Automobilový motor

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie
Skočit na: Navigace, Hledání

Jak funguje?[editovat | editovat zdroj]

Startér[editovat | editovat zdroj]

Startér slouží k uvedení motoru do pohybu, k jeho nastartování. Jde o stejnosměrný motor, který

vysunutým pastorkem na výstupní hřídeli v době startu roztočí klikový hřídel spalovacího motoru.

Tím ho uvede v činnost z klidového stavu.

Po přivedení proudu na svorku 50 přitáhne elektromagnet jádro, na které je připojena vidlička.

Vidlička vysune pastorek, který poté zajede do ozubení věnce na motoru. Ve chvíli, kdy je vysunuta

volnoběžka startéru a jádro je zasunuto ve spínači na doraz, toto zatlačí čepem na pohyblivý kontakt

spínače. Po propojení silových (pevných) kontaktů spínací cívky se přivede proud na držák uhlíků.

Tím dojde k roztočení nejen rotoru, ale také převodovky a pastorku startéru. Jelikož je pastorek v

tuto chvíli zasunutý ve věnci motoru, dojde jeho rotací (otáčením) k roztočení motoru.

Komponenty startéru[editovat | editovat zdroj]

Startéry se vyskytují v různých podobách. Z hlediska konstrukce rozlišujeme startéry s reduktorem,

bez reduktoru, axiální, tzv. vodníky a např. FKB nebo BNG od firmy Bosch.

Startér se skládá nejčastěji z břemenového víka, zadního víka, statoru, rotoru, volnoběžky, spínací

cívky a držáku uhlíků. To jsou hlavní díly startéru. Nalezneme zde další menší části jako stop

kroužek, svorníkový šroub, vidličku, třmen vidličky, pouzdra (případně ložiska), brzdu, různé

zajišťovací a vymezovací podložky.

Přední a zadní víko startéru[editovat | editovat zdroj]

Ve startéru se přední víko nejčastěji nazývá břemenové víko. Přes toto víko je startér uchycen k

bloku motoru (nebo převodovce) vozidla. Jedná se nejčastěji o hliníkový (litinový, železný) odlitek,

ve kterém je umístěno přední pouzdro (ložisko) startéru a v něm pak hřídel převodovky startéru

nebo přední část rotoru - hřídel.

Břemenové víko může mít různé tvary. Jednak podle toho, zda se jedná o startér s reduktorem nebo

bez reduktoru a také podle výrobní konstrukce výrobce.

Na zadním víku bývá namontován držák uhlíků a např. u startéru Lucas také brzda rotoru. Mezi

oběma víky je upnut stator startéru. Zadní víko spolu s víkem břemenovým tak uzavírají startér do

jednoho celku.

Volnoběžka[editovat | editovat zdroj]

Jedná se o část startéru, která přímo zajíždí do věnce spojky motoru a jejím úkolem je roztočit

setrvačník spalovacího motoru a tak jej uvést do chodu. Dle směru otáčení se volnoběžky dělí na

pravotočivé, označované zkratkou CW (Clock Wise) nebo levotočivé (ACW - Anti Clock Wise).

Směr otáčení startéru je dán tím, je-li startér namontován na motoru nebo na převodovce.

Karburátor.png

Po otočení klíčkem[editovat | editovat zdroj]

karburátor[editovat | editovat zdroj]

Karburátor je součást automobilového motoru, v níž dochází ke smísení paliva, vzduchu a oleje. Princip karburátoru vynalezl v roce 1893 Maybach. (Poprvé se o jednoduchý karburátor pokusil mezi lety 1862–1863 Belgičan Jean Lenoir u motoru vlastní konstrukce. V tomto případě nešlo ještě o benzínový motor.)

Karburátor je zařízení pro přípravu zápalné směsi benzínu a vzduchu v potřebném množství a v potřebném poměru vzduchu a benzínu podle zatížení motoru a jeho otáček. Hlavním úkolem karburátoru je dávkování a jemné rozprášení benzínu do proudu vzduchu nasávaného do spalovacího prostoru motoru.

