Motory

Motory
Úvod:
Motory sú stroje premienajúce energiu na pohyb alebo mechanickú prácu. Energia je
väcšinou dodaná vo forme chemického paliva (napr. benzín), pary alebo elektriny a
mechanická práca je zvycajne dodávaná vo forme rotacného pohybu hriadela. Motory
sa zvycajne rozdelujú:
1. podla typu využívanej energie, ako napríklad na paru, na stlacený vzduch alebo na
benzín
2. podla spôsobu pohybu hlavných castí na piestové a rotacné
3. podla miesta, kde nastáva premena chemickej energiu na tepelnú, na spalovacie
motory zážihové a vznetové
4. podla metódy chladenia motora na chladené vodou alebo vzduchom
5. podla poctu zdvihov piesta v rámci kompletného cyklu na dvojtaktné alebo
štvortaktné
6. podla typu cyklu na Ottov (benzínový motor) alebo dieselový motor.
Špeciálnymi typmi motorov sú motory s veterným pohonom, plynové turbíny, parné
turbíny, raketové alebo prúdové motory.
Spalovací motor:
Spalovací zážihový motor - štvortaktný:
Spalovacie motory dnes pohánajú takmer všetky automobily na svete. Na pohyb
využívajú energiu plynov vytvorených spálením pohonnej zmesi. Zážihový motor
funguje tak, že do valcov, v ktorých sú piesty, sa privádza zmes vzduchu a benzínu.
Zmes sa stlacením zahustí. Elektrická sviecka vytvorí iskru, ktorá túto zmes zapáli, a
vznikajúce plyny uvedú do pohybu piesty vo valcoch. Spálená zmes sa vypudí von. Tak
sa vytvorí cyklus. Pri dvojtaktných motoroch je na jeden cyklus potrebné len jedno
otocenie vackového hriadela.
Spalovací vznetový motor:
Mnohé autá a vlaky sú pohánané výkonnými vznetovými motormi; sú to tiež spalovacie
motory, lenže sa v nich nespaluje benzín, ale nafta. Motor pracuje podobne ako motor
spalujúci benzín, nemá však elektrické sviecky, ale je vybavený vstrekovacím
cerpadlom, ktoré dýzami vstrekuje do valcov naftu. Piest stlací vzduch, cím ho zohreje
na velmi vysokú teplotu (nad 500 oC), pri ktorej sa rozptýlená nafta vznieti - preto sa
tento motor nazýva vznetový.
Prúdový motor:
Prúdový motor (v zásade je to plynová turbína) pohána väcšinu rýchlych lietadiel.
Rýchlo sa otácajúce ventilátory v prednej casti motora nasávajú vzduch, ktorý
prechádza pod vysokým tlakom do viacerých komôr. Tam sa stlacený vzduch zmieša s
palivom; táto zmes sa zapáli, horúce spalné plyny sa rozpínajú a prúdia k výstupnej
dýze. Súcasne roztácajú turbínu, ktorá pohána ventilátory v prednej casti motora.
Vzduch prúdi nielen hlavnou castou motora, ale aj cez obtokový kanál okolo nej.
Takto sa zvyšuje celkové množstvo vzduchu prechádzajúceho motorom, cím sa
zväcšuje jeho tah. Kanál okrem toho znižuje hlucnost motora.
Parný motor (parný stroj):
Parný motor sa nachádza napríklad v lokomotíve. V kotle sa spaluje drevo alebo uhlie,
a tým vzniká teplo. Horúci vzduch a dym prechádzajú rúrkami v nádrži s vodou. Teplo
mení vodu na paru. Para prechádza rúrkami do valca, kde tlací na piest raz z jednej,
raz z druhej strany, cím ho uvádza do pohybu. Pohyb piesta sa prenáša na hnacie
kolesá rušna. Para a dym unikajú cez ventil a komínom vychádzajú von.
