Princíp fungovania malého štvortaktného vodou chladeného motora

Tento článok sa zameriava na princíp fungovania malého štvortaktného motora, ktorý je chladený vodou. Objasníme si, ako tento typ motora premieňa tepelnú energiu na mechanickú prácu, a to s dôrazom na chladenie vodou.

Tepelné motory a ich princíp

Motorové vozidlo je pozemný dopravný prostriedok, ktorý na svoj pohon využíva niektorý z druhov motora. Tepelné motory sú stroje, ktoré premieňajú časť vnútornej energie paliva uvoľneného horením na mechanickú energiu. Rozdeľujeme ich na parné motory a spaľovacie motory.

Rozdelenie tepelných motorov

Medzi tepelné motory patria:

• Parný motor:
  • Piestový parný motor
  • Parná turbína
• Spaľovací motor:
  • Piestový spaľovací motor
    • Zážihový - štvordobý motor
    • Zážihový - dvojdobý motor
    • Vznetový motor
  • Plynová turbína
  • Reaktívny motor
    • Prúdový motor
    • Raketový motor

Štvortaktný motor: Základný princíp

Štvortaktný motor je typ spaľovacieho motora, ktorý vykonáva svoj pracovný cyklus v štyroch taktoch (dobách) piesta: nasávanie, kompresia, expanzia (výbuch) a výfuk.

Štvortaktný zážihový motor

Pri štvortaktnom motore pracuje každý piest na štyri doby. V prvej dobe, nazývanej nasávanie, sa piest pohybuje smerom dole a nasáva zmes paliva a vzduchu do priestoru nad piestom. Potom sa piest pohybuje nahor a zmes stláča. Táto druhá doba sa volá stláčanie. Stlačená zmes sa zapáli pomocou iskry a výbuch stlačí piest dole. Podľa toho sa tretia doba nazýva výbuch. Piest potom ešte raz ide nahor a vytlačí výfukové plyny von z priestoru valca. Štvrtá doba sa nazýva výfuk. Potom sa jednotlivé doby opakujú. Štvordobý motor je síce účinnejší než dvojdobý, ale aj tak dokáže premeniť len približne 33,3 % energie paliva.

Prečítajte si tiež: Malý prietokový ohrievač: Čo zvážiť?

Pracovný cyklus štvortaktného motora

1. Nasávanie: Piest sa pohybuje smerom dole, čím sa zväčšuje objem valca a vytvára podtlak. V nasávacom ventile sa otvorí a do valca sa nasáva zmes paliva a vzduchu (v prípade zážihového motora) alebo len vzduch (v prípade vznetového motora).
2. Kompresia: Piest sa pohybuje smerom hore, čím stláča nasatú zmes (alebo len vzduch). Oba ventily (nasávací aj výfukový) sú zatvorené. Stláčaním sa zvyšuje teplota zmesi.
3. Expanzia (výbuch): V zážihovom motore zapaľovacia sviečka zapáli stlačenú zmes paliva a vzduchu. Vo vznetovom motore sa vstrekuje palivo do stlačeného horúceho vzduchu, čo spôsobí jeho samovznietenie. Prudké horenie vytvára vysoký tlak, ktorý tlačí piest smerom dole. Tento pohyb sa prenáša na kľukový hriadeľ, ktorý poháňa vozidlo.
4. Výfuk: Piest sa pohybuje smerom hore a otvára sa výfukový ventil. Piest vytláča spálené plyny z valca von do výfukového potrubia.

Vodné chladenie motora

Spaľovanie paliva v motore vytvára obrovské teplo. Ak by sa toto teplo neodvádzalo, motor by sa prehrial a poškodil. Vodné chladenie je systém, ktorý cirkuluje chladiacu kvapalinu (zvyčajne zmes vody a nemrznúcej zmesi) cez kanály v bloku motora a hlave valcov. Táto kvapalina absorbuje teplo z motora a odvádza ho do chladiča, kde sa teplo uvoľňuje do okolitého vzduchu.

