Auta na různé typy pohonů

1. Auta na různé typy pohonů

2. Obsah • Co jsou automobily • Rozdělení pohonů • Historie pohonůautomobilů • Pohony dnešních automobilů • Auta budoucnosti • Zdroje informací

3. Co jsou automobily

4. Co jsou automobily Slovo automobil vzniklo ze dvou slov autos (řečtina) = samostatný a mobilis (latina) = pohyb Automobil tedy definujeme jako pozemní dopravní prostředek, který je schopný se sám pohybovat (tzn. nemusí být tažen zvířecí či lidskou silou). Pohyb mu tedy umožňuje jeho vlastní pohon. Podle toho, jaká paliva do motoru používáme rozdělujeme motory například na parní, zážehové, vznětové …

5. Rozdělení pohonů

6. Rozdělení pohonů • Klasické • Parní • Spalovací zážehové s různými typy paliv • Benzín • Biopaliva a alkoholy • LPG (Liquid Propan Gas) – kapalný ropný plyn = propan-butan • CNG (CompressedNaturalGas) – stlačený zemní plyn • LNG (LiquidNaturalGas) – kapalný zemní plyn • Vodík • Spalovací vznětové • Spalovací v kombinovaném režimu provozu

7. Rozdělení pohonů • Alternativní • Elektrické s různými typy zdrojů elektrické energie • Baterie a akumulátory • Solární články • Palivové články (vodík) • Hybridní • Spalovací motor + elektromotor + akumulátor • Spalovací motor + elektromotor + setrvačník • Elektromotor + setrvačník + akumulátor • Plynová turbína + generátor + akumulátor + elektromotor • Spalovací motor + setrvačník • Vzduchové • Nukleární

8. Historie pohonů automobilů

9. Historie pohonů automobilů Parní Historie sahá až do 18. st., kdy byl vynalezen parní stroj (takže první automobily byly poháněny párou – tepelná energie vodní páry je přeměněna na mechanickou). V roce 1769 se konala první zkušební jízda parního stroje francouzského inženýra Cugnota. Jednalo se o vozidlo, které mělo usnadnit práci vojákům při vlečení těžkých děl. Sice vůz dosahoval rychlosti až 4,5 km/h, nicméně pára došla již po 12 minutách. A tak Cugnot musel svůj vůz začít zdokonalovat. Konečná verze měla celkem tři kola – dvě velká vzadu a jedno menší ozubené vpředu. Před menším kolem byl umístěn pěti tunový mosazný válec. V něm se vyráběla pára přímo za jízdy. Přední kolo bylo dále napojeno na páku, pomocí které mohlo být ovládáno. Avšak při veřejném představení došlo k první automobilové nehodě (vůz přestal být ovladatelný a narazil do zdi). Dnes si jej můžeme prohlédnout v Národním technickém muzeu na RueSaint Martin v Paříži .

10. Historie pohonů automobilů

11. Historie pohonů automobilů Parní Cugnot nebyl jediný, kdo se snažil využít páru k pohonu automobilu. Richard Trevithick v roce 1801 zkonstruoval vůz s primitivní převodovou skříni. Velký úspěch oslavil roku 1873 Francouz AmédéeBollée se svým dvanáctimístným vozem L’Obéissante (=Poslušná). Ten měl kotel vzadu a řízení volantem vpředu. Z českých techniků, kteří se zabývali parním vozem je nejvýznamnější Josef Božek. Roku 1815 jej předvedl v pražské Stromovce. V České republice vyráběly Škodovy závody v Plzni ve 30. letech 20. století nákladní automobily s parním pohonem pod názvem Sentinel. Tyto vozy se běžně používaly ještě v 50. letech.

