Aleš Lalík Septima A 2003/04 SPALOVACÍ MOTORY SEMINÁRNÍ PRÁCE FYZIKÁLNÍ SEMINÁŘ

Transkript

1 Aleš Lalík Setima A 2003/04 SPALOVACÍ MOTORY SEMINÁRNÍ PRÁCE FYZIKÁLNÍ SEMINÁŘ

2 Obsah. Úvod. Historie Základní ojmy 2. Zdvihový objem válce a zdvihový oměr Komresní oměr Střední ístová rychlost a otáčky Točivý moment a výkon Střední indikovaný tlak a střední efektivní tlak Sotřeba aliva Účinnost motoru Sotřeba vzduchu a stueň lnění válců Oběhy salovacích motorů 3. Ideální teelný oběh Skutečný teelný oběh Zážehový salovací motor 4. Dvoudobý zážehový motor Čtyřdobý zážehový motor Tvorba alivové směsi a salování Přelňování zážehových motorů Vznětový salovací motor 5. Čtyřdobý vznětový motor Tvorba alivové směsi a salování Přelňování vznětových motorů Chlazení salovacích motorů 6. Kaalinové chlazení Vzduchové chlazení Olejové chlazení Salovací motory a životní rostředí 7. Požadavky na salovací motor Katalyzátory Použitá literatura

3 Úvod Salovací motory jsou teelné stroje umožňující svým vnitřním salováním řeměnit energii aliva na mechanickou ráci. Zažehnutím aliva ve válci motoru dojde k jeho exanzi a svým rozínáním tlačí íst směrem dolů a koná ráci. Píst otáčí klikovou hřídelí, ze které se odebírá mechanická energie ro ohon strojů. Salovací motory se dělí odle mnoha hledisek, nejčastější odle místa salování, salovaného aliva, zůsobu zažehnutí aliva, očtu racovních cyklů a mnoha dalších hledisek. Podle místa salování se dělí teelné motory na: motory s vnějším salováním: salování aliva robíhá mimo samotný motor, ro řenos energie do motoru se oužívá jiné médium (nař. voda u arního stroje) motory s vnitřním salováním: salování aliva robíhá uvnitř motoru, z něj uvolněná energie římo koná ráci Podle aliva se dělí na motory salující kaalná aliva a motory salující lynná aliva. Motory na kaalná aliva salují: roná lehce odařitelná aliva: benzin, etrolej roná těžce odařitelná aliva: nafta, mazut aliva neroného ůvodu: líh, rostlinné oleje (bionafta) Motory na lynná aliva salují: roan-butan: oužívá se u osobních automobilů, menších doravních rostředků zemní lyn: využití ředevším u větších doravních rostředků a strojů Rozšířené jsou také motory schoné salovat kaalné i lynné alivo, s možností lynulého řechodu z jednoho aliva na druhé. Jedná se o častou úravu doravních rostředků, kdy z výroby je motor schoen salovat kaalná aliva a o řestavbě je možné oužít také aliva lynná. Podle zůsobu zažehnutí směsi aliva ve válci se motory dělí na zážehové: neboli benzínové-směs se zažehne omocí elektrické zaalovací svíčky vznětové: neboli naftové-do vzduchu stlačeného na extrémní telotu je vstříknuta nafta, která se sama vznítí Podle očtu racovních cyklů dvoudobé: oužívané hlavně u malých motorů do racovních strojů nebo u motocyklů čtyřdobé: oužívané u větších motorů, díky lešímu využití energie aliva je mnohem úsornější a účinnější než dvoudobý cyklus Postuně budou osány vlastnosti salovacích motorů, rozdíly mezi zážehovým a vznětovým motorem a které vlastnosti ovlivňují velikost emisí. 3

4 . Historie Již odradávna lidé toužili ostavit stroj, který by nemuseli ohánět svou silou a naoak jej mohli oužít ro ohon dalších zařízení. Veškeré okusy nakonec vyústily v úsěch roku 72 satřil světlo světa rvní funkční motor. Jednalo se o arní stroj vynalezený anglickým inženýrem Thomasem Newcomenem ( ). Parní stroj je motor s vnějším salováním a sloužil jako čeradlo k odstraňování vody z hlubinných dolů. Rozšíření Newcomenova stroje bránila řílišná sotřeba aliva, a tak se jeho využití našlo ouze v dole, kde bylo aliva dostatek. Až změna v konstrukci rovedená anglickým fyzikem Jamesem Wattem (736-89) v roce 765 zlešila účinnost arního stroje a umožnila jeho hromadné využití jako ohonu ro mnoho různých strojů. Na svou dobu výkonný arní stroj odstartoval růmyslovou revoluci. Ovšem lidem vadila jeho velikost a sotřeba aliva, a tak se okoušeli vynalézt ohon, který by byl mnohem menší, mobilnější, a také výkonnější. Vědci začali ostuně exerimentovat s motory oužívajícími vnitřní salování. Jako alivo tehdy osloužil zemní lyn, rotože u kaalných aliv byl roblém s jejich řevedením do lynné formy. Snažení řineslo úsěch roku 860, kdy Belgičan Jean Lenoir ( ) ředstavil v Paříži rvní motor s vnitřním salováním na zemní lyn. Tento druh motoru sklidil nečekaný úsěch a o tuto technologii se začalo zajímat více vědců. Pro ohon salovacích motorů bylo vyzkoušeno mnoho různých aliv a konstrukcí, ovšem až vynález karburátoru umožňující řeměnit kaalná aliva na lynná znamenal trvalý řechod k od zemního lynu ke kaalným alivům. Roku 876 ostavil němec Nikolaus Angusta Otto (832-89) ve soluráci s Eugenem Langerem ( ) rvní 4dobý salovací motor salující ve válcích benzín. Nezávisle na Ottovi ředstavil také Carl Friedrich Benz ( ) roku 883 svůj motor. Salovací motory byly roku 897 obohaceny o vznětový motor zkonstruovaný Rudolfem Dieselem (858-93). Záměrem konstruktéra Diesela bylo oužít k ohonu motoru levné a snadno dostuné alivo. Prvním alivem byl olej na svícení následovaný uhelným rachem, zcela nejleší výsledky ovšem Diesel zaznamenal až u nafty. Diesel ředokládal u svého motoru větší účinnost ři salování aliva než měly zážehové motory té doby, které tyicky dosahovaly účinnosti okolo 0 %. Dieselovy ředstavy o účinnosti jeho motoru až 73 % se ukázaly jako řehnané, rotože v době svého vynalezení dosahovaly asi 20 %, což byl i řesto dvojnásobek tehdejších zážehových motorů. Neustálé zdokonalování salovacích motorů umožnilo na konci 9. století zavedení sériové výroby osobních automobilů. Salovací motory se ostuně začaly oužívat ve všech oblastech, kde bylo otřeba ohonu ro stroje, a doravních rostředcích. Jako letadlové motory se oužívaly zážehové motory až do 50. let 20. století, kdy byly ostuně vytlačeny motory roudovými. Vědci se také snažili řijít se stále účinnějšími konstrukcemi, ovšem žádná z nich se neuchytila. Jedině snad Wankelův motor atentovaný v roce 960 Felixem Wankelem byl jediný salovací motor s odlišnou konstrukcí, který se zachoval dodnes, ovšem jeho oužití je velmi soradické. 4

5 2 Základní arametry U salovacích motorů určujeme mnoho ojmů souvisejících s fyzickým vzhledem motoru (zdvihový objem válce, vrtání, atd.) a také s růběhem salování a ráce motoru. Nejdůležitější a nejoužívanější vlastnosti motoru oisuje tato kaitola. 2. Zdvihový objem válce a zdvihový oměr Zdvihový objem válce V zl je jmenovitý objem rostoru ve válci motoru. Základní vlastnosti ro výočet objemu jsou horní úvrať (HÚ) a dolní úvrať (DÚ), jejichž vzájemná vzdálenost se nazývá zdvih ístu a označuje se z. Vnitřní růměr racovního válce d se nazývá vrtání válce (viz obr. 2.). Objem vnitřního rostoru válce sočítáme jako součin vrtání válce a zdvihu ístu: V zl π d 4 2 z (2.) Zdvihový objem motoru V z je součet zdvihových objemů všech válců motoru: V z π d 4 2 z i v (2.2) Kde i v je očet válců motoru. Obr. 2. Pois válce motoru Zdvihový oměr ξ je oměr hodnot zdvihu ístu z a vrtání válce d: 5

