Spalovací motory Střední odborná škola Otrokovice www.zlinskedumy.cz Autorem materiálu a všech jeho částí, není-li uvedeno jinak, je ing. Eduard Karola Dostupné z Metodického portálu www.rvp.cz, ISSN: 1802-4785, financovaného z ESF a státního rozpočtu ČR. Provozováno Výzkumným ústavem pedagogickým v Praze. www.zlinskedumy.cz

Charakteristika DUM Název školy a adresa Střední odborná škola Otrokovice, tř. T. Bati 1266, 76502 Otrokovice Číslo projektu CZ.1.07/1.5.00/34.0445 /3 Autor Ing. Eduard Karola Označení DUM VY_32_INOVACE_SOSOTR-Ak-SKV/3-ST-3/4 Název DUM Spalovací motory Stupeň a typ vzdělávání Středoškolské vzdělávání Kód oboru RVP 23-55-H/02 Obor vzdělávání Autoklempíř Vyučovací předmět Silniční a kolejová vozidla Druh učebního materiálu Výukový materiál Cílová skupina Žák, 17 – 18 let Anotace Výukový materiál je určený k frontální výuce učitelem, případně jako materiál pro samostudium, nutno doplnit výkladem; náplň: seznámit žáky s jednotlivými díly a činností spalovacích motorů Vybavení, pomůcky Dataprojektor Klíčová slova Pracovní oběh, vrtání, zdvih, kompresní prostor, vložky válců, vložené válce, hlava motoru, blok motoru, kliková skříň, klikový a vačkový mechanismus, chlazení a mazání motorů. Datum 21. 7. 2013

SPALOVACÍ MOTORY Osnova: 1. Princip spalovacího motoru 2. Hlavní části motoru 3. Pevné části motorů 4. Pohyblivé části motorů 5. Příslušenství spalovacích motorů 6. Rozdělení pístových spalovacích motorů

Princip spalovacího motoru Spalovací motor je mechanický tepelný stroj, který vnitřním nebo vnějším spálením paliva přeměňuje jeho chemickou energii na energii tepelnou a na mechanickou energii působením na píst, lopatky turbíny, nebo s využitím reakční síly. Motor vykonává mechanickou práci a jako takový slouží coby pohon jiných strojních zařízení. Spalovací motory všech typů nalezly největší uplatnění zejména v automobilové dopravě. Spalovací motory přeměňují chemickou energii paliva na mechanickou práci. V motoru se nejprve chemická energie paliva přeměňuje spalováním na teplo. Tím se zvyšuje teplota, tlak a měrný objem. Ve válci pístového spalovacího motoru se spaluje vhodná směs paliva a vzduchu v takovém poměru, aby po zapálení rychle a podle možností beze zbytku rychle shořela. Princip spalovacího motoru je v přenášení tlakové energie spalin na píst ve válci motoru. Obr. 1: Základní pojmy spalovacího motoru

Hlavní části motorů Pístové spalovací motory se skládají z těchto dílů: Pevné, nepohyblivé díly – blok válců (motoru), kliková skříň, hlava válců, víka, kryty a těsnění. Pohyblivé díly – klikový a rozvodový mechanismus Pomocná zařízení (příslušenství motoru) – palivová, chladící a mazací soustava, zapalování, příprava směsi a odvod spalin.

Pevné části motorů Tvoří základ pro uložení klikového a rozvodového mechanismu. Patří sem blok válců (motoru), kliková skříň, hlava válců, víka, kryty a těsnění. Válce – účel Zachycovat tlaky, které vznikají během pracovního oběhu. Spolu s hlavou válců a pístem spoluvytvářet spalovací prostor. Rychle odvést teplo do chlazení motoru. Vést píst během pracovního oběhu. Válce – požadavky Dostatečná pevnost při co největší těsnosti. Dobrá tepelná vodivost. Dobré třecí vlastnosti a schopnost vytvoření olejové vrstvy.