12. Historie pohonů automobilů Trevithickův vůz BolléeovaL’Obéissante Božkův parní vůz Škoda Sentinel, model 1925

13. Historie pohonů automobilů Spalovací zážehové První dvoutaktní spalovací motor vynalezl Belgičan Lenoir. Ten pracoval na principu roztahování zápalného plynu. Avšak snad nejznámějšími vynálezci spalovacího motoru se stali Němci GottliebDaimler a Karel Benz. Daimlerův automobil uměl dosáhnout rychlosti až 18 km/h. Benzova tříkolka 15 km/h a obsahovala již čtyřtaktní motor s palivem benzínem. Zprvu konkurenti spolu nakonec založili i automobilovou firmu (1926). Poté nastoupily další automobilky, jež začaly vozy s těmito motory vyrábět. V USA to byla např. firma Ford (zakl. Henry Ford). V Anglii Rollse – Royce založena závodníkem Ch. S. Rollsem a F. H. Roycem. Prvním českým závodem byla Tatra (“NesseldorferWagenbaufabrik” - “Kopřivnická vagónka”) se svým Presidentem (1894). Nesmíme ani opomenout firmu Laurin a Klement. Tu koupily roku 1925 Škodovy závody v Plzni.

14. Historie pohonů automobilů Spalovací vznětové První vznětový motor poháněný uhelným mourem sestrojil roku 1893 Rudolf Diesel . Až v další fázi se palivem stal petrolej. V roce 1897 už měl Diesel připravený agregát, který mohl jako palivo používat naftu či olej z burských ořechů. Vznětové motory byly příliš velké a těžké, proto se zpočátku používaly díky nízké spotřebě na železnici a na moři. Použití v osobních automobilech se dočkaly až v roce 1936.

15. Historie pohonů automobilů První Dieselův vznětový motor, 1893 umístěný v hale Hmotnost několik tun Benzův motor, 1886 zabudovaný ve voze hmotnost přibližně 100 kg

16. Historie pohonů automobilů Elektrické Lidé se snažili také vyvinout vozidla poháněna elektrickým proudem, tzv. elektromobily. Úplně první elektromobil sestavil v roce 1828 Štefan Anian Jedlík, spíše se jednalo pouze o elektromotor. Vozidlo v pravém slova smyslu zkonstruovali Nizozemec SibrandusStratingh a jeho asistent ChristopherBecker. U nás se proslavil stavbou těchto elektrických vozidel Ing. Dr. František Křižík. Jeho elektromobil byl napájen olověným akumulátorem a poháněn stejnosměrným elektromotorem o výkonu 3,6 kW. Toto nebyl Křižíkův jediný model. Za zmínku stojí i třetí Landaulet. Dva elektromotory o výkonu 2,2 kW umístil na zadní kola a zabudoval také benzínový motor pohánějící dynamo => jedná se zároveň o první vůz na hybridní pohon. V Americe byly elektromobily ve velké oblibě (jednoduché ovládání, tichost, komfort), na rozdíl od automobilů se spalovacím motorem, které se startovaly klikou, byly hlučné a složité na údržbu. Zde také zkonstruovali elektromobil na solární pohon – Baker z roku 1912. S příchodem Henryho Forda, který zabudoval startér do aut se spalovacím motorem a se sériovou výrobou Fordu ,,T“ byly elektromobily postupně vytlačeny.

17. Historie pohonů automobilů Jedlíkův elektromotor , 1828 Stratinghův elektromobil , 1835 Bakerelectric z roku 1912 se solárními články na střeše Třetí Křižíkův elektromobil , 1895

18. Historie pohonů automobilů Zajímavost: Na prvních automobilových závodech konaných roku 1899 v městečku Acheres (nedaleko Paříže) zvítězil belgický závodník CamilleJenatzy s elektromobilem jménem JamaisContente (= Nikdy spokojená) přezdívaným Doutník. Překonal rychlost 100 km/h.

19. Pohony dnešních automobilů

20. Pohony dnešních automobilů • Dva základní typy spalovacích motorů • zážehový • vznětový

21. Pohony dnešních automobilů • Dva základní typy spalovacích motorů • Zážehový čtyřtaktní spalovací motor pracuje v kruhovém ději, který se skládá ze 4 fází: • Sání • Komprese • Expanze • Výfuk

22. Pohony dnešních automobilů • Dva základní typy spalovacích motorů • Zážehový čtyřtaktní spalovací motor 1. Sání Píst se pohybuje z horní úvratě do dolní. Po dosažení horní úvratě se uzavírá výfukový ventil. Při pohybu pístu do dolní úvrati je do válce dopravena nová palivová směs otevřeným sacím ventilem. 2. Komprese Píst se pohybuje z dolní úvratě do horní. Když se píst nachází v dolní úvrati, dochází k uzavření sacího ventilu. Těsně před dosažením horní úvratě dochází k zapálení směsi od svíčky.

