PraCOvnÍ cykly spalovacÍch motorů VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ FAKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ - ENERGETICKÝ ÚSTAV ODBOR TERMOMECHANIKY A TECHNIKY PROSTŘEDÍ PraCOvnÍ cykly spalovacÍch motorů doc. Ing. Josef ŠTETINA, Ph.D. Seminář aplikované termomechaniky Předmět 3. ročníku BS http://ottp.fme.vutbr.cz/sat/ 11. 10. 2010 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 . . . 36

TYPY SPALOVACÍCH MOTORŮ Čtyřdobý zážehový (benzínový) motor Dvoudobý zážehový (benzínový) motor Zážehový (benzínový) motor s rotačním pístem Čtyřdobý vznětový (naftový) motor 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 . . . 36

TYPY SPALOVACÍCH MOTORŮ Podle způsobu zapálení pohonné směsi rozlišujeme: motory zážehové (palivo zažehne jiskra svíčky) b) motory vznětové (palivo se vznítí) Kontaktní Bezkontaktní Podle počtu dob v pracovním cyklu rozlišujeme: Dvoudobé Čtyřdobé zážehové motory (benzínové) vznětové (Dieselové) Podle nasávaného vzduchu: Atmosferické Přeplňované 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 . . . 36

HISTORIE Gottlieb Daimler Rudolf Diesel Joseph Étienne Lenoir 1860 - Joseph Étienne Lenoir (1822 – 1900) navrhuje první motor s vnitřním spalováním, s uhlím a vzduchem jako palivem. 1876 - Nikolaus Otto (1832 – 1891) vyvíjí čtyřdobý motor. 1867 – dvojtaktní motor 1883 - Gottlieb Daimler (1834-1900) staví první benzínový motor. 1897 - Rudolf Diesel (1858 – 1913) vysokotlaký motor se samočinným zážehem 1884 - Charles Parsons staví první parní turbínu na výrobu elektřiny. 1926 - Robert Goddard vypouští první raketu na kapalné palivo. 1930 - Frank Whittle patentuje vynález tryskového motoru. 1956 - Felix Wankel (1902 - 1988,) vyvíjí Wankelův motor. Gottlieb Daimler Rudolf Diesel Joseph Étienne Lenoir Nikolaus Otto 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 . . . 36

LODNÍ MOTOR Motor – 108 920 PS, Rozměry: 26,7m x 13,2m. Hmotnost: 2300 tun, Spotřeba: 6 275 l / h 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 . . . 36

ZMĚŘENÝ p-V DIAGRAM MOTOR ŠKODA 1.4 MPI 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 . . . 35

HISTORICKÝ VÝVOJ Převzato z Autoexpert 9/2009 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 . . . 36

POROVNÁVACÍ DIAGRAM OBECNÉHO CYKLU stupeň komprese (kompresní poměr) stupeň izochorického zvýšení tlaku stupeň izobarického zvětšení objemu 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 . . . 36

STŘEDNÍ TEORETICKÝ TLAK PRACOVNÍCH OBĚHŮ Výkon čtyřdobého motoru Stará pravda: Objem ničím nenahradíš. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 . . . 36

PRACOVNÍ CYKLUS SPALOVACÍHO MOTORU 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 . . . 36

TRANSFORMACE ENERGIE 1 . . . 9 10 11 12 13 14 15 . . . 36

ZÁKLADNÍ POJMY Kompresní poměr HÚ – horní úvrať, horní mrtvá poloha (TDC) DÚ – dolní úvrať, dolní mrtvá poloha (BDC) Vrtání – průměr válce Zdvih – dráha mezi HÚ – DÚ Komresní objem – objem nad pístem v HÚ Zdvihový objem – objem mezi HÚ do DÚ Objem válce – Kompresní + zdvihový 1 . . . 9 10 11 12 13 14 15 . . . 36

OTTŮV CYKLUS – ZÁŽEHOVÉHO MOTORU 1 . . . 9 10 11 12 13 14 15 . . . 36

TERMICKÁ ÚČINNOST-OTTOVA CYKLU bod 1: p1, V1, T1 bod 2: bod 3: bod 4: 1 . . . 9 10 11 12 13 14 15 . . . 36

