Projekt "Podpora výuky v cizích jazycích na SPŠT" Spalovací motory SPSA4 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR
Combustion engines An combustion engine is a thermo-mechanical machine that changes by inner or outer combust its chemical energy to thermal energy. This energy is partly changed to pressure energy and causing on a cylinder, blades of a turbine to mechanical energy. An engine makes mechanical work and as such, it serves for the propulsion of other mechanical mechanisms. The combustion engines of all kinds were applied mainly in transport and mobile mechanical equipments of all kinds (independent traction vehicles, resp. locomotive, both vessels submersible and submarines, motor vehicles, airplanes, building and agriculture machines, military vehicles, emergency generators of eletric current etc.). Picture 1: single-cylinder four-stroke spark-ignition engine - - 2 -
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 -
Efficiency which can be technically reached is its efficiency lesser than in engines using directly another kind of energy like an electromotor or water engines. For mechanical work is changed 10-50 % of the chemical energy of gasilone in compustion engines. The least efficiency has got a steam engine (up to 12 %), patron and diesel engines reach the efficiency of cca 25 %, turbocharged engines with a turbocompressor driven by exhausting gases (turbocharger) 20-25 % of efficiency, a stationary combustion turbine with a heat exchanger can reach the efficiency over 50 %. The basic division according to the kind of the combustion of propellant The engines with the outer combust The combust of propellant is carried out apart from the working area of an engine at these kinds of an engine. The Stirling s engine a steam engine a gas turbine The engine with the inner combust The combust takes place directly in the working area of an engine at these kinds of engines. Because of its proper qualities, these engines asserted mainly as the drive units of transportation. Regarding high pressure and temperatures during combustion which are inevitable for reaching a good efficiency are distinctive source of pollution as well. the linear motion of a cylinder o the cylinder engine with double entry o a four-stroke engine o a two-stroke engine - 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 -
he rotation motion of an cylinder o The Wankel s engine the reaction engines o a pulsating engine o a combustion turbine o rocket engine Furthermore, a combustion engine may be sorted out in accordance other criteria,e.g. fuel, kind of used developement, etc. A spark-ignition engine It is a combustion engine in which is the mixture of fuel and air in the cylinder lit or ignited by an electric spark which usually makes an spark plug. In this way, it is different from CI engine (compression ignition or Diesel engine) where the self-ignition is caused by the temperature of injected fuel itself. It works with lesser compression pressure, the highest torque and power is reached in higher revolutions, its operetion is silent and regular. The resistence of fuel is important against self-ignition for proper function of spark-ignition engines, which is given by the octane. In comparison to Diesel engine, it has lesser efficiency. A cylinder is filled the mixture of propellant and air. The mixture is compressed on 0,4 1,5 MPa. and lit by thermal source apart, nowadays, well-known an electric-spark. A propellant burns fast, almost at the same volume. The propellants that easily create the homogeneous mixtures with air fit as the propulsion of spark-ignition engines thus the gas propellants: gasoline, benzene, kerosene, ethyl and methanol. The compress ratio is determined as the ratio of volumes before and after compression on which depends the pressure and the temperature at the end of compression. It must not be too high in order not to happen untimely ignition. It is given according to the construction of an engine from 8:1 up to 13:1. Nowadays, even these engines pass to the direct injection of fuel to a cylinder like compression ignition engines. - 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 -
Picture 2: A single-cylinder two-stroke spark-ignition engine Compression ignition engine (1) It is usually called diesel engine or Diesel engine or abbreviated diesel, nowadays, it is the most use kind of a combustion engine. It was invented by Rudolf Diesel and improved by Charles Kettering. CI engine works usually as a four-stroke combustion engine or as a two-stroke combustion engine (e.g. boat engines). Unlike older ignition engines fuel is transported apart from air. Fuel is transported to the combustion area of an engine with a high-pressure jet under the pressure 100 up to 200 MPa. Further, CI is characterized by the cylinder which is filled pure air that is heated by high pressure to 550-800 C so to the ignition temperature of a propellant. A propellant is sprayed to the heated air and gradualy burns at the same prassure. The diesel engine works with high compression ratio depending on the construction of an engine from 14:1 up to 20:1 and therefore they have higher efficiency and lesser consumption of fuel than the ignition ones. They are driven by liquid propellants hardly evaporating: gaseous oil (diesel) and tarry oils. - 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 -
Usage: CI engines drive transport machines (vessels, locomotion, cars, agriculture machines). In recent years rise their importance at cars. In the past they used to serve even in aerial transportation. Stationary CI engines are used for the propulsion of machines which haven t got fixed source of electric energy or as the drive of electric generators (diesel units). Big importance have at special building and agriculture machines and military mobile mechanisms. Large (ship or locomotive) engines use to be constructed as multi-cylindrical with V shape a use to be slow-speed. The direct proportion applies here: the smaller CI engine, the lower revolution. The revolutions of big engines move in hundreds of revolutions per minute. Technical data: the displacement of cylinders: 64 ccm Stroke: 23,2 mm Drilling: 26,5 mm the number of turns: 1 800 to 9 000 t/min. Power: 4,08 kw Recommended airscrew: 18 x 14 or 20 x 10 Dimensions (outer diameter x depth): 220 x 160 mm Weight: 2 800 g Picture 3:A four-stroke star engine - 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 -