23. Pohony dnešních automobilů • Dva základní typy spalovacích motorů • Zážehový čtyřtaktní spalovací motor 3. Expanze Píst se pohybuje z horní úvratě do dolní úvratě poháněn tlakem spalin paliva. Píst koná práci, která je převáděna na klikovou hřídel. Těsně předtím, než píst dosáhne dolní úvratě, je otevřen výfukový ventil. 4. Výfuk Píst se pohybuje z dolní úvratě do horní a vytlačuje zplodiny do výfukového potrubí. Krátce před dosažením horní úvratě je otevřen sací ventil, což napomáhá odvodu spalin z válce

24. Pohony dnešních automobilů • Dva základní typy spalovacích motorů • Zážehový čtyřtaktní spalovací motor Názorné zobrazení cyklů motoru

25. Pohony dnešních automobilů • Dva základní typy spalovacích motorů • Vznětový čtyřtaktní spalovací motor pracuje podobně jako zážehový motor v kruhovém ději, který se skládá ze 4 fází: • Sání • Komprese • Expanze • Výfuk Na rozdíl od zážehového motoru je palivo dopravováno do válce pod vysokým tlakem a odděleně od vzduchu.

26. Pohony dnešních automobilů • Dva základní typy spalovacích motorů • Vznětový čtyřtaktní spalovací motor 1. Sání Píst se pohybuje směrem dolů do dolní úvrati. Přes sací ventil je nasáván vzduch. 2. Komprese Píst se pohybuje směrem nahoru k horní úvrati. Oba ventily jsou uzavřené. Nasátý vzduch zmenšuje svůj objem, zvětšuje tlak a teplotu. Těsně před horní úvratí je do válce vstříknuto palivo.

27. Pohony dnešních automobilů • Dva základní typy spalovacích motorů • Vznětový čtyřtaktní spalovací motor 3. Expanze Oba ventily jsou uzavřené. Směs paliva a vzduchu zapálená samovznícením shoří. V pracovním prostoru válce se prudce zvýší teplota i tlak vzniklých plynů, které expandují a při pohybu pístu směrem dolů konají práci. 4. Výfuk Píst se pohybuje nahoru směrem do horní úvrati.Výfukový ventil je otevřený. Spaliny z pracovního prostoru válce jsou vytlačovány do výfukového potrubí. Výfuk je rozdělen na dvě částí: Výfuk volný následuje ještě před dolní úvratí a Výfuk nucený v důsledku vytlačování spalin pístem.

28. Pohony dnešních automobilů • Dva základní typy spalovacích motorů • Vznětový čtyřtaktní spalovací motor Názorné zobrazení cyklů motoru

29. Pohony dnešních automobilů • Spalovací zážehové s různými typy paliv • Benzín • alkoholy • LPG (LiquidPetrolGas) – kapalný ropný plyn = propan-butan • CNG (CompressedNaturalGas) – stlačený zemní plyn a LNG (LiquidNaturalGas) – kapalný zemní plyn • Vodík • Spalovací vznětové • nafta • biopaliva • Spalovací v kombinovaném režimu provozu

30. Pohony dnešních automobilů • Elektrické s různými typy zdrojů elektrické energie • Baterie a akumulátory • Solární články • Palivové články (vodík) • Hybridní • Spalovací motor + elektromotor + akumulátor • Spalovací motor + elektromotor + setrvačník • Elektromotor + setrvačník + akumulátor • Plynová turbína + generátor + akumulátor + elektromotor • Spalovací motor + setrvačník • Vzduchové