Blok válců Když má motor více válců, montují se do jednoho celku (blok válců). Ten se odlévá z jednoho kusu spolu s chladicím pláštěm – u vodou chlazených motorů. U motorů chlazených vzduchem mají válce chladící žebra. Aby se blok válců jako celek nemusel odlévat z velmi kvalitního materiálu, nebo když je blok hliníkový, montují se do něj vložené válce které jsou z velmi kvalitní litiny. Obr. 2: Vzduchem chlazený válec s litinovou vložkou a žebry z hliníkové slitiny

Obr. 3: Vložený válec (mokrá vložka) Vložené válce U vložených válců je jejich vnější povrch přímo ve styku s chladící kapalinou motoru. Výhodou je, že celý obvod vložených válců je přímo a rovnoměrně chlazen. Jejich výměna je lehká. Obr. 3: Vložený válec (mokrá vložka)

Obr. 4: Hlava válců chlazená kapalinou Účel: Uzavírat pracovní prostor ve válci. Spolu s válcem a pístem vytvářet spalovací prostor. Rychle odvádět teplo do chlazení motorů. Hlava válce tvoří horní víko pracovního prostoru ve válci. Upevňuje se obvykle speciálními šrouby zavrtanými do bloku válců. Všechny šrouby musí být stejně utaženy předepsaným momentem. Hlava válců musí odolávat vysokým tlakům při spalování směsi a je také velmi značně tepelně namáhána, a proto musí být dobře chlazena. Obr. 4: Hlava válců chlazená kapalinou

Kliková skříň Kliková skříň – účel Nést ložiska pro uložení klikového hřídele, u motoru s rozvodem OHV nést i ložiska pro uložení vačkového hřídele. Kliková skříň – konstrukce U vozidlových motorů se až na výjimky používají dvoudílné klikové skříně. Dělící rovina může ležet v ose klikového hřídele, častěji je však horní část kvůli větší tuhosti prodloužena pod osu klikového hřídele. Obr. 5: Kliková skříň

Obr. 6: Kapalinový tlumič pro uložení motoru Kliková skříň – konstrukce U moderních automobilů je zpravidla alespoň jeden z upevňovacích bodů opatřen kapalinovým tlumičem, který podstatně lépe tlumí chvění a vibrace motoru při jeho činnosti. Obr. 6: Kapalinový tlumič pro uložení motoru

Obr. 7: Sací a výfukové potrubí Sací a výfukové potrubí: Je přišroubováno k hlavě válců a slouží k přivedení zapálené směsi do sacích kanálů a dále do válce motoru. Nejčastěji je vyrobeno z hliníkové slitiny, v současné době se začíná prosazovat sací potrubí z plastických hmot. Tvar a délka sacího potrubí má značný vliv na plnění čtyřdobého motoru a tím i na jeho výkon. Pro dosažení co největší plnící účinnosti je důležité, aby byly vnitřní stěny sacího potrubí hladké a větve sacího potrubí měli stejnou délku. Obr. 7: Sací a výfukové potrubí

Pohyblivé části motorů jsou tvořeny klikovým a rozvodovým mechanismem Pohyblivé části motorů jsou tvořeny klikovým a rozvodovým mechanismem. Klikový mechanismus přeměňuje přímočarý vratný pohyb pístu na rotační pohyb klikového hřídele. Rozvodový mechanismus umožňuje plnění a vyprazdňování válců zápalnou směsí či spalinami. Obr. 8: Klikové ústrojí

Písty – účel Zachytit tlak plynů vznikajících při hoření, převést jeho sílu na ojnici a dále na klikový hřídel. Utěsnit spalovací prostor od prostoru klikové skříně, odvést co nejrychleji teplo ze dna pístu do stěn válce. Namáhání pístů U zážehových motorů dosahuje maximální tlak plynů ve spalovacím prostoru hodnoty až 6 MPa, při kterém působí na píst o průměru 80 mm síla 30 kN. Na plášť pístu přitom působí boční tlak asi 0,8 MPa, oko pístu je pak namáháno tlakem až 60 MPa. Píst tlačí střídavě na obě strany stěny válce. Obr. 9: Působení síly na píst s vyoseným pístním čepem

