dnes je středa 17. července 2019, svátek má Martina  5:19  
    Encyklopedie Energie  -> Výklad
        
     Rozšířené hledání
     Menu
  Encyklopedie Energie
    Výklad
    Slovník
    Pokusy
    O encyklopedii
    RAO
    Schémata Elektráren
  Bheliom
  Objednávka

ROPA

Zatímco uhlí pod kotly parních strojů roztáčelo kola průmyslu po celé minulé století a dodnes se využívá jako palivo ve stovkách tepelných elektráren k výrobě páry ženoucí parní turbíny, ropu čekal jiný úkol. I když i ji spalujeme za účelem získání tepla či při výrobě elektrické energie, stala se především symbolem věku automobilů. Bez nafty a benzinu, které získáváme právě z ropy, umlkly by miliony motorů na celém světě.
   Ropa je surovina všestranně užitečná, především v chemickém průmyslu. Vyrábí se z ní všechno možné od léků až třeba po prášky na praní. Přesto se však stala naprosto nepostradatelnou především jako surovina energetická. Přes všechno úsilí vědců a techniků nepodařilo se totiž zatím vymyslet prakticky použitelný mobilní motor, který by ke své práci nepotřeboval benzin nebo naftu. Vždyť elektromobily se už po desítky let nezbavily svých "dětských nemocí" a ani s atomovými motory v běžné dopravě asi nemůžeme příliš počítat.

Automobil K. Benze.

SPALOVACÍ MOTOR

Parní stroj byl velice užitečný vynález, nehodil se však všude. Byl rozměrný, hlučný a vyžadoval odbornou obsluhu. Měl také velice nízkou účinnost. To je mimo jiné způsobeno tím že výroba energie probíhá ve dvou stupních. Nejprve musí teplo vznikající v topeništi přeměnit vodu v kotli na páru a teprve ta pohání píst stroje. Při celém procesu se spousta tepla bez užitku ztrácí. Od tohoto poznání byl už jen krok k nové myšlence spalovat palivo přímo ve válci a vyhnout se tak všem ztrátám při přenosu tepla.
   Byl to sice jen krok, ale nebylo snadné jej udělat. Bylo třeba vynalézt spalovací motor.
   Za prvního předchůdce dnešních spalovacích motorů je považován motor poháněný výbuchy střelného prachu, tudy však opravdu cesta nevedla. Řešení leželo jinde chvíli se dokonce zdálo, že v tradičním uhlí.
   Roku 1786 obdržel francouzský inženýr Phillipe Lebon ( 1767 -1804) patent na výrobu svítiplynu z dříví. V patentu se mluví mimo jiné o použití plynu k osvětlování, k topení, k výrobě mechanické síly ...
   Při výrobě svítiplynu ve velkém bylo nahrazeno dříví mnohem vhodnějším uhlím a již nic nebránilo nástupu "plynového věku".
   V drobných řemeslnických dílnách se malými plynovými motory poháněly výrobní stroje. Dokonce i tehdy, když nebyl v místě rozvod plynu z plynárny. V takovém případě si v dílně vyráběli plyn na místě z koksu, uhlí nebo dříví pomocí vlastních generátorů.
   A právě tyto malé stabilní plynové motory nás teď zajímají. Ani ne tak kvůli nim samotným, jejich čas už dávno skončil, ale ...
   Souboj o nejlepší spalovací motor poháněný plynem mezi sebou svedli dva vynálezci - německý obchodník Nikolaus Otto (1832-1891 ) a ve Francii žijící Belgičan Jean Etienne Lenoir ( 1822 -1900). A právě ten druhý z nich rozšířil svůj patent o zdánlivě nevýznamný dodatek: "...aby plyn mohl být nahrazen parami vodíku smíšeného se vzduchem, petroleje a jiných paliv." Těchto pár slov znamenalo, že se právě zrodil nový motor, pohon osvobozený od plynového potrubí či od objemného generátoru. Pohon, který je schopen vydat se sám do světa. V roce 1863 si to Lenoir vyzkoušel v praxi - sestrojil jednoduchý vůz, vybavil jej svým motorem a vyrazil z Paříže do Joinvillele-Pont a zpět. Bezděky tak zahájil “věk automobilů”.
   A také z ropy, dosud nijak nevyhledávané, učinil surovinu číslo jedna.

