1.1. Typy spalovacích motorů

Vzniká mechanická energie potřebná k pohybu auta, přepravy cestujících a zboží po různých komunikacích nejvyšší průměrnou rychlostí elektrárna, skládající se z motoru – hlavního zdroje mechanické energie a různých mechanismů a systémů, které zajišťují požadovaný provozní režim motoru a požadovaný charakter pohybu vozidla.

Motor — zařízení, které přeměňuje jakýkoli druh energie na mechanickou práci.

Jsou široce používány v osobních automobilech pístové spalovací motory (LED). Činnost motoru je založena na přeměně tepelné energie vznikající při spalování směsi paliva a vzduchu na mechanickou práci nutnou pro pohyb vozidla.

U spalovacích motorů používaných v automobilech může píst vykonávat translační i rotační pohyb (motory s rotačními písty). Rotační motory (používané především v některých japonských automobilech) však i přes svou malou hmotnost a velikost mají nízký ekonomický výkon a nenašly široké uplatnění.

Moderní automobilové motory se staly úspornějšími, což vedlo k výraznému snížení škodlivých emisí, tedy motory se staly šetrnějšími k životnímu prostředí. Začaly se používat alternativní druhy paliv, což umožnilo i snížení emisí škodlivých látek do ovzduší výfukovými plyny. Široce používané po celém světě plynové motory, na plynné přírodní palivo (zkapalněný a stlačený plyn). Plynové motory startují lépe než benzínové při nízkých teplotách, mají homogennější směs paliva a vzduchu a výrazně snížené množství uhlovodíků a oxidů dusíku ve výfukových plynech. Současně zůstává konstrukce benzínového motoru, na kterém je instalován systém přívodu plynu, prakticky nezměněna, s výjimkou systému přívodu paliva. Zejména použití zkapalněných ropných plynů umožňuje snížit obsah škodlivých látek ve výfukových plynech o více než 10 %.

Jako palivo pro automobily lze použít různé alkoholy. Zejména ethanol a metanol. Použití alkoholů v jejich čisté formě je komplikováno jejich vysokým výparným teplem a nízkým spalným teplem. V takových vozidlech je startování studeného motoru obtížné, proto se alkoholy (například etanol) používají jako 10procentní přísada do benzínu.

Aplikace methanol — alkoholové palivo získané v procesu rafinace ropy nebo uhlí poskytuje 5% snížení škodlivých emisí ve srovnání s benzínem. K nevýhodám metanolového paliva patří jeho vysoká spotřeba: k získání požadovaného výkonu je potřeba dvojnásobné množství metanolu ve srovnání s benzínem.

Některé země se jej pokusily využít ethanol — alkoholové palivo získané z rostlin (kukuřice, cukrová třtina atd.). Etanol je svými vlastnostmi podobný metanolu a také snižuje škodlivé nečistoty ve výfukových plynech. Výfukové plyny z motorů na etanol však nepříjemně zapáchají a způsobují podráždění sliznic.

Pracuje se také na vytvoření spalovacích motorů, které běží dál vodíkové palivo. Vodík (H₂) je hořlavý plyn, který se při hoření spojuje s kyslíkem za vzniku vody. Vodík je podle moderních koncepcí nejslibnějším palivem pro motorová vozidla. Použití takového motoru je však komplikováno bezpečnostními problémy během pracovního procesu, složitostí vytváření systémů napájení a zásobování vodíkem.

Za povšimnutí stojí trend využívání motorů přeměňujících elektrickou energii na mechanickou u vozidel provozovaných převážně v městských podmínkách (elektromobily). Vzhledem k malým energetickým zásobám v současnosti existujících elektrických zdrojů a jejich velké hmotnosti však mají takové motory v automobilech omezené uplatnění. V dnešní době tzv hybridní motory, které mají společné zdroje energie: tepelný motor (dieselový nebo benzinový o nízkém výkonu) a elektromotor. Takové motory se vyznačují vysokým ekologickým výkonem a palivovou účinností.

Spalovací motory Automobily jsou klasifikovány podle řady základních charakteristik.

1. Druh paliva. Všechny spalovací motory pracují na směsi vzduchu a kapalného nebo plynného paliva. Používanými palivy jsou především ropné produkty a zemní plyny. Lze však použít i syntetické plyny, alkoholy, ethery a některé rostlinné oleje.

2. Způsob tvorby směsi. U spalovacích motorů se používají dva způsoby přípravy směsi paliva a vzduchu: mimo válce, ve kterých se směs spaluje, a přímo ve válcích. Spalovací motory se proto obvykle dělí na motory s vnější a vnitřní tvorbou směsi.