31. Pohony dnešních automobilů • Spalovací zážehové - palivo benzín • olejovitá bezbarvá kapalina • jedná se o směs uhlovodíků (např. toluen, benzen) a dalších chemikálií uvolněných z ropy při frakční destilaci • při této destilaci vznikne tzv. panenský benzín, ten svým složením nevyhovuje pro použití v motorech, a proto se musí dále upravovat • oktanové číslo – udává kvalitu benzínu (odolnost vůči spalování ve válci, což se projevuje tzv. ,,klapáním“ motoru), poměr dvou látek v benzínu – izooktanu a n–heptanu (druhy uhlovodíku)

32. Pohony dnešních automobilů • Spalovací zážehové - palivo benzín • výhody • ověřené a známé palivo s vyvinutou technologií výroby • hustá síť čerpacích stanic • nevýhody • znečišťuje životní prostředí (emise do ovzduší) • cena je odvislá od těžby ropy • zásoby ropy, ze které se benzín vyrábí jsou vyčerpatelné (odhaduje se asi ještě na 50 let)

33. Pohony dnešních automobilů • Spalovací zážehové – palivo alkoholy • nejčastěji se používají metanol (CH3OH) a etanol (C2H5OH) • výroba: metanol: z fosilních paliv (ropa, zemní plyn) katalytickou hydrogenací oxidu uhelnatého (CO) a vodíku (H2) – syntézou Co a H2 • etanol se z rostlin bohatých na cukry a škrob (obiloviny, řepa, brambory, cukrová třtina…) fermentací (kvačením) a následnou destilací • etanol je schopen vázat vodu a tudíž působí korozi motoru • metanol - toxický

34. Pohony dnešních automobilů • Spalovací zážehové – palivo alkoholy • výhody • přestavba motoru bez velkých zásahů • pokles pevných částic ve spalinách • nevýhody • etanol může způsobit korozi kovů (váže vodu) • zvýšení obsahu oxidu uhlíku ve spalinách • metanol - toxický

35. Pohony dnešních automobilů • Spalovací zážehové – palivo LPG (LiquidPetrolGas) – kapalný ropný plyn = propan-butan • vzniká jako vedlejší produkt při těžbě ropy • hlavní pozitivum – nízký obsah škodlivin (malý obsah síry, žádné benzenové uhlovodíky a olovo) • dále také obsahuje méně uhlíku, což může vést ke snížení produkci CO (oxid uhelnatý) • za normálních podmínek – plynná směs, při poměrně malém tlaku zkapalní, avšak zmenší svůj objem (z 1m3 plynu => 4 l kapaliny) • není jedovatý, je nedýchatelný (neobsahuje kyslík) • je lehčí než voda, těžší než vzduch – drží se při zemi => kvůli bezpečnosti mají vozidla s LPG vjezd do podzemních garáží zakázán • automobily na plynový pohon mají téměř stejný výkon, jako na benzín • auta s tímto pohonem vyrábí např. automobilka Renault (dvojí palivový systém => provoz na benzín nebo na plyn, přechod z jednoho druhu paliva na druhý pouze stiskem ovladače z palubní desky

36. Pohony dnešních automobilů • Spalovací zážehové – palivo LPG (LiquidPetrolGas) – kapalný ropný plyn = propan-butan • z plynové nádrže do výparníku je plyn vstřikován v kapalném skupenství (pod tlakem 7x105 – 15x105Pa) , zde dochází k přeměně na skupenství plynné, mění se zde i tlak na 96x103Pa) • výparník je spojen se sacím potrubím • v sacím potrubí je namontována ke každému válci vstřikovací tryska, každá z nich je umístěna v blízkosti sacích ventilů • ze sacího potrubí se plyn dostane do rozdělovače – zajišťuje rozdělování plynu do válců • celý systém je řízen elektronickou řídicí jednotkou • při startování je palivem benzín, běhen jízdy lze kdykoli přepnout na plyn pomocí spínače na palubní desce, ta je také vybavena kontrolkami o stavu obou paliv • jestliže dojde zásoba plynu, automobil se sám přepne na benzín