6 z ξ d Zdvihový oměr souvisí s otáčkami, střední ístovou rychlostí a velikostí motoru. Větší zdvihový oměr snižuje teelné ztráty, teelné zatížení stěn, namáhání klikového ústrojí, zvyšuje mechanickou účinnost a snižuje délku motoru. Negativem je zvýšení výšky motoru. U zážehových motorů je ξ0,6 až, a u vznětových ξ, až,5. Další yýznamný arametr je oměr oloměru kliky a délky ojnice λ, který rovněž ovlivňuje výšku motoru. Velké hodnoty λ zvyšují normálové síly na íst a zhoršují vyvážení motoru. Obvykle dosahuje λ hodnot 0,2-0,3. (2.3) 2.2 Komresní oměr Komresní oměr ε vyjadřuje oměr racovního rostoru válce (maximální objem válce V max ) a minimálního objemu válce V min (objemu válce komresního rostoru V k ): ε V V max min Vz + V V k k (2.4) řičemž V min V k je komresní objem, tj. objem rostoru na salovací straně ístu v HÚ. Komresní oměry salovacích motorů udává následující tabulka. Ty motoru ε Omezení zážehový, dvoudobý 7,5-0 samozáaly zážehový, 2ventilová technika 8-0 kleání, samozáaly zážehový, 4ventilová technika 9- kleání, samozáaly zážehový, římé vstřikování -4 kleání, samozáaly vznětový, komůrkový 8-24 horší účinnost ři max.zatížení vznětový, římé vstřikování 7-2 horší účinnost ři max.zatížení Komresní oměr u zážehových motorů je omezen telotou vznícení směsi aliva se vzduchem a vznikem detonačního hoření (kleání a samozáaly) ε max,5. Tlak a telota na konci komrese dosahují hodnot 0,8 až,5 Ma a 400 až 600 C. U vznětových motorů klesá ro vysoké komresní oměry efektivní účinnost a zvyšuje se namáhání dílů motoru. Palivo vstřikované do válce motoru nebo do komůrky se vlivem vysoké teloty vyvolané stlačením vzduchu vznítí. Pro dosažení otřebné teloty je nutno oužít velký komresní oměr ε min 2. Tlak a telota na konci komrese dosahují 3 až 5 Ma a 700 až 900 C. 6

7 2.3 Střední ístová rychlost a otáčky Čas jednoho zdvihu je: t z 2 n rotože jeden zdvih řísluší olovině otáčky, v tomto říadě mají otáčky rozměr [s - ]. Průměrná rychlost ístu c s během zdvihu z je tedy c s z t z 2 n z Tento vztah slouží ro výočet střední ístové rychlosti, která se vyočítá jako dvojnásobek součinu zdvihu ístu z a otáček motoru n. Pokud se dosazují otáčky motoru n [min - ], latí (2.5) c s 2 z n 60 z n 30 Střední ístová rychlost slouží ro orovnávání motorů. Určuje do značné míry životnost motoru (ootřebení válců, telotní namáhání). Vyšší hodnoty c s zvyšují hlučnost a růtočný odor ři sání a vyžadují ečlivé vyvážení motoru. Otáčky motoru n udávají očet otáček klikového hřídele za časovou jednotku. Tzv. jmenovité otáčky n j jsou otáčky říslušící jmenovitému výkonu. Výrobce zravidla udává jmenovitý efektivní výkon, což je nejvyšší efektivní výkon dosažený ři jmenovitých otáčkách. Nejvyšší dovolené otáčky n max jsou nejvyšší otáčky, jichž je motor schoen dosáhnout. (2.6) Ty motoru n max [min - ] c s [m.s - ] motor Formule malé dvoudobé motory motocyklové motory zážehové motory osobních vozů vznětové motory osobních vozů vznětové motory užitkových vozidel Točivý moment a výkon Točivý moment motoru M je moment vyvozený na hnacím hřídeli. Měří se v závislosti na otáčkách motoru na motorové brzdě. Efektivní výkon motoru P e v určitém bodě motoru se vyočítá z točivého momentu M a otáček motoru n: P e M ω M 2π n (2.7) Zvýšení výkonu motoru je možné realizovat buď zvýšením otáček, nebo točivého momentu. Ovšem obě hodnoty jsou omezeny. 7

8 Litrový výkon P l se vyočítá jako odíl efektivního výkonu motoru P e a zdvihového objemu V z a jeho jednotkou je [kw/l]: P l P V e z (2.8) Hmotnostní výkon P M vyjadřuje odíl efektivního výkonu P e a celkové hmotnosti motoru m M, jednotkou je [kw/kg]: P P e M m M (2.9) Výkonová hmotnost m uvádí odíl celkové hmotnosti motoru m M a efektivního výkonu P e s jednotkou [kg/kw]: m m P M e (2.0) Ty motoru max. litrový výkon [kw/l] max. výkonová hmotnost [kg/kw] max. otáčky [l/min] motor Formule 200 0, zážehové motory osobních vozů 70 2, řelňovaný zážehové motory osobních vozů 00 3, vznětové motory osobních vozů 45 5, řelňované vznětové motory osobních vozů 64 4, vznětové motory nákladních vozidel 30 5, Střední indikovaný tlak a střední efektivní tlak Střední indikovaný tlak i je oměr ráce W i vykonané během jednoho racovního cyklu odovídajícího indikovanému výkonu, k zdvihovému objemu válců V z : i Wi V z (2.) Indikovaný výkon jednoho válce se určí W P i t (2.2) kde W odovídá ráci jednoho oběhu trvajícího čas t. Tento čas závisí na očtu zdvihů τ, které v motoru roběhnou za jeden racovní oběh. Pro dvoudobý motor τ2, ro čtyřdobý motor τ4. Protože jeden zdvih řísluší olovině otáčky, latí vztah: 8

9 t τ n / 2 Dosazením do vztahu (2.2) dostáváme ro indikovaný výkon celého motoru: P i W t i v W 2n i τ v i Vz 2n i v τ (2.3) kde n je očet otáček a i v je očet válců motoru. Indikovaný výkon nám slouží k vyočtení efektivního výkonu P e, což je výkon, který můžeme odebrat na hnacím hřídeli motoru. Tento výkon se vyočítá jako rozdíl indikovaného a ztrátového výkonu P e P P i m (2.4) Ztrátový výkon P m je část indikovaného výkonu P i sotřebovaného na řekonání mechanických ztrát v motoru a výkonu otřebného k ohonu zařízení otřebných k běhu motoru. Ztrátový výkon můžeme vyjádřit vzhledem k rov. (2.3) tak, že místo středního indikovaného tlaku oužijeme střední tlak mechanických ztrát m, což je ztrátový výkon z mechanického tření hnací jednotky a hydraulických ztrát v klikové skříni. Touto úravou dostaneme rovnici: P m m V τ z 2n i v (2.5) Pro snazší vyjádření efektivního výkonu zavedeme střední efektivní tlak e, určený rozdílem středního indikovaného tlaku i a středních mechanických ztrát m : e i Efektivní výkon tak můžeme vyjádřit jako m (2.6) P e e Vz 2n i τ v Efektivní výkon je velmi ovlivňován hlavně mechanickými ztrátami v samotném motoru a také na řiojených zařízeních nezbytných ro chod motoru. Přesný řehled odílu jednotlivých částí na ztrátovém výkonu P m je v následující tabulce. Ztráty zážehový motor [%] vznětový motor [%] tření íst-válec tření ložisek hřídele výměna nálně válce 20 4 ohon rozvodového mechanismu 6 6 ohon omocných zařízení 6 6 (2.7) 2.6 Sotřeba aliva Palivem řivedená energie je: E m H u 9 (2.8)