Vnější tvorba směsi se používá u motorů na kapalná, snadno se odpařující paliva (benzín) a na plynné palivo. U spalovacího motoru s vnější tvorbou směsi vstupuje do válců motoru předem připravená směs paliva a vzduchu v určitém procentuálním poměru vzduchu a paliva.

Tvorba vnitřní směsi se používá u motorů, které pracují převážně s těžkými frakcemi ropných produktů. Takové motory se nazývají dieselové (pojmenované po svém vynálezci R. Diesel) a palivo se podle toho nazývá diesel. U vznětových motorů se palivo a vzduch dostávají do válců odděleně: nejprve je vzduch stlačován pístem a poté je pod vysokým tlakem vstřikováno určité množství rozprášeného paliva do vzduchu, který se při kompresi silně zahřívá.

3. Způsob zapálení pracovní směsi. U spalovacího motoru s vnější tvorbou směsi se používá metoda nuceného zapálení stlačené směsi umístěné ve válci z vnějšího elektrického zdroje (zapalovací svíčka). U spalovacího motoru s vnitřní tvorbou směsi se používá způsob samovznícení směsi. K samovznícení směsi dochází při interakci paliva vstřikovaného do válce se stlačeným a horkým vzduchem obsaženým ve válci.

4. Způsob regulace výkonu motoru. Regulace výkonu motoru v závislosti na jízdním režimu vozidla se provádí dvěma způsoby: kvantitativním a kvalitativním.

Kvantitativní regulace se provádí změnou množství celé spotřebované směsi paliva a vzduchu pomocí škrticích zařízení a ventilů.

Kvalitativní regulace se provádí změnou jedné ze složek palivové směsi: buď množství paliva nebo vzduchu ve směsi palivo-vzduch při zachování konstantního objemu spotřeby směsi.

5. Způsob realizace pracovního cyklu. Dvoudobé a čtyřdobé motory.

6. Počet a uspořádání válců. Jednoválec, víceválec (jednořadý, jednohřídelový řadový, víceřadý, protilehlý a tvaru V).

7. Způsob chlazení motoru. Kapalinové, vzduchové nebo smíšené chlazení.

8. Stupeň rychlosti. Nízkootáčkové motory s průměrnou pístovou rychlostí do 10 m/s, rychloběžné motory s průměrnou pístovou rychlostí více než 10 m/s.

9. Pracovní objem válců (objem). Mikroobjemové motory (do 1 l), maloobjemové motory (do 2 l), středněobjemové motory (do 4 l) a velkoobjemové motory (více než 4 l).

Bez ohledu na použité palivo a rozlišovací znaky elektrárny s pístovými spalovacími motory mají určitou skladbu mechanismů a systémů.

Složení elektrárny: motor je základem elektrárny, přeměňuje tepelnou energii na mechanickou; klikové a ventilové časovací mechanismy; systémy zajišťující chod motoru: mazání, chlazení, přívod paliva a vzduchu, startování motoru, zapalování (pouze u motorů s vnější tvorbou směsi), softwarové řízení chodu motoru, odvod výfukových plynů a odvětrávání klikové skříně motoru.

Elektrocentrála je na vozidle umístěna tak, aby všechny systémy obsluhující motor byly co nejblíže k ní – aby se zmenšily celkové rozměry agregátu a zkrátila se délka potrubí. Toto uspořádání usnadňuje údržbu, snižuje vibrace a zlepšuje podmínky ovládání motoru.

V současnosti jsou nejpoužívanější u osobních automobilů čtyřdobé motory s vnější tvorbou směsi paliva a vzduchu, nuceným zapalováním a komplexním mikroprocesorovým systémem řízení vstřikování paliva a zapalování směsi. Používají se motory s počtem válců od tří do osmi, s jejich řadovým uspořádáním nebo do V. Válce mohou být umístěny svisle nebo v úhlu až 30° k vertikální rovině. Nakloněná poloha válců se používá ke snížení výšky motoru, usnadnění údržby a nezbytných úprav. Celkový pracovní objem motorů je 1-4,5 l; rychlost otáčení klikového hřídele je asi 7 000 min −1; kompresní poměr – 9-11; měrná spotřeba paliva 235-300 g/(kW h).

Většina vozů má rozložení motoru podélně, ale pro zmenšení vyčnívající části motorového prostoru (což výrazně zlepšuje výhled pro řidiče), pokud to velikost motoru umožňuje, se používá i uspořádání příčné.

Provozní podmínky vozidel kladou na motory řadu požadavků, z nichž hlavní je poskytnout potřebný výkon s malými celkovými rozměry; spolehlivost provozu a dlouhá životnost motoru a jeho systémů; vysoká účinnost a nízké emise škodlivých látek do životního prostředí s výfukovými plyny. Další nezbytnou podmínkou výkonu vozidla je snížení vibrací a hluku způsobeného chodem motoru.