36

45

MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ AGRONOMICKÁ FAKULTA BAKALÁŘSKÁ PRÁCE

Recommend Documents