Projekt "Podpora
výuky v cizích jazycích na SPŠT"
Spalovací motory
SPSN4
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR
Verbrennungsmotoren Der Verbrennungsmotor ist eine mechanische thermische Maschine, die durch innere oder äußere Verbrennung des Kraftstoffes seine chemische Energie in eine thermische Energie umwandelt. Diese Energie wird teilweise in Druckenergie umwandelt und durch die Wirkung auf den Kolben oder auf die Turbinenschaufeln in die mechanische Energie. Der Motor übt eine mechanische Arbeit aus und als solcher dient er zum Antrieb von anderen Maschinenvorrichtungen. Verbrennungsmotoren aller Typen haben die größte Betätigung vor allem in Verkehrsmitteln und mobilen Mechanisierungsmitteln (unabhängige
Traktionsfahrzeuge,
Tauchwasserkraftzeuge,
Lokomotiven,
Motorfahrzeuge,
aller Arten gefunden
Niveauwasserkraftzeuge
Flugzeuge,
und
Baumaschinen
Landwirtschaftsmaschinen, Militärfahrzeuge, Notgeneratoren des Elektrostroms usw.).
Bild 1: Selbstzündungseinzylinderviertaktmotor
-2-
auch und
Spalovací motory Spalovací motor je mechanický tepelný stroj, který vnitřním nebo vnějším spálením paliva přeměňuje jeho chemickou energii na energii tepelnou. Tato energie se částečně mění na tlakovou a působením na píst nebo lopatky turbíny na mechanickou energii. Motor vykonává mechanickou práci a jako takový slouží k pohonu jiných strojních zařízení. Spalovací motory všech typů nalezly největší uplatnění zejména v dopravních a mobilních mechanizačních prostředcích všech druhů (nezávislá trakční vozidla, lokomotivy, plavidla hladinová i ponorná, motorová vozidla, letadla, stavební a zemědělské stroje, vojenská vozidla, nouzové generátory elektrického proudu atd.).
Obrázek 1: Vznětový jednoválcový čtyřdobý motor
-3-
Wirksamkeit Die Wirksamkeit eines Verbrennungsmotors kann man vom Carnot-Prozess ableiten. Dank der Temperaturen und Drucken, die man technisch erreichen kann, ist seine Wirksamkeit kleiner als bei den Motoren, die direkt andere Energietypen nutzen, wie z.B. Elektromotor oder Wassermotoren. In eine mechanische Arbeit sind in Verbrennungsmotoren 10-50% der chemischen Kraftstoffenergie umgewandelt. Die niedrigste Wirksamkeit hat die Dampfmaschine (bis 12 %), Benzin- und Dieselmotoren erreichen die Wirksamkeit von ca. 25 %, Turbomotoren mit dem Turbokompressor, der durch Auspuffgasen(Turboblasebalg) angetrieben wird, haben die Wirksamkeit von ca. 35 %, der Flugzeugturbinenmotor weist 20÷25 % der Wirksamkeit aus, die stationäre Verbrennungsturbine mit thermischen Austauschern kann die Wirksamkeit auch über 50% erreichen.
Grundberteilung nach der Verbrennungskraftstoffart Motoren mit Außenverbrennung Bei diesen Motoren verläuft die Kraftstoffverbrennung außerhalb des Motorraumes. •
Stirling-Motor
•
Dampfmaschine
•
Gasturbine
Motoren mit Innenverbrennung Bei diesen Motoren verläuft die Kraftstoffverbrennung direkt in dem Motorarbeitsraum. Dank ihrer geeigneten Eigenschaften wurden diese Motoren vor allem als Antriebseinheiten von Verkehrsmitteln durchgesetzt. In Hinsicht auf hohe Drucken und Temperaturen während der Verbrennung, die unvermeidbar für die Erreichung der guten Wirksamkeit sind, sind sie zugleich eine markante Quelle der Umweltverschmutzung. •
Lineare Kolbenrückbewegung o
Motor mit Zwillingszylinder
o
Viertaktmotor [1]
o
Zweitaktmotor [2] -4-
Účinnost Účinnost spalovacího motoru lze odvodit z Carnotova cyklu. Díky teplotám a tlakům, kterých je možno technicky dosáhnout, je jeho účinnost menší než u motorů používajících u jiných druhů energie jako je elektromotor nebo vodní motory. Na mechanickou práci je ve spalovacích motorech přeměno 10-50% chemické energie paliva. Nejnižší účinnost má parní stroj (do 12 %), benzínové a dieselové motory dosahují účinnost kolem 25 % , přeplňované motory s turbokompresorem poháněným výfukovými plyny (turbodmychadlem) mají účinnost kolem 35 %, letadlový turbinový motor vykazuje 20÷25 % účinnosti, stacionární spalovací turbína s tepelnými výměníky může dosahovat účinnosti i přes 50%.
