Automobilové motory

Pridané: 22.12.2017 16:36:42

Motor je stroj, ktorý mení určitý druh energie na mechanickú energiu.

Automobil je v súčasnosti poháňaný typicky:

  • benzínovým motorom (Zážihový motor)
  • naftovým motorom (Vznetový motor)
  • elektrickým motorom
  • hybridným motorom
  • plynovým motorom (splynovač)

Benzínový motor (zážihový motor)

 je piestový spaľovací motor, v ktorom sa cudzím zdrojom tepla (spravidla zapaľovacou sviečkou) zapaľuje stlačená zápalná zmes plynného alebo ľahkého kvapalného paliva a vzduchu.

Pracovný cyklus

Zážihový motor môže byť technicky realizovaný ako motor s priamočiarym vratným pohybom piesta štvortaktný alebo dvojtaktný. Osobitnou kategóriou je realizácia motora s krúživým piestom - Wankelov motor.

Štvortaktny spaľovací motor

je motor pracujúci na štyri doby (takty). Podľa spôsobu zapálenia zmesi sa pracovné cykly mierne odlišujú pre zážihový a vznetový motor.

Pracovný cyklus zážihového štvortaktného motora

  1. nasávanie - pri pohybe piesta nadol sa plní valec cez nasávací kanál popri otvorenom ventile (alebo viac ventilov) zmesou vzduchu a paliva (Pre motory s s priamym vstrekom paliva - GDI (Gasoline Direct Injection) sa nasáva čistý vzduch)
  2. kompresia (stláčanie) - valec pri pohybe nahor stláča pracovnú náplň. (Pri GDI sa v tomto takte vstrekne palivo)
    Tesne pred koncom zdvihu preskočí iskra a zapáli pracovnú náplň
  3. spaľovanie a expanzia - stlačená zmes paliva a vzduchu horením expanduje a tlačí piest nadol
  4. výfuk - spaliny sú vytláčané piestom z valca do výfukového potrubia cez výfukový kanál (ventily)

Pracovný cyklus vznetového štvortaktného motora

  1. nasávanie - pri pohybe piesta nadol sa plní valec cez nasávací ventil vzduchom
  2. kompresia (stláčanie) - valec pri pohybe nahor stláča vzduch. Tesne pred koncom zdvihu sa vstrekne palivo, ktoré sa v horúcom stlačenom vzduchu vznieti.
  3. spaľovanie a expanzia - stlačená zmes paliva a vzduchu horením expanduje a tlačí piest nadol
  4. výfuk - spaliny sú vytláčané piestom z valca do výfukového potrubia cez výfukový ventil

 

Priebeh skutočných taktov

Nasávanie, resp. plnenie (pri preplňovaných motoroch) trvá viac ako jeden zdvih (180°), pretože sací kanál sa otvára skôr ako piest dosiahne hornú úvrať a zatvára neskôr, ako dosiahne dolnú úvrať. Uhol otvorenia sacieho (plniaceho) kanálu môže prevýšiť 200°a dosiahnuť až 300° otočenia kľukového hriadeľa.