Základní části[editovat | editovat zdroj]

Základní princip jednoduchého karburátoru

  • směšovací komora
  • difuzor
  • plováková komora
  • plovák
  • odvzdušňovací ventil
  • jehlový ventil
  • rozprašovací trubice
  • škrtící klapka

Další části karburátoru[editovat | editovat zdroj]

  • zařízení pro spouštění studeného motoru (přeplavovací kolík, sytič nebo přívěra vzduchu)
  • systém volnoběžných otáček
  • akcelerační pumpička
  • obohacovač částečného a plného zatížení
  • přechodový systém
  • elektromagnetický odpojovač
  • mechanismus ovládání 2.stupně (mechanicky/podtlakem)

Princip činnosti[editovat | editovat zdroj]

Při nasávání směsi do motoru prochází vzduch zúžením ve tvaru nerovnoměrného oboustranného trychtýře (difuzoru), kde díky Bernoulliho jevu stoupá rychlost proudění vzduchu a zvyšuje se podtlak, který přes trysku (injektor) přisává do proudícího vzduchu palivo z komory karburátoru a tříští jej na malé kapičky. Odsátím části paliva poklesne v plovákové komoře hladina a jehlový ventil mechanicky propojený s plovákem pootevře palivové potrubí, čímž se opět zvýší hladina paliva v komoře a jehlový ventil přítok dalšího paliva uzavře.

Rozdělení karburátorů[editovat | editovat zdroj]

Karburátory se dělí podle několika kritérií:

  • Podle polohy směšovací komory
    • spádové - kde směšovací komora je umístěna vertikálně a proud vzduchu prochází shora dolů
    • horizontální - kde směšovací komora je umístěna vodorovně
    • šikmé - kde směšovací komora je umístěna šikmo a proud vzduchu prochází shora dolů
  • Podle způsobu regulace množství směsi
    • se škrtící klapkou - proud směsi do spalovacího prostoru motoru je regulován otočnou klapkou
    • s šoupátkem - proud směsi do spalovacího prostoru motoru je regulován posuvným šoupátkem
  • Podle počtu směšovacích komor
    • jednoduché - mají pouze jednu směšovací komoru
    • dvojité (vícenásobné) - mají dvě nebo více směšovacích komor, které se otevírají naráz
    • dvoustupňové - mají dvě nebo více směšovacích komor, které se otevírají postupně podle potřeby
    • rovnotlaké - mají měnitelný průřez difuzoru, čímž se udržuje konstantní podtlak

Karburátor je velmi nepřesné zařízení, proto se od nich s příchodem emisních limitů pro osobní automobily upustilo a přešlo se na mnohem přesnější elektronicky řízené vstřikování paliva.

Druhy motorů[editovat | editovat zdroj]

Hybridní motor

V historii byly použity téměř všechny druhy motorů. Byly to zejména:

Spalovací automobilový motor[editovat | editovat zdroj]

Paliva[editovat | editovat zdroj]

V minulosti se pro pohon nákladních automobilů používaly ve větší míře i parní stroje na uhlí (např. ŠKODA Sentinel 1924-35). Během 2.světové války se z důvodů nedostatku ropy používaly vyvíječe dřevoplynu pro zážehový motor. V nedávné minulosti a ještě i dnes se používají dvoudobé zážehové motory na směs benzínu s olejem v poměru zhruba 30:1.

V současnosti se automobily opatřují převážně čtyřdobým spalovacím motorem zážehovým nebo vznětovým. Jako palivo se používá motorová nafta, benzín, LPG, CNG, v malé míře biopaliva a metanol.

Emise[editovat | editovat zdroj]