10 kde m je hmotnost řivedeného aliva v [kg] a H u je dolní výhřevnost aliva [J/kg]. Sotřeba aliva se měří jako hmotnostní roud M s jednotkou [kg/s]: M m t ρ V t (2.9) kde ρ je měrná hmotnost aliva a V je objem řivedeného aliva. 2.7 Účinnost motoru U salovacího motoru se rozlišuje indikovaná, mechanická a efektivní účinnost. Účinnost u salovacího motoru je možno definovat jako oměr užitečného výkonu motoru a alivem řivedené energie za jednotku času. Energie aliva za jednotku času je dána součinem řivedené hmotnosti aliva za jednotku času M a dolní výhřevností aliva H u : η P M H u (2.20) Indikovaná účinnost η i salovacího motoru je: η i Pi M H u (2.2) Efektivní neboli celková účinnost η e salovacího motoru se vyočítá: η e Pe M H u (2.22) Mechanické ztráty motoru vyjadřuje mechanická účinnost η m, daná oměrem efektivního a indikovaného výkonu motoru: ηe η m η i P P e i (2.23) Mechanická účinnost ro zážehové motory je η 0,75 0,92 a ro vznětové motory η 0,70 0,87. Přelňované motory mají účinnost vyšší. Mechanické ztráty vznětového motoru jsou odstatně vyšší než u motoru zážehového. Největší odíl na těchto ztrátách má tření v ložiscích a ístních částechdůvodem jsou vyšší salovací tlaky. U zážehového motoru dochází ři oklesu zatížení ke snížení mechanických ztrát v ložiscích i ístní části, současně však dochází k nárůstu ztrátového výkonu otřebného ro výměnu nálně ve válci. 2.8 Sotřeba vzduchu a stueň lnění válců Výkon motoru je závislý na lnění válců. Pro hodnocení slouží teoretický stueň lnění λ a teoretický stueň nalnění λ n. 0

11 Teoretický stueň nalnění λ je oměr hmotnosti čerstvé nálně m d doravené do jednoho válce za jeden racovní oběh k hmotnosti čerstvé nálně m t odovídající zdvihovému objemu válce ři tlaku a telotě anujících v sacím otrubí (ři jmenovitém atmosférickém tlaku): λ m m d t md V ρ z t m V dcelk z ρ t (2.24) kde V z je zdvihový objem jednoho válce, ρ t je teoretická hustota nálně a V z je celkový objem všech válců motoru.

12 3 Oběhy salovacích motorů Přeměna telené energie na mechanickou ráci v ístových salovacích motorech robíhá ve složitých fyzikálně-chemických a termodynamických odmínkách. Získávání energie u teelných motorů je vázáno na eriodický děj, který lze osat změnou termodynamických (stavových) veličin racovní nálně válce motoru a nazývá se teelný oběh. Podle stuně zjednodušení se teelné oběhy rozlišují na: ideální (Carnotův) termodynamické výočtové skutečné Oběhy charakterizované různým stuněm zjednodušení skutečných racovních oběhů se nazývají srovnávací teoretické (idealizované) oběhy. Ideální teelný oběh, nazývaný též Carnotův oběh, je mezním říadem s největším zjednodušení, u kterého se během řeměny tela uvolněného z aliva na mechanickou ráci neuvažují žádné ztráty energie. Termodynamické teelné oběhy jsou oběhy, u kterých jsou stejně jako u Carnotova oběhu vyloučeny všechny ztráty s výjimkou odvodu tela do chladiče. Rozborem termodynamického oběhu, který má již nižší účinnost než Carnotův oběh, lze snadněji a řesněji osoudit rocesy robíhající ve skutečném motoru. Výočtový teelný oběh vychází z matematického modelu, do kterého jsou zahrnuty ztráty, změny chemického složení aliva, výměna tela s okolím, změna měrných teel a další ztráty související s řeměnou energie. Skutečný teelný oběh salovacích motorů racuje s reálnou nální, jejíž chemické složení se v růběhu racovního oběhu mění a vývoj tela se uskutečňuje salováním aliva ři složitých fyzikálně-chemických řeměnách. Mezi racovní nální a okolím nastává výměna tela a měrné telo nálně se mění s její telotou a chemickým složením. Píst ve válci se ohybuje s třením a netěsnostmi, racovní nálň se vyměňuje a všechny oběhy robíhají konečnou rychlostí. Srovnávací idealizované oběhy se oužívají ro řehledné výočty a je u nich nutno uvést zjednodušující ředoklady. U srovnávacích oběhů se v růběhu velmi dobře teloty, teelná účinnost a střední tlak. Při raktickém vývoji motorů se oužívají řizůsobené srovnávací oběhy, omocí kterých jsou možná velmi řesná ředurčení, ovšem takovéto výočty jsou velmi náročné. 3. Ideální teelný oběh U ideálních oběhů jsou následující ředoklady:. V ideálním válci racuje ideální lynná směs o konstantním množství a s konstantním chemickým složením. Pracovní látka rochází řadou účelně seřazených změn tak, že se látka vrátí do ůvodního stavu. Měrné telo této nálně je konstantní a nemění se s telotou. 2. Telo řivedené do oběhu Q se řivádí z teelného zásobníku ři jednoduchých změnách stavu (ři konstantním objemu, ři konstantním tlaku nebo ři smíšeném řívodu nebo odvodu tela). 3. Komrese a exanze racovní látky ve válci je izoentroická (bez výměny tela s okolím). 4. Změny stavu lynu robíhají malou rychlostí (kvazistatické děje). 2

13 Podle zůsobu řívodu tela do oběhu je možno ideální oběhy rozdělit na: oběh s izochorickým řívodem tela (Vkonst)-nevhodné ro salovací motory oběh s izobarickým řívodem tela (konst)-většinou ro zážehové motory oběh se smíšeným řívodem tela (izochoricko-izobarické salování, Seiligerův cyklus)- většinou ro vznětové motory Teelná účinnost ideálního oběhu se definuje jako oměr tela řeměněného na mechanickou ráci a tela řivedeného do oběhu η t A Q t Q Q Q 0 (3.) kde A t je ráce získaná z oběhu, Q je telo řivedené do oběhu a Q 0 je telo odvedené z oběhu. Práci A t uzavřeného oběhu je možno vyjádřit křivkovým integrálem A t dv kde je tlak a V je objem. Teelná účinnost ideálních oběhů vyjadřuje teoreticky možné využití řivedeného tela a zohledňuje jen ztráty vylývající z druhé věty termodynamiky. Za těchto odmínek lze omocí teelné účinnosti η t vzájemně orovnávat různé ideální oběhy. Celkové řivedené telo Q do obecného teelného oběhu je dáno součtem tela řivedeného ři stálém objemu Q v a ři stálém tlaku Q. Celkové odvedené telo Q 0 se skládá z tela odvedeného ři stálém objemu Q ov a ři stálém tlaku Q o. Celkové množství tela řivedeného do oběhu je Q Qv + Q m c v (T3 T2 ) + m c (T4 T3 ) Celkové telo odvedené z oběhu je Qo Qov + Qo m c v (T5 T6 ) + m c (T6 T ) (3.2) (3.3) kde m je celková hmotnost racovní látky, c v a c jsou měrná tela racovní látky ři stálém objemu a ři stálém tlaku. Teloty T až T 6 odovídají telotám v obr 3. Podle rov. (3.) a zavedením κc /c v (Poissonova konstanta) dostaneme η t Q Q o T T 5 3 T T κ(t + κ(t 6 4 T ) T ) 3 (3.4) Zavedeme-li omocné označení komresní oměr εv /V 2,3 stueň zvýšení tlaku ři izochorickém řívodu tela λ 3 / 4 stueň zvýšení objemu ři izobarickém řívodu tela ρv 4 /V 2,3 exanzní oměr ρv 5,6 /V 4, a stueň zvětšení objemu ři izobarickém řívodu tela a ři exanzi ε 2 V 5,6 /V 2,3 [V 5,6 /V 4 ]/[V 2,3 /V 4 ]δ.ρ 3