Základní rozdělení podle druhu spalování paliva Motory s vnějším spalováním U těchto motorů probíhá spalování paliva mimo pracovní prostor motoru. •
Stirlingův motor
•
parní stroj
•
plynová turbína
Motory s vnitřním spalováním U těchto motorů probíhá spalování paliva přímo v pracovním prostoru motoru. Pro své vhodné vlastnosti se tyto motory prosadily hlavně jako pohonné jednotky dopravních prostředků. Vzhledem k vysokým tlakům a teplotám během spalování, které jsou nevyhnutelné na dosažení dobré účinnosti, jsou zároveň výrazným zdrojem znečišťění životního prostředí. Rozdělení spalovacích motorů : •
Přímočarý vratný pohyb pístu o
motor s podvojnými válci
o
čtyřdobý motor [1]
o
dvoudobý motor [2]
-5-
•
Rotationskolbenbewegung o
•
Wankel-Motor
Reaktionsmotoren: o
Pulsationsmotor
o
Verbrennungsturbine
o
Raketenmotor
Weiter kann man Zündungsmotoren nach weiteren Kriterien teilen, z.B. nach dem Brennstoff, der Art der Bebauungsverwendung, usw. …
Fremdzündungsmotor [2] Der Fremdzündungsmotor ist ein Verbrennungsmotor, bei dem ist das Gemisch des Kraftstoffes und der Luft im Zylinder durch den elektrischen Funken, den gewöhnlich Zündungskerze erschafft, angezündet. Dadurch unterscheidet man ihn vom Dieselmotor, wo es zum Selbstentzündung des eingespritzten Kraftstoffes durch die einsame Temperatur der verdichteten (komprimierten) Luft kommt. Sie arbeiten mit niedrigerem Kompressionsdruck, der höchste Drehmoment und Leistung liegen in höheren Touren, ihr Gang ist still und regelmäßig. Für die richtige Funktion
der
Fremdzüngungsverbrennugsmotoren
ist
die
Widerstandsfähigkeit
des
Kraftstoffes gegen Selbstentzündung, die die Oktannummer angibt, sehr wichtig. Im Vergleich zum Dieselmotor hat er aber niedrigere Wirksamkeit. Der Zylinder wird mit dem Gemisch des Kraftstoffes und der Luft, die auf 0,4-1,5 MPa komprimiert wird und mit einer fremden thermischen Quelle, heute allgemein als bekannter elektrischer Funken bekannt, entzündet wird, gefühlt. Der Kraftstoff brennt schnell, beinahe unter ständigem Volumen. Für den Antrieb der Fremdzündungsmotoren passen Kraftstoffe, die einfach mit der Luft homogene Gemische schaffen, also Gaskraftstoffe, Benzin, Benzol, Petroleum, Ethyl und Methylalkohol. Kompressionsverhältnis, das mit dem Verhältnis der Volumen vor und nach dem Verdichten und von ihm hängt der Druck und die Temperatur am Ende der Kompression ab, kann nicht zu hoch sein, damit keine vorzeitige Mischungsentzündung auftritt. Das Kompressionsverhältnis ist meistens nach dem Kraftstoff und der Motorkonstruktion von 8:1 bis 13:1. Zur Zeit übergehen auch diese Motoren zum direkten Einspritzen des Kraftstoffes in den Zylinder wie Selbstzündungsmotoren. -6-
•
Rotační pohyb pístu o