Protože emise automobilových spalovacích motorů mají nepříznivý vliv na životní prostředí, v posledních několika desetiletích je věnována velká péče čistotě výfukových plynů (emisní normy). Snížení procentního obsahu jedovatých složek výfukových plynů je dosahováno pomocí elektronického řízení motoru a použitím katalyzátoru jako součásti výfukového potrubí. Katalyzátor pro vznětový motor je mírně odlišný od toho pro zážehový motor a není schopen snižovat emise oxidů dusíku. Ty jsou u naftových motorů značné a k jejich potlačení slouží další systémy.
U vznětových motorů se běžně používá recirkulace výfukových plynů EGR. Zavedením části výfukových plynů zpět do sání motoru dochází k snížení emisí. Nevýhodou tohoto řešení je zvýšené opotřebování motoru a znečisťování motorového oleje ale i určité zvýšení spotřeby paliva.
SCR - jiný systém omezení emisí NOx používaný u nákladních automobilů využívá selektivní katalytické redukce oxidů dusíku za pomocí stlačeným vzduchem rozprašovaného prostředku AdBlue (32,5% roztok močoviny ve vodě) do výfukového potrubí. Výrobce motorů Mercedes-Benz takový systém nazývá BlueTec. Objemová spotřeba redukčního prostředku je zhruba 5-7 % spotřeby nafty.
Výfukové plyny naftových motorů obsahují vysoké množství tuhých částic - sazí. Tyto částice po vdechnutí do plic působí rakovinotvorně. K jejich zachytávání se začínají používat tzv. "filtry pevných částic" DPF. Ve výfukovém potrubí jsou umístěny těsně za oxidačním katalyzátorem. Bohužel provedení filtrů ještě není ustálené, standardizované a levné a přináší problémy provozovatelům aut takto vybavených.

Odpařování benzínu z volné hladiny v nádrži a z karburátoru bývalo zdrojem emisí uhlovodíků. Tomu nyní brání odvětrání palivového systému přes uhlíkový filtr. O odčerpání zachycených benzínových par z uhlíkového filtru pečuje ECU - řídící jednotka motoru.

Snížení celkového objemu výfukových plynů se dosahuje použitím přiměřeně výkonných motorů se zvýšenou účinností.

Plnění motoru[editovat | editovat zdroj]

Zážehové motory dříve používaly pro tvorbu palivové směsi karburátor. Poslední modely karburátoru byly dost dokonalé, ale snažit se o další zlepšování parametrů pneu-elektro-mechanického zařízení již nebylo vhodné. Od 90. let jej nahradilo elektronicky řízené nízkotlaké vstřikování benzínu do sacího potrubí v prostoru před sacím ventilem a to společnou tryskou (SPI = Single-point injection) nebo tryskami zvlášť pro každý válec (MPI = Multi-point injection). Do vstřikovacích ventilů ovládaných z ECU je benzín pod tlakem dopravován elektrickým čerpadlem umístěným přímo v nádrži. Množství vstřikovaného paliva je vypočteno na základě údajů mnoha čidel tak, aby byl benzín se vzduchem ve stechiometrickém poměru. Čidlo zvané lambda sonda hlídá množství zbytkového kysliku ve výfukových plynech před katalyzátorem a řídící jednotka podle jejího signálu upraví vstřikování tak, aby do katalyzátoru nepřicházel plyn s vysokým podílem uhlovodíků, oxidu uhelnatého nebo oxidů dusíku. Řízení motoru lambdasondou zajišťuje dokonalé seřízení směsi a kromě velmi nízkých emisí je i chod motoru kultivovaný. Je-li však lambdasonda nebo jiná součást elektronického řízení vadná, motor může mít i enormní emise, nebo přestane fungovat.

GDI - přímé vysokotlaké vstřikování benzínu do spalovacího prostoru v okamžiku končící komprese má ještě lepší parametry ale je mnohem náročnější na materiál ventilů a elektronické řízení. Různí výrobci nazývají své neběžné konstrukce různě. Tak například VW používá název TSI pro své zážehové motory s přímým vstřikem benzínu a s dvojím přeplňováním (turbo + mechanický kompresor v nízkých otáčkách). Toto je však příklad motoru s velmi vysokým měrným výkonem, u běžných zážehových motorů se přeplňování nepoužívá.

Vznětové motory TDI na rozdíl od SDI používají turbodmychadlo pro zvýšení objemu plnícího vzduchu (maximální tlak přibližně 2 bar). V dnešní době je většina vznětových motorů i v osobních automobilech přeplňovaných. Motory se vstřikováním Common rail nepoužívají pro každý válec zvláštní plunžr. Místo toho se používá čerpadlo dodávající naftu do zásobníku tlaku společného pro všechny válce. Tím zásobníkem tlaku je pružná kovová trubka (tlak přibližně 1800 bar). Z ní vedou trubičky do jednotlivých piezoelektrických injektorů. Bylo tím dosaženo lepšího řízení a kvality rozprášení při jednodušší konstrukci. Citlivost na kvalitu paliva je ale ještě větší.

