1) Rozdíl mezi ideálním a skutečným diagramem? (5. uvedených rozdílů)

1. Pracovní medium neopouští válec (předpokládáme uzavřený pracovní cyklus)

2. Pracovní medium je ideální pln Cv, CP, R=konstanta

3. V oběhu nedochází ke spalování (nahrazeno okamžitým přívodem tepla)

4. Stěny válce jsou adiabatické (nedochází k výměně tepla s okolím)

5. Nedochází k odvodu spalin a chlazeni je izochorickým odvodem tepla

2) Co je to atlas (popis funkce atd.)

Atlas = rovno objemový výtlačný ventil – nachází se v rozdělovacím čerpadle.

Funkce rovno objemového výtlačného ventilu

Na obrázku je ukázána funkce výtlačného ventilu s rovno objemovým odlehčením ATAS. Poloha ventilu na počátku

dopravy paliva do vysokotlakého potrubí je na obr. a). Při pokles u tlaku nad pístem čerpadla dochází k zpětnému

toku paliva z potrubí až do okamžiku, kdy ventilu zaujme polohu na obr. b). Další pohyb ventilu do dosednutí do

sedla, obr. c), zvětší volným objem potrubí o konstantní hodnotu, což vede k poklesu tlaku nafty v tomto objemu.

Proměnnost zbytkového tlaku v závislosti na otáčkách (s nárůstem otáček motoru se zvyšuje) je nevýhodná a proto

se zejména u přeplňovaných motorů nahrazují ventily rovnotlakými, které udržují ve vysokotlakém potrubí po

skončení vstřiku konstantní úroveň tlaku.

3) Co je to cetanové číslo? (Co znamená, když je moc malé a velké)

Charakterizuje náchylnost paliva k samovznícení (větší cetanové číslo=kratší průběh vznícení)

CČ se stanovuje na 1. válec motoru s přímým vstřikem, ot. 900 min-1, Ɛ=6-8. Hodnocení se provádí na základě

porovnání chování paliva s palivem složeným ze 2 základních paliv.

1)CETAN C16H34 velmi krátký průběh vzníceni (CČ= 100)

2) HEPTA METYL NONAN C16H34 (CČ=0)

Přirozené CČ většiny naftových motorů leží v rozmezí 40-55. Toto CČ vyžadují rychlobež. naft. mot. pro snadné

spuštění, měkký chod a pro optimální běh spalování. Volnoběžnějším mot. CČ 30-40.

Nízké CČ zvyšuje tvrdost motoru (zejména u rychloběž.), zhoršuje spouštění mot., vyvolává kouření (štěpení

paliva a tvora sazí), snižuje hospodárnost

Vysoké CČ palivo hoří blízko trysky, není čas k promísení paliva se vzduchem, motor kouří, zvyšuje se teplota

trysky.

4) Součinitel molekulární změny β

Β=počet kmolů spálené směsi na počet kmolů čerstvé směsi

Při spalování dochází ke směně počtu molekul (2H2+O2→2H2O β=2/3; 2H2+O2+ 4N2→2H2O+ 4N 2 β=6/7)

U plynných paliv dojde k objemové kontrakci, u kapalných paliv menší objemová dilatace (zvětšení objemu)

U VM λ=1,6-2,1; β=1,03-1,04. S klesajícím zatížením, rostoucím λ se β blíží k 1. Objemové změny se při spalování

projevují změnou mechanické práce oběhu, změnou výkonu. Kontrakce-snížení výkonu. Dilatace-zvýšení výkonu

5) Př. Výpočet (Mk a pe) z (P, n, Vz), určit který motor je zážehový a který vznětový a volbu zdůvodnit

4D, 4V

lV

n

kWP

z

e

5,1

min6000

75

1

1

1

1

lV

n

kWP

z

e

3

min4000

80

2

1

2

2

Mpap

inV

Ppi

nVpP

e

z

ee

zee

1

1.60

60005,12

475

2

2

1

NmM

n

PMnMMP

k

ekkke

119

60

60002

1075

22

3

1

1) Zákony termodynamiky

0-TÝ ZÁKON - formuluje TD rovnováhu těles.

Jsou-li každé ze dvou těles A a B v tepelné rovnováze s tělesem C, pak jsou v tepelné rovnováze také tělesa A a B.

