Motory včera a dnes

Benzínové motory
Počátkem dvacátého století způsobil vynález benzinového motoru revoluci v dopravě. Vozidla s benzinovými motory brzy ze silnic vytlačila vozidla na parní či plynový pohon. A ve vzduchu létala letadla poháněná benzinovými motory až do doby, kdy se oblevil motor tryskový.

Benzinové motory jsou stejné jako dieselové a raketové motory s vnitřním spalováním. Uvnitř těchto motorů se spaluje palivo a tím se získává energie potřebná k pohybu. V benzinovém se mísí benzinové páry se vzduchem a tato směs se zapaluje jiskrou. Zápalná směs benzínu a vzduchu hoří tak rychle, že vlastně vybuchuje a vzniklé plyny se rychle rozpínají (expandují). U většiny benzinových motorů tato expanze pohybuje pístem ve válci a pohyb pístu se využívá k otáčení hřídele a tím k přeměně vratného pohybu na rotační pohyb. Velké motory mají větší počet válců a pístů a k zapalování směsi dochází u jednotlivých válců velice rychle za sebou, takže výsledná síla otáčení je pravidelná a plynulá. Rotační benzinové motory nemají jednotlivé válce, plyny vzniklé spalováním otáčejí přímo rotorem.

Dvoudobé motory
Nejednodušší typ válcového motoru benzinového motoru je dvoudobý motor, používaný v některých malých autech, a ve většině motocyklů a v sekačkách na trávu. Každý pracuje ve dvou dobách. Nejprve se pohybuje nahoru, přičemž stlačuje směs paliva a vzduchu v prostoru nad pístem. Součastně je do prostoru pod pístem nasávána další dávka zápalné směsi. Stlačená směs se zapálí jiskrou vytvořenou pomocí vysokého napětí a plyny vzniklé výbuchem tlačí na píst zpět do spodní části válce. Při svém pohybu dolů vytlačuje píst čerstvou dávku směsi paliva a vzduchu přepouštěcím kanálem do prostoru nad pístem. Tato čerstvá směs vytlačí výfukové plyny ven výfukovým kanálem