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.
|