Na našom blogu sa pravidelne zaoberáme rôznymi konkrétnymi súčiastkami motora, rôznymi systémami a jednotkami, no práve sme si uvedomili, že doteraz sme sa nepozreli na spaľovacie motory ako na celok. Poďme to teda zmeniť. Dnes by sme ti chceli predstaviť článok o princípe fungovania spaľovacích motorov. Okrem popisu funkčnosti sa pozrieme na to, ako sa postupne vyvíjali motory s vnútorným spaľovaním a ako sa dostali až do dnešnej podoby.
Definícia motora s vnútorným spaľovaním
Zjednodušene môžeme povedať, že motor s vnútorným spaľovaním je strojné zariadenie, ktoré pracuje na princípe spaľovania paliva – či už benzínového alebo naftového – prostredníctvom procesu zapaľovania zmesi paliva a vzduchu, a následného pohybu piestov vo valcoch motora, pričom tepelná energia a tlak sa tu menia na mechanickú energiu.
Vyplýva z toho, že motor je komplexné zariadenie skladajúce sa z viacerých navzájom poprepájaných a úzko spolupracujúcich systémov. Aby motor s vnútorným spaľovaním mohol fungovať, a aby mohol uviesť vozidlo do pohybu, musí mať predovšetkým pevnú základnú konštrukciu. Základná konštrukcia motora sa skladá z bloku motora, resp. bloku valcov, v ktorých sa pohybujú piesty.
Princíp funkčnosti spaľovacieho motora
Základným princípom fungovania a pohybu auta je premena vertikálneho pohybu piestov na otočný pohyb kolies. To je možné dosiahnuť vďaka tomu, že energia získaná z výbuchu v spaľovacích komorách sa cez piesty a ventily prenáša na hriadele (kľukový, hnací, kardanový) a vytvára sa tak otočný pohyb. Predtým je však potrebné splniť niekoľko podmienok.
Aby motor mohol fungovať, je potrebné doň dostať palivo a vzduch. Tieto dve pracovné látky sa navzájom miešajú v primeranom pomere, aby vytvorili vhodnú zápalnú palivovú zmes. Palivo sa do motora dostane prostredníctvom palivového systému a vstrekovačov paliva, zatiaľ čo vzduch sa dostáva do motora prostredníctvom systému nasávania vzduchu cez vzduchový filter.
Na zapálenie paliva slúži elektrická iskra, ktorá sa tvorí v systéme zapaľovania, resp. na hrotoch zapaľovacích sviečok v benzínovom motore, alebo na hrotoch žeraviacich sviečok v dieselovom motore. Úlohou systému zapaľovania je v správny a pri správnej teplote zapáliť palivo vstreknuté do spaľovacej komory valca. Energiu zo vzniknutej detonácie paliva využije piest na svoj pohyb vo valci motora, čím rozpohybuje ďalšie pridružené súčiastky, a pri správnom chode všetkých valcov sa tento pohyb dostane až ku kolesám vozidla.
Nemenej dôležitým systémom je systém chladenia motora, ktorý po tom, čo motor dosiahne prevádzkovú teplotu zabezpečuje, aby sa neprehrieval, a aby v tejto optimálnej teplote zostal počas celého chodu.
Zlyhanie ktoréhokoľvek z vyššie uvedených systémov by malo výrazný negatívny vplyv na chod spaľovacieho motora, skrátenie životnosti ostatných systémov, zvýšenie spotreby paliva, zníženie výkonu vozidla, zhoršenie dynamiky a stability chodu motora a ďalšie dôsledky, ktoré by mohli vyústiť až do zlyhania motora s vnútorným spaľovaním.