1. ZÁKON – vyjadřuje zákon zachování energie dQ=dU ± dW

Vnitřní energie systému roste, dostává-li se mu okolní teplo a klesá, koná-li systém práci

2. ZÁKON – vyjadřuje skutečnost, že chladnější těleso nepředává teplo tělesu teplejšímu

T

dQdSS 0

3. ZÁKON –Při absolutní nule je entropie látky nulová. Nelze dosáhnout absolutní nuly (-273,15 °C). O

Přibližování absolutní nule se blíží adiabatický děj k ději izotermickému a klesá účinnost chlazení

Mpape 8,0

160

400032

4802

NmM k 191

60

40002

1080 3

2

Motor č.1 = ZM, Motor č.2 = VM(vyšší Mk, nižší n)

Pe - efektivní výkon

pe – střední efektivní tlak

Vz – zdvihový objem

n – otáčky

i – počet válců

τ – počet zdvihů

2) Ideální zážehový cyklus, P-V, T-S diagramy, účinnosti, parametry

(Z.M. OTTŮV, cyklus s izochor. přívodem a odvodem tepla)

Hlavní parametry:

Vk=kompresní objem, Vz=zdvihový objem, z-zdvih , r-poloměr kliky

Kompresní poměr Z

K

K

ZK

V

V

V

VV

V

V

1

2

1 zD

VZ

4

2 rz 2

Stupeň zvýšení tlaku při kompresi 1

2

P

P (psí)

Stupeň zvýšení tlaku při přívodu tepla 2

3

2

3

P

P

T

T (théta)

Expanzní poměr 3

4

V

V

Teplo dodané )( 23 TTcq vd Teplo odvedené )( 14 TTcq vo

Parametry jednotlivých bodu:

1. Stavová rce: )(,,; kc

ckonstccTrvp

v

p

vp

2. rce adiab. komprese: kkk vpvpkonstvp 2211

3. rce adiab. expanze: kkk vpvpkonstvp 4433

Tepelná účinnost OTTOVA cyklu: 1

11...

k

d

Odt

q

qq

p T

1. p1 T1

2. p2=p1 . Ɛk T2=T1 . Ɛ

k-1 3. p3=p2 . ϑ = p1 . Ɛ

k. ϑ T3=T2 . ϑ = T1 . Ɛk-1 .ϑ

4. p4=p3. Ɛ-k = p1 . ϑ T4=T1 . ϑ

1-2 adiabatická komprese

2-3 přívod tepla-hoření směsi – izochora

3-4 expanze zplodin hoření – adiabata

4-1 výfuk zplodin – odvod tepla – izochora

3) Co je cp a cv pro ideální a reálné děje, na čem závisí

cp měrné teplo při p=konst.

cv měrné teplo při v=konst.

Pro ideální děje v

p

c

c

Pro ideální děje je podíl roven 1,41

( )(Tfc

c

v

p závisí na teplotě)

4) Kompresní poměr Ɛ, vztah, definice

Vk=kompresní objem, Vz=zdvihový objem, z-zdvih, r-poloměr kliky

Jedná se o poměr mezi celkovým objemem (viz zdvihový a kompresní) a objemem kompresním

Kompresní poměr Z

K

K

ZK

V

V

V

VV

1 z

DVZ

4

2 rz 2

5) Střední efektivní tlak, vztah, definice

Na píst působí během pracovního zdvihu proměnná hodnota tlaku, proto se zavádí její střední hodnota. Jedná

se o tlak efektivní, tedy tlak, který koná užitečnou práci.

(Analogicky se zavádí tlak ztrátový pz, který si můžeme představit, jako stálý tlak který působí proti pohybu pístu a který vykoná

zápornou práci způsobenou zmíněným pohonem příslušenství. Opět čím větší střední efektivní tlak tím větší výkon.)

kWnMMP

MpainV

PpkWi

nVpP

kke

z

ee

zee

2

2

2

χ=1,67 1atomové plyny (He, Ar, Kr)

χ=1,41 2atomové plyny (H2, O2, N2)

χ=1,33 3atomové plyny (CO2, H2O, SO2)

Pe - efektivní výkon

pe – střední efektivní tlak

Vz – zdvihový objem

n – otáčky

i – počet válců

τ – počet zdvihů

1) Termodynamické děje v p-V, T-s

IZOCHORICKÝ DĚJ cu

IZOBARICKÝ DĚJ

IZOTERMICKÝ DĚJ

ADIABATICKÝ DĚJ (IZOENTROPICKÝ)

)(

0

.

1212

12

2

2

1

1

TTcmQ

W

P

T

P

T

konstV

v

)(

)(

.

1212

1212

2

2

1

1

TTcmQ

VVpW

V

T

V

T

konstP

P

1212

1

211

2

1

1112

2211

ln

.