VLIVY NA TERMICKOU ÚČINNOST OTTOVA CYKLU 15 1 . . . 9 10 11 12 13 14 15 . . . 36

SOUVISLOST KOMPRESNÍHO POMĚRU A MECHANICKÉ ÚČINNOSTI 1 . . . 10 11 12 13 14 15 16 . . . 36

PŘEDSTIH ZÁŽEHU 1 . . . 11 12 13 14 15 16 17 . . . 36

CHARAKTERISTICKÉ PARAMETRY ZÁŽEHOVÝCH MOTORŮ rok Kompresní poměr [-] Jmenovité otáčky [min-1] Střední efektivní tlak [MPa] Objemový výkon [kW.dm-3] min max 1966 6,6 9 3400 5700 0,65 1,1 15 37 1994 7,5 10,5 4000 6500 1,5 25 80 2003 12,5 4500 8800 0,8 1,3 31 88 1 . . . 16 17 18 19 20 21 22 . . . 36

DIESLŮV CYKLUS – ROVNOTLAKÝ CYKLUS 1 . . . 16 17 18 19 20 21 22 . . . 36

TERMICKÁ ÚČINNOST-DIESLOVA CYKLU kompresní poměr stupeň izobarického zvětšení objemu 1 . . . 16 17 18 19 20 21 22 . . . 36

SABATŮV CYKLUS – VZNĚTOVÉHO MOTORU 1 . . . 16 17 18 19 20 21 22 . . . 36

TERMICKÁ ÚČINNOST-SABATOVA CYKLU bod 1: p1, V1, T1 bod 2: bod 3: bod 4: bod 5: 1 . . . 16 17 18 19 20 21 22 . . . 36

VLIV STUPNĚ ZVÝŠENÍ TLAKU 1 . . . 17 18 19 20 21 22 23 . . . 36

VLIV ZVÝŠENÍ OBJEMU 1 . . . 18 19 20 21 22 23 24 . . . 36

CHARAKTERISTICKÉ PARAMETRY VZNĚTOVÝCH MOTORŮ rok Kompresní poměr [-] Jmenovité otáčky [min-1] Střední efektivní tlak [MPa] Objemový výkon [kW.dm-3] min max 1966 19 21 3800 4200 0,68 0,72 13 1994 23 3400 5000 0,6 1,1 20 38 2003 16 3000 4400 0,75 1,7 25 58 1 . . . 23 24 25 26 27 28 29 . . . 36

POROVNÁNÍ PŘI QHO=QHS A STEJNÝCH KOMPRESNÍCH POMĚRECH εO=εS > < Účinnější Ottův cyklus 1 . . . 23 24 25 26 27 28 29 . . . 36

Porovnání při QHO=QHS A STEJNÝCH TLACÍCH pmaxO= pmaxS A pminO= pminS < > Účinnější Sabatův cyklus 1 . . . 23 24 25 26 27 28 29 . . . 36

STEJNÉ QHO=QHS A STUPNĚ KOMPRESE DLE PRAXE Účinnější Sabatův cyklus < > Účinnější Sabatův cyklus 1 . . . 23 24 25 26 27 28 29 . . . 36

Účinnější Ottův cyklus POROVNÁNÍ QHO=QHS A STEJNÉ MAXIMÁLNÍ A MINIMÁLNÍ OBJEMY VmaxO=VmaxS A VminO=VminS > < Účinnější Ottův cyklus 1 . . . 23 24 25 26 27 28 29 . . . 36

CARNOTIZACE CYKLU POKUD ROZDÍLNÁ PŘIVEDENÁ TEPLA Účinnější Sabatův cyklus 1 . . . 25 26 27 28 29 30 31 . . . 36

POROVNÁNÍ ZÁŽEHOVÝCH A VZNĚTOVÝCH MOTORŮ 1 . . . 26 27 28 29 30 31 32 . . . 36

PALIVA PARAMETR Benzín Nafta Vodík kapalný měrná hmotnost kg.m-3 0,73 0,86 0,071 bod varu oC 38  204 160  343 -253 spodní výhřevnost MJ.kg-1 44,9 43,0 120 MJ.m-3 32700 36800 8520 stechiometrický poměr kg.kg-1 14,8 14.5 34.6 zápalná teplota 257 210 574 rychlost hoření m.s-1 0.34 2.7 1 . . . 26 27 28 29 30 31 32 33 36

SOUČINITEL PŘEBYTKU VZDUCHU 1 . . . 26 27 28 29 30 31 32 33 36

INDIKACE MOTORŮ = MĚŘENÍ TLAKŮ VE VÁLCI 1 . . . 28 29 30 31 32 33 34 35 36

PŘÍKLADY DAT PRO ŠKODA 1.4 MPI MĚŘENÉ NA VUT FSI 1 . . . 28 29 30 31 32 33 34 35 36

SKUTEČNÝ EXPONENT POLYTROPY A T-S DIAGRAM T - S n – úhel otočení 1 . . . 26 27 28 29 30 31 32 33 34