Elektromotory:
Elektromotory sú velmi jednoduché a spolahlivé stroje. Väcšinou sú to rotujúce stroje,
ktoré premienajú mechanickú energiu na elektrickú alebo naopak. Skladajú sa z pevne
stojaceho stojana a okolo obiehajúceho bežca. Stojan a bežec sú z elektricky vodivého
materiálu. Ked prúd prejde cez kotvu magnetu, magnetická reakcia vytvorí krútiaci
moment a kotva magnetu sa otocí. Cinnost elektrického alternátora a spojenie polí
cievky motora sú presne také ako v generátoroch. Otocenie kotvy magnetu indukuje
napätie v závitoch kotvy. Toto indukované napätie je v opacnom smere k vonkajšiemu
použitému napätiu kotvy, a preto sa to nazýva spätná alebo opacná elektromotorická
sila. Ked sa sa motor rýchlejšie otáca, zväcšuje sa spätná elektromotorická sila, až
pokým nie je takmer rovnaká ako použité napätie. Prúd je vtedy malý a rýchlost
motora zotrvá konštantná, až pokial motor nie je zatažený a nevytvára žiadnu
mechanickú prácu okrem práce potrebnej na otocenie samotnej kotvy. Pod zátažou sa
kotva tocí pomalšie, zmenšuje elektromotorickú silu a umožnuje prietok väcšieho prúdu
v kotve. Motor je tak schopný prijímat viac elektrickej energie zo zdroja a vytvárat viac
mechanickej práce.
Pretože rýchlost rotácie kontroluje prietok prúdu v kotve, je treba špeciálne zariadenia
na naštartovanie motora. Ked je kotva v pokoji, nemá vlastne žiaden odpor a ked by sa
použilo normálne pracovné napätie, bude nou pretekat velký prúd, ktorý by mohol
pokazit alternátor alebo vinutie kotvy. Na predídenie poškodeniu kotvy sa použijú
sériovo zapojené odpory, ktoré znížia prúd, pokým motor nezacne vytvárat dostatocnú
spätnú elektromotorickú silu. Cím rýchlejšie sa motor pohybuje, odpor sa postupne
zmenšuje, a to bud manuálne alebo automaticky.
Rýchlost, ktorou beží motor, závisí od sily magnetického pola pôsobiaceho na kotvu,
ako aj od prúdu v kotve. Cím silnejšie je pole, tým menší je pocet otácok potrebných
na vyrobenie dostatocne velkej spätnej elektromotorickej sily ako protiváhy použitého
napätia.
Z tohto dôvodu možno kontrolovat rýchlost motorov zmenou prúdu.
Alternatívne pohony:
Vodík:
Elektrickým prúdom sa dá voda rozložit na plyny: vodík a kyslík. Ked sa do kontaktu
dostanú vodík a kyslík, zhoria znova na vodu a vytvoria energiu. Ale vodík je príliš
vzácny na to, aby zhorel. Ovela výhodnejšie je premenit ho pomocu palivového clánku
znova na elektrickú energiu. Palivový clánok vytvorí elektrický prúd pomocou
chemického procesu. Tieto "clánky" môžu byt v rôznych velkostiach. Niektoré sú také
malé, že nahradia malé batérie, ale niektoré sa môžu využit v elektrárnach na výrobu
elektrického prúdu. DaimlerChrysler postavil autobus s týmto pohonom a Ford slubuje
prvé sériovo vyrábané auto s týmto pohonom.
Dusík:
Vedci Washingtonskej university vyvíjajú nový automobil bez škodlivých emisií. Princíp
je rovnaký ako u parného motora, až na absenciu spalovania. Namiesto toho je
stlacený tekutý dusík, ktorý sa potom premení na paru vo výmeníku tepla vplyvom
teplého vzduchu, ktorý ho obklopuje. Tento výmenník tepla funguje ako chladic auta,
ale namiesto chladenia motora vzduchom, využíva teplotu okolitého vzduchu na
zohriatie a varenie dusíku. Výsledný dusíkový plyn je dodávaný motoru, ktorý pracuje
ako parný motor, premienajúc tlak na mechanickú prácu. Jediným odpadom je dusík,
ktorý tvorí väcšinu atmosféry Zeme.