BŮH ZVANÝ AUTOMOBIL

Na začátku dnešního "automobilového opojení" bylo mnoho důmyslných a vytrvalých mužů posedlých myšlenkou nového dopravního prostředku. Jestli nelze na některé zapomenout, pak jsou to především Karl Benz (1844 - 1929) a Gottlieb Daimler (1834 - 1900). Takřka ve stejnou dobu postavili každý svůj již v praxi použitelný spalovací motor, rvali se s problémy jako je karburátor, vhodné zapalování, dostatečný počet otáček a desítky dalších.
   Roku 1866 zkoušel Benz svůj nový motor v trojkolce vlastní konstrukce. Jeho pokusy nevyvolaly takřka žádnou pozornost, a tak se jeho žena Berta rozhodla zasáhnout. Bez vědomí manžela vypůjčila si podnikavá žena "rodinný automobil" a se svými dvěma syny, patnáctiletým Eugenem a čtrnáctiletým Richardem, se vydala navštívit babičku. Celou cestu z Mannheimu do Pforzheimu a zpět, dlouhou 113 km, ujeli bez větších problémů.

Moderní čtyřdobý zážehový motor (šestiválec s objemem 3 litry)


   Benze tento nesporný úspěch velmi povzbudil. Znovu se pustil do práce a roku 1893 dokončil již čtyřkolový automobil Viktoria (Vítězství), s kterým už prorazil i obchodně.

MOTORY PRO MILIONY

Již jsme si řekli, že hlavní předností spalovacích motorů proti jejich parním bratrancům je spalování paliva přímo v pracovním prostoru - ve válci.
   Spalovací motory dnes dělíme na dvě základní skupiny - motory zážehové a vznětové. Do válce zážehového motoru je nasávána palivová směs - benzinové páry smíšené se vzduchem - a po stlačení pístem je směs zapálena. K zapálení směsi se užívá elektrická jiskra, která přeskočí na kontaktech automobilové zapalovací svíčky.

Princip činnosti čtyřdobého zážehového motoru. Základem činnosti zážehového motoru je jeho pracovní oběh. U čtyřdobých motorů proběhne sled všech fází za 4 zdvihy pístu, tj. za dvě otáčky klikové hřídele. 1) sání - píst jde do dolní úvrati. Nad pístem vzniká podtlak, který způsobuje, že směs paliva a vzduchu vniká otevřeným sacím ventilem do prostoru válce. 2) stlačování - píst jde do horní úvrati a směs je stlačována až na 1,1 MPa. Před dosažením horní úvrati (předstih) přeskočí na elektrodách zapalovací svíčky elektrická jiskra, od které se směs zapálí. 3) rozpínání - hořením směsi vzniká teplota až 4 000°C, která způsobí prudké stoupnutí tlaku až na 5 MPa. Rozpínající se plyn tlačí na píst. 4) výfuk - před dolní úvratí se začne otevírat výfukový ventil a spálené plyny odcházejí výfukovým potrubím.

   U vznětových motorů je do válce nasáván nejprve čistý vzduch. Ten je pístem prudce stlačen až na tlak okolo 4 MPa, což jej ohřeje na teplotu až 700 stupňů Celsia. V tom okamžiku se do horkého vzduchu ve válci vstříkne motorová nafta a ta se vysokou teplotou sama vznítí a shoří.
    Otcem vznětového motoru byl německý inženýr Rudolf Diesel (1858 -1913). Patent na nový typ motoru získal roku 1892, první prakticky využitelný "dieselův" motor však spatřil světlo světa až za pět let. Od té doby doznal mnoha zlepšení. Původně byly tyto motory používány hlavně kvůli stabilitě pro pohon generátorů a jako velké lodní motory. Rychle se rozšířily i do lokomotiv a nákladních automobilů, dnes se stále více uplatňují i v automobilech osobních. Sám vynálezce se dožil jen prvních úspěchů - jedné bouřlivé noci záhadně zmizel z paluby lodi přeplouvající Lamanšský kanál z Francie do Anglie.

Princip činnosti čtyřdobého vznětového motoru. 1) píst nasává vzduch do válce otevřeným sacím ventilem. 2) ventil se uzavírá a píst stlačuje vzduch (až na 5 MPa), což způsobuje jeho ohřátí (až na 700°C). 3) při maximálním stlačení se vstříkne palivo (tlakem 7 až 30 MPa) a jemně rozptýlené se vznítí, plyny tlačí píst dolů. 4) výfukový ventil se otevře a píst vytlačí spálené plyny z válce.

SPALOVACÍ TURBÍNY

Stejně jako vodní kolo překonala vodní turbína a parní stroj turbína parní, také spalovací motory mají své následníky - spalovací turbíny. Jejich vítězství však není zdaleka tak jednoznačné jako v prvých dvou příkladech. Spalovací plynová turbína je motor s rotačním pohybem oběžného kola, na jehož lopatky působí horký plyn. Bývají to většinou výfukové plyny spalovacích motorů. Stejně jako pístové motory, rozdělujeme i spalovací turbíny na zážehové a vznětové.