WQ

V

VVp

V

dVVpW

VpVp

konstT

0

)(

.

12

1212

2211

Q

TTcmW

VpVp

konsts

v

nn VpVp

dejkypolytropic

2211

2) Ideální cyklus s isobarickým přívodem tepla (nakreslit p-V, T-s, popsat jednotlivé body)

Dieslův oběh (izobarický přívod tepla)

1-2 komprese atmosférického vzduchu – adiabata

2-3 izobarický přívod tepla – hoření paliva

3-4 adiabatická expanze zplodin hoření

4-1 výfuk zplodin – izochorický odvod tepla

Teplo dodané

)( 23 TTcq pd

Teplo odvedené

)( 14 TTcq vo

)1(

111.....

)(1

)(

)()(1

23

14

23

1423

k

k

P

vP

d

Odt

TT

TT

TTc

TTcTTc

q

qq

Kompresní poměr Z

K

K

ZK

V

V

V

VV

1 z

DVZ

4

2 rz 2

3) Střední efektivní tlak, vztah, definice

4) Karburátory (popsat proč je nevhodný jednoduchý karburátor (nakreslit char.) + vypsat korekce

p T

1. p1 T1

2. p2=p1 . Ɛk T2=T1 . Ɛ

k-1 3. p3=p2 T3=T2 . ρ = T1 . Ɛ

k-1 .ρ 4. p4=p3. δ-k = p1 . Ɛ

k. δ-k T4= T3 . δ 1-k = T1 . Ɛ

k-1 . ρ . δ 1-k = T1 . ρk

Nevýhody jednoduchého karburátoru:

Jednoduchý karburátor dodává směs, jejichž složení je závislé na

množství (hustotě) nasávaného vzduchu.

-závislost na zatížení a otáčkách

Korigované karburátory (5 způsobů):

a) Kontinuální změna odměřovacího průřezu vzduchu

b) Kontinuální změna odměřovacího průřezu paliva

c) Současná změna odměřovacího průřezu vzduchu i paliva

d) Dodatečné zřeďování bohaté směsi přídavným vzduchem

e) Úprava přívodu paliva tak, aby jeho množství pří velké rychlosti

nasávaného vzduchu rostlo pomaleji

3

4

2

3

2

1

2

3

p

p

V

V

V

V

V

V

5) Disociace

Zpětný rozklad →rozkládá se část CO2 a H2O, které vznikli spalováním paliva 2CO2 ↔ CO+ O2, 2H2O ↔ 2H2 + O2. Tyto

reakce spotřebovávají teplo! Dříve uvolněné spalováním a tím se snižuje max. teplota cyklu. Část CO a H2 se opět spálí

a uvolní se teplo, ale !!!!!! uvolněné teplo se vrací do oběhu pozdě a nepřemění se v práci. K disociaci dochází při

vysokých teplotách 1800-2000°C. Disociace se uplatňuje především u ZM s bohatou směsí (u VM nemá význam

→nižší teploty spalování)

(DALŠÍ OTÁZKY)

1. čím se liší reálný cyklus SM od ideálního SM

1. Skutečné oběhy pístových spalovacích motoru jsou otevřené-nutná výměna pracovní látky. Po ukončení

cyklu se musí odstranit spaliny a naplnit válec novou směsí. S výměnou náplně vznikají ztráty prouděním

2. Kompresní linie je nejdříve strmější (vzhledem k adiabatě) a později pozvolnější. Tyto rozdíly jsou

způsobeny teplotními ztrátami na stěnách válce.

3. Spalování neprobíhá přesně při konstantním objemu

4. Expanzní linie klesá strměji než adiabata.

2. Spalovací prostory vznětových motorů

Základním požadavek je dobré využití vzduchu k dokonalému spálení paliva. Je nesmírně důležité proudění

paliva.

a) přímý vstřik

-miskovité (elipsoidní úseč)

-hasellmanův prostor -sauerův prostor -M-proces

(dnes rozvíření směsi zajišťují

šnekové či tangenciální kanály)

b) komůrkové (dělený spalovací prostor)

-tlakové komůrky

-vírové komůrky

-vzduchové komůrky (méně používané)

3. 4D pi=1MPa, Vz=1 l, n=5000 min-1, ηe=36,5%, ηi=40%, Pi=?, Pe=?, pe=?, Mk=?