Ojnice – účel Spojit píst s klikovým hřídelem Ojnice – účel Spojit píst s klikovým hřídelem. Přenést síly z pístního čepu na klikový hřídel. Změnit přímočarý vratný pohyb pístu na otáčivý pohyb klikového hřídele. Obr. 10: Ojnice

Klikový hřídel – účel Převádět posuvný pohyb ojnice na otáčivý. Větší část točivého momentu přenést na setrvačník a dále na spojku motorového vozidla. Menší část točivého momentu pohánět ventilový rozvod, olejové čerpadlo, rozdělovač zapalování, části palivové a chladicí soustavy, alternátor atd. Obr. 11: Klikový hřídel řadového čtyřválcového motoru s pěti hlavními čepy

Setrvačník – účel Při pracovním zdvihu motoru akumulovat pohybovou energii, která je potřebná k překonání pasivních odporů při zdvizích nepracovních. Dosáhnout předepsané rovnoměrnosti chodu motoru. Nerovnoměrný chod je působen nerovnoměrným působením sil na klikový hřídel. Umožnit docílení velkého převodu mezi elektrickým spouštěčem a motorem, který je potřebný pro spuštění motoru. Obr. 12: Zadní část klikového hřídele se setrvačníkem

Rozvodový mechanismus – ventilový je tvořen dle typu rozvodu ventily, vačkovou hřídelí s vačkami, vahadly, pákami, zdvihátky, pružinami a čepy. Ventily Ventily otevírají a zavírají sací a výfukové kanály na straně spalovacího prostoru. Každý válec čtyřdobého motoru má nejméně jeden sací a jeden výfukový ventil. Musí klást nasávané směsi a unikajícím výfukovým plynům co nejmenší odpor. Obr. 13: Sací ventil (jednokovový) Obr. 14: Výfukový ventil chlazený sodíkem (dvojkovový)

Rozvodové ventilové mechanismy se dle konstrukce dělí na: rozvody SV rozvody OHV rozvody OHC a DOHC rozvody CIH Obr. 15: Ventilový rozvod SV Obr. 16: Ventilový rozvod OHV

Obr. 17: Ventilový rozvod DOHC s hrníčkovými zdvihátky Obr. 18: Ventilový rozvod CIH

Obr. 19: Ventilový rozvod OHC

Příslušenství spalovacích motorů tvoří palivová, chladící a mazací soustava, zapalování, příprava směsi a odvod spalin. Mazání pístových spalovacích motorů: Účel - zmenšit třecí ztráty a opotřebení pohybujících se částí motoru - odvést část tepla z motoru - zlepšit těsnění jednotlivých součástí motoru, zejména pístu ve válci - odvést nečistoty z motoru a mazací soustavy - snížit hlučnost motoru

Mazání čtyřdobých motorů U těchto motorů se používá tlakové mazání ze skříně či ze samostatné nádrže. Tlakové mazání: motor maže pomocí olejového čerpadla, které čerpá olej ze zásobníku a dodává jej na důležitá místa. Olej odstřikující nebo stékající z těchto míst maže místa ostatní a vrací se do zásobníku oleje. Ze skříně: zásoba oleje je ve spodku klikové skříně (spodní víko motoru). Z nádrže: olej je v nádrži umístěné mimo motor. Olej stéká z mazaných míst do spodku klikové skříně, odkud jej přečerpává zvláštní čerpadlo a vrací do olejové nádrže. Používá u terénních a zemědělských vozů, které jezdí v těžkých podmínkách a hrozí, že by motor nasál vzduch, proto je nádrž užší a vyšší. Obr. 20: Schéma mazací soustavy motoru VW 1.6 / 55 kW OHC

Mazání dvoudobých motorů U těchto motorů používáme mazání mastnou směsí nebo ztrátové mazání. Mazání mastnou směsí: U dvoudobých zážehových motorů je olej přimísen do paliva s nímž se přivádí do motoru. Ztrátové mazání: Čerstvý olej je dopravován z olejové nádržky dávkovacím olejovým čerpadlem k mazaným místům. Čerpadlo dávkuje množství v závislosti na poloze šoupátka akcelerátoru a na otáčkách motoru. Obr. 21: Ztrátové mazaní dvoudobého motoru