14 ak ro jednotlivé teloty latí: κ 2 ε T T (3.5) (3.6) κ 2 3 ε T λ T λ T (3.7) κ 3 4 ε T λ ρ T ρ T [ ] [ ] κ κ 2 4 κ 2 5 ε T λ ρ ε ρ / T ε ρ / T (3.8) [ ] 2 6 T ε / ε T (3.9) Dosazením rov. (3.5) až (3.9) do rov. (3.4) a o vykrácení T získáme vztah ro teelnou účinnost obecného ideálního oběhu: ( ) ρ λ κ λ ε ε κ ε ε ε ρ ε ρ λ ε η 2 2 κ 2 κ κ t + + (3.0) V tomto vztahu oměr ε 2 / ε udává oměr objemů V 6 /V. Rovnice latí ro ε 2 ε. Jestliže ε 2 / ε, získá se teelný oběh s tzv. rodlouženou exanzí. Jednotlivé ideální oběhy se získávají z obecného oběhu určením omezujících odmínek. Při orovnání účinnosti základních tyů skutečných salovacích motorů se zravidla vystačí s odmínkou ε 2 ε. Model ideálního obecného teelného oběhu znázorňuje obr

15 3.2 Skutečný teelný oběh Zásadní rozdíl mezi ideálním a skutečným racovním oběhem je ve výměně racovní nálně u skutečného teelného oběhu. U čtyřdobých neřelňovaných motorů tím vzniká ztrátová ráce ři výměně nálně. U řelňovaných čtyřdobých motorů se tento roblém může eliminovat. Přechody mezi jednotlivými částmi racovního cyklu během výměny nálně jsou ozvolné. U reálných motorů se k teelným ztrátám řidávají ještě ztráty hydraulické. Doba cyklu má odstatný vliv na růběh jednotlivých částí racovního oběhu, zvláště na lnění (sání) a salování. Jejím zkracováním se může zhoršovat stueň lnění válce a zhoršovat růběh salování. Skutečný teelný oběh vyjadřuje závislost změny tlaku lynů ve válci motoru na okamžité velikosti salovacího rostoru V. Změnu tlaku je možno měřit omocí iezoelektrických snímačů a je zaznamenávána v závislosti na úhlu ootočení klikového hřídele. Jednoduchým řeočtem je možno vyjádřit z úhlu ootočení klikového hřídele okamžitou hodnotu objemu salovacího rostoru V. Diagram zracovaný na základě těchto údajů se nazývá indikátorový diagram. Indikátorový diagram čtyřdobého zážehového motoru znázorňuje obr. 3. a čtyřdobého vznětového motoru obr

16 Obr. 3. Indikátorový diagram čtyřdobého zážehového motoru Obr. 3.2 Indikátorový diagram čtyřdobého vznětového motoru 6

17 4 Zážehový salovací motor Ve válcích zážehového salovacího motoru je směs aliva a vzduchu ři komresním zdvihu ístem stlačena a zahřívá se na telotu 400 až 600 C, která je nižší než telota samovznícení. Proto směs aliva a vzduchu musí být zažehnuta jiskrou z cizího zdroje. V říadě zážehového motoru se oužívá elektrické svíčky, jejíž konec je vyveden do válce. Při stlačení směsi aliva dojde na svíčce k elektrickému výboji, který alivo zažehne (odtud název zážehový motor) a umožní jeho exanzi. Zážehový motor je schoen racovat ve dvou nebo čtyřech racovních cyklech, a odle toho je označován jako dvoudobý nebo čtyřdobý. Počet racovních cyklů také určuje využití motoru. 4. Dvoudobý zážehový motor Dvoudobý zážehový motor je menší a levnější na výrobu, ovšem jeho účinnost je v orovnání se čtyřdobým motorem o mnoho nižší. To jej ředurčuje k oužití ro ohon menších strojů, kdy není důležité šičkové využití energie aliva, ale menší rozměry a s tím sojená větší mobilita. Tyické nasazení je v malých motorových racovních strojích jako jsou ily, sekačky na trávu, ohon malých traktorů atd. Dvoudobé motory ohánějí také motocykly, kdy ři nízké ceně nabízejí výborný výkon sojený s velmi malými rozměry a dobrou sotřebou aliva. Ovšem i v této kategorii se na ně ostuně začínají dotahovat čtyřdobé salovací motory. Pracovní oběh dvoudobého motoru roběhne během dvou zdvihů ístu, tedy v růběhu jedné otáčky klikového hřídele. Stavba válce je vidět na obr. 4.. Hlavní části jsou sací, výfukový a řeouštěcí kanál. Obr. 4. Stavba válce dvoudobého motoru Pracovní fáze oběhu na obr. 4.2 jsou následující:. Píst jde nahoru a stlačuje směs aliva se vzduchem, zároveň je od íst nasávána z odkrytého sacího kanálu nová alivová směs (obr. 4.2-a). Po dosažení horní úvrati ístu (HÚ) je stlačená směs aliva zažehnuta zaalovací svíčkou (obr. 4.2-b). 2. Exanze aliva tlačí íst dolů a zlodiny jsou ze salovacího rostoru válce vytlačovány novou směsí aliva do výfukového kanálu (obr 4.2-c). Po dosažení dolní úvrati (DÚ) se íst oět ohybuje směrem nahoru a stlačuje novou směs. Tímto je ostuně zakryt výfukový a uvolněn sací kanál. Znovu nastává rvní racovní fáze. 7

18 Obr. 4.2 Pracovní fáze dvoudobého motoru Z obr. 4.2 je zjevně vidět neefektivnost nění u dvoudobého motoru. Díky tomu, že je celá kliková skříň nalněna směsí aliva, není umožněno jeho řesné dávkování jako u čtyřdobého motoru, což je jedno z vysvětlení velmi malé účinnosti motoru. 4.2 Čtyřdobý zážehový motor Mnohem účinnějším salováním aliva disonuje zážehový motor čtyřdobý. Již z názvu je atrné, že motor vykoná během jednoho racovního cyklu čtyři na sebe navazující fáze a celý cyklus se odehraje během dvou otáček klikového hřídele. Základní části válce čtyřdobého motoru jsou sací a výfukový ventil a zážehová svíčka (obr. 4.3). Uzavření řívodu aliva a odvodu zlodin ve válce ventily a nikoliv samotným ístem umožňuje řesnější dávkování směsi aliva do válce. Toto je jedna z hlavních věcí ovlivňujících větší účinnost čtyřdobého motoru ve srovnání s dvoudobým. Tyická účinnost dnešních čtyřdobých motorů je 25 až 35%. Všechny tyto řednosti umožnily oužití čtyřdobých motorů ve všech oblastech, kde by již bylo neekonomické oužít dvoudobý motor. Nevýhodami motoru se čtyřmi racovními dobami jsou složitější konstrukce a s tím sojené vyšší náklady na vývoj a stavbu samotného motoru. Tyto nevýhody jsou vyváženy lynulejším během, možností řesnějšího ovlivnění výkonu dávkováním alivem a hlavně nižší sotřeba. Pracovní cykly čtyřdobého zážehového motoru (obr. 4.4) jsou následující:. Píst se ohybuje směrem dolů a otevřeným sacím ventilem je do válce nasávána nová směs aliva a vzduchu (obr. 4.4-a). 2. Palivová směs je stlačována ístem ohybujícím se nahoru a zahřívá se na vysokou telotu ( C). V horní oloze ístu je směs zažehnuta jiskrou ze zaalovací svíčky (obr. 4.4-b). 3. Exanze zaálené směsi tlačí íst dolů a ten otáčí klikovou hřídelí (obr. 4.4-c). 4. V oslední fázi se otevře výfukový ventil a íst ohybující se nahoru jím ostuně vytlačí z válce veškeré zlodiny (obr. 4.4-d). Poté íst oět směřuje dolů a nastává znovu rvní fáze. 8

