19. maturitná otázka strojníctvo – Piestové spaľovacie motory

PIESTOVÉ SPAĽOVACIE MOTORY

Piestové spaľovacie motory sú tepelné motory s priamym prívodom energie. Pracujú

s otvoreným obehom a pracovná látka sa po obehu obnovuje. Pri spaľovaní paliva

v pracovnom priestore sa časť tepelnej energie mení na tlakovú a tá prostredníctvom

kľukového mechanizmu na mechanickú prácu.

Rozdelenie:

1.) podľa druhu paliva

a. tekuté palivá – benzíny

– motorová nafta

– petrolej

– benzol

– liehová zmes

– oleje

b. plynné palivá: – svietiplyn

– propán-bután

– vysokopecný plyn

– generátorový plyn

– zemný plyn

– kvapalný vodík

c. tuhé – pušný prach (v minulosti, v počiatkoch)

– uhoľný prach

– naftalínový prach

2.) podľa spôsobu zapaľovania:

– vznetové – nafta

– zážihové – benzín

3.) podľa určenia: – vozidlové, stacionárne, mobilné, lietadlové, lodné, špeciálne…

4.) podľa počtu valcov: – jednovalcové

– dvojvalcové

– viacvalcové

5.) podľa usporiadania valcov: – radové (stojaté, ležaté, šikmé)

– vidlicové (valce sú do V alebo W)

– hviezdicové (lietadlá – vrtuľové)

– H-motory, X-motory

– s protibežnými piestami – boxer

– s protiľahlými piestami

6.) podľa pracovného obehu:

– dvojtaktné

– štvortaktné

7.) podľa rozvodu:

– ventilové

– kanálové

– zmiešané

– posúvačové

Obeh 4-taktného zážihového motora

Ideálny obeh podľa PV diagramu:

1 – rozvodový mechanizmus 3 – zapaľovacia sviečka 5 – kľukový mechanizmus

2 – hlava valcov 4 – blok valcov 6 – kľuková skriňa

0 › 1 pri otvorenom sacom ventile sa do pracovného priestoru nasáva zmes paliva so

vzduchom. V dolnej úvrati sa sací ventil zavrie

1 › 2 ventily sú zatvorené, piest adiabaticky stláča zmes. V hornej úvrati iskra sviečky

zapáli zmes

2 › 3 zapálená zmes izochoricky zvýši tlak vo valci

3 › 4 horiaca zmes adiabaticky expanduje, je to jediný takt, kedy kľukový hriadeľ získava

mechanickú energiu premenou z tepelnej energie

4 › 1 v dolnej úvrati sa otvorí výfukový ventil a izochoricky klesne tlak

1 › 0 piest izobaricky vytláča spaliny

Otvorenie ventilov v reálnom čase potrebuje určitý čas, aby ventil bol včas otvorený.

Preto sa ventily otvárajú a zatvárajú pred alebo za úvraťou. Toto posunutie v uhlovej stupnici

zakreslené na kružnici kľukového hriadeľa sa nazýva časovanie ventilov. Rovnako aj horenie

paliva musí prebehnúť v reálnom čase, a preto iskra musí zapáliť zmes v predstihu

niekoľkých stupňov pred hornou úvraťou. Tým sa celý PV diagram deformuje na skutočný

indikátorový diagram. Tlaky sú nižšie, hroty sú zaoblené, adiabaty sa zmenia na polytropy.

Obeh 4-taktného vznetového motora

Ideálny obeh:

0 › 1 Pri pohybe piesta do dolnej úvrati sa cez otvorený sací ventil do pracovného priestoru

nasáva vzduch. V dolnej úvrati sa ventil zavrie.

1 › 2 Vzduch je adiabaticky stláčaný, jeho teplota vzrastie až na550°C. V hornej úvrati sa

vstrekne palivo. Otvory dýzy majú desatinovú veľkosť (2 až 3 desatiny a menej).

Palivo rozprášia na malé kvapôčky. Palivo sa vznieti.

2 › 3 Palivo izochoricky horí

3 › 4 V oblasti hornej úvrate palivo izobaricky dohorieva

4 › 5 Spaliny adiabaticky expandujú odovzdávajú mechanickú energiu hliníkovému

hriadeľu

5 › 1 V dolnej úvrati sa otvorí výfukový ventil, izochoricky klesne tlak

1 › 0 Spaliny sú piestom vytláčané zo spaľovacieho priestoru

S ohľadom na reálny čas je časovanie ventilov podobné ako u zážihových motorov

a skutočný diagram je deformovaný.

Dvojtaktné motory majú všetky 4 takty uskutočnené počas 1 otáčky kľukového

hriadeľa. Piest pracuje ako dvojčinný, do suchej kľukovej skrine sa nasáva zmes paliva so

vzduchom. V palive je pridaný olej určený na mazanie pohyblivých častí. Nedá sa použiť

mazanie rozstrekom s olejovou náplňou v kľukovej skrini. Dvojtaktné motory majú kanálový

rozvod, kde prietok zmesi alebo výfukových plynov je riadený otvorením kanála hranou

piesta.

Príprava zmesi zážihových motorov

Palivo treba rozprášiť a dokonale premiešať so vzduchom, aby zaručil správny pomer

a umožnila sa regulácia výkonu motora. Pre plynové motory sa používajú zmiešavače. Sú to

dvojkomorové priestory, pre prívod paliva a vzduchu. Ich zmiešanie je zabezpečené sústavou

klapiek a ventilov. Pre motory na stlačený plyn je treba použiť redukčný ventil. Pre

skvapalnené plyny musí byť zaradený odparovač.

Kvapalné palivá

Zmes kvapiek paliva a vzduchu v pomere 1:15v hmotnostných jednotkách sa pripraví

v karburátore. V zúženom mieste difúzora karburátora prúdi nasávaný vzduch rýchlejšie

pričom klesne tlak. Z hladiny paliva vyústeného do tohto miesta sú strhávané kvapôčky

paliva, súčasne sa miešajú so vzduchom a cez sacie potrubie je zmes vedená do pracovného

priestoru.

Bezkarburátorové motory začali vstrekovaním odmeraného množstva paliva do

sacieho potrubia alebo v tesnej blízkosti sacieho ventilu. Motory s mnohobodovým

vstrekovaním vstrekujú palivo do valca

Pre moderné motory sa nepoužívajú karburátory, zmes sa vstrekuje do sacieho

potrubia alebo priamo do spaľovacieho priestoru.

Zariadenie na vytvorenie elektrickej iskry – zapaľovanie

Iskra preskakuje medzi elektródami zapaľovacej sviečky pri napätí 10 000 až

20 000V. Takéto vysoké napätie sa vyrobí na sekundárnom vinutí z tenkého drôtu. Vysoké

napätie v nej indukuje prúd tečúci primárnou cievkou. Má malý počet závitov z hrubého

drôtu. Aby mohlo byť jednosmerné napätie transformované je v primárnom okruhu

prerušovač a prerušovaný prúd je schopný transformácie. Napätie so sekundára sa privádza

cez ramienko rozdeľovača na kontakt valca, v ktorom má prísť k zapáleniu. Kontakt

rozdeľovača – palec je umiestnený spolu s prerušovačom v rozdeľovači. Paralelne pripojený

kondenzátor ku kontaktom prerušovača zabraňuje opaľovaniu kontaktov.

Pre vozidlá sa najčastejšie používalo dynamobatériové zapaľovanie. Prúd

z akumulátora sa cez regulačné relé po zopnutí spúšťacieho spínača vedie do primára cievky.

Súčasne je vedený k spúšťaciemu elektromotoru – štartéru. Ten roztočí kľukový hriadeľ, do

valcov sa nasaje zmes a zapaľovacia sústava sa postará o rozbeh motora. Motor poháňa aj

dynamo/alternátor. Ním vyrobené vyššie napätie prepne regulačné relé („regler“) a motor beží

pri zopnutom dyname, súčasne dobíja batériu. Novšie modely zapaľovania striedavý prúd

usmerňujú polovodičovými diódami. Predchodcom dynamobatériového zapaľovania bolo

magnetoelektrické zapaľovanie. Vývoj pokračuje použitím piezoelektrického,

tranzistorového, tyristorového… zapaľovania.

Vstrekovacie zariadenie vznetových motorov

Palivo z nádrže cez filtre a dopravné čerpadlo sa dostáva do vstrekovacieho čerpadla.

To je poháňané od kľukového mechanizmu. Zdvih piestikov zabezpečujú vačky, ktoré

zdvíhajú oproti pružine. Tlak v palive zdvihne výtlačný ventil a palivo cez potrubie prúdi do

vstrekovača ústiaceho do valca. Výkon motora je regulovaný množstvom paliva, ktoré

vstrekuje piestik. Meniť vstrekované množstvo sa dá otáčaním piestika, že palivo cez

prepúšťací kanálik v piestiku a prepúšťací otvor, ktorý odkryje skrutkovicová spodná hrana

piestika sa vracia späť do čističa paliva. Tlak paliva privedeného pod kužeľ uzatváracej ihly

nadvihne ihlu a palivo cez otvory vstrekne do valca. Po poklese tlaku v palive pružina ihlou

uzavrie otvor.

Mastenie, chladenie a spúšťanie motorov

Mastí sa na zníženie trenia i na odvádzanie tepla. Olejový film lepšie utesňuje

súčiastky. Používa sa obehové mastenie a mastenie odstrekom. Používa sa obehové mastenie

odstrekom. Dvojtaktné benzínové motory sú mastené zmesou.

Kvapalinové chladenie – voda (prípadne chladiace zmesi) obieha dutinami bloku

a hláv valcov a chladičom kvapaliny. Vzduchové chladenie – okolo rebrovaných valcov

a hláv prúdi vzduch prirodzeným obtekaním alebo nútené ventilátorom.

Spúšťanie spaľovacích motorov vyžaduje naplnenie pracovného priestoru spaľovacou

zmesou a vytvorenie podmienok pre jej zapálenie. Motor sa roztáča: ručne kľukou,

elektromotorom, iným spaľovacím motorom, stlačeným vzduchom, zotrvačníkom..