Druhy motorů – Rozdělení spalovacích motorů

Každý motorista a automobilový nadšenec zná slovo „motor“. Toto slovo je latinského původu a v překladu znamená „hybnost“. Motorů je mnoho druhů i paliva, které je pohání. Zkusíme si proto motory trochu roztřídit a rozčlenit do kategorií.

Pístový spalovací motor

Pístový spalovací motor je ten nejvíce používaný motor v automobilech. Jedná se o motor, který většinou přenáší pohyb pístu (při detonaci v komoře, kde je píst, která způsobí jeho pohyb) na klikovou hřídel a tím dochází k přeměně tepelné energie na pohybovou.

Základní rozdělení spalovacích motorů

Spalovací motory lze rozdělit do dvou kategorií. Jedna z nich je již pouze historická a dnes se s ní, už nesetkáme a to jsou motory s vnějším spalováním. V dnešní době jsou všechny motory se spalováním vnitřním a ty lze rozdělit na dvoutakty a čtyřtakty.

Motor s vnějším spalováním

Motory s vnějším spalováním mají oddělenou spalovací komoru, neboli v jejich soustavě je obsažen výměník tepla. Zde dochází k ohřevu média, které většinou tím, že přechází v jiné skupenství následně tvoří hybnou sílu, není to však podmínkou a hybnou sílu může tvořit i teplo, nebo sálání. Nevýhodou těchto motorů je především rozměr. Kvůli oddělení spalování a potřebě výměněníku mají velké rozměry. Nejsou však tak náchylné na kvalitu paliva a mohou dosahovat nižších emisních hodnot.

Parní stroj

Prvním představitelem motoru s vnějším spalováním byl parní stroj. Je zde krásně patrné právě ono oddělení komor. Kdy se v kotli rozdělal oheň a kotel následně ohříval výměník s vodou , kde díky vysoké teplotě přecházela voda do plynného skupenství, kdy je tento plyn rozdělen přes regulátor, kde dále nejčastěji putoval do šoupátek a z nich do válců. Tam pára svým tlakem způsobovala pohyb válce, kde byla použitá pára opět přes šoupátko vypuštěna ven. Tento stroj je jasným příkladem přeměny tepelné energie na mechanickou. Jednalo se většinou o rotační pohyb. První parní motor vznikl už v roce 1765 a první parní automobil se projel po české zemi na počátku 19. století.

Plynová turbína

Plynová turbína je opět příkladem převodu tepelné energie na pohybovou. Proč vlastně zmiňujeme tepelnou turbínu. Zmiňujeme ji především proto, že se objevila v automobilu a některé automobilky, dokonce zvažovali a vyvíjeli její použití ve svých vozech. Příkladem vozu s turbínou je Chevrolet Corvette z roku 1979 s 892 koňmi. Toyota dokonce vyvíjela a hrála si s myšlenkou turbínových motorů a nebyla sama.

Turbína funguje tak, že rozehřáté plyny roztáčejí její lopatky a tím přenáší pohyb na hřídel. O ohřátí plynů se v turbíně stará kompresor, či spalovací komora. Turbíny jsou Izobarické, kdy plyn vstupuje do turbíny pod stejným tlakem a nebo izochorické, kde se vstupní tlak dávkuje. Konstrukce turbín jsou dále axiální, zde probíhá plyn rovnoběžně s osou, a nebo radiální, kde plyny proudí kolmo na osu turbíny.

Turbo

Plynová turbína dala vzniku turbodmychadla, které dnes dobře známe. Toto je krásný úkaz plynové turbíny, která využívá energii výfukových plynů. Turbo právě většinou pracuje, jako izobarická turbína, protože jsou do něj plyny dávkovány v impulzích. Za pomoci zásobníku, by však mohlo pracovat i izobaricky.

