Každý z nás, kdo už někdy odklopil kapotu, ví, že hladký a naleštěný zevnějšek vozu není celá pravda. Za hliníkem, světly a kůží interiéru se totiž skrývá ještě jiný svět, který sestává z jednotlivých mechanických částí, elektroniky a kapalin. Na první pohled se takový spalovací motor se všemi svými hadicemi, trubkami a písty zdá být velmi složitý a těžko pochopitelný. Ta komplexní stránka je také pravda, ale obvykle není náročné porozumět většině pracovních kroků, pokud se na ně podíváte zblízka. Proto v tomto článku srozumitelně a jasně vysvětlíme, jak takový motor vlastně pracuje.
Stručná historie motoru
Počátky spalovacích motorů spadají až do 19. století. V roce 1863 jako první řídil vozidlo s vnitřním spalováním Belgičan Étienne Lenoir ve svém „Hippomobilu“. Nicméně jeho vozidlo zůstalo pouze pokusným objektem, protože motor na bázi terpentýnu se projevil jako příliš těžký a průměrná rychlost sotva 6 km/h nebyla nikterak vysoká. Ovšem tento pokus nebyl marný, neboť o několik let později se jistý Nicolaus August Otto chopil příležitosti a Lenoirův původní motor upravil. Agregát, kterému se i dodnes říká Ottův motor, měl již typické čtyři takty a pracoval na bázi alkoholu v kombinaci s nasávaným vzduchem.
Přesto trvalo ještě mnoho let, než u zkušebních ústrojí nedocházelo k samovolné destrukci během provozu, a první funkční čtyřdobý motor byl nakonec vyroben v roce 1876. Následovalo období bouřlivého rozvoje, jelikož první motory byly zatím objemné a neskladné a vůbec se nehodily pro použití v kočárech nebo prvních automobilech.
Nakonec se Daimlerovi, který dříve spolupracoval s Ottem na prvních spalovacích jednotkách, podařilo v roce 1889 na světové výstavě v Paříži představit široké veřejnosti svůj “Motor-Quadricycle”, což je francouzský výraz pro čtyřtaktní motor. Jednalo se o plně samostatně poháněné vozidlo, které je bezesporu považováno za milník v automobilovém průmyslu.
Proč vůbec spalování?
Když mluvíme o pohonných jednotkách v automobilech, můžeme obecně rozlišovat dvě široké kategorie. Na jedné straně stojí elektromotory, s nimiž se setkáváme stále častěji a které se montují do čím dál většího počtu vozů. Na druhé straně máme dva hlavní zástupce spalovacích motorů, a to vznětové a zážehové. Elektromotor si zasluhuje samostatný článek, protože jeho fungování je založeno na zcela jiném základu – dieselová a benzinová auta však fungují na velmi podobném principu. Hlavní rozdíl spočívá v palivu a tom, kdy, tj. při jaké teplotě, se vzněcuje.Je to totiž jádro pohonného ústrojí: vznícení paliva a energie, která při tom vzniká.
Ale vraťme se o několik kroků zpět.
Když dnes hovoříme o spalovacích jednotkách, ve většině případů máme na mysli tzv. čtyřdobé motory. To neznamená nic jiného, než že pracovní proces těchto agregátů je rozdělen do čtyř po sobě následujících kroků. Konkrétně to jsou: 1. sání, 2. stlačení, 3. spalování, 4. výfuk.
Četné motory mají čtyři takzvané válce. Podle kroku č. 1 je palivo do těchto válců nasáváno společně se vzduchem, tj. válec je jimi naplněn. Využívá se k tomu tzv. sací ventil, který se uzavře, jakmile je válec plný. Následuje další krok a píst ve válci se posouvá směrem nahoru čím stlačuje směs vzduchu a plynu, která se tím více a více zahřívá. V nejvyšším bodě pak dojde k jejímu zapálení. U benzinových motorů se tak stane, jakmile zapalovací svíčka vydá malou jiskru, která směs zažehne. U dieselových vozidel se směs vznítí samostatně, jakmile je dosaženo dostatečně vysoké teploty v důsledku komprese.
Při tomto spalování se plyny rozpínají a prudce tlačí píst směrem dolů, který pak vykoná svou práci. Poté se vrátí nahoru, otevře se výfukový ventil a spaliny mohou unikat. Poté se zahájí nový cyklus s opětovným nasáváním.
Aby se tato energie mohla přenést až na kola, mají automobily složitý systém vzájemně propojených konstrukčních prvků, které tuto přímočarou energii přeměňují na rotační pohyb. Prostřednictvím ojnic, které jsou přímo spojeny s válci, se energie přenáší na klikový hřídel, který pohání zase setrvačník, a tak dále.
Jaká je účinnost spalovacího motoru?
Jednou z velkých nevýhod těchto typů motoru z technického hlediska je efektivita využití přeměněné energie. Elektromobily často dosahují špičkových hodnot přes 95 %, o čemž se benzinovým a naftovým vozům může jen zdát. Jejich účinnost se pohybuje mezi 35 % a něco málo přes 40 %. Co je však příčinou takové nízké hodnoty?
Vysvětlení lze nalézt již v základu tohoto druhu pohonu, a to konkrétně v pohonné hmotě. Jak jsme již uvedli, při spalování se přeměňuje na tepelnou energii. Ta se nyní musí přeměnit zase na mechanickou, přičemž je nevyhnutelné, že se i do okolí uvolní jisté množství tepla. Relativní velikost plochy pístů tak způsobuje, že se energie ztrácí na stěnách.
Dalším problémem, se kterým se konstruktéři automobilů potýkají, je neustálé tření uvnitř spalovacích motorů. Každý hřídel, tyč nebo kotouč, přes který se přenáší energie, je vystaven třecím silám, které lze pomocí mazání a kvalitních materiálů snížit, ale nikdy se jich nedá zcela zbavit. I tato skutečnost má za následek snížení účinnosti vozu.
Logickým důsledkem toho je, že teoreticky vzato, značná část použitého paliva přichází nazmar, protože energie, která se jeho prostřednictvím získává, se uvolňuje do okolí nebo do jiných mechanických součástí, aniž by přispěla k pohonu vozidla.
Jaký tedy mají spalovací motory význam?
Paliva jako benzín a nafta tu s námi bezpochyby zůstanou ještě nějakou dobu. Elektromobily se sice stávají stále oblíbenějšími a začínají zásadně měnit trh s automobily, ale je nesporné, že i auta na vnitřní spalování nadále budou mít své místo. Měnící se životní prostředí, které je negativně ovlivňováno výfukovými plyny těchto vozidel, nízká účinnost spolu s rostoucími cenami pohonných hmot jim však život právě neusnadňují. Jedině trvalé zlepšování a přizpůsobování se novým podmínkám a požadavkům ze strany ekologie a společnosti mohou zajistit, že se spalovací motory budou používat i v budoucnu.
Komentovat