19 Obr. 4.3 Stavba válce čtyřdobého motoru Tvar salovacího rostoru vytvořený v hlavě válce solu s tvarováním dna ístu rozhoduje o růběhu salování a tedy i o sotřebě aliva, obsahu škodlivých látek ve salinách, hlučnosti salování a růběhu točivého momentu motoru. Na tvarování salovacího rostoru jsou kladeny následující ožadavky: komaktnost, která omezuje teelné ztráty a zvyšuje tak teelnou účinnost motoru, rozvíření nálně ve válci umožňující zaálení směsi aliva se vzduchem a zabezečující její dokonalé rohoření, umožnění oužití ventilů s co největším růměrem talíře, nebo oužití většího očtu ventilů, umístění zaalovací svíčky do místa, kde je na konci komresního zdvihu ístu bohatá směs a šířící se lamen nevyvolá detonační hoření, otlačení vzniku horkých bodů vyvolávajících ředzáaly a koutů, říadně štěrbin zůsobujících vznik detonačního hoření. Salovací rostor zážehového motoru může být vytvořen: v hlavě válce motoru (u motorů s neřímým vstřikováním), ve dně ístu (u zážehových motorů s římým vstřikováním), současně v obou částech. Salovací rostor vytvořený v hlavě válce musí zabezečit dokonalé rohoření směsi, malé teelné ztráty řestuem tela do stěn válců a hlav, říznivé odmínky ro zaálení okolí zaalovací svíčky a dokonalé vyláchnutí salovacího rostoru čerstvou směsí, Tvar salovacího rostoru určuje odolnost roti detonacím, nebo maximálně možný komresní oměr ro dané, oužívané alivo. Umístění zaalovací svíčky ve salovacím rostoru se volí tak, aby umístění zaalovacích elektrod svíčky nebylo a v místě nejvyššího roudění rozvířené směsi aliva se vzduchem. Současně nesmí být v tomto rostoru velká koncentrace zbytkových salin ve válci. Svíčka je umístěna co nejblíže geometrickému středu salovacího rostoru, lamen tak dosáhne v co nejkratší době i do nejvzdálenějších míst. U nových konstrukcí je navíc oužíván i větší očet zaalovacích svíček (2, 3). 9

20 Obr. 4.4 Pracovní fáze čtyřdobého motoru Tím docílíme zvýšení rychlosti hoření, dokonalého sálení směsi a tím i využití rychle narůstajícího tlaku salin. U zážehových motorů s neřímým vstřikováním aliva nejvíce oužívá salovací rostor olokulový a klínový. Tvary nejčastěji oužívaných salovacích rostorů znázorňuje obr

21 Obr. 4.5 Tvary salovacích rostorů čtyřdobého motoru 2

22 Ve salovacím rostoru zážehového motoru s římým vstřikováním je mezi ventily umístěna zaalovací svíčka, o straně ak vstřikovací tryska. Tou se do salovacího rostoru vstřikuje benzín od tlakem až 00 barů římo do vybrání v ístu. Seciálně tvarovaný salovací rostor vytváří solu tvar hlavy válců a vrchní části ístu. Sací kanál může být oatřen seciální klakou, která ho vlastně dělí na dvě části sodní a vrchní olovinu. Účelem této klaky je vytváření vrstveného lnění. Výhodou římého vstřikování aliva oroti klasickému karburátoru je vstřikování aliva v souvislosti s ožadavky na hosodárnost, výkonové schonosti, dokonalé jízdní vlastnosti a nízký obsah škodlivých látek ve výfukových lynech. Vstřikování umožňuje řesné odměřování aliva v závislosti na rovozním stavu a zařízení motoru ři zohlednění okolních vlivů. Složení směsi je řitom řízeno tak, aby byly nízký odíl škodlivých látek ve výfukových lynech. Elektronické vstřikování benzínu může být: simultánní vstřikování, skuinové vstřikování, sekvenční vstřikování. U simultánního vstřikování dochází ke vstřikování všech vstřikovacích ventilů v jeden okamžik, dvakrát za cyklus, tzn. dvakrát za otáčku vačkového hřídele oř. jednou za otáčku klikového hřídele. Okamžik vstřiku je dán evně ředem. U skuinového vstřikování jsou vytvořeny dvě skuiny vstřikovacích ventilů, kdy každá skuina vstřikuje jednou za cyklus. Časový odstu obou skuin tvoří dle rovozních odmínek a odstraňuje, ve vzdálených rozsazích ole charakteristik, neatřičné vstřikování řed otevřený sací ventil. Sekvenční vstřikování umožňuje největší volnost. Vstřikovací ventily jsou ovládány nezávisle na sobě ve stejný okamžik, vztaženo na říslušný válec. Okamžik vstřiku je volné rogramovatelný a lze jej řizůsobit na říslušná otimalizační kritéria. 4.3 Tvorba alivové směsi a salování Zážehový motor otřebuje ke svému rovozu určitý oměr vzduchu a aliva. Ideální teoretické úlné salování nastává ři oměru 4,8 kg vzduchu na kg aliva. Tento oměr je také označován jako stechiometrický oměr. Určité rovozní stavy motoru vyžadují korekci složení směsi. Měrná sotřeba aliva zážehového motoru je značně závislá na směšovacím oměru vzduchu a aliva. Pro reálné úlné salování a tím také ro co nejmenší sotřebu je nutný řebytek vzduchu, jehož hranice je určena zejména záalností směsi a oužitelnou dobou hoření. K rozoznání toho, jak hodně se odlišuje skutečný oměr vzduchu a aliva od teoreticky nutného (4,8 : ) byl zaveden součinitel řebytku vzduchu λ, ří. vzdušný součinitel (lambda): množství řiváděného vzduchu v kg součinitel řebytku vzduchu λ teoretická otřeba vzduchu v kg Součinitel řebytku vzduchu vyjadřuje oměr skutečně řivedené hmotnosti vzduchu k hmotnosti vzduchu otřebné ro stechiometrické salování. Význam velikosti součinitele řebytku vzduchu λ je následující: λ skutečně řivedená hmotnost vzduchu odovídá teoretické otřebě. λ > řebytek vzduchu, nebo-li chudá směs, nastává od λ,05 až,3. Při této hodnotě součinitele řebytku vzduchu lze ozorovat snižující se sotřebu aliva a snížený výkon. λ >,3 směs niž není schona zaálení. Dochází k vynechávání slování. Běh motoru je značně neklidný. 22

23 Salování aliva v ístovém salovacím motoru je složitý fyzikálně chemický děj robíhající ři každém oběhu ve velmi krátkém čase. Rychlost hoření směsi aliva se vzduchem závisí na tlaku, telotě, složení směsi, okamžiku zaálení a na zůsobu a intenzitě ohybu nálně ve válci. Benzín, který je do válce doraven v růběhu lnícího zdvihu, je na konci komrese již tak odařen, že vzniklou směs je možno ovažovat za stejnorodou, která se svými vlastnostmi blíží směsi lynné. Po zaálení elektrickou jiskrou se vytvoří vrstva, ve které robíhá hoření. V turbulentním roudění je to kulová locha o hloubce 20 až25 mm, která se šíří ve salovacím rostoru rychlostí 20 až 60 m.s. Vedlo tohoto normálního růběhu hoření mohou vznikat ve salovacím rostoru i růběhy hoření, které mají abnormální růběhy a jsou vyvolávány nedostatky ve salovacím rostoru říadně chybným nastavením ředstihu zážehu. Chybný růběh hoření je vyvoláván: detonačním hořením, ředzáaly, samozáaly, ozdním zážehem, ředčasným zážehem. Detonační hoření je vyvoláváno stlačením zbylé čerstvé nálně tlakovou vlnou hořících lynů, šířících se od zaalovací svíčky do vzdálenějších míst salovacího rostoru, ři řítomnosti tzv. horkého místa, které iniciuje abnormálně rychlé shoření směsi, řádově stovky metrů za sekundu. Tato rychlost hoření odovídá detonaci. Horké místo na obvodě salovacího rostor vznikne v důsledku rozžhavení ostré hrany, rozžhavených karbonových úsad nebo celkového zvýšení teloty salovacího rostoru ři závadě na chlazení motoru. Navenek se detonační hořeni rojevuje kovovým zvukem, kleáním, která vychází ze salovacího rostoru, řehříváním a oklesem výkonu. Obdobný rojev má i detonační salování vyvolané oužitím aliva s nižším oktanovým číslem, neodovídajícím komresnímu oměru motoru. Předzáaly jsou charakterizovány tím, že k zaálení směsi dochází od rozžhavené části salovacího rostoru dříve, než řeskočí vysokonaěťový výboj na elektrodách svíčky. Nejčastěji zůsobují ředzáaly rozžhavené elektrody zaalovací svíčky s říliš nízkou teelnou hodnotou, nebo rozžhavené částice karbonu ulívající na stěnách salovacího rostoru, říadně rozžhavený talíř výfukového ventilu. Předzáaly zůsobují tuá rázy, které mohou lehce slynou s celkovým hlukem motoru. Vedou ke zvýšenému namáhání klikového mechanismu a také zůsobují řehřívání motoru. U moderních motorů se vstřikováním aliva je oužívána regulace ředstihu zážehu z datového ole. V aměti řídícího očítače je uloženo datové ole, kdy každému režimu motoru, určenému otáčkami a zařízením (vstřikovaným množstvím aliva) je řiřazena jedna hodnota ředstihu zážehu. Tato hodnota je však za rovozu motoru korigována dle údajů ostatních snímačů vstřikovací soustavy. U moderních motorů je zabudován ve stěně jednoho nebo více válců čidlo kleání. Tento snímač identifikuje vznik detonačního hoření ve válci motoru. Dochází-li k detonačnímu hoření, je snižován ředstih zážehu tak dlouho, až detonace, tj. kleání motoru, zmizí. Je zřejmé, že u těchto motorů je možno oužít i benzín s nižším oktanovým číslem, bez nebezečí, že dojde k oškození motoru. 4.4 Přelňování zážehových motorů Ze známých zůsobů řelňování se u zážehových motorů oroti řelňování mechanickému a tlakovými vlnami stále více rosazuje řelňování turbodmychadlem. Turbodmychadla umožňují dosáhnout již u motorů s malým objemem vysokých kroutících momentů a výkonů s dobrou účinností motoru. Ve srovnání s atmosféricky lněným motorem stejného výkonu je řelňovaný motor stavebně menší a má roto vyšší výkonovou hmotnost. Výzkumy v automobilovém růmyslu rokázaly, že ři stejných jízdních výkonech vykazuje řelňovaný motor s menším objemem válců a 23

