Publikováno

Tepelné motory

Parní stroj:

Parní stroj je jeden z prvních tepelných strojů, ve kterých dochází k změně tepelné energie na pohybovou (nejčastěji rotační) energii.O vznik parních strojů se postarali James Watt, Thomas Savery a Thomas Newcomen. Účinnost takového stroje je 5 – 15%.

Přehledný model parního stroje.

Parní turbína

Parní turbínu vynalezl Sir Charles Parsons v roce 1884. Postupně byla zdokonalována a spolu se spalovacím motorem ve dvacátém století postupně nahradila parní stroj, který předčila účinností.

Parní turbína je točivý tepelný stroj, který přeměňuje tepelnou enrgii proudící páry na rotační pohyb. Do dnešních dnů se využívá v tepelných elektrárnách, kde ji roztáčí pára z kotle spalující úhlí.

Tepelná elektrárna
Tepelná elektrárna

Spalovací motory

Spalovací motory lze rozdělit na dva nejčastěji používané: Vznětový (palivem je nafta) a zážehový (palivem je benzín).

Zážehové motory
Dalším dělením bychom si je mohli rozlišit na dvoutaktní a čtyřtaktní. Dvoutaktní najdou dnes využítí v zahradních strojích, např. motorové pily. Dříve se používaly i do aut – trabant, warburg. Do takového motoru nešlo ovšem nalít jen benzín, bylo nutné spolu s benzínem přidat i olej.

Počet taktů je odvozen od počtu kroků, které se opakují. Takže čtyřdobý motor musel udělat 4 kroky, než se celý děj opakoval.

¨Dvoutaktní zážehový motor
Dvoutaktní zážehový motorzdroj: wikipedia.cz

Dvoutaktní motor pracovní cyklus tohoto motoru proběhne za jednu otáčku. Účinnost je oproti čtyřtaktnímu motoru nižší a také ekologické hledisko není nezanedbatelné (olej v palivu). Na druhou stranu jsou ovšem lehčí, za stejný čas poskytují vyšší výkon než čtyřdobé.

Fáze činnosti:

  1. Sání a komprese: píst se pohybuje nahoru. V klikové hříděli vzniká podtkak a dochází k nasátí směsi paliva. Po nasátí se uzavírá jak nasávací, tak i přepouštěcí ventil (šipky vpravo na obrázku) a palivo z minulého nasátí se stlačuje – nastává koprese. V prostoru pod pístem se znova objeví podtlak a palivo se nasaje do prostoru hřídele.
  2. Expanze a výfuk – těsně před vrcholem pístu přeskočí ze svíčky jiskra a dochází k zážehu (výbuchu). Nastává expanze a píst je silou tlačen dolů – píst pracuje. Otevírá se výfuk a spodní hrana pístu vytlačuje nové palivo přepouštěcím ventilem nahoru, které vytlačí spaliny výfukem ven.

Čtyřtaktní motor – pracovní cyklus tohoto motoru proběhne za 2 otáčky. Pohonná směs neobsahuje olej.

4-taktní zážehový motor
4-taktní motorzdroj: www.educypedia.be

Fáze činnosti:

  1. Sání – píst se pohybuje směrem dolů, sací ventil je otevřen a pohonná směs spolu se vzduchem se nasává.
  2. Komprese – Píst putuje směrem nahoru, ventily jsou uzavřené a dochází ke zmenšení objemu, tlak roste a zvyšuje se i teplota. Těsně před vrcholem je směs zapálenáelektrickou jiskrou.
  3. Expanze – pohonná směs shoří, v protoru válce se zvýší prudce tlak a teplota. Píst putuje dolů a koná práci
  4. Výfuk – píst se pohybuje směrem nahoru, otevírá se výfukový ventil a spaliny jsou vytlačovány do výfukového prostoru.

Přehledný model zážehového motoru

Vznětové motory
Vznětový motor pracuje obvykle jako čtyřdobý spalovací motor nebo jako dvoudobý spalovací motor (například lodní motory). Na rozdíl od zážehových motorů je do něj palivo dopravováno odděleně od vzduchu. Palivo je do spalovacího prostoru motoru dopravováno speciálním vysokotlakým čerpadlem a vysokotlakým potrubím. Ke svému chodu potřebuje naftu (diesel)

Fáze činnosti:

  1. Sání – píst se pohybuje dolů, sací ventil je otevřen a nasává se vzduch.
  2. Komperese – píst se pohybuje nahoru, ventily jsou uzvařené, vzduch zmenšuje svůj objem, ale zvětšuje teplotu i tlak. Těsně před vrcholem je do válce vstříknuto palivo.
  3. Expanze – oba ventily jsou uzavřené. Palivo shoří. Ve válci se prudce zvýší teplota a tlak. Píst se pohybuje dolů a koná práci.
  4. Výfuk – píst se pohybuje směrem nahoru. Výfukový ventil se otevírá a spaliny jsou vytlačovány výfukovým potrubím ven. Celý výfuk je rozdělen na dvě části – volný a nucený. Volný výfuk nastává ještě při cestě pístu dolů při expanzi, kdy se píst pootevře. Nucený výfuk pak nastane tlačením pístu na spaliny.

Přehledný model vznětového motoru

Rozdíl mezi vznětovým a zážehovým motorem:
Hlavní rozdíl spočívá v rozdílu použitého paliva a ve způsobu zapálení směsi. U zážehového motoru (benzínového motoru) se směs benzínu zapálí pomocí jiskry ze zapalovací svíčky. U vznětového motoru (naftového motoru, dieslového motoru) se vzduch nad pístem stačí na vysoký tlak, což spůsobí zvýšení teploty. Do takového stavu je pak vstříknuta nafta, která se samovznítí.

Ostatní:

  1. Wankelův motor
  2. Model motoru Scania