Konstrukce[editovat | editovat zdroj]

V konstrukci samotného motoru dochází k pozvolnému vývoji. Jako materiál bloku motoru a hlavy se dnes místo litiny používá hliník. Je-li použita neodpovídající chladící kapalina, hrozí poškození předně hlavy válců. Ventilový rozvod SV se již dlouho nepoužívá. Běžně se stále používá rozvod OHV ale nové konstrukce upřednostňují rozvod OHC. U víceventilových konstrukcí se z prostorových důvodů nevystačí s jedním vačkovým hřídelem a použije se rozvod DOHC se dvěma vačkovými hřídeli v hlavě. V nedávné době bylo v módě používat pro pohon OHC ozubené řemeny místo řetězů. Řemeny ale ukončují svou životnost náhlým přetržením při kterém dochází k vážnému poškození motoru. Proto se v poslední době opět více uplatňuje rozvodový řetěz. U starých motorů nebyly dříky ventilů utěsněné a motorový olej tak mohl ve větší míře pronikat přímo do výfukového potrubí. Takový motor měl znatelnou spotřebu oleje. Dnešní motory mají díky těmto těsněním téměř nulovou spotřebu motorového oleje. Oproti tomu přeplňované motory mají mírně zvýšenou spotřebu oleje, zaviněnou únikem oleje z ložisek turbodmychadla do sání a do výfuku, kterému nelze zcela zamezit. Dost se rozšířily konstrukce s větším počtem ventilů na jeden válec. Přitom se používají zdvojené sací ventily, někdy i výfukové. Například označení 16V má čtyřválcový motor se čtyřmi ventily ve válci. I nadále je to ale luxus. Běžně se používají hydraulická ventilová zdvíhátka s automatickým vymezením ventilové vůle. Jsou poněkud náchylná na nečistoty v motorovém oleji. Ojediněle se objevují konstrukce říditelného časování ventilů. Vývoji podlehla také těsnění pod hlavou válců. Od papírových těsnění se začalo přecházet na náročná celokovová těsnění, ale vývoj dále směřuje ke kombinovaným.
Kompresní poměr moderních zážehových motorů je asi 10:1 což znamená, že vzduch je stlačován na tlak téměř 10 Bar. Takto vysoká hodnota ale vyžaduje palivo s oktanovým číslem minimálně 95 (běžný benzín Natural 95) a hlídání klepání motoru čidlem řídící jednotky. Je-li u zážehového motoru použito přeplňování, kompresní poměr může být nižší protože vzduch do motoru přichází již předstlačen.
Vznětové motory mají kompresní poměr asi 19:1.
Konstrukce umožňující řídit kompresní poměr má několik výrobců motorů ve vývoji a uvedení na trh se očekává v nejbližší době.
Parametr vrtání x zdvih určuje tvar pracovního prostoru válce. Číselně jsou to podobné hodnoty a zhruba lze rozlišovat motory na nadčtvercové (vrtání < zdvih), čtvercové (vrtání = zdvih) a podčtvercové (vrtání > zdvih). Nadčtvercový motor má vyšší účinnost (nižší spotřeba), ale nízké maximální otáčky. Naproti tomu podčtvercový motor je vysokootáčkový a díky tomu disponuje vyšším maximálním měrným výkonem. Dříve se používaly motory silně nadčtvercové. Dnešní běžné zážehové motory jsou slabě nadčtvercové, lehce výkonnější varianty jsou čtvercové a výkonné varianty jsou mírně podčtvercové. Vznětové motory jsou výrazně nadčtvercové.

V počátcích automobilizmu se motor roztáčel klikou. Dnes se spalovací motor uvádí do chodu startérem, zabírajícím během startování ozubením svého pastorku do ozubeného věnce setrvačníku motoru. Stejně jako dříve lze též motor nastartovat roztlačením vozidla, u nových aut se to ale nedoporučuje.

Elektrický automobilový motor[editovat | editovat zdroj]

Elektrický motor je pro použití v automobilech velmi výhodný.