24 elektronickou regulací lnícího tlaku oroti atmosféricky lněnému motoru odobnou úsoru aliva jako může mít vznětový motor s komůrkou. Turbodmychadlo sestává z komresoru a výfukové turbíny jejíž oběžná kola jsou umístěna na solečném hřídeli. Výfuková turbína řevádí část energie výfukových lynů na rotační energii a ohání komresor. Ten nasává čerstvý vzduch, doravuje jej stlačený řes chladič stlačeného vzduchu, škrtící klaku a sací otrubí do motoru. U řelňovaného motoru nesmí telota výfukových lynů mezi motorem a turbínou řekročit určitou rahovou hodnotu. Proto se regulace lnícího tlaku oužívá ouze v kombinaci s regulací kleání. Jen regulace kleání totiž dovoluje v růběhu celé životnosti motoru rovoz s co možná největším ředstihem zaalování. Tento ro každý rovozní stav otimálně řizůsobený úhel zážehu řináší s sebou velmi nízké teloty salin. Další snížení teloty výfukových lynů lze dosáhnout zásahy do lnícího tlaku a/nebo zásahy do složení směsi. 24

25 5 Vznětový salovací motor Vznětový salovací motor vznikl na konci 9. století jako alternativní konstrukce k zážehovému salovacímu motoru. Zásadním rozdílem je zůsob salování aliva. U vznětového motoru je do válce řiveden sacím ventilem ouze vzduch, který je následně ístem stlačen na velmi vysokou telotu (až 800 C). Do takto zahřátého vzduchu je vstřikovací tryskou vstříknuta dávka nafty, která se od okolního zahřátého vzduchu sama vznítí a nastane její exanze. Z tohoto oisu je zřejmé, že v orovnání se zážehovým motorem odadá nutnost zaalovací svíčky. Ovšem dochází zde k extrémnímu stlačení vzduchu, a roto je nutná masivní konstrukce celého motoru, což se samozřejmě negativně odeisuje na celkové váze a výrobní ceně motoru. Nesornou výhodou je nižší sotřeba levnějšího aliva, v tomto říadě nafty, umožněná velmi dobrou účinností vznětového motoru-v dnešní době mezi 35 až 50%. U vznětového motoru se nejčastěji oužívá čtyřdobý racovní cyklus, zejména ro účinné využití aliva. 5. Čtyřdobý vznětový motor Pracovní cyklus čtyřdobého vznětového motoru roběhne během dvou otáček klikového hřídele a motor během této doby vykoná stejně jako zážehový motor čtyři fáze. Základní části válce u vznětového motoru jsou také odobné, a sice sací a výfukový ventil a jediný rozdíl je v nahrazení zážehové svíčky vstřikovací tryskou (obr. 5.). Obr. 5. Stavba válce čtyřdobého motoru Pracovní cykly čtyřdobého vznětového motoru (obr. 5.2) jsou následující:. V rvní fázi se íst ohybuje směrem dolů a do válce je sacím ventilem nasáván samotný vzduch (obr. 5.2-a). 2. Nasátý vzduch je stlačován ístem ohybujícím se nahoru (obr. 5.2-b). V horní oloze ístu je do válce vstříknuta dávka nafty, která se ihned o kontaktu s rozehřátým vzduchem vznítí. 3. Zaálená směs začne exandovat (obr. 5.2-c) a její rozínání tlačí íst dolů a koná tak ráci. 4. V oslední fázi se otevře výfukový ventil a íst svým ohybem nahoru vytlačuje z válce veškeré zlodiny (obr. 5.2-d). Následně se oakuje rvní fáze. Velký vliv na salování má tvar salovacího rostoru. 25

26 Obr. 5.2 Pracovní fáze čtyřdobého motoru Nedělené salovací rostory se vyznačují tím, že jej tvoří ucelený salovací rostor vytvořený ve dnu ístu. Do objemu této rohlubně je vstřikováno alivo, které o vznícení oměrně rudce shoří. Protože je alivo vstřikováno římo do válce motoru, nazývají se také motory s římým vstřikem aliva. Dělené salovací rostory jsou tvořeny dvěma samostatnými objemy. U děleného salovacího rostoru se alivo vstřikuje do zvláštní komůrky, která je zravidla vytvořena v hlavě válce motoru. Tato komůrka je sojena s druhou částí salovacího rostoru vytvořenou ve dnu ístu motoru jedním 26