•
Wankelův motor
Reakční motory: o
pulzační motor
o
spalovací turbína
o
raketový motor
Dále lze dělit spalovací motory dle dalších kriterii, například paliva, druhu použití zástavby, atd…
Zážehový motor [2] Je spalovací motor, u něhož je směs paliva a vzduchu ve válci zapálena (zažehnuta) elektrickou jiskrou, kterou obvykle vytvoří zapalovací svíčka. Tím se liší od vznětového motoru, kde dochází k samovznícení vstříknutého paliva samotnou teplotou stlačeného vzduchu. Pracují s nižším kompresním tlakem, nejvyšší točivý moment a výkon leží ve vyšších otáčkách, jejich chod je tichý a pravidelný. Pro správnou funkci zážehových spalovacích motorů je důležitá odolnost paliva proti samovznícení, kterou udává oktanové číslo. Oproti vznětovému motoru má však nižší účinnost. Válec se plní směsí paliva a vzduchu, která se komprimuje na 0,4-1,5 MPa a zažehuje cizím tepelným zdrojem, dnes všeobecně známou elektrickou jiskrou. Palivo rychle shoří, takřka při stálém objemu. Pro pohon zážehových motorů se hodí paliva, která snadno tvoří se vzduchem homogenní směsi, tedy paliva plynná, benzin, benzol, petrolej, ethyl a methylalkohol. Kompresní poměr, určený poměrem objemů před a po stlačení, na němž závisí tlak a teplota na konci komprese, nesmí být příliš vysoký, aby nenastalo předčasné vznícení směsi. Bývá podle paliva a konstrukce motoru od 8:1 do 13:1. V součastné době přecházejí i tyto motory na přímé vstřikování paliva do válce jako vznětové motory.
-7-
Bild 2: Fremdzündungseinzylinderzweitaktmotor
Selbstzündungsmotor [1] Üblich auch Dieselmotor genannt. Der Selbstzündungsmotor ist die bedeutendste heutzutage benutzte Verbrennungsmotorart. Er wurde von Rudolf Diesel erfunden und von Charles Kettering vervollkommnet. Der Dieselmotor arbeitet gewöhnlich als Viertaktverbrennungsmotor oder als Zweitaktverbrennungsmotor
(z.B.
Schiffmotoren).
Im
Unterschied
zu
älteren
Zündungsmotoren wird in den Dieselmotor der Kraftstoff separat von der Luft zugeführt. Der Kraftstoff wird in den Motorverbrennungsraum durch eine Düse unter dem Druck von 100 bis 200 MPa zugeführt. Weiter ist der Selbstzündungsmotor dadurch charakterisiert, dass der Zylinder mit einer sauberen Luft, die durch hohe Kompression auf 500-800°C erwärmt wird, also über Kraftstoffentzündungstemperatur, gefühlt wird. In die erwärmte Luft wird der Kraftstoffeingespritzt und brennt bei ungefähr ständigem Druck. Dieselmotoren arbeiten mit hohem Kompressionsverhältnis, das je nach der Motorkonstruktion von 14:1 bis 20:1 ist, und haben also höhere Wirksamkeit und kleineren Kraftstoffverbrauch als Zündungsmotoren. Sie sind durch schwierig verdampfbare Flüssigkraftsoffen angetrieben: durch Gasöl (Motorerdöl) und Teeröle.