Princíp fungovania vodného chladenia

1. Absorpcia tepla: Chladiaca kvapalina cirkuluje cez vodné kanály v bloku motora a hlave valcov, kde absorbuje teplo vznikajúce pri spaľovaní.
2. Transport tepla: Horúca chladiaca kvapalina prúdi do chladiča.
3. Uvoľňovanie tepla: V chladiči prechádza chladiaca kvapalina cez tenké trubice a rebrá, ktoré maximalizujú plochu pre odvod tepla do okolitého vzduchu. Ventilátor, umiestnený za chladičom, pomáha prúdeniu vzduchu.
4. Cirkulácia kvapaliny: Ochladená chladiaca kvapalina sa vracia späť do motora, aby opäť absorbovala teplo. Cirkuláciu zabezpečuje vodná pumpa.
5. Termostat: Termostat reguluje prietok chladiacej kvapaliny v závislosti od teploty motora. Keď je motor studený, termostat obmedzuje prietok do chladiča, aby sa motor rýchlejšie zohrial na optimálnu prevádzkovú teplotu.

Výhody vodného chladenia

• Účinnosť: Vodné chladenie je účinnejšie ako vzduchové chladenie pri odvádzaní veľkého množstva tepla.
• Stabilná teplota: Vodné chladenie udržuje stabilnejšiu teplotu motora, čo prispieva k lepšiemu spaľovaniu a nižším emisiám.
• Tichší chod: Vodné chladenie znižuje hlučnosť motora, pretože tlmí vibrácie a hluk vznikajúci pri spaľovaní.

Malý štvortaktný vodou chladený motor

Malý štvortaktný vodou chladený motor kombinuje princípy štvortaktného cyklu a vodného chladenia. Tento typ motora sa často používa v zariadeniach, kde je dôležitá spoľahlivosť, účinnosť a nízka hlučnosť, napríklad v generátoroch, vodných čerpadlách, malých stavebných strojoch a niektorých motocykloch.

Palivá pre štvortaktné motory

Ako palivá sa používajú látky, ktoré sa dobre miešajú so vzduchom a sú schopné v krátkom čase vytvoriť homogénnu zmes. Sú to napríklad: benzín, stlačený zemný plyn (CNG), skvapalnený propán-bután (LPG), alkoholy (metanol, etanol). Atraktívnym kandidátom na palivo budúcnosti pre zážihový motor je vodík.

Regulácia výkonu zážihového motora

Výkon zážihového motora sa reguluje množstvom zmesi pripadajúcej na jeden pracovný cyklus. Preto takýto typ regulácie nazývame kvantitatívnou. Najčastejšie je táto regulácia realizovaná škrtiacou klapkou v nasávacom potrubí. Pred škrtiacou klapkou je nemenný atmosférický tlak (približne 101 kPa), preto sa potrebný rozdiel dosiahne podtlakom vyvolaným pohybom piesta počas nasávacieho zdvihu. Čím viac je klapka privretá, tým vyšší podtlak je vo valci. Pri voľnobežnom režime môže tlak za škrtiacou klapkou klesnúť až na 30 kPa. Následkom takéhoto poklesu tlaku je celý tepelný obeh motora posunutý k nižším tlakom a teplotám, čo má za následok pokles jeho termodynamickej účinnosti.

Takýto spôsob regulácie je veľmi neefektívny. Z tohto dôvodu sú zážihové motory menej účinné ako vznetové a pracujú s vyššou mernou spotrebou paliva. Vzhľadom na čoraz prísnejšie kritériá, ktoré sú kladené na spaľovacie motory, najmä z pohľadu ekológie, je len regulácia škrtením množstva zmesi vstupujúcej do pracovného obehu nedostatočná.

Prečítajte si tiež: Parametre malých plynových kotlov

Najlepším a aj momentálne jedným riešením, ktoré vyhovuje aj z pohľadu ekológie a aj z pohľadu ekonomického, je presné dávkovanie paliva a vzduchu na každý pracovný obeh. Vstrekovaním paliva, teda presnou dávkou v presne určenom čase sa dnes ovplyvňujú všetky požadované faktory vyplývajúce z činnosti motora, a teda hlavne výkon v celom zložení a hospodárnosť. Účelným sa v tomto prípade javí aj miestne nastavenie jednotlivých hodnôt podľa toho, v akej nadmorskej výške sa uvažuje motor používať.