27 nebo více kanálky malého růměru. Tyto motory jsou také nazývány motory s neřímým vstřikem aliva. Vznětové motory se dělí odle zůsobu vstřikování aliva do válce na motory: s neřímým vstřikováním aliva (IDI Indirect Injection), (s ředkomůrkou nebo s vírovou komůrkou), s římým vstřikem aliva (DI Direct Injection), (rstencovitý salovací rostor, kulovitý salovací rostor). U obou variant je možné oužití lnění válců atmosférickým tlakem nebo řelňování turbodmychadlem. Rozdělení salovacího rostoru na dvě části a vhodným tvarováním dna ístu se dá dosáhnout vysoká energie víření a velmi dobré romíšení aliva se vzduchem. U obyčejné komůrky (ředkomůrka, res. tlaková komůrka) je energie víření malá. Seciální nárazová loška ve středu komůrky rozděluje arsek aliva a intenzivně ho romíchá se vzduchem. Ve vlastní komůrce se dosahuje vysokých komresních tlaků a tím telot, otřebných ro salování motoru. Hlavní část salování se otom uskutečňuje ve salovacím rostoru válce. Motory s římým vstřikem aliva (nedělený salovací rostor) se vyznačují nižší měrnou efektivní sotřebou aliva ( g.kwh - ), tedy ekonomičtějším rovozem a snadnějším souštěním motoru za nízkých telot. Tyto výhody jsou výsledkem menších teelných a hydraulických ztrát. Salovací rostor je komaktnější s menším ovrchem vzhledem k objemu. Na měrné sotřebě se odílí i menší součinitel řestuu tela vlivem menší intenzity víření a rychlejší růběh hoření. Další výhodou je jednodušší konstrukce hlavy motoru. V orovnání s motory komůrkovými je nevýhodou neřelňovaných motorů s římým vstřikem aliva nižší dosažitelná hodnota středního efektivního tlaku. Je to dáno tím, že ro co nejdokonalejší sálení je nutno salovat alivo s větším řebytkem vzduchu, takže vzdušný součinitele λ se ři maximální vstřikované dávce aliva ohybuje v rozmezí od,3 do 2. Při ráci motoru na jmenovitém režimu jsou dosahovány u vozidlových motorů hodnoty středního efektivního tlaku 0,6 až 0,75 MPa. V růběhu salování, vlivem rychlejšího nárůstu tlaku nad ístem, mají vznětové motory s římým vstřikem vyšší hlučnost a vibrace. Přímý vstřik aliva klade také vyšší nároky na vstřikovací zařízení a jakost oužívaného aliva. Je to dáno tím, že dokonalost vytvořené směsi aliva se vzduchem je určována co nejjemnějším rozrášením aliva. Proto jsou oužívány odstatně vyšší vstřikovací tlaky a víceotvorové trysky, jejichž malé výstřikové otvůrky se snadněji ucou nebo zakarbonují. Sklon těchto motorů k tvrdému chodu vede k zvýšeným ožadavkům na zkrácení růtahu vznícení a tedy i k ožadavku na vyšší hodnotu cetanového čísla oužité motorové nafty. Požadavek na určitou minimální dobu otřebnou na říravu směsi vstřikované nafty a vzduchu omezuje u motorů s římým vstřikem maximální dosažitelné otáčky jmenovitého režimu. Se zvětšováním zdvihového objemu válce se jejich velkost snižuje. Motory komůrkové (s děleným salovacím rostorem) se v orovnání s motory s římým vstřikem aliva vyznačují tišším a měkčím chodem, zůsobeným omalejším nárůstem tlaku nad ístem. Z tohoto důvodu, i když mají vyšší sotřebu aliva, řevládá jejich oužití u osobních automobilů. Za nízkých telot je zabezečeno jejich souštění omocí žhavící svíčky. Výhodou komůrkových motorů je dobré romísení aliva se vzduchem vyvolané intenzivním vířením vzduchu a alivových ar v komůrce i v druhé části salovacího rostoru ve dnu ístu. To umožňuje salování motorové nafty, na jmenovitém režimu ráce motoru, se vzdušným součinitelem λ, až,2. tím jsou u neřelňovaných motorů dosahovány hodnoty středního efektivního tlaku až 0,9 MPa. Vysoká telota stěn komůrky a intenzivní víření zabezečují rychlejší říravu směsi v komůrce, kratší růtah vznícení a tedy i vyšší dosažitelné otáčky jmenovitého režimu u těchto motorů. Jelikož tvorba směsi aliva se vzduchem je založena na intenzivním víření nálně v komůrce a ři výtoku do válce motoru je možno ro vstřik aliva oužít jednootvorové trysky s nižšími otvíracími tlaky. Nevzniká tedy 27

28 nebezečí ucání nebo karbonizace oměrně velkého výtokového růřezu a nároky na vstřikovací soustavu jsou nižší. Vyšší měrná sotřeba aliva, která je základní nevýhodou komůrkových motorů je zůsobena většími teelnými ztrátami velkým a členitým ovrchem salovacího rostoru, většími hydraulickými ztrátami ve sojovacím kanálku mezi komůrkou a válcem motoru a velkým vířením směsi ve salovacím rostoru. Velký ovrch salovacího rostoru a zvýšený odvod tela v důsledku intenzivního víření vzduchu v komůrce motoru jsou říčinou horší startovatelnosti těchto motorů. Aby se usnadnilo souštění je v komůrce umístěna žhavící svíčka. Nejčastější konstrukce salovacích částí vznětového čtyřdobého motoru znázorňuje obr Obr. 5.3 Salovací rostory čtyřdobého motoru 28

29 5.2 Tvorba alivové směsi a salování U naftového motoru je užitečný výkon řízen kvalitativně, tedy řes obsah aliva ve směsi alivo vzduch. to se děje řízením vstřikované dávky aliva ve vstřikováním zařízení. Proto naftové motory racují zravidla s řebytkem vzduchu. Stechiometrický směšovací oměr činí u vznětových motorů asi 4,5 kg vzduchu na kg aliva (λ ). to znamená, že k úlnému sálení aliva kg aliva je zaotřebí asi 4,5 kg vzduchu. Mez kouření vznětových motorů je však ro λ,4. Důvodem je nerovnoměrné tvoření směsi, které u naftového motoru robíhá terve ve válci (vnitřní tvoření směsi). Směs roto není homogenní, což znamená, že ři salování existuje částečně nedostatek vzduchu a částečně nedostatek aliva. Moderní naftové vozidlové motory racují ři chodu narázdno s mimořádně Chudou směsí λ 3,4. Při lném zatížení je směs obohacena až na mez kouření λ,4. Přírava směsi alivo vzduch výrazně ovlivňuje užitečný výkon, sotřebu aliva, emise výfukových lynů a hluk salování naftového motoru. Přitom odstatnou roli hraje rovedení vstřikovacího zařízení a jeho řízení, řičemž tvoření směsi a růběh salování ovlivňují následující činitelé: začátek dodávky aliva a začátek vstřiku,- doba vstřiku a růběh vstřiku (množství aliva vstřiknutého do salovacího rostoru v závislosti na úhlu natočení klikového hřídele), vstřikovací tlak, směr vstřikování a očet vstřikovaných arsků, řebytek vzduchu, rozvíření vzduchu. Vzhledem k nižší odařivosti aliva (nafty, mazutu) nelze ro vytvoření směsi aliva se vzduchem oužít, jako u motorů benzínových, vstřikování aliva do nasávaného roudu vzduchu (neřímé vstřikování benzínu). Proto se u těchto motorů vstřikuje alivo římo do válce motoru,l a to na konci komresního zdvihu.- V důsledku vysoké teloty stlačeného vzduchu, 800 o C až 900 o C, se jemně rozrášené alivo rychle odaří a o vytvoření hořlavé směsi se vzduchem, se vznítí. Podle řevládajícího druhu aliva, které je oužíváno ro vznětové motory, se těmto motorům říká také motory naftové. 5.3 Přelňování vznětových motorů Účelem řelňování salovacích motorů je doravit do válců více vzduchu a tím umožnit i vyšší dodávku aliva. K řelnění se oužívá turbodmychadla, které je oháněno energií výfukových lynů. Jejich otáčky dosahují rozsahu 50 tis. až 00 tis. min -. Výkon motoru lze takto zvýši t v rozsahu % ři oměrně mírném zvýšení sotřeby. Přelňování může být: nízkotlaké s řetlakem kpa, středotlaké s řetlakem kpa, vysokotlaké s řetlakem více než 78. Vyšší salovací tlaky ři lném zatížení motoru a ři velkém zvýšení výkonu však vyžadují zesílení konstrukce motoru. 29