Stirlingův motor

Stirlingův motor je mnohem účinnější než parní stroj, dokonce dá se říci srovnatelný účinkem se spalovacími motory s vnitřním spalováním. Motor je tzv. teplovzdušný, neboli tak, že motor k spalování nepotřebuje výbušnou směs uvnitř válce. Dochází zde k ohřívání a následnému chlazení vzduchu, který rozhýbává písty. Kdy je v jednom válci horký vzduch a ve druhém studený, kde je vzduch přepouštěn přes regulátor. Motor byl vynalezen panem Stirlingem roku 1816.

Motory s vnitřním spalováním

Nyní se ocitáme v současnosti a řekneme si něco o nejpoužívanějších spalovacích motorech. Tento motor spaluje za pomoci detonace palivo většinou smíšené se vzduchem ve spalovací komoře. Detonace, která vznikne při zapálení paliva přeměňuje tepelnou energii na pohybovou.

Žárový motor, aneb něco speciálního

Žárový motor je něco velmi specifického a zvláštního. Tento typ spalovacího motoru má zvláštní typ průběhu. Tento typ má tzv. “žárovou komůrku”, která je propojena s prostorem válce. Zastudena musí být komůrka ohřátá například vnějším zdrojem tepla, aby bylo možné palivo následně v prostoru válce vznítit. Po rozběhnutí a mírném zahřátí motoru, již není zahřívání komůrky nutné. Jinak funguje na principu, jako vznětový motor.

Palivo

Abychom uvedli motor do provozu je vždy potřeba paliva. Palivo dělíme dle jeho skupenství, tak i dle oktanového čísla a například dle bodu vznícení. Nejběžnější paliva si uvedeme zde.

Benzín (zážehový motor)

Zážehový motor potřebuje benzín. Benzín řadíme dle oktanového čísla a to především na 95, či 100 oktanový benzín. Čím je vyšší oktanové číslo tím je potřebná teplota k samovznícení vyšší. Do benzínu se také mohou přidávat přísady pro mazání např. pro dvoutaktní motory a nebo příměs nahrazující „olovnatý benzín“ a to do veteránů.

Plyn – LPG/CNG (zážehový motor)

LPG

Zkratka „LPG“ znamená zkapalněné ropné plyny. Tato směs se používá do zážehových motorů, kdy se benzínové motory mohou kvůli úspoře paliva přestavit na LPG, kdy je tento pohon podstatně levnější než benzín. Nicméně většinou se tím mírně zvýší spotřeba a u starších přestaveb poklesne výkon, dnes už je tato situace jiná a přestavby jsou mnohem dokonalejší.

CNG

Plyn typu CNG je založený na Metanu. Oproti LPG je bezpečnější a šetrnější k přírodě. Je stabilnější svým složením. U použití CNG naopak může výkon motoru ještě vyrůst.

Ethanol E85 (zážehový motor s nepřímým vstřikováním)

Hlavní složku tohoto paliva tvoří Ethanol. Zážehové motory mohou být provozovány, a nebo přestavěny na Ethanol (pouze však nepřímovstřikové motory). Tyto přestavby jsou levnější než přestavby na plyn. Úspora, oproti benzínu je cca. 10 Kč/L, snížení emisní zátěže až o 70%, není nutnost další nádrž a přestavba je poměrně rychlá. Nevýhodou je zhoršení studených startů, zhoršení kvality oleje a možná nárůst spotřeby o cca. 30%.

Nafta / Diesel (vznětový motor)

Nafta je směsí uhlovodíků a vyrábí se z ropy. Slouží, jako pohon pro vznětové motory. Dieselové motory mají obvykle nižší spotřebu a zvládají větší zatížení. Nafta je mastnější než benzín.

Elektřina

Elektřina, jako zdroj pohonu vozů je trendem poslední doby. Je protěžována vzhledem k tomu, že tyto vozy neprodukují výfukové plyny. Otázkou zůstává, jak se elektromobilita, bude vyvíjet dále a zda se bude jednat o opravdu plnohodnotnu a finančně dostupnou alternativu, ale to ukáže až čas.

