Spalovací motory

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 -