Štvortaktný verzus dvojtaktný spaľovací motor
V automobiloch sa okrem iných, menej často používaných typov spaľovacích motorov, najčastejšie používali a používajú dvojtaktné a štvortaktné motory. Nevieš presne, čo tieto pojmy znamenajú? Hneď si to vysvetlíme. Dvojtaktný motor znamená, že pracuje akoby v dvoch krokoch. Prvým krokom je nasávanie paliva do spaľovacej komory, tzv. kompresia. Piest sa v tomto okamihu pohybuje nahor a stlačí zápalnú zmes, čím sa v nej zvýši tlak, zapaľovacia sviečka ju zapáli pomocou iskry a nastane výbuch. Energia z výbuchu opäť pôsobí na piest, ktorý sa vydá smerom nadol. V tejto chvíli prechádzame k druhému kroku, ktorým je samotné spaľovanie paliva a jeho odvádzanie do výfukového systému. Keď piest ide smerom nadol, otvorí sa výfukové potrubie, v komore klesne tlak a prebytočný plyn je odvedený preč zo systému. V rovnakej chvíli sa do hornej časti spaľovacej komory znova začne vstrekovať palivo a privádzať vzduch pre vytvorenie ideálnej spaľovacej zmesi. Tento proces sa opakuje.
V štvortaktných motoroch máme štyri prevádzkové kroky. Prvým krokom je nasávanie paliva a vzduchu do spaľovacej komory. Za týmto krokom nasleduje stlačenie tejto zmesi piestom, čím sa zvýši tlak zmesi. Následkom tohto stlačenia je zvýšenie teploty zmesi a výbuch vďaka iskre zo zapaľovacej sviečky. Posledným, štvrtým krokom, je odvedenie výfukových plynov. Keďže v týchto motoroch máme 4 prevádzkové kroky, z konštrukčného hľadiska je najvýhodnejšie použitie 4, prípadne 8 valcov, pričom v každom z nich môže práve prebiehať iný z týchto štyroch taktov.
História vzniku a vývoja spaľovacích motorov
Už od 17. storočia sa rôzni inžinieri snažili vytvoriť účinný motor, ktorý by pracoval na princípe „skrotenia“ energie z výbuchov rôznych látok. Už vtedy si odborníci totiž uvedomovali, že ak vybuchne napríklad strelný prach, uvoľní sa z neho veľké množstvo tepla a energie, ktorá bez toho, aby bola nejakým spôsobom riadená, vyvolá iba tlakovú vlnu v okolitom priestore. Snahou bolo vymyslieť systém, vďaka ktorému by sa táto energia dala využiť na pohon strojných zariadení a neskôr aj automobilov.
Počas 18. storočia sa experimentovalo s prvými spaľovacími turbínami a novými typmi kvapalného paliva. V 19. storočí sa v Anglicku navrhovali aj prvé motory pracujúce na plyn. Prakticky až na konci 19. storočia začali vznikať prvé štvortaktné spaľovacie motory. Jeden z prvých takýchto motorov vytvoril Gottlieb Daimler. Priekopníkom v rámci sériovej výroby vozidiel a spaľovacích motorov bola samozrejme spoločnosť Ford.
Výhody a nevýhody spaľovacích motorov a pohľad na moderné trendy
Spaľovacie motory ľudstvo nie len v automobilovom priemysle využíva už takmer dve storočia. Za tú dobu nám priniesli mnoho užitočného a prešli si výrazným vývojom. Hlavnou výhodou tohto typu motora je jeho pomerne vysoká účinnosť, efektívna prevádzka, relatívne nízka spotreba paliva. Od začiatku bol však vývoj spaľovacích motorov spojený aj s určitými nevýhodami, akou boli napríklad rôzne konštrukčné nedokonalosti, štartovanie pomocou iného zdroja energie, obmedzená životnosť, a samozrejme negatívny vplyv na životné prostredie.
Aj kvôli tomu sa výrobcovia za posledné desaťročia sústreďujú najmä na výrobu ekologickejších vozidiel s alternatívnymi typmi pohonu. Medzi súčasné trendy patrí elektrifikácia vozidiel a nahrádzanie motorov s vnútorným spaľovaním motormi elektrickými, hybridnými alebo prípadne vodíkovými. Napriek tomu môžeme povedať, že dnešné spaľovacie motory sú omnoho ekologickejšie než kedysi, pretože v spolupráci s modernými turbodúchadlami, katalyzátormi a ďalšími súčiastkami a technológiami s neuveriteľnou účinnosťou predstavujú pre životné prostredie omnoho nižšie riziko než autá spred niekoľkých desaťročí. Hoci sa dnes čím ďalej tým viac upúšťa od výroby vozidiel so spaľovacími motormi, tieto motory budú aj naďalej neoddeliteľnou súčasťou zlatej éry automobilového priemyslu.
Komentovať