1 – char. jednoduchého karburátor

1, 2 – char. karburátoru Zenith

Sm=směšovací poměr

4. Stupeň plnosti p-V diagramu (kde se vyskytuje, co vyjadřuje a jakých nabývá hodnot)

Stupeň plnosti diagramu je vlastně účinnost a je definován jako ηpl=Wi/Wt indikovaná práce reálného oběhu/teoretická práce ideálního oběhu

Vyskytuje se u reálných oběhů, vyjadřuje ztráty chlazením, sáláním, omezenou rychlosti spalováni a rozvodovými organy. Nabývá hodnot 0.6-0.8 (nižší pro ZM, vyšší pro VM), může nabývat i vyšších hodnot pokud se počítá se středními exponenty polytrop komprese, expanze a s maximálními tlaky reálného motoru, pak to je 0.9-0.95....

5. Průtah vznícení (U jakých motorů se vyskytuje, jakých nabývá hodnot, na čem závisí)

Vyskytuje se u VM, je to doba mezi vstupem prvních částic paliva do SP a zřetelným zvýšením tlaku na

počátku hoření, který se projevuje pozorovatelným stoupnutím tlaku nad kompresní linii. Závisí především na

vlastnostech paliva (dáno cetanovým číslem) a teplota (nepřímo na tlaku)

6. Vstřikovače VM (jaké mají části, rozdělení a krátký popis trysek VM)

Vstrikovaci trysky maji za ukol vstrikout palivo do urcenych mist a musi ho rozprasit, ma to velky vliv na

dokonalost spaleni paliva a emise.

Vstřikovače mají 2 části, držák a trysku.

Trysky: otevřené (jednodušší), používají se u sdružených vstřikovačů Uzavřené (otvorové, čepové), otevírání na základě vstřikovacího tlaku. Otevíraní je jehlou jež je přitlačována pružinou

Nmn

PMMP

Mpa

inV

Ppi

nVpP

kWinVp

P

ekke

z

ee

zee

i

emmie

zii

5,72

60

50002

1096,37

2

091104,0

160

500012

496,37

2

2

9125,040

5,36

6,414

160

5000211

2

3

Pi – indikovaný výkon

pi – indikovaný tlak

Pe - efektivní výkon

pe – střední efektivní tlak

Vz – zdvihový objem

n – otáčky

i – počet válců

τ – počet zdvihů

7. Uveďte vztahy včetně ROZMĚRU pro výpočet točivého momentu, výkonu, časové spotřeby, měrné

spotřeby a středního efektivního tlaku, znáte-li všechny potřebné naměřené a konstrukční hodnoty

motoru (n, F-síla na dynamometr, r-délka ramena dynamometru, t, V, Vz, τ-taktnost). Nakreslete

charakteristiky 4D ZM

8. Tepelná hodnota zapalovací svíčky - od čeho je odvozena, co je "teplá" x "studená" svíčka

Tepelná hodnota=charakterizuje vlastnost svíčky. Máme na svíčku 2 protichůdné požadavky: 1) aby svíčka

dobře odváděla teplo ( aby svíčka nezpůsobila nechtěný zážeh), 2)svíčka byla co možná nejteplejší (chceme

aby se svíčka nezanášela spalitelnými nečistotami). Souvisí se středním užitečným tlakem pe

Studená svíčka (s vyšší tep. hodnotou) pracuje spolehlivě při vyšší teplotě motoru (při normálním provozu

zůstává chladnější

Teplá svíčka je vhodnější pro nižší tepelné namáhání (svíčka se lépe zahřeje pro menší zatížení, např. v zimě)

MpainV

PpkWi

nVpP

hodkWgP

Mm

hodkgV

M

kWnMMP

NmrFM

z

ee

zee

e

p

pe

PPp

tte

t

2

2

/

/

2

Mt – točivý moment

Pe - efektivní výkon

Mp – časová spotřeba

mpe – měrná spotřeba

pe – střední efektivní tlak

Vz – zdvihový objem

n – otáčky

i – počet válců

τ – počet zdvihů

2009

1. Základní definice všech účinností a jejich výpočtové vztahy a vztahy mezi jednotlivými účinnostmi. Chemická účinnost

(Qd = teplo dodané do cyklu, Qp = chemická energie uložená v palivu)

Tepelná účinnost

Účinnost plnosti (Wi = práce indikovaná) Indikovaná účinost

Mechanická účinnost (We = práce efektivní)

Celková účinnost (efektivní, užitečná) (Hu = dolní výhřevnost paliva)

(Qk = kondenzační teplo)

