Automobilové motory – nekončící hra pro velké kluky

28 Bře

Henry FordAuty a automobilovými motory jsme obklopeni neustále už zhruba 130 let. Klíčkem v zapalování denně otáčejí i lidé, kteří dosud ani netuší, jak to přijde, že natankují do nádrže benzin a startují proces, jehož výsledkem je, že se mu u jeho vozu otáčejí kola. A motory aut jsou hlavně nikdy neodloženou hračkou mužů či velkých kluků.

Vzhledem k tomu, že na červenec připadlo narození Henryho Forda, skutečného zakladatele moderního automobilového průmyslu, jsou motory dobrým tématem. Můžeme si nejprve říci, jaké motory vlastně existují. Podle základních konstrukčních prvků je několik základních skupin „hnacích strojů umožňujících transformaci určitého druhu přiváděné energie na mechanickou energii“. Konstrukčně známe motory pístové (spalovací, parní), rotační (parní a vodní turbína, téměř všechny elektromotory) a reaktivní (proudové, raketové). Motory lze dělit i podle druhu přiváděné energie – na tepelné (spalovací motory, parní a plynové turbíny), hydraulické (vodní turbíny, hydromotory), elektrické (elektromotory) a pneumatické.

V čem je rozdíl?

V motorech spalovacích se tepelná energie potřebná k přeměně v mechanickou práci získává spalováním přímo v motoru. Můžeme je jednoduše rozlišit na pístové (zážehové, vznětové, parní atd.), proudové (neboli tryskové či turbínové) a lopatkové. Věčnou mužskou hračkou jsou především zážehové (benzinové) a vznětové (naftové, možná přesněji řečeno dieselové) motory. Vynález čtyřtaktního zážehového motoru je připisován především německému inženýrovi jménem Nikolaus August Otto, jenž nejprve pracoval na zdokonalení plynového motoru a v roce 1867 vynalezl motor na benzin. V roce 1876 postavil první prototyp. Vynálezcem vznětového motoru je německý inženýr Rudolf Diesel, nechal si ho patentovat v roce 1892. Oba motory pracují ve čtyřtaktním (Ottově) cyklu: sání, komprese, výbuch (u vznětových motorů se používá termín vznícení), výfuk. Princip vnitřního spalování, čili že motor pohánějí během jízdy tisíce malých výbuchů ve válcích, je rovněž stejný. Základní rozdíl je v tom, že benzinový motor nasává směs benzinu a vzduchu a stlačená směs je zažehnuta jiskrou svíčky. Vznětový motor nasává vzduch, který je rovněž stlačen, a až pak se do něj vstříkne motorová nafta. Vzhledem k tomu, že vzduch má vysokou teplotu, tak se palivo vznítí samo a nepotřebuje svíčku. Tehdejší benzinové motory neměly vysokou účinnost a Dieselův nápad spočíval v myšlence dosáhnout vyššího účinku spalováním paliva při mnohem vyšším kompresním poměru. Toho dosáhl tím, že se během stlačování vzduchu ve válci žádné palivo nenachází. Benzinový motor stlačuje směs v poměru 8:1 až 12:1 (vyšší komprese způsobí předčasný výbuch paliva), zatímco dieselový 14:1 až 25:1.

Benzinový motor

V Ottově cyklu je během sání píst ve válci v horní poloze, otvírá se sací ventil nad pístem, který jde dolů, aby nasál do válce vzduch a benzin. Ve druhém „taktu“ se vrací píst nahoru a stlačuje (kompresuje) směs paliva a vzduchu. Stlačenou směs zažehne svíčka, směs vybuchne a „pošle“ píst dolů. Když je píst ve spodní poloze, otevře se výfukový ventil, píst se vrací nahoru a vyhání zplodiny z válce. Pak začíná další cyklus. Nositelem pohybu automobilu je píst a jeho lineární pohyb nahoru a dolů. Ojnice upevněná uvnitř pístu je spojena se „zalamovanou“ klikovou hřídelí, která mění lineární pohyb v rotační. Válců, v nichž dochází k výbuchům a pohybují se písty, je v motoru většinou několik, a jsou umístěny buď v řadě za sebou do tvaru písmena V, nebo na plocho. Důležitými prvky pístů jsou pístní kroužky tvořící kluzné těsnění mezi vnější stěnou pístu a vnitřní stěnou válce. Za prvé zabraňují úniku palivové směsi i výfukových plynů ze spalovací komory do olejové vany, v níž je kliková hřídel. Za druhé brání úniku oleje z olejové vany do spalovacího prostoru válce – olej by se jinak pálil, ubýval a chod hůře mazaného motoru by byl ohrožen. Netěsnící pístní kroužky jsou příčinou ztráty oleje a snižování výkonu motoru, protože komprese palivové směsi je slabší. Často slyšíme termín „zdvihový objem“ motoru. Vyjadřuje velikost spalovací komory, přesněji řečeno rozdíl mezi jejím minimálním a maximálním objemem, čili když je píst nahoře a dole. Ten rozdíl je nazýván zdvihovým objemem a měří se v kubických centimetrech. Má-li jeden válec zdvihový objem 500 ccm (půl litru) a válce jsou čtyři, jde o motor o obsahu 2000 ccm, čili o tzv. „dvoulitr“. Zdvihový objem je částečným údajem o tom, jakého výkonu je motor schopen. Je to vlastně všechno velmi jednoduché.