Príklad aplikácie: Autobus Škoda-Avia 706 ROH

V minulosti sa princíp vodou chladeného motora využíval aj v autobusoch. V decembri 1949 bol v továrni Avia vyrobený autobus Škoda-Avia 706 RLS, neskôr premenovaný na Škoda-Avia 706 ROH. Tento autobus mal ležatý šesťvalcový dieselový motor s objemom 11.781 ccm, ktorý bol chladený vodou. Umiestnenie motora pod podlahou umožnilo plné využitie priestoru pre cestujúcich.

Technické údaje autobusu Škoda-Avia 706 ROH

• Motor: Štvortaktný šesťvalcový Diesel s valcami v rade
• Vŕtanie a zdvih: 125×160 mm
• Obsah: 11.781 ccm
• Umiestnenie: Ležatý, vzadu pod podlahou
• Chladenie: Vodou
• Spojka: Dvojdisková suchá
• Prevodová skriňa: Wilson so 4 rýchlosťami vpred a 1 rýchlosťou vzad s predvolením
• Maximálna rýchlosť: 77,5 km/hod

Alternatívne motory a ich princípy

Okrem štvortaktných motorov existujú aj iné typy motorov, ktoré využívajú rôzne princípy premeny energie.

Motor s vonkajším spaľovaním

Motor s vonkajším spaľovaním je tepelný stroj, ktorý využíva teplo z vonkajšieho zdroja na vytvorenie energie pre pracovný cyklus. Tento typ motora využíva chemickú energiu získanú spálením paliva na ohrev pracovnej látky, ktorá následne v motore vykonáva prácu. Motory s vonkajším spaľovaním môžu byť účinnejšie ako motory s vnútorným spaľovaním. Motory s vonkajším spaľovaním sú v porovnaní s motormi s vnútorným spaľovaním pri rovnakých parametroch výkonu väčšie, ťažšie a menej kompaktné.

Stirlingov motor

Stirlingov motor je piestový tepelný stroj, v ktorom sa energia pre pracovný cyklus privádza prestupom tepla z vonkajšieho zdroja. Toto teplo sa najčastejšie získava spaľovaním, pričom to prebieha vždy mimo motora. Po konštrukčnej stránke má Stirlingov motor oproti iným spaľovacím motorom niekoľko výhod. Motor je robustný a má veľmi jednoduchú konštrukciu, vďaka čomu je aj veľmi spoľahlivý. Keďže k spaľovaniu paliva nedochádza vo vnútri motora, nevzniká žiaden zbytočný hluk, no ani vibrácie. Účinnosť Stirlingovnho motora je rovnaká, niekedy aj vyššia ako pri najlepších vznetových motoroch.

Prečítajte si tiež: Bojler v byte: Oplatí sa to?

Parný stroj

Parný stroj je tepelný piestový motor, ktorý mení tepelnú a tlatkovú energiu vodnej pary na mechanickú prácu. Princíp práce parného stroja je veľmi jednoduchý. Pomocou vstupných ventilov je potom touto vodnou parou plnený parný valec. Piest vo valci sa vplyvom teploty a tlaku vodnej pary vysúva, zároveň však klesá teplota, ale aj tlak pary. Nasleduje výfuk pary otvorením výstupných ventilov na druhej strane valca a spätnom pohybe piesta.

Parná turbína

Parná turbína sa skladá z jedného alebo viacerých postupne sa zväčšujúcich lopatkových kolies. Lopatkové kolesá sú súčasťou statora stroja a nazývajú rozvádzacie. Parná turbína sa využíva predovšetkým v energetike na pohon alternátorov, s ktorými býva mechanicky spojená spoločným hriadeľom.

Plynová turbína

Plynová turbína je tepelný stroj, ktorý premieňa tepelnú energiu plynov na mechanickú prácu. Pracovnou látkou sú ohriate plyny alebo spaliny vznikajúce v iných strojoch, ktoré sú privedené do plynovej turbíny. Plyny pri prechode turbínou odovzdávajú jej lopatkám svoju kinetickú energiu. Parná turbína sa používa ako pohon generátorov v tepelných a jadrových elektrárňach.

tags: #maly #stvortaktny #motor #vodou #chladeny