37. Pohony dnešních automobilů • Spalovací zážehové – palivo LPG (LiquidPetrolGas) – kapalný ropný plyn = propan-butan • do automobilu nutno umístit tlakovou nádrž: - nádrž válcového tvaru - do zavazadlového prostoru, snižuje jeho užitný prostor • nádrž kruhového tvaru (tzv. toroid) - je montován místo rezervního kola (to lze nahradit např. tlakovou soupravou pro opravu unikajících pneumatik)

38. Pohony dnešních automobilů • Spalovací zážehové – palivo LPG (LiquidPetrolGas) – kapalný ropný plyn = propan-butan • výhody automobilů na pohon LPG • zvýšení výkonu motoru • jednoduchá instalace bez nutnosti většího zásahu do konstrukce motoru • levnější provoz z důvodu nižší ceny - přibližně o 50% • celkově nižší emise do ovzduší • snadný přechod mezi palivy (benzín – LPG) • nevýhody automobilů na pohon LPG • nádrž snižuje užitný zavazadlový prostor nebo prostor pro rezervní kolo • vyšší náklady na přestavbu (návratnost při využívání nad 25000Km jízdy)

39. Pohony dnešních automobilů • Spalovací zážehové – palivo LPG (LiquidPetrolGas) Výparník s rozdělovačem a potrubím Typy nádrží LPG Motor se zabudovaným zařízením na LPG Ovládací panel zařízení LPG zabudovaný na palubní desce osobního vozidla

40. Pohony dnešních automobilů • Spalovací zážehové – palivo CNG (CompressedNaturalGas) a LNG (LiquidNaturalGas) • CNG = stlačený zemní plyn, zpravidla na tlak 2 x107Pa • LNG = zkapalněný zemní plyn za teploty -162°C (zmenšení objemu šestkrát) • složení: metan (CH4), dusík (N), oxid uhličitý (CO2) • lehčí než vzduch • zápalná teplota plynů je dvakrát vyšší než benzínu • tlakové nádrže vyrobeny z oceli, hliníku nebo kompozitu • zařízení pro provoz s CNG nebo LNG je podobné jako zařízení na provoz s LPG , pracuje pouze při jiných provozních tlacích

41. Pohony dnešních automobilů • Spalovací zážehové – palivo CNG (CompressedNaturalGas) a LNG (LiquidNaturalGas) • výhody - nižší produkce škodlivin (jako oxidů uhlíku, dusíku, pevných částic…) • nižší cena paliva oproti benzínu (dvakrát až třikrát) • bezpečnější provoz (díky nižší zápalné teplotě) • nevýhody • malý počet čerpacích stanic • vysoké náklady na přestavbu motoru (činí zhruba 60000 Kč) • malá dojezdová vzdálenost • nádrž snižuje zavazadlový prostor (pouze u přestavovaných vozidel)

42. Pohony dnešních automobilů • Spalovací zážehové – palivo CNG (CompressedNaturalGas) a LNG (LiquidNaturalGas) • mezi firmy, které patří k největším výrobcům automobilů na tyto pohony řadíme Volvo a Volkswagen • nejnovějším typem uvedeným do prodeje je automobil Volkswagen Golf Variant TGI BlueMotion, který je poháněn čtyřválcovým motorem o výkonu 81 kW a 1, 4 l, pohon je zde CNG, při spotřebě a nemožnosti natankovat palivo přejde systém automaticky na benzínový pohon , cena tohoto automobilu je 468 900 Kč

43. Pohony dnešních automobilů • Spalovací zážehové – vodík • jedná se o plyn, který se nalézá prakticky všude, takže jeho zásoby jsou nevyčerpatelné • je nejlehčí prvek a obsahuje pouze jeden elektron v obalu s jedním protonem v jádře • ve spalovacím motoru probíhá spalování s přebytkem vzduchu, ten odjímá teplo, čímž klesá teplota plamene nad kritickou mez (nehrozí tak samovznícení) • nízká teplota spalování brání vzniku oxidů dusíku (Nox)