Kompresia trvá od okamihu uzatvorenia sacích kanálov po okamih zážihu, alebo vstreku. Jej trvanie je kratšie ako zdvih a dosahuje len 120 až 150°. V skutočnosti môže vplyvom dynamických javov prúdiacej náplne vo väčšine režimov nastať prekrytie týchto taktov, pretože v okamihu, keď piest smeruje k hornej úvrati a sací ventil je ešte otvorený, je pred ventilom vyšší tlak ako vo valci, a zároveň s dopĺňaním objemu valca prebieha aj stláčanie jeho náplne. Za nevhodných podmienok keď je tlak pred ventilom nižší samozrejme môže dôjsť k opačnému javu, že náplň ktorá už bola vo valci sa vytlačí späť do nasávacieho potrubia.
Spaľovanie sa neprejaví hneď po zapálení zmesi, alebo vstreknutí paliva, pretože chemické reakcie potrebujú istý čas na svoj rozvoj. Pri vznetových motoroch je tento čas tzv. prieťah vznietenia výrazne dlhší - 15° až 25°. Spaľovanie trvá určitý čas a v závislosti od režimu motora môže dohorievanie prebiehať aj hlboko počas expanzného zdvihu.
Expanzia a spaľovanie sú navzájom prepojené. Pre oddelenie taktov na účely výpočtu a modelovania sa za začiatok expanzie považuje okamih, keď sa vo valci dosiahne maximálny tlak. Expanzia končí otvorením výfukového kanálu, ktorý sa otvára ešte pred dosiahnutím dolnej úvrate.
Výfuk môže začínať v extrémnych prípadoch až 60° pred dolnou úvraťou a končiť až 80° po hornej úvrati takže trvá viac ako jedne zdvih. Môže trvať 190° až 320°. Ešte kým je výfukový ventil otvorený, otvára sa súčasne sací ventil a vytvára sa interval prekrytia ventilov, ktorý môže trvať až 120°. 

Pracovný cyklus zážihového motora

kompresný pomer tlak na konci kompresie teplota na konci kompresie tlak na konci spaľovania teplota na konci spaľovania tlak na konci expanzie teplota na konci expanzie
7 až 10,5 1,1 až 1,8 MPa 550 až 750 K 2,5 až 5,5 MPa 2500 až 2800 K 0,35 až 0,5 MPa 1200 až 1500 K

 

Palivá

Ako palivá sa používajú látky, ktoré sa dobre miešajú so vzduchom a sú schopné v krátkom čase vytvoriť homogénnu zmes. Sú to napríklad: benzín, stlačený zemný plyn (CNG), skvapalnený propán-bután (LPG), alkoholy (metanol, etanol). Atraktívnym kandidátom na palivo budúcnosti pre zážihový motor je vodík.

Zápalná zmes

Klasický zážihový motor, ktorých je v prevádzke väčšina, spaľuje homogénnu zmes. Výnimku tvoria moderné konštrukcie zážihových motorov s priamym vstrekom označované aj GDI (Gasoline Direct Injection)

Homogénna zmes je zápalná iba v úzkom rozmedzí okolo stechiometrického pomeru. Stechiometrický pomer je taký, pri ktorom teoreticky dôjde k dokonalému spáleniu a na konci reakcie nezostane navyše žiadna časť látok vstupujúcich do reakcie. Pretože bežné uhľovodíkové palivá majú hmotnostný podiel približne 15 % vodíka a 85 % uhlíka, pre spaľovanie vo vzduchu je stechiometrický pomer približne 14,7 kg vzduchu na 1 kg paliva.

Dôležitým parametrom pre prípravu zmesi je vzájomný podiel paliva a vzduchu vyjadrený súčiniteľom prebytku vzduchu - λ.

Regulácia výkonu

Výkon zážihového motora sa reguluje množstvom zmesi pripadajúcej na jeden pracovný cyklus. Preto takýto typ regulácie nazývame kvantitatívnou. Najčastejšie je táto regulácia realizovaná škrtiacou klapkou v nasávacom potrubí. Škrtiaca klapka vytvára miestny odpor proti prúdeniu vzduchu, na ktorého prekonanie je potrebný rozdiel tlakov. Pred škrtiacou klapkou je nemenný atmosférický tlak (približne 101 kPa), preto sa potrebný rozdiel dosiahne podtlakom vyvolaným pohybom piesta počas nasávacieho zdvihu. Čím viac je klapka privretá, tým vyšší podtlak je vo valci. Pri voľnobežnom režime môže tlak za škrtiacou klapkou klesnúť až na 30 kPa. Následkom takéhoto poklesu tlaku je celý tepelný obeh motora posunutý k nižším tlakom a teplotám, čo má za následok pokles jeho termodynamickej účinnosti.

