Základy teorie vozidel a vozidlových motorů Předmět Základy teorie vozidel a vozidlových motorů (ZM) obsahuje dvě hlavní kaitoly: vozidlové motory a vozidla. Kaitoly o vozidlových motorech ukazují ředevším ístové salovací motory. Kaitoly o vozidlech se zaměřují zejména na skladbu hlavních částí a souhrn ožadavků, které vozidla musí v rovozu zabezečit. Předmět ZM vyžaduje základní znalosti z ředmětů technické mechaniky a termomechaniky. Studijní materiály k ředmětu ZM jsou souhrnně zracovány jako skrita Beroun, S.,, C.: Základy teorie vozidel a ístových salovacích motorů, Beroun, S.,, C.: Základy automobilové techniky. Samostatné kaitoly jsou otom umístěna na www stránkách katedry (htt://www.kvm.tul.cz) od Studenti/Skrita a texty / doc. Ing. Celestýn SCHOLZ, Ph.D..
ÚOD Nejvýznamnějším zdrojem mechanické energie ro ohon automobilů (současně se ale stal i významným zdrojem znečišťování ovzduší) je ístový salovací motor (PSM). PSM mají za sebou více jak 40letou historii technického vývoje a výroby a neochybně ještě několik desetiletí bude jejich vývoj a zdokonalování okračovat. Počátky ístových teelných motorů sadají do řelomu 7. a 8. století (arní stroje). Skutečný rovozuschoný ístový salovací motor (svítilyn - zaálení směsi ve válci lamenem v olovině sacího zdvihu) ostavil v r. 860 Lenoir, celková účinnost tohoto motoru však byla od 5%. Lenoirovy motory se stavěly řadu let, ředstavují významný technický okrok ve vývoji teelných motorů a řisěly k urychlení rozvoje růmyslu. Na světové výstavě v Paříži v r. 878 ředstavil Otto ležatý čtyřdobý lynový motor s klikovým (křižákovým) mechanizmem (výkon 3 kw ři n = 70 /min); řešení tohoto motoru nastartovalo velmi intenzivní a rychlý rozvoj lynových ístových salovacích motorů. Další rozvoj ístových salovacích motorů je sojen s úsilím o využití kaalných aliv: v r. 884 ředvedl Daimler rychloběžný (n = 800 /min) čtyřdobý benzinový motor. období 893 až 897 vyracoval Diesel řešení čtyřdobého salovacího motoru na těžko odařitelná aliva, jehož racovní cyklus zajistil výrazné zvýšení celkové účinnosti motoru (řes 26%). 2
PSM JAKO TEPELNÝ STROJ, ZÁKLADNÍ ZNAKY PRACONÍHO ZPŮSOBU PÍSTOÝCH SPALOACÍCH MOTORŮ PSM jsou stroje, racující v otevřeném cyklu a teelná energie, určená k řeměně na energii mechanickou, se získává chemickou cestou, salováním hořlavé směsi aliva se vzduchem uvnitř motoru. zduch Palivo: P TEP-PŘÍKON PSM: ve válci motoru shoří alivo a část uvolněné teelné energie vykoná ráci c Mechanická ráce Mechanický výkon: P EF-ÝKON m. P e H u Teelná energie odvedená chlazením motoru: P TEP-CHLAZ. Teelná energie odvedená výfukovými lyny: P TEP-ÝF.PL. Teelné veličiny a jejich základní vztahy a souvislosti Zjednodušené rozdělení teelné energie z aliva na hlavní oložky v PSM: 3
PSM JAKO TEPELNÝ STROJ, ZÁKLADNÍ ZNAKY PRACONÍHO ZPŮSOBU PÍSTOÝCH SPALOACÍCH MOTORŮ PSM jsou stroje, racující v otevřeném cyklu a teelná energie, určená k řeměně na energii mechanickou, se získává chemickou cestou, salováním hořlavé směsi aliva se vzduchem uvnitř motoru. 2 2.. 2... e v v v u CH v o P m c m c m i m H m i2 Q 2 2 Zjednodušeně lze sát: m.. H u CH P e m v i 2 Q o Celková účinnost PSM: c m. P e H u 4
PSM racují objemovým zůsobem, s řetržitým růtokem racovních látek, tj. vzduchu a aliva Parametry racovního oběhu: zdvihový objem komresní oměr indikovaná ráce střední indikovaný tlak oběhu maximální (salovací) tlak střední efektivní tlak oběhu istř W i z QPR t z Kvantitativním ukazatelem využitelného otenciálu mechanické energie z válce motoru je střední efektivní tlak racovního oběhu jeho velikost závisí ředevším na tyu PSM a kvalitě jeho technického řešení. estř m istř 5
TEORIE PRACONÍCH OBĚHŮ PSM Teoretické racovní oběhy: Stavy racovní látky v charakteristických bodech racovního oběhu: Parametry Ottova teoretického racovního oběhu: ráce oběhu Wt QPR QOD QPR střední teoretický tlak oběhu teoretická účinnost oběhu t W Wt t Q PR t z 6
Teoretické oběhy se stálotlakým řívodem tela (Dieselův) a se smíšeným řívodem tela t F,,. F,, 2 23 2 3 23 7
Znázornění teoretických oběhů PSM v T s diagramu Pracovní oběh se stálotlakým řívodem tela (Ottův oběh) Carnotizace racovního oběhu t T T OD PR Porovnání teoretických racovních oběhů se smíšeným a stáloobjemovým řívodem tela a různými komresními oměry v T-s diagramu: carnotizace a teoretická účinnost oběhů Teoretická účinnost oběhu se smíšeným řívodem tela je ři výrazně vyšším komresním oměru roti oběhu se stálotlakým řívodem tela vyšší viz střední teloty řívodu a odvodu tela. OBR.2: Schéma carnotizace 8
Znázornění skutečných oběhů PSM v -diagramu 4 dobý cyklus 9
Znázornění skutečných oběhů PSM v -diagramu 2 dobý cyklus 0
PORUCHY PRŮBĚHU SPALOACÍHO PROCESU ZÁŽEHOÝCH MOTORECH 70 60 Předčasný zážeh směsi (neřízený) vznícení od lokálně řehřátých míst (elektrod zaalovací svíčky, hran talíře ventilu, usazeného karbonu) (zvláštní říad ři doběhu (zastavení) motoru s karburátorem) Tlak ve válci (bar) 50 40 30 20 PŘEDZÁŽEH STANDARD 0 Detonační salování Samovznícení zbytků dosud nesálené směsi v částech salovacího rostoru, řed čelem lamene. Samovznícení robíhá exlosivně, za vzniku rázových vln o frekvenci 4-8 khz a rychlosti 200m/s. 0 0 0,2 0,4 0,6 0,8,2,4,6,8 2 2,2 Zdvihový objem (dm3) Detonační růběh hoření v zážehovém motoru