V dnešní době jsou již komerčně nabízeny přestavby běžných automobilů za zhruba dvojnásobek ceny nového vozu.

Používá se synchronní elektromotor s permanentními magnety (PSM permanent-field synchronous machine), nebo asynchronní elektromotor. Ten je napájen frekvenčním měničem ovládaným akceleračním a brzdovým pedálem (nebo jsou tyto spojeny v jeden). Frekvenční měnič zajišťuje i plynulou rekuperaci. Rekuperace je automaticky deaktivována při sešlápnutí spojky a aktivaci systému ABS. Motor o trvalém výkonu 35 kW při 3500 rpm může špičkově poskytnout až 100 kW při akceleraci. Elektromotor a hlavně výkonová elektronika vyžaduje určitý systém chlazení. Napájecí napětí motoru je zhruba 350 V a podobně vysoké je i napětí zdroje (akumulátoru). Palubní napětí 12 V vytváří DC-DC měnič. Výše zmíněná technika dnes již není zvlášť převratná a představuje jen samé výhody. Veškerý problém elektrického pohonu představuje zdroj energie.

Pro širší uplatnění elektrického motoru pro pohon automobilu dosud nebyl vyvinut akumulátor, který by se lácí, životností, hmotností, kapacitou a rychlostí nabití vyrovnal palivové nádrži. Palivová nádrž sama o sobě je také relativně dost bezpečná, téměř 100% účinná a nemá velké emise. Vyvinout akumulátor schopný konkurovat palivové nádrži je vedle ovládnutí termonukleární reakce jako zdroje elektrické energie jedním z nejdůležitějších úkolů části lidstva řadícího se k euroatlantické civilizaci, vzhledem k důležitosti dopravy, ubývání fosilních zdrojů a znečisťování prostředí. Předem se dá říci, že takový akumulátor nelze očekávat.

Elektrický akumulátor:

  • umožňuje rekuperaci kinetické energie automobilu. Protože však rekuperovat je třeba pouze malé množství energie (jen takové, které by bylo brzděním disipováno), není pro tuto funkci nutná velká kapacita ale jen vysoký výkon. Tuto funkci může plnit i mechanický setrvačník, nebo jiný kapacitor. Prakticky se používají vysokokapacitní elektrické kondenzátory v systémech KERS u vozů F1.
  • není závislý na atmosférickém kyslíku

Energii pro elektromotor lze též vyrábět z plynného nebo kapalného paliva v palivovém článku. Ani ten ale není ideálním zdrojem. Kromě vysoké pořizovací ceny a určité životnosti má i emise škodlivin, určitou účinnost a neumožňuje rekuperaci. Palivové články jsou teprve ve stádiu vývoje.

Malá kapacita elektrického akumulátoru způsobuje krátký dojezd elektromobilu. Proto se velká část elektromobilů vybavuje hybridním pohonem tvořeným kombinací spalovacího motoru a elektromotoru. Hnací soustava je alternativně poháněna jedním, druhým, nebo oběma motory a přepínání zajišťují mechanické spojky. Jiné, málo rozšířené řešení hybridního pohonu automobilu, spočívá v kombinaci elektromotoru s elektrickým generátorem poháněným spalovacím motorem. Toto řešení se používá u obřích důlních sklápěček. Elektromotory jsou umístěny přímo v kolech a místo obřích hnacích hřídelů stačí rozvody elektrických kabelů. Umístění motorů přímo do kol ale není moc vhodné řešení z hlediska neodpružené hmoty, což u osobních automobilů vadí.

Externí odkazy[editovat | editovat zdroj]

  • časopis Automobil
  • článek o vývoji variabilní komprese
  • Lexikon techniky Volkswagen
  • YouTube - video k principu motoru MCE-5 1.5 VCRi]
  • YouTube - video o motoru 1.2 TSI z produkce Škoda Auto
  • YouTube - řešení elektropohonu Tesla
  • YouTube - výroba elektroagregátu BMW i3
  • YouTube - výroba elektroagregátu Volkswagen e-Up
  • YouTube - průzkum elektroagregátu Nissan Leaf
  • YouTube - sada pro přestavbu běžného auta na elektromobil
  • zf.com - elektromobilita podle ZF

Související články[editovat | editovat zdroj]