Plně elektrické automobily

Tyto automobily používají pro svůj pohon pouze elektřinu a dobíjí se ze sítě.

Hybrid a plug-in hybrid

Tyto motory používají kombinaci elektromotoru a zážehového moturu.

Rozdělení na dvoutaktní a čtyřtaktní motor

Dvoutakt

Motor nemá ventilový rozvod a je nutné přidávat olejovou přísadu do paliva. Použití např. v zahradní technice, některých motorkách, byl používán i v automobilu např. Trabant 601.

Čtyřtaktní motor

Má vlastní okruh mazání motoru a ventilový rozvod. Všechny motory v dnešních vozech jsou čtyřtakty a to z 99 %.

Rozdělení motorů dle počtu válců a jejich uspořádání

Motory mohou disponovat různým počtem válců a to od 1 až po například 16. Počet válců se většinou označuje velkým písmenem „V“. Válce mohou být pak různě uspořádány.

Řadový motor

Válce jsou uspořádány v řadě za sebou. Případně může být uspořádán tzv. do „U“ ve dvou řadách vedle sebe.

Vidlicový

Válce jsou uspořádány do písmena „V“ a svírají mezi sebou 60, či 90 stupňů.

Uspořádání válců tzv. „W“

V tomto uspořádnání je kombinací vidlicového a řadového uspořádání válců.

Boxer

Tento motor je typický pro značku Subaru. Jedná se o motor s dvěma řadami válců naproti sobě na obou stranách klikového hřídele. Existuje i jeho tzv. „H“ varianta, která používá dva klikové hřídele.

Wankelův motor

Wankelův motor je velice zajímavým řešením. Jedná se o spalovací motor ve kterém trojboký píst rotuje v oválné skříni a tím pádem není třeba klikové hřídele. Nepotřebuje dokonce ani rozvodové zařízení, ale je velmi choulostivý na těsnost a podléhá většímu opotřebení, tím pádem častým GO motoru. Dokáže dosahovat úctyhodných výkonů vzhledem k objemu a to bez nutnosti přeplňování, bohužel jeho provoz je poměrně drahou záležitostí. Tyto motory používala například automobilka Mazda.

Atmosféra, turbo a kompresor aneb plnění motoru

Tento termín můžete slyšet z úst mnoha lidí debatující o vozidle. Co tyto slangy znamenají?

Atmosférický motor

Atmosférický motor pracuje pouze s atmosférickým tlakem vzduchu. Není tedy přeplňovaný za pomocí turbodmychadla. Je jednoduchý konstrukčně a odpadá nám starost o turbo, či kompresor.

Kompresor

Některé motory mají kompresory, které do nich vhání více vzduchu, než by bylo možné u klasického atmosférického plnění. Jeho hlavní rozdíl oproti turbu je to, že je roztáčen buď pohonem od kliky, řemenu, nebo elektromotorem a sám spotřebuje část výkonu. Turbo je roztáčeno výfukovými plyny. Výkon kompresoru je závislý na otáčkách motoru čím více točí motor tím více točí i kompresor a jeho výkon, je tak díky tomu vcelku lineární.  Kompresor není tak šetrný ke spotřebě, jako turbo.

Turbodmychadlo

Turbodmychadlo, jak již zaznělo roztáčí výfukový systém, má optimální i největší účinnost v určitých otáčkách. Příznivě dokáže ovlivnit spotřebu (ovšem záleží na perforaci vozu), například u dieselových motorů. Je více choulostivý než kompresor.

Kompresor/turbo

I tato kombinace existuje. Kompresor optimalizuje výkon v nižších otáčkách a turbo naopak působí ve vyšších otáčkách. Jedná se o ideální kombinaci přeplňování.