Dieselový motor

Motor na naftu funguje pro laiky téměř stejně. O vyšším kompresním poměru kvůli vyšší účinnosti už byla řeč. Velký rozdíl je ve vstřikování paliva – u „dýzlu“ je to přímo do válce. Tam, kde je u zážehového motoru svíčka, čili na vrcholu válce, tam je u vznětového motoru většinou vstřikovací tryska, což je asi ta nejsložitější součástka motoru. Neustále se konstruují nové typy vstřikování paliva do vznětových motorů a hledá se optimální umístění trysky. Současné dieselové motory už jsou tak „vymakané“, že už nemají problémy se startováním za studena a jejich dynamika se už přibližuje benzinovým. Mnoho lidí neví, v čem je rozdíl mezi motorovou naftou a benzinem, který se odráží ve výkonových parametrech, spotřebě i ceně paliva. Obě látky jsou směsí kapalných uhlovodíků. Nafta je těžší, vypařuje se pomaleji, její bod varu je vyšší (170 až 360 °C podle druhu) a obsahuje větší množství atomů uhlíku v delších řetězcích. Obvykle jde o C14H30, u benzinu jde o C9H20. Výroba motorové nafty je, pokud jde o proces rafinace, jednodušší, takže také levnější. Má však větší hustotu energie (proto se jí také říká lehký topný olej nebo dieselový olej), litr nafty má téměř 39 milionů joulů, zatímco litr benzinu asi 33 milionů. Z toho lze snadno odvodit, proč vznětové motory mají nižší spotřebu než zážehové. Výrobci aut toho využívají obchodně, když nižší náklady majitele na provoz auta promítnou do vyšší pořizovací ceny.

Wankelův motor

Pomiňme dvoutaktní motory, které se u automobilů už téměř (od dob trabantů a wartburgů) nepoužívají a zmiňme ještě jeden zvláštní motor, nazývaný Wankelův podle svého vynálezce dr. Felixe Wankela (1902 – 1988). Už ve 30. letech přišel na myšlenku spalovacího motoru s rotujícím pístem. Pracovní prostor má oválný tvar a v něm se pohybuje píst trojúhelníkovitého tvaru, který se otáčí a postupně vytváří prostor pro sání, kompresi, výbuch a výfuk. Celý čtyřtaktní cyklus se odehraje během jedné otáčky. Všechny důležité motory tedy vynalezli Němci. Wankel toto řešení, jak sám uvádí, definitivně dokončil 13. dubna 1954, patentovat si ho nechal v roce 1960. Jeho motor se nikdy nedočkal takového rozšíření, jakého si „užili“ Nikolaus Otto nebo Rudolf Diesel, ale Felix Wankel je řazen mezi takové průkopníky automobilového průmyslu, jakými byli kromě Diesela a Otta i Carl Benz, Gottlieb Daimler nebo Wilhelm Maybach. V Německu skončila sériová výroba vozů s Wankelovými motory v roce 1977 a nejznámějšími auty byly spider NSU Prinz III a NSU RO 80 (firmu NSU pak pohltila značka Audi). Této technologie také využily nakrátko i automobilky Fiat, Citroën a Lada. Daleko více si oblíbili tuto koncepci Japonci, zejména společnost Mazda, jež se postarala o renesanci myšlenky Felixe Wankela. Atraktivní vůz Mazda RX-8, který měl světovou premiéru v roce 2002, používá právě tento motor. Wankelovu koncepci použila pro své motocykly firma Suzuki.

Leave a Reply