30 6 Chlazení salovacích motorů Chlazení motoru odvádí řebytečné telo ze stěn válců hlavy a ostatních částí motoru do chladící kaaliny nebo vzduchu a snižuje tak telené namáhání těchto součástí na řijatelnou mez. Chlazení udržuje telotu motoru na takové výši, která je ro rovoz nejvhodnější. Telota motoru ovlivňuje také životnost motorového oleje.u benzínových motorů se chlazením snižuje sklon k detonačnímu salování. Při lném zatížení motoru se musí chlazením odvádět asi 20 až 30 % tela, které se uvolňuje ři salování. Podle druhu chladícího média rozlišujeme chlazení: kaalinové chlazení, vzduchové chlazení, olejové chlazení. 6. Kaalinové chlazení U tohoto druhu chlazení je v bloku válců motoru a hlavě motoru vytvořena soustava kanálů, kterými roudí chladící kaalina. S teelně zatížených namáhaných míst řejímá telo, které odvádí do chladiče. Zde je telo kaaliny řejímáno roudícím vzduchem a ochlazená kaalina se vrací zět do motoru. Celý systém je uzavřený. Samooběžné (termosifonové) chlazení, kdy ohřátá chladící kaalina s menší měrnou hmotností stouá nahoru a na její místo řichází chladnější kaalina z chladiče se dnes již neoužívá. Chlazení s nuceným oběhem je nejúčinnějším druhem chlazení a v současnosti také nejoužívanější. Je konstrukčně složitější než chlazení vzduchové, rotože má věší očet součástí a tím i větší nároky na údržbu a oravy. Chladící kaalina je nasávána čeradlem z dolní komory chladiče a vtlačována do bloku motoru. Zahřátá kaalina se vrací řes termostat a hlavu válců do horní komory chladiče a ři ostuu chladičem se ochlazuje. Termostat reguluje rovozní telotu motoru. Za normálních rovozních odmínek udržuje termostat telotu chladící kaaliny na výstuu z motoru na hodnotě o C. Při vysokých zatíženích zůstává termostat lně otevřen. Zvýšení výkonnosti chladícího systému je možno oměrně jednoduše dosáhnout omocí vytvoření řetlaku v chladící soustavě. Se zvýšením tlaku o 0 kpa se zvyšuje telota varu o 2, C. Jako nálň chladícího systému se oužívá nemrznoucí směs ředěná destilovanou vodou na říslušný bod tuhnutí tedy glykolová kaalina. Používá se celoročně, rotože obsahuje řísady ůsobící antikorozně v soustavě a zamezuje tvorbě usazenin z minerálních látek. 6.2 Vzduchové chlazení V tomto říadě je telo vzniklé ři salování ve válci motoru odváděno z loch nejvíce teelně zatížených římo vzduchem. Ten je do soustavy chlazení vtlačován, nasáván nebo ouze náorem ři jízdě řejímá telo a odvádí jej. Výhodou vzduchového chlazení je jeho jednoduchost, nízké nároky na údržbu a oravy, rychlejší zahřívání motoru na rovozní telotu a menší měrná hmotnost vozidla. Nevýhodou je vyšší hlučnost motoru, nižší rovnoměrnost chlazení a větší nároky na utěsnění motoru. Vzduchové chlazení se rozděluje na: chlazení náorové: chlazení je zajištěno ouze ohybem vozidla, 30

31 chlazení nucené: oběh je zajištěn ventilátorem, který je umístěn: - vředu a vtlačuje vzduch do rostoru motoru, - vzadu a nasává vzduch do rostoru. Aby byl chladící účinek co největší jsou součásti motoru oatřeny žebrováním, které zvětšuje vztyčnou lochu ro odvod tela. Hlava válců a blok válců jsou tak samostatné ro každý válec motoru a oatřeny ři výrobě žebrováním. 6.3 Olejové chlazení Chlazení olejem ovlivňuje jak teelné namáhání součástí motoru, tak jeho rovozní chování. Olej nezamrzá a vře ři výrazně vyšších telotách. U olejem chlazeného motoru nevznikají roblémy s korozí. 3

32 7 Salovací motory a životní rostředí Aby se snížilo zatížení životního rostředí, je nutno snížit obsah škodlivých látek ve výfukových lynech zážehových motorů, naříklad omocí katalyzátoru. Všechna oatření k redukci emisí škodlivých látek odle různých zákonných norem směřují k tomu, aby s co možná nejmenší sotřebou aliva bylo dosaženo vysokých jízdních výkonů, říznivých jízdních vlastní a minimum emisí škodlivých látek. 7. Požadavky na salovací motor Komresní oměr má rozhodující vliv na stueň teelné účinnosti motoru. Proti zavedení vysokého komresního oměru stojí ředevším dva faktory: vyšší sklon ke kleání a vyšší emise škodlivých lynů. Se zvyšujícím se komresním oměrem roste hodnoty teloty ve salovacím rostoru. tím dochází ke zvýšení očtu ředčasných reakcí aliva, které vedou k samozaálení oblastí alivové směsi, ještě dříve než jsou dosaženy normálně se šířícím lamenem. tento zvýšený sklon ke kleání zvyšuje nárok motoru na oktanové číslo aliva. Jako rotiúčinek tomuto efektu může částečně omoci vhodné usořádání salovacího rostoru. Tvar salovacího rostoru ovlivňuje velmi významně hodnotu nesálených uhlovodíků. Protože emise nesálených uhlovodíků vznikají ze slouců a vrstev oblíž stěny válců, zůsobují složité salovací rostory s vysokým oměrem ovrchu zvýšený vznik emisí HC. Výhodné jsou roto ředevším komaktní salovací rostory s malým ovrchem, které redukují díky intenzívní turbulenci ři vylňování salovacího rostoru a rychlému salování nárok na oktanové číslo. Díky tomu lze ři oužití vyššího komresního oměru lehčeji realizovat konceci motoru s chudou směsí. Tím se dosáhne nižší hodnoty emisí škodlivých složek výfukových lynů ři dobrém stuni účinnosti. Turbulence v blízkosti zaalovací svíčky je důležitá ro zaálení směsi aliva a vzduchu. Poloha zaalovací svíčky ve salovacím rostoru zážehového motoru má významný vliv na sotřebu aliva a tvorbu škodlivých emisí. Centrální oloha s krátkou dráhou lamene vede k rychlé a relativně úlné řeměně a tím k nízkým hodnotám emisí nesálených uhlovodíků. Při oužití dvou zaalovacích svíček ro jeden salovací rostor může dojít ještě k dalšímu zkrácení dráhy lamene s ozitivním účinkem na sotřebu aliva a emisní hodnoty škodlivých lynů. Kromě toho se redukují u komaktního salovacího rostoru s centrálním zaalovací svíčkou nebo dvěma svíčkami nároky motoru na oktanové číslo. Tato výhoda může být oět řeměna ve vyšší komresní oměr a tím i ve vyšší stueň účinnosti motoru. V této souvislosti se zvláště významně rojevuje výhoda víceventilových motorů. Díky této technice lze dosáhnout komaktních salovacích rostorů s centrální olohou zaalovací svíčky a tedy krátkou dráhou lamene. Kromě toho dochází k říznivějšímu vylachování válců. Časování ventilů. Vylachování válců, tj. výměna sálené směsi ve válci za čerstvou, robíhá ři vhodném otevírání a zavírání sacích a výfukových ventilů. Průběh vylachování válců je dán tvarem vačkové hřídele, která určuje časování ventilů, tedy jednotlivé okamžiky otevření a zavření sacích a výfukových ventilů a zároveň i křivky jejich zdvihů. Do válců roudící množství čerstvého vzduchu určuje točivý moment a výkon motoru. Podíl zbytku výfukových lynů, tzn. množství sálené směsi, které zůstane ve válci a není během otevření výfukového ventilu vytlačeno, ovlivňuje zaálení a salování směsi. Tento odíl je důležitý ro stueň účinnosti a hodnotu emisí nesálených uhlovodíků a oxidů dusíku. Během fáze řekrytí ventilů, tj. v okamžiku, kdy jsou sací i výfukové ventily zároveň otevřeny, může v závislosti na tlakových oměrech roudit čerstvá směs do výfuku nebo sálená do saní. Tím se výrazně ovlivní stueň účinnosti a emise nesálených uhlovodíků. Otimálním řešením je časování ventilů v závislosti na otáčkách a zatížení. To se děj u systémů se dvěma vačkovými hřídeli, kde se ootáčí s vačkovou hřídelí sacích ventilů. tím lze dosáhnou zvýšení řekrytí ventilů ve vyšších otáčkách a tedy vyšších výkonů a dobrého chodu motoru. Zároveň dochází v nižších otáčkách díky menšímu řekrytí ventilů ke snížení emisí nesálených uhlovodíků. Usořádání sacího systému. Průběh výlach válců je ovlivněn nejenom časováním ventilů, ale také usořádáním sacího a výfukového systému. Sacími zdvihy ístu je vytvářeno v sacím otrubí eriodické kolísání tlaku. Tyto tlakové vlny robíhají sacím otrubím a jsou na konci odraženy. Usořádání délky sacího otrubí řizůsobené časování ventilů má za účinek, že tlaková vlna dorazí 32