Takýto spôsob regulácie je veľmi neefektívny. Z tohto dôvodu sú zážihové motory menej účinné ako vznetové a pracujú s vyššou mernou spotrebou paliva. Vzhľadom na čoraz prísnejšie kritériá, ktoré sú kladené na spaľovacie motory, najmä z pohľadu ekológie, je len regulácia škrtením množstva zmesi vstupujúcej do pracovného obehu nedostatočná. Najlepším a aj momentálne jediným riešením, ktoré vyhovuje aj z pohľadu ekológie a aj z pohľadu ekonomického, je presné dávkovanie paliva a vzduchu na každý pracovný obeh. Vstrekovaním paliva, teda presnou dávkou v presne určenom čase sa dnes ovplyvňujú všetky požadované faktory vyplývajúce z činnosti motora, a teda hlavne výkon v celom zložení a hospodárnosť. Účelným sa v tomto prípade javí aj miestne nastavenie jednotlivých hodnôt podľa toho, v akej nadmorskej výške sa uvažuje motor používať.

Vznetový spaľovací motor

Vznetový (spaľovací) motor, niekedy označovaný aj ako Dieselový motor je piestový spaľovací motor, v ktorom sa zmes paliva a vzduchu zapaľuje pôsobením vysokej teploty vzduchu stlačeného v pracovnom priestore motora. Najčastejšie ide o naftový motor (palivom je nafta). Označenie Dieselový motor je historické podľa vynálezcu.

Ku kontaktu paliva so vzduchom dochádza po jeho vstreknutí do spaľovacieho priestoru. Podľa konštrukcie spaľovacieho priestoru a miesta vstreku rozoznávame vznetové motory:

  • s priamym vstrekovaním, kde vstreknutie a celé horenie prebehne v jednom, hlavnom spaľovacom priestore
  • s nepriamym vstrekovaním, kde vstreknutie a počiatočná fáza horenia prebieha v osobitnom priestore - komôrke a až následne sa proces prenesie do hlavného spaľovacieho priestoru.

Pracovný cyklus

Vznetový motor najčastejšie pracuje ako štvortaktný, ale môže byť skonštruovaný aj ako dvojtaktný.
Teoretickým modelom pre výpočet parametrov obehu vznetového motora je Seiligerov cyklus. Pre vysokovýkonné motory s dlhým spaľovaním je použiteľný aj jednoduchší Dieselov cyklus.

Základné parametre cyklu

Údaje platia pre neprepĺňaný motor.

kompresný pomer tlak na konci kompresie teplota na konci kompresie tlak na konci spaľovania teplota na konci spaľovania tlak na konci expanzie teplota na konci expanzie
15 až 24 3,5 až 5 MPa 850 až 1050 K 6 až 9 MPa 1900 až 2200 K 0,2 až 0,4 MPa 1000 až 1200 K

 

Regulácia výkonu

Výkon vznetového motora sa reguluje množstvom paliva pri približne rovnakom objeme vzduchu na jeden pracovný cyklus. Mení sa teda bohatosť - kvalita zmesi. Preto sa takýto typ regulácie nazýva kvalitatívna. Regulácia je realizovaná premenlivým množstvom paliva, ktoré dodá vstrekovacie zariadenie. Funkcia popisujúca objemový prieheh dodávky paliva v závislosti na čase sa nazýva aj zákon vstreku.

Pri vyšších dávkach paliva spaľovanie trvá dlhší čas, dohorievanie prebieha aj počas expanzného zdvihu. Z analýzy takéhoto tepelného obehu motora potom vyplynie mierny pokles účinnosti pri vyššom zaťažení.

Diskusia

(4 komentáre)

Cialis Honcode KelNeds KelNeds 7.9.2019 10:40:29
Cialis Honcode KelNeds KelNeds 7.9.2019 10:36:30
Cialis Honcode KelNeds KelNeds 7.9.2019 10:24:34
Cialis Honcode KelNeds KelNeds 7.9.2019 10:22:57

Prihlásenie

Táto stránka používa cookies. Viac info