História vývoja motorov

História vývoja motorov
Benzínové motory
Pociatkom dvadsiateho storocia spôsobil vynález benzínového motora revolúciu v
doprave. Vozidlá s benzínovými motormi velmi rýchlo vytlacili z ciest vozidlá na parný,
alebo plynový pohon. Vo vzduchu lietali lietadlá pohánané benzínovými motormi až do
doby, ked sa obiavili prvé tryskové motory.
Benzínové motory sú – rovnako ako naftové a raketové – motory s vnútorným
spalovaním. Vo vnútri týchto motorov sa spaluje palivo a tým sa získava energia
potrebná na pohyb. V benzínovom motore sa miešajú benzínové pary so vzduchom a
táto zmes sa zapaluje iskrou. Zápalná zmes benzínu a vzduchu horí tak rýchlo, že
vlaastne vybuchuje a vzniknuté plyny sa velmi rýchlo rozpínajú (expandujú). U väcšiny
benzínových motorov táto expanzia pohybuje piestom vo valci a pohyb piestu sa
využíva k otácaniu kluky a tým aj k premene vratného pohybu na rotacný pohyb. Velké
motory majú väcší pocet valcov a piestov a k zapalovaniu zmesi dochádza v
jednotlivých valcoch velmi rýchlo za sebou, takže výsledná sila otácania je pravidelná a
plynulá. Rotacné benzínové motory nemajú jednotlivé valce, plyny vzniknuté
spalovaním otácajú priamo rotorom.
Dvojdobé motory
Najjednoduchší typ valcového benzínvého motora je dvojdobý motor, používaný v
niektorých malých autách, vo väcšine motocyklov a v kosackách na trávu. Každý piest
pracuje v dvoch dobách. Najskôr sa pohybuje nahor, pricom stláca zmes paliva a
vzduchu v priestore nad piestom. Súcastne je do priestoru pod piestom nasávaná
dalšia dávka zápalnej zmesi. Stlacená zmes sa zapáli iskrou vytorenou za pomoci
vysokého napätia a plyny vzniknuté výbuchom tlacia piest spät do spodnej casti valca.
Pri svojom pohybe dole piest vytlací cerstvú dávku zmesi paliva a vzduchu prepúštacím
kanálom do priestoru nad piestom. Táto cerstvá zmes vytlací výfukové plyny von
výfukovým kanálom a sama je stlacená spätným pohybom piestu nahor. V hornej
úvrati (polohe) piest zablokuje výfukový kanál, aby rozpínajúce sa plyny nemohly
uniknút. Akonáhle piest dosiahne dolnú úvrat (polohu), kanál sa otvorí. Poloha piestu
kontroluje rovnako aj nasávací kanál zmesi paliva a vzduchu ako aj kanál prepúštací.
Piest svojím pohybom hore a dole otáca takzvanou klukovou hriadelou. K nej je
pripevnený tažký zotrvacník, ktorý sa otáca aj po tom, co piest dosiahne svoju
najnižšiu polohu. Zotrvacník tak prevádza energiu z dole pohybujúceho sa piestu vo
velmi plynulý nepretržitý pohyb a núti piest pohybovat sa valcom nahor v druhej casti
každého cyklu. Výroba djojdobých motorov je pomerne lacná. Samé motory sú však
málo úcinné pri premene energie paliva v energiu pohybu, a preto väcšina velkých
motorov pracuje v úcinnejšom štvordobom cykle.
Štvordobé motory
Pri štvordobom motore pracuje každý piest na štyri doby. V prvej dobe nazývanej
nasávanie sa piest pohybuje smerom dole a nasáva zmes paliva a vzduchu do priestoru
nad piestom. Potom sa piest pohybuje nahor a zmes stláca. Táto druhá doba sa volá
stlácanie. Stlacená zmes sa zapáli pomocou iskry a výbuch stlací piest dole. Podla toho
sa tretia doba nazýva výbuch. Piest potom ešte raz ide nahor a vytlací výfukové plyny
von z priestoru valca. Štvrtá doba sa nazýva výfuk. Potom sa jednotlivé doby opakujú.
Štvordobý motor je síce úcinnejší než dvojdobý, ale aj tak dokáže premenit len
približne 33,3 % energie paliva. Štvordové motory sú omnoho drahšie na výrobu ako
dvojdobé motory.
Rotacné motory
V snahe zvýšit úcinnost sa skúšajú rôzne konštrukcie motorov, ktorý by mal menej
vratných castí. K najznámejším parí Wankelov rotacny motor. Pracuje na rovnakom
princípe ako štvordobý piestový motor, ale vybuchujúca zmes paliva a vzduchu otáca
trojstranným rotorom, ktorý sa pohybuje stále rovnakým smerom. V roku 1964 sa
objavil prvý sériový voz vybavený Wankelovým rotacným motorom s nádejami, že
práve tento motor spotrebu paliva znacne zníži. Ukázalo sa však, že Wankelov motor
má svoje vlastné problémy, obzvlášt opotrebenie líšt rotora, co vedie k prenikaniu
plynov medzi lištami rotoru a srinou rotoru. Dnešné Wankelové motory spotrebujú viac
paliva než porovnatelné piestové motory. Jedného dna snád budú zdokonalené rotacné
motory premienat energiu benzínu na energiu pohybu omnoho úcinnejšie...
Dieselové motory
Dieselový motor odvodzuje svoj názov od nemeckého inžiniera Rudolpha Diesela, ktorý
sa v devätdesiatich rokoch devätnásteho storocia skoro zabil, ked explodoval jeho
skúšobný model motora.