Porovnávací účinnost -teoretická -efektivní -indikovaná

Účinnost na plnění válce U 4D motorů atmosferických uvažujeme nasávací účinnost ηO; 2D a přeplňované motory plnící účinnost ηp)

(ηT; ηb; ηPa = souč. vyjadřující vliv odchylky, teploty, tlaku, vlhkosti od jmenovitého stavu) -objemová účinnost

(Vs = objem odpovídající na ose V

průsečíku tlakové čáry s atm. tlakem)

p

dCH

Q

Q

D

tt

Q

Q

t

ipl

W

W

p

iPltCHi

Q

W

i

em

W

W

HumHuM

Pe

Q

Q

pepp

emtCHime

3600

3600

kWhkJMQQQH OHhkhU /24532

4,0

11

tn

th

ePe

tn

iPi

PabTO

t

Sps

M

M

z

so

V

V

2. Způsoby regulace dodávky paliva u vznětového motoru Vstřikovací zařízení: regulace paliva -změna zdvihu čerpadla (velmi zřídka) -Vytlačujeme pořád stejné množství pro požadavek maximalního možného množství a při nižších otáčkách část vytlačeného palivapřepouštíme zpět do nádrže tvarovani regulacni hrany: a) na začátku zdvihu b) na konci zvihu c) kombinace 3. ηe=0,35, Hu=43,5 MJ/kg, mpe=?

4. Nakreslit diagram Carnotova a Stirlingova cyklu Carnotův cyklus

Práce oběhu

Účinnost

4123

1

211

3

43323124134 lnln

WW

V

VVp

V

VVpWWWWWOB

teploodvedenéV

VTRQ

teploprivedenéV

VTRQ

1

212

1

231

ln

ln

max

min

3

13

1

23

1

213

1

1

ln

ln)(

T

T

T

TT

V

VTR

V

VTTR

Q

WOBt

kWhgHu

mHum e

pe

pe

e /236105,4335,0

3600360036006

Stirlingův cyklus

Dodávané teplo: Odvedené teplo:

5. Co je to detonační hoření, co a jak ovlivňuje, jak vzniká Detonační hoření = vysoká rychlost šíření čela paliva cca 500 m/s. Zvyšují se max tlaky, a po talkovém rázu se rozkmitá náplň válce, tím se zvýší odvod tepla do stěn. Roste teplota motoru, klesá výkon, roste měrná spotřeba Palivo nemá antidetonační vlastnosti = při kompresi dojde k překročení teploty vznícení paliva a k předčasnému zážehu. Vlivem špatného chlazení, předčasného zapalování před HÚ. Při spalování nastává větvení řetězových reakcí, se zvyšující teplotou roste počet částic schopných okysličení až dojde ke spontálnímu zapálení zbytku paliva. Detonační hoření závisí na: vlastnosti paliva, počáteční teplotě oběhu, rychlost usměrného víření, tvar kompresního prostoru.

anzeaizotermickSTQ

ohrevyizochorickTcQ v

exp3444,3

233,2

kompreseaizotermickSTQ

chlazeniyizochorickTcQ v

1214,3

411,4

MOŽNÉ DALŠÍ OTÁZKY?? 1. Diagramy reálného VM, ZM 4D+2D 4D

2D

2. Ideální cyklus VM se smíšeným přívodem tepla+ jednotlivé parametry (SABATŮV obeh, smíšený přívod tepla)

Francek

p T

1. p1 T1

2. p2=p1 . Ɛk T2=T1 . Ɛ

k-1 23. p3=p2 . ϑ = p1 . Ɛ

k. ϑ T23= T2 . ϑ = T1 . Ɛk-1 .ϑ

3. p3=p23 T3=T23 . ρ = T1 . Ɛk-1 .ϑ. ρ

4. p4=p3. δ-k = p1 . Ɛk. ϑ . δ-k T4= T3 . δ

1-k = T1 . Ɛk-1 .ϑ. ρ . δ 1-k

ddp

dvd

dpdvd

qxq

qxq

qqq

)1(

3

4

2

3

2

1

2

3

p

p

V

V

V

V

V

V

)(

)2

1(

11

1

1

1

1

1323

1

31

1

1

1231

1

Tc

qppp

qqc

TkTcq

q

c

qTT

Tc

q

v

dvk

dpdv

v

k

k

vdv

dp

v

dvk

k

v

dv

)1(1

111

),,()()(

)()()(

1

233223

24233223

k

ccTdosazenipoTTcTTc

TTcTTcTTc

qq

qqq

k

k

pv

pv

vpv

dpdv

odpdv

t