Turbíny dnes téměř úplně vytlačily pístové motory v letectví. Umožňují totiž mnohem menší rozměry motoru a jsou i jednodušší.
Na silnicích se však zatím neuplatnily, mají totiž mnohem vyšší spotřebu paliva. Aby pracovaly hospodárně, musejí jít stále na plný výkon a to na zemi není možné. Snad se časem prosadí na železnici nebo u těžkých nákladních tahačů, kde je velký výkon prvořadým kritériem. Zatím byly v praxi použity jen u závodních vozů, například ve Formuli 1 použili spalovací turbínu Pratt and Whitney ve voze Lotus. Vůz se spotřebou až 160 l paliva nedojel však v seriálu F1 na lepším místě než osmém.

Plynová turbína. Vzduch vstupuje sacím hrdlem do kompresoru 1, z něhož je vytlačován do spalovacích komor 2. Zde se do něj rozprašuje palivo. Teplem vzniklým při jeho spalování se několikanásobně zvětší objem spalin, které velkou rychlostí proudí do turbín 3. Při průchodu jim předávají značnou část energie a potom vystupují zmenšenou rychlostí do ovzduší.

NEOBVYKLÁ PALIVA

Běžnými palivy pro miliony spalovacích motorů, hýbajících dnes celým světem, jsou motorová nafta a benzin, získávané z přírodní ropy. Z ropy se získává i letecký benzin a také palivo pro trysková letadla v podstatě obyčejný petrolej. Benzin se dá ovšem v případě nouze vyrábět i z uhlí. V době 2. světové války, kdy nemělo Německo přístup ke zdrojům ropy, byl benzin vyráběn z hnědého uhlí i na našem území. Některá civilní vozidla používala v té době ještě kurióznější palivo - dřevoplyn. Do běžných benzinových motorů byl přiváděn místo benzinové směsi plyn, vyráběný v jakési příruční plynárničce.
   Tvořila ji malá válcová pec z ocelového plechu. Na jejím roštu se nedokonale spalovalo dřevo nebo dřevné uhlí. Vrstvou rozžhaveného paliva byl veden vzduch a vodní pára. Vzniklá směs hořlavých plynů (vodíku a kysličníku uhelnatého) se nasávala do válců motoru.
   Modernějším palivem je směs propanu a butanu, plynů vznikajících při zpracování ropy. Stejně jako se dá pomocí propanbutanových bomb vařit či svítit, dá se na ně i jezdit. Z hlediska znečišťování ovzduší je to dokonce výhodnější - proto se automobily s motory na toto palivo užívají třeba v centrech velkých měst nebo v lázních - ale z ekonomických i technických důvodů nelze předpokládat, že by to byla paliva budoucnosti.
   U některých motorů byl s úspěchem použit jako palivo i líh nebo benzen. Zkoušela se dokonce i směs jemného uhelného prášku se vzduchem. Ne že by motor neběžel, ale teorie, experiment je jedna věc a běžná praxe druhá.

NEOBVYKLÉ MOTORY

Po neobvyklých palivech zaměřme svou pozornost i na ne zcela běžné motory. Kmitavý pohyb pístu ve spalovacích motorech způsobuje totiž často konstruktérům těžkou hlavu. Hledal se proto motor, ve kterém by se píst nepohyboval stále sem a tam, ale plynule kroužil. Vzniklo několik řešení, ale v praxi se uplatnil zatím jen motor německého konstruktéra F. Wankla. Má malé rozměry, snáší i podřadná paliva, zaručuje klidný chod. Nevýhodou je obtížné utěsnění pracovního prostoru, ve kterém rotuje píst.

U Wankelových motorů probíhají vlastní fáze sání, komprese, práce a výfuku současně. Na obrázku jsou rozlišeny různými barvami (světlemodrá = sání, tmavomodrá = komprese, žlutočervená = zážeh, hnědá = výfuk).
Motor s rotačním pístem.

   Zatímco Wankelovy motory se do automobilů některých typů skutečně montovaly, tzv. rotační motor s posuvnými písty zůstává dosud ve stadiu pokusů. Uvidíme.

   Už v roce 1916 sestrojil skotský vynálezce R. Stirling originální motor, ve kterém spalování probíhalo mimo válec.
   Jeho vynález upadl na dlouhá léta v zapomenutí, až v 60. letech se konstruktéři k němu opět vrátili. V 70. letech jej testovali dokonce v koncernu Ford a zjistili, že má nejlepší parametry v čistotě výfukových plynů. V té době se ovšem tímto problémem zabývaly již i ostatní renomované automobilky a zejména japonské firmy vyvinuly motory, které jsou velmi "čisté" a přitom jejich hromadná výroba je technologicky jednodušší než zcela nové, nezvyklé konstrukce.




simopt@simopt.cz
    Zajímavé odkazy Reklama na energyWebu    
    Počítadlo přístupů
   
16041913

Creative Commons License
energyWeb is licensed under a Creative Commons Attribution-Noncommercial-No Derivative Works 3.0 Unported License.
Based on a work at http://www.energyweb.cz. Permissions beyond the scope of this license may be available at www.energyweb.cz.