-8-
Obrázek 2: Zážehový jednoválcový dvoudobý motor
Vznětový motor [1] Běžně také nazývaný dieselový motor, naftový motor. Dieselův motor či zkráceně jen diesel, je nejvýznamnější dnes používaný druh spalovacího motoru. Byl vynalezen Rudolfem Dieselem a zdokonalen Charlesem Ketteringem. Vznětový motor pracuje obvykle jako čtyřdobý spalovací motor nebo jako dvoudobý spalovací motor (například lodní motory). Na rozdíl od starších zážehových motorů je do něj palivo dopravováno odděleně od vzduchu. Palivo je do spalovacího prostoru motoru vstříknuto tryskou pod tlakem 100 až 200 MPa. Dále je vznětový motor charakterizován tím, že se válec plní čistým vzduchem, který se vysokou kompresí ohřeje na 550-800°C, tedy nad zápalnou teplotu paliva. Do zahřátého vzduchu se vstříkne palivo a hoří při přibližně stálém tlaku. Dieselovy motory pracují s vysokým kompresním poměrem, který se pohybuje podle konstrukce motorů od 14:1 do 20:1, a mají tedy vyšší účinnost a menší spotřebu paliva než motory zážehové. Jsou poháněny kapalnými palivy těžko odpařitelnými: plynovým olejem (motorovou naftou) a dehtovými oleji
-9-
Verwendung: Zündungsmotoren treiben Verkehrsmaschinen (Wasserfahrzeuge, Lokomotiven, Automobilen, Landwirtschaftsmaschinen) an. In letzten Jahren wächst ihre Bedeutung bei PKWs. Zu ihrer Zeit haben sie auch in dem Flugverkehr gedient. Stationäre Zündungsmotoren werden für den Antrieb von Maschinen, die keine feste Zuleitung des elektrischen
Stromes
(Dieselaggregaten).
haben, Eine
eventuell große
als
der
Antrieb
Bedeutung
haben
von sie
Elektrogeneratoren bei
speziellen
Landwirtschaftsmaschinen und bei Militärmobilmechanismen. Große (Schiff- oder Lokomotiven-) Motoren werden gewöhnlich als mehrzylindrische mit der Anordnung in der Form des Buchstabens „V“ konstruiert und sind gewöhnlich langsamlaufend. Hier gilt ungefähr die Verhältnisgleichung: je größer Zündungsmotor, desto niedrigere Nenntouren. Die Touren bei großen Motoren bewegen sich ca. in Hunderten von Drehungen pro Minute.
Technische Daten: • • • • • • • • •
Hebezylindervolumen: 64 ccm Hub: 23,2 mm Bohren: 26,5 mm Die Tourenanzahl: 1 800-9 000 Touren pro Minute Leistung: 4,08 kW Der empfohlene Propeller: 18 x 14“ oder 20 x 10“ Die Tourenanzahl: 1800-9000 Touren pro Minute Masen (Außendurchschnitt x Tiefe):220 – 160 mm Gewicht: 2 800 g
Bild 3: Viertaktsternmotor
- 10 -
Použití: Vznětové motory pohánějí dopravní stroje (plavidla, lokomotivy, automobily, zemědělské stoje). V posledních letech roste jejich význam u osobních automobilů. Svého času sloužily i v letecké dopravě. Stacionární vznětové motory se využívají pro pohon strojů, které nemají pevný přívod elektrického proudu, případně jako pohon elektrických generátorů (diesel agregáty). Velký význam mají u speciálních stavebních a zemědělských strojů a u vojenských mobilních mechanismů. Velké (lodní či lokomotivní) motory bývají konstruovány jako víceválcové s uspořádáním do „V“ a bývají pomaloběžné. Platí zde přibližně úměra: čím větší vznětový motor, tím nižší jmenovité otáčky. Otáčky se u velkých motorů pohybují řádově ve stovkách otáček za minutu.
Technická data: • • • • • • • •
Zdvihový objem válců: 64 ccm Zdvih: 23,2 mm Vrtání: 26,5 mm Počet otáček: 1 800 až 9 000 ot./min. Výkon: 4,08 kW Doporučená vrtule: 18 x 14“ nebo 20 x 10“ Rozměry (vnější průměr x hloubka): 220 x 160 mm Hmotnost: 2 800 g Obrázek 3: Čtyřdobý hvězdicový motor
- 11 -
[1] - rchouby.cz [2] - gilera-runner.webnode.cz [3] - shop.fkt.cz
- 12 -
[1] - rchouby.cz [2] - gilera-runner.webnode.cz [3] - shop.fkt.cz
- 13 -