Chlazení spalovacích motorů: Účel: Chlazením motoru se odvádí část tepla, které vzniká spalováním paliva v motoru, aby se snížila teplota stěn spalovacích prostorů a jiných částí motoru na přístupnou hranici. Teplota motoru má rovněž vliv na jakost a životnost oleje. Chlazení musí splňovat tyto podmínky: Zabezpečit takovou teplotu motoru , kterou vydrží jeho jednotlivé části. Zabezpečit , aby motorový olej vytvořil na stěnách válců souvislou vrstvu (olejový film) Zabezpečit stálé udržování nejvýhodnější a nejhospodárnější pracovní teploty motoru . Způsoby chlazení: vzduchové kapalinové

Vzduchové chlazení Chlazení vzduchem se používá hlavně u vozidlových motorů menších výkonů, je ho však možno použít i pro motory nákladních automobilů. U vzduchového chlazení je přebytečné teplo odváděno přímo do okolního vzduchu. Aby bylo dosaženo co nejlepší tepelné vodivosti, jsou válce a hlavy válců často odlity z legované lehké slitiny. Rozeznáváme náporové a chlazení s nuceným prouděním vzduchu.

Náporové chlazení vzduchem: Jedná se o nejjednodušší způsob chlazení. Používá se především u motocyklů, kde je nezakrytý motor ochlazován proudem vzduchu vznikajícím při jízdě. Chlazení je nerovnoměrné, intenzita chlazení do značné míry závislá na okolní teplotě a rychlosti pohybu vozidla. Obr. 22: Náporové chlazení vzduchem

Chlazení s nuceným prouděním vzduchu: Umožňuje dostatečné chlazení zakrytých částí motorů. Používá se do malých vozidel a skútrů. Pro vytvoření proudu vzduchu se používají axiální nebo radiální ventilátory. Obr. 23: Vzduchové chlazení s radiálním ventilátorem

Kapalinové chlazení U tohoto způsobu chlazení jsou válce a hlavy válců opatřeny dvojitými stěnami. Chladící prostory mezi těmito stěnami jsou zaplněny kapalinou a uspořádány tak, aby byl umožněn oběh kapaliny chladícím systémem.

Kapalinové chlazení Samooběžné (termosifonové) chlazení: Ohřátá kapalina s menší měrnou hmotností stoupá nahoru a na její místo přichází chladnější kapalina z chladiče. Tohoto způsobu se používalo u menších motorů. Pohyb kapaliny je poměrně pomalý, účinnost chlazení malá a systém vyžaduje dosti rozměrný chladič. Obr. 24: Samooběžné (termosifonové) chlazení

Kapalinové chlazení Chlazení s nuceným oběhem chladící kapaliny: Čerpadlo chladící kapaliny zajišťuje její poměrně rychlý oběh. Z tohoto důvodu je rozdíl mezi teplotou kapaliny, která vstupuje do chladiče, a teplotou kapaliny ,která z chladiče vystupuje, pouze 5 až 7 stupňů. Tím je zaručeno malé tepelné pnutí uvnitř motoru. Obr. 25: Chlazení s nuceným oběhem chladící kapaliny

Rozdělení pístových spalovacích motorů Spalovací motory třídíme dle různých hledisek: podle pohybu pístu: s přímočarým nebo rotačním (krouživým) pohybem podle použitého paliva: motory na paliva plynná, kapalná a pevná podle způsobu zapalování paliva: motory zážehové nebo vznětové podle použití: motory stacionární, mobilní, pro silniční vozidla, traktorové, pro kolejová vozidla, lodní, letecké atd. podle pracovního oběhu: motory čtyřdobé a dvoudobé podle počtu válců: motory jednoválcové a víceválcové podle druhu rozvodu: motory s rozvodem ventilovým, kanálovým nebo šoupátkovým podle způsobu chlazení: motory s chlazením vodou nebo vzduchem podle způsobu plnění: motory atmosférické a přeplňované podle konstrukce: motory řadové, vidlicové, s protilehlými písty (boxery), hvězdicové a zvláštní

Kontrolní otázky 1. Jaký je princip činnosti spalovacího motoru? 2. Jaký je účel válců a jaké jsou na ně kladeny požadavky? 3. Jaký je účel setrvačníku?