Dieselové motory pohánajú mnoho typov vozidiel, generátorov a rôznych farmárskych
a priemyslových strojov. Dieselový motor je formou motora s vnútorným spalovaním.
To znamená, že palivo horí vo vnútri motora a produkuje mechanickú energiu – energiu
pohybu. Vybuchujúca zmes paliva a vzduchu pohybuje piestom vo valci smerom nadol,
rovnako ako u typického benzínového motora. Piesty sa pravidelne vracajú do svojej
pôvodnej polohy a potom sa opät pohybujú smerom dole. Rady hriadelí a klukových
hriadelí premienajú vratný pohyb piestov na otácavý alebo rotacný pohyb. Každý piest
naopak núti klukový hriadel otácat sa a tažký zotrvacník vyrovnáva výslednú otácavú
silu.
Vznecovanie paliva
Hlavný rozdiel medzi benzínovým a dieselovým motorom je spôsob vznecovania zmesi
vzduchu a paliva. Pri benzínovom motore sa tak deje elektrickou iskrou. Pri dieselovom
motore sa vzduch vo valci stlací tak, že jeho teplota stúpne na viac než 500°C a
niekedy dokonca až na 2 480°C. V tomto okamihu sa vstriekne palivo a teplota vo valci
je natolko vysoká, že postací k vznieteniu paliva, bez potreby iskry so zapalovacej
sviecky. Niektoré dieselové motory majú vo valcoch elektrické zahrievacie prvky, ktoré
pomáhajú vznecovat palivo pri štartovaní studeného motora. Malé motory možno
naštartovat otácaním klúk nasadených na klukový hriadel. Velké dieselové motory sú
vybavené elektrickým štartérom prepojeným pomocou prevodov a zotrvacníkom,
najväcšie motory sa štartujú stlaceným vzduchom z kompresorov (tanky, vozidlá
pracujúce v kamenolomoch). Vznecovanie pomocou kompresie znamená, že dieselový
motor je jednoduchší a spolahlivejší než benzínový motor. Inou výhodou dieselového
motora je, že ako palivo používa naftu, ktorá vyžaduje menšiu rafináciu než benzín, a
tým je výrobne lacnejšia. Nafta je aj omnoho bezpecnejšia, pretože sa narozdiel od
benzínu nevznieti ak je v blízkosti orvorený ohen. Dieselový motor musí byt aj tažšej
konštrukcie ako benzínový pri rovnakom výkone, pretože valce musia vydržat vysoký
tlak. Ale fungovanie pri vysokom tlaku má tú výhodu, že motor je úcinnejší.
Štvordobý motor
Každý pohyb piestu pozdlž valca sa nazýva doba. Pri štvortaktnom dieselovom motore
sa pri prvej dobe piest pohybuje smerom dole a nasávací ventil sa otvorí, cím umožní
vniknutie cerstvého vzduchu do valca. Pri druhej dobe sa nasávací ventil uzavrie a piest
sa pohybuje nahor, cím stláca a tým zahrieva vzduch nad piestom. Potom sa vstriekne
palivo do horného riesoru valca. Teplo spôsobené stlacením vzduchu spôsobí
vybuchnutie paliva a vzniknuté plyny nútia piest pohybovat sa valcom nadol – k tomu
dochádza pri tretej dobe nazvanej výbuch. Pri štvrtej dobe sa piest pohybuje opät
nahor a vytlací výfukové plyny von z valca výfukovým ventilom. Výfukový ventil sa
potom uzavrie a celý štvordobý cyklus sa opakuje. Rýchlost, ktorou sa motor tocí je
riadená množstvom vstrekovanej nafty do vzduchu vo valci. Obvykle sa piesty
pohybujú nahor a nadol niekolkokrát za sekundu.
Dvojdobý motor
U jedného typu dvojdobého dieselového motora neexistujú žiadne nasávacie, alebo
výfukové ventily. Namiesto toho odkrýva piest nasávacie a výfukové kanály alebo
otvory, ked sa blízi k spodnej casti valca behom doby výbuchu. Nasávacím kanálom
prúdi dovnútra cerstvý vzduch, ktorý vytlací výfukové plyny von výfukovým kanálom
na druhej strane valca. Piest sa potom pohybuje spät nahor valcom, prikryje oba
kanály a stlací vzduch nad sebou. Rovnako ako u štvordobého cyklu sa palivo
vstrieknuté do tohoto stlaceného vzduchu vznieti a prinúti piest pohybovat sa smerom
nadol behom doby výbuchu. Pri inom type dvojdobého dieselového motora sa výfukové
plyny vytlacia jedným, alebo dvoma ventilmi v hornom priestore valca.
Chladenie
Rovnako ako pri benzínovom motore, vzniká spalovaním paliva velké množstvo tepla. V
prípade, že teplota motora príliš stúpne, stáva sa motor menej úcinným a mohol by sa
poškodit, pokial by sa presné súciastky roztiahly a zadrely. Aby sa zabránilo prehriatiu
motora používa sa chladiaci systém. Vzduchom chladené motory majú na vonkajšej
strane pripojené rebrá, ktoré zväcšujú povrchovú plochu motora a vyžarujú teplo do
okolitého vzduchu. Chladenie možno zlepšit použitím ventilátora pohánaného motorom,
ktorý ženie vzduch pomedzi rebrá. Vodou chladené motory majú vnútorné kanály,
ktorými prúdi studená voda hnaná cerpadlom. Voda pohlcuje teplo a musí sa ochladit,
než sa znovu pustí do obehu. Chladenie sa casto prevádza prehánaním vody chladicom.
Pri studenom pocasí využívajú niektoré vozidlá vodu z chladiaceho systému k
ohrievaniu kabíny vodica.