Twincharged (bi-turbo)

Jedná se o dvě turba. Každé se roztáčí v určitých otáčkách a tím pádem eliminují tzv. “turbo díru”. K této variantě se začalo dosti přistupovat při tzv. “downsizingu”, kdy díky dvojitému přeplňování lze dosáhnout vysokých výkonů u menších obsahu motorů. Nevýhoda je ve zvýšených nákladech při poruše a vyšší složitosti systému.

Způsob plnění a přípravy směsi

Vstřikování paliva prostřednictvím palivového čerpadla je od jednoduchého systému samovolně gravitací, až po vysokotlaká čerpadla. Většinou je dnes přítomné vysokotlaké čerpadlo, které má za úkol vstřikování paliva do válců a nízkotlaké čerpadlo, které slouží pro dopravu paliva do vysokotlakého čerpadla.

Nepřímé vstřikování 

Nepřímé vstřikování je prováděno do sacího potrubí v blízkosti ventilu. Palivo je rozptylováno před sacími ventily.

Karburátor

Karburátor je čistě mechanické zařízení. Jeho úkolem je míchání směsi paliva a vzduchu. Zjednodušeně řečeno karburátor funguje na principu proudění vzduchu, kde v malém prostoru dochází k snížení jeho rychlosti a tím klesne tlak. Do této části je nasáté palivo malým otvorem a je řízeno mechanickým plovákem. Karburátor dále funguje jako škrtící klapka motoru. Výkon je regulován zcela jednoduše. Pokud je potřeba vyššího výkonu dojde ke zvětšení nasávání vzduchu a tím také k většímu přísunu paliva.

SPi – jednobodové vstřikování

Zde se jedná o vstřikování paliva elektromagnetickým ventilem do sacího potrubí všech válců. Z výše popsaného vychází i název SPI „single point injection“ nebo-li jednobodové vstřikování, lidově známé, jako “jednobodovka”.

MPi – vícebodové vstřikování

Toto je podobný způsob vstřikování jako SPi, nicméně má něco navíc. Výhodou oproti předchůdci je vícebodové vstřikování „Multi point injection“. Zde dochází ke vstřiku paliva přímo před sací ventil a tím ke zlepšení výkonu a nižší spotřebě. Navíc dochází k vytvoření „homogenní směsi“, což motoru prospívá.

Přímé vstřikování 

Přímé vstřikování je provedeno přímo do prostoru válce.

GDi

Největším rozdílem je ten, že palivo je dávkované v jiném místě. Přímý vstřik vstřikuje palivo přímo do válce. Proto je také využívána konstrukce DOHV neboli „dvě vačkové hřídele na válec“. U čtyřválcových motorů znáte tento pojem jako „16v – šestnácti ventil“. Sací kanály tohoto způsobu vstřikování vedou svisle pro účinnější plnění válců. Dále jsou jinak tvarované písty. Motory GDi využívají vysokotlaká čerpadla common rail.

Kombinované

Jedná se o kombinaci obou předchozích metod, kdy v nízkém zatížení je prováděno nepřímé vstřikování, pokud však motor přejde do vyššího zatížení přejde na způsob přímého vstřikování.

Typy rozvodových systémů

OHV – Overhead valves

U tohoto systému rozvodu jsou ventily umístěny v hlavě motoru a vačková hřídel v bloku motoru.  Přenos mezi vačkou a ventily zajišťují  zdvihátka, zvedací tyčky a vahadla.

OHC – Overhead camshaft

Zde je umístěna vačková hřídel i ventily v hlavě motoru.

DOHC – Double overhead camshaft

Je stejný, jako OHC, ale v hlavě jsou umístěny dvě vačkové hřídele.

SV – Side valves

Rozvod motoru s postranními ventily. Ty jsou umístěny na jedné nebo obou stranách válce. Zde nemůže dojít k potkání ventilů s válci.

Řešení rozvodů motoru a jejich propojení

Rozvody motoru mohou být různě spjaty a to:

• Řetězem
• Ozubeným řemenem
• Ozubeným soukolím