44. Pohony dnešních automobilů • Spalovací zážehové – vodík • vlastnosti vodíku • vysoká výhřevnost • nízká hustota • široký rozsah hořlavosti • nízká iniciační energie • malá vzdálenost hašení • vysoká teplota samovznícení • vysoká rychlost šíření plamene • vysoká difuzivita

45. Pohony dnešních automobilů • Spalovací zážehové – vodík • Nutné úpravy motoru • nutnost vhodného vstřikovacího systému, aby se zabránilo předčasnému zapálení směsi – ideální je motor s přímým vstřikováním • systém zapalování musí být upraven a nastaven tak, aby měl dostatečnou energii k zapálení směsi, zejména upři použití chudých směsí, proto by měl být vybaven 2 zapalovacími svíčkami • musí být nastaveno přesné časování zapálení směsi • v systému vstřikování paliva i v systému zapalování musí být použity materiály, které nereagují s vodíkem • nutnost odvětrání klikové skříně, aby se nevznítilo palivo, které prosákne přes těsnící kroužky pístu • nutnost samostatných nádrží na skladování vodíku

46. Pohony dnešních automobilů • Spalovací zážehové – vodík • Typy nádrží na uskladnění vodíku ve vozidle Vodík lze skladovat 3 způsoby a to v plynné, kapalné a pevné podobě. Tomu odpovídá konstrukce nádrží. • vodík v plynné podobě při tlaku 35MPa a energetickém obsahu 3MJ/l nově se vyvíjí nádrže na 75MPa, což ovšem přináší ztrátu energie ve výši ca 15% způsobenou stlačením plynu • vodík v kapalné podobě kapalný vodík obsahuje až o 75% více energie než vodík stlačený při 70MPa pro udržení kapalného stavu musí být teplota v nádrži min. -253°C, což vyžaduje dvouplášťovou nádrž s dokonalou izolaci nádrže (např. vakuum)

47. Pohony dnešních automobilů • Spalovací zážehové – vodík • Typy nádrží na uskladnění vodíku ve vozidle • vodík v pevné podobě uchovává se ve formě hydridů hydridy vodíku na bázi lehkých kovů jsou schopny v sobě absorbovat velké množství vodíku vyrábějí se syntézou plynného vodíku s lehkými kovy (např. hořčík, hliník, vápník, lithium, sodík)

48. Pohony dnešních automobilů • Spalovací zážehové – vodík • Typy nádrží na uskladnění vodíku ve vozidle Nádrž na plynný vodík 70MPa z uhlíkových vláken (Honda CRV) Řez nádrží na kapalný vodík (prototyp Linde) Příklad nádrže na pevný vodík v podobě hydridů

49. Pohony dnešních automobilů • Spalovací zážehové – vodík • výhody • téměř žádné emise do ovzduší (za podmínky použití chudé směsi) • obnovitelný zdroj, téměř nevyčerpatelný • nevýhody • nedostatek čerpacích stanic na vodík • nebezpečí při tankování vodíku • výroba vodíku je energeticky velice náročná • použití chudé směsi má za následek nižší výkon motoru (asi o 15% v porovnání s benzínem) • skladování potřebného množství paliva v automobilu je stále v řešení

50. Pohony dnešních automobilů • Spalovací vznětové - nafta • směs ropných kapalných uhlovodíků • vře při teplotách od 180 - 370 °C • čirá až nažloutlá hořlavá kapalina • vyrábí se z ropy destilací, rafinací a dalšími složitými procesy (jako např. krakováním – tepelný rozklad složitějších uhlovodíků na jednodušší) • podstatnou vlastností je, že při nízkých zimních teplotách zamrzá, proto se na trhu setkáme se dvěma druhy motorové nafty – letní a zimní • její kvalitu udává cetanové číslo – číslo charakterizující naftu z hlediska její vznětlivosti, čím vyšší je CČ, tím motor lépe startuje, má lepší výkon, tišší a hladší chod a také složení emisních výfukových plynů je mnohem šetrnější k životnímu prostředí. Motor spalující kvalitnější naftu má i nižší spotřebu.