Seznam obrázků Obr. 1: PILÁRIK, M., PABST, J., Automobily, Základní pojmy spalovacího motoru Nakladatelství Informatorium 3.vydání Praha 1997, str. 185, ISBN 80-86073-02-5 Obr. 2: Ing. JAN, Z., Ing. ŽDÁNSKÝ, B., Automobily 3. Motory, Vzduchem chlazený válec s litinovou vložkou a žebry z hliníkové slitiny, Nakladatelství Avid 6. vydání, Brno 2010, str. 46, ISBN 978-80-87143-15-5 Obr. 3: Ing. JAN, Z., Ing. ŽDÁNSKÝ, B., Automobily 3. Motory, Vložený válec (mokrá vložka), Nakladatelství Avid 6. vydání, Brno 2010, str. 45, ISBN 978-80-87143-15-5 Obr. 4: Ing. JAN, Z., Ing. ŽDÁNSKÝ, B., Automobily 3. Motory, Hlava válců chlazená kapalinou, Nakladatelství Avid 6. vydání, Brno 2010, str. 48, ISBN 978-80-87143-15-5 Obr. 5: Ing. JAN, Z., Ing. ŽDÁNSKÝ, B., Automobily 3. Motory, Kliková skříň , Nakladatelství Avid 6. vydání, Brno 2010, str. 59, ISBN 978-80-87143-15-5 Obr. 6: Ing. JAN, Z., Ing. ŽDÁNSKÝ, B., Automobily 3. Motory, Kapalinový tlumič pro uložení motoru , Nakladatelství Avid 6. vydání, Brno 2010, str. 52, ISBN 978-80-87143-15-5 Obr. 7: Ing. JAN, Z., Ing. ŽDÁNSKÝ, B., Automobily 3. Motory, Sací a výfukové potrubí, Nakladatelství Avid 6. vydání, Brno 2010, str. 53, ISBN 978-80-87143-15-5 Obr. 8: Ing. JAN, Z., Ing. ŽDÁNSKÝ, B., Automobily 3. Motory, klikové ústrojí, Nakladatelství Avid 6. vydání, Brno 2010, str. 57, ISBN 978-80-87143-15-5 Obr. 9: Ing. JAN, Z., Ing. ŽDÁNSKÝ, B., Automobily 3. Motory, Působení síly na píst s vyoseným pístním čepem, Nakladatelství Avid 6. vydání, Brno 2010, str. 57, ISBN 978-80-87143-15-5 Obr. 10: Ing. JAN, Z., Ing. ŽDÁNSKÝ, B., Automobily 3. Motory, Ojnice, Nakladatelství Avid 6. vydání, Brno 2010, str. 66, ISBN 978-80-87143-15-5 Obr. 11: Ing. JAN, Z., Ing. ŽDÁNSKÝ, B., Automobily 3. Motory, Klikový hřídel řadového čtyřválcového motoru s 5ti hlavními čepy, Nakladatelství Avid 6. vydání, Brno 2010, str. 67, ISBN 978-80-87143-15-5

Obr. 12: Ing. JAN, Z. , Ing. ŽDÁNSKÝ, B. , Automobily 3 Obr. 12: Ing. JAN, Z., Ing. ŽDÁNSKÝ, B., Automobily 3. Motory, Zadní část klikového hřídele se setrvačníkem, Nakladatelství Avid 6. vydání, Brno 2010, str. 72, ISBN 978-80-87143-15-5 Obr. 13: Ing. JAN, Z., Ing. ŽDÁNSKÝ, B., Automobily 3. Motory, Sací ventil (jednokovový), Nakladatelství Avid 6. vydání, Brno 2010, str. 77, ISBN 978-80-87143-15-5 Obr. 14: Ing. JAN, Z., Ing. ŽDÁNSKÝ, B., Automobily 3. , Motory, Výfukový ventil chlazený sodíkem (dvojkovový), Nakladatelství Avid 6. vydání, Brno 2010, str. 77, ISBN 978-80-87143-15-5 Obr. 15: Ing. JAN, Z., Ing. ŽDÁNSKÝ, B., Automobily 3. Motory, Ventilový rozvod SV , Nakladatelství Avid 6. vydání, Brno 2010, str. 72, ISBN 978-80-87143-15-5 Obr. 16: Ing. JAN, Z., Ing. ŽDÁNSKÝ, B., Automobily 3. Motory, Ventilový rozvod OHV, Nakladatelství Avid 6. vydání, Brno 2010, str. 72, ISBN 978-80-87143-15-5 Obr. 17: Ing. JAN, Z., Ing. ŽDÁNSKÝ, B., Automobily 3. Motory, Ventilový rozvod DOHC s hrníčkovými zdviháky , Nakladatelství Avid 6. vydání, Brno 2010, str. 73, ISBN 978-80-87143-15-5 Obr. 18: Ing. JAN, Z., Ing. ŽDÁNSKÝ, B., Automobily 3. Motory, Ventilový rozvod CIH, Nakladatelství Avid 6. vydání, Brno 2010, str. 73, ISBN 978-80-87143-15-5 Obr. 19: Ing. JAN, Z., Ing. ŽDÁNSKÝ, B., Automobily 3. Motory, Ventilový rozvod OHC, Nakladatelství Avid 6. vydání, Brno 2010, str. 73, ISBN 978-80-87143-15-5 Obr. 20: Ing. JAN, Z., Ing. ŽDÁNSKÝ, B., Automobily 3. Motory, Schéma mazací soustavy motoru VW 1.6 / 55 kW OHC, Nakladatelství Avid 6. vydání, Brno 2010, str. 146, ISBN 978-80-87143-15-5 Obr. 21: Ing. JAN, Z., Ing. ŽDÁNSKÝ, B., Automobily 3. Motory, Ztrátové mazaní dvoudobého motoru, Nakladatelství Avid 6. vydání, Brno 2010, str. 149, ISBN 978-80-87143-15-5

Obr. 22: Ing. JAN, Z. , Ing. ŽDÁNSKÝ, B. , Automobily 3. Motory Obr. 22: Ing. JAN, Z., Ing. ŽDÁNSKÝ, B., Automobily 3. Motory. Náporové chlazení vzduchem, Nakladatelství Avid 6. vydání, Brno 2010, str. 163,ISBN 978-80-87143-15-5 Obr. 23: Ing. JAN, Z., Ing. ŽDÁNSKÝ, B., Automobily 3. Motory. Vzduchové chlazení s radiálním ventilátorem, Nakladatelství Avid 6. vydání, Brno 2010, str. 163, ISBN 978-80-87143-15-5 Obr. 24: Ing. JAN, Z., Ing. ŽDÁNSKÝ, B., Automobily 3. Motory. Samooběžné (termosifonové) chlazení, Nakladatelství Avid 6. vydání, Brno 2010, str. 165,ISBN 978-80-87143-15-5 Obr. 25: Ing. JAN, Z., Ing. ŽDÁNSKÝ, B., Automobily 3. Motory. Chlazení s nuceným oběhem chladící kapaliny, Nakladatelství Avid 6. vydání, Brno 2010, str. 165,ISBN 978-80-87143-15-5

Seznam použité literatury [1] Ing. JAN, Z., Ing. ŽDÁNSKÝ, B., Automobily 1. Motory. Nakladatelství Avid 6. vydání, Brno 2010. ISBN 978-80-87143-15-5 [2] PILÁRIK, M., PABST, J., Automobily. Nakladatelství Informatorium 3. vydání Praha 1997, ISBN 80-86073-02-5