VY_32_INOVACE_05-53 Ročník: VIII. r. IX. r. Vzdělávací oblast:Člověk a příroda Vzdělávací obor:Fyzika Tematický okruh:Termika Téma:Teplo koná práci II - motory Jméno autora:Jaroslava Vondráčková Vytvořeno dne: Metodický popis, (anotace): Materiál seznamuje se spalovacími motory a jejich použitím

Teplo koná práci II - tepelné motory II tepelné motory – spalovací – zážehové Spalovací motor je lehčí a výkonnější, než parní stroj s mohutným kotlem. Palivo se spaluje přímo uvnitř motoru. Palivem je nejčastěji benzín, nafta (oboje z ropy) a plyn, zkouší se i alkohol a vodík. Je mnoho druhů spalovacích motorů, dnes převládají dva základní typy – zážehový a vznětový.

Čtyřdobý zážehový motor Princip nejrozšířenějšího zážehového motoru navrhl v roce 1876 Němec Nikolaus August OTTO. Pracuje ve čtyřech dobách, které se opakují několiktisíckrát za minutu. Na Liberecku vlastnil první automobil v roce 1893 továrník Teodor Liebig. Hlavní části čtyřdobého zážehového motoru: -válec, ve kterém se pohybuje píst -dva ventily – sací a výfukový -sací a výfukové potrubí -zapalovací svíčka -Pohyb pístu je převeden na otáčivý pohyb pomocí klikového hřídele.

Další důležité součásti motoru Ve starších automobilech bývá pro přípravu směsi, která zapálením jiskry od svíčky hořela a vytvořila tlak na píst, karburátor. V nových automobilech se benzín vstřikuje přímo do válce při sání. Vstřikovací pumpička – vstřikuje benzín do vzduchu, který proudí sacím potrubím do válce. Katalyzátor – je ve výfukovém potrubí a brání nespálenému palivu, aby se dostalo do ovzduší. Sonda – zkoumá výfukové plyny, údaje z ní jdou do počítače a ten řídí vstřikovací pumpičku, aby do motoru nepřicházelo moc ani málo paliva. Chladič – odvádí z motoru teplo, které vznikne při spálení paliva.

Jak pracuje čtyřdobý zážehový motor I Množství palivové směsi se reguluje klapkou, která je spojena s plynovým pedálem. Když řidič „přidá plyn“, klapka se víc otevře, do motoru přichází víc palivové směsi a motor má větší výkon. 1. doba: sání Píst jde dolů, sací ventil je otevřen, jde jím směs benzínu a vzduchu. Výfukový ventil je uzavřen. 2. doba: stlačování Oba ventily se uzavřou. Píst jde nahoru a stlačuje směs benzínu se vzduchem.

Jak pracuje čtyřdobý zážehový motor II 3. doba: výbuch (zážeh) – rychlé hoření Elektrická jiskra zapálí stlačenou směs. Směs rychle shoří. Horké plyny stlačí píst dolů. 4. doba: výfuk (jediná pracovní doba motoru) Výfukový ventil se otevře. Píst jde nahoru a vytlačuje spálené plyny. Během čtyř dob vykoná motor dvě otáčky. Motor pracuje pouze při rozpínání plynů. V ostatních krocích motor udržuje v pohybu roztočený těžký klikový hřídel a setrvačník. K pohonu se využije jen asi 1/4 tepla z paliva. Spalovací motor se sám neroztočí jako parní stroj. Proto se musí rozběhnout pomocí kliky nebo elektrického spouštěče – startéru.

Dvoudobý zážehový motor Dvoudobý (dvoutaktní) motor má zjednodušenou konstrukci oproti čtyřdobému (čtyřtaktnímu) motoru. Nemá ventily. Je lehčí než motor čtyřdobý a měl by být dvakrát výkonnější (má dvojnásobný počet pracovních kroků). Protože však spaliny jsou vyháněny ven čerstvou směsí, do výfuku unikne i její část bez užitku. Proto má vyšší spotřebu a ve výfukových plynech je mnohem více škodlivin než u motoru čtyřdobého. Neumožňuje mazání motoru z jedné strany pístu, proto se olej přidává přímo do paliva.

Jak pracuje dvoudobý (dvoutaktní) motor 1. doba: sání i stlačování – probíhají současně Směs nejde do válce, ale nasaje se do utěsněného prostoru s klikovým mechanismem. Současně s tím probíhá stlačování směsi ve válci nad pístem. Na konci stlačování je směs zapálena elektrickou jiskrou. 2. doba: výbuch a výfuk – probíhají rovněž současně Ve válci se rozpíná žhavý plyn a nakonec je vyfouknut do ovzduší. A současně s tím dojde k přefouknutí směsi kanálkem od klikového mechanismu nad píst válce. Nová směs pomáhá vytlačit ven spaliny po předešlém spálení.

Dvoudobý (dvoutaktní) motor Tím motor pracuje při každé otáčce. Píst postupně odkrývá a zakrývá otvory pro sání, výfuk i přepouštění, a proto motor nepotřebuje ventily. Motor se chladí vzduchem, proto nepotřebuje chladič. Olej se do něj dostává s benzínem, proto nepotřebuje olejovou vanu a olejové čerpadlo.

Tepelné motory – spalovací - vznětové Říká se mu Dieselův motor (dýzlův) nebo také naftový motor, protože jeho palivem je motorová nafta. (Vynalezl německý inženýr Rudolf Diesel). Do válce se nasává pouze čistý vzduch. Při velkém stlačení se vzduch zahřeje až na 400 °C. A právě tehdy se do něj tryskou pomocí pumpičky stříkne nafta. Nafta se sama vznítí, shoří a zahřáté plyny tlačí na píst. Dieselův motor musí snášet větší tlaky než benzínový motor, proto je mohutnější a hlučnější. Dokáže ale přeměnit více než jednu třetinu tepla na mechanickou práci. Automobily se vznětovými motory se proto vyznačují nižší spotřebou paliva. Účinnost Dieselova motoru je přibližně 35 %, benzínového jen asi 30 %.

Spalovací proudový (tryskový) a raketový motor Proudový motor – „fouká“ velkou rychlostí směrem dozadu horké plyny a využívá tak zákona akce a reakce: motor působí silou na plyny a urychlí je směrem dozadu a současně plyny působí silou na motor a urychlují ho směrem dopředu. Při stejném výkonu jsou menší a lehčí než pístový spalovací motor. Kyslík potřebný ke spalování bere z atmosféry. Musí vydržet vysoké teploty, tlaky a rychlosti otáčení, proto je dražší než pístový spalovací motor. Raketový motor - pro start se užívají motory na tuhá paliva s okysličovadly. Když pevné palivo dohoří, pohání raketu motor na kapalné palivo. Do spalovací komory se potrubím přivádí palivo a okysličovadlo. Ty se v komoře sloučí a vzniklé horké plyny velkou rychlostí unikají tryskami ven.

Využití tepelných motorů parní stroj - dříve poháněl tkalcovské stavy, soustruhy, auta, vlaky parní turbína – v elektrárnách, kde pohánějí generátory, lodě spalovací motory – dvoudobé - malé motocykly, motorové pily, sekačky na trávu, …. čtyřdobé – osobní auta, silnější motocykly, menší nákladní auta, …….. vznětové – velká nákladní auta, vlaky, lodě, autobusy, stavební stroje, ……. raketové, proudové – letadla, kosmické rakety

Použitá literatura ROJKO, Milan a kol. Fyzika kolem nás – Fyzika 2 pro základní a občanskou školu. 1. vydání. Praha: Scientia, spol. s r.o., pedagogické nakladatelství, ISBN MACHÁČEK, Martin. Fyzika 8 pro základní školy a víceletá gymnázia. Dotisk 2. vydání. Praha: Prometheus, ISBN RAUNER, Karel – hlavní autor. Fyzika 8 učebnice pro základní školy a víceletá gymnázia. 1. vydání. Plzeň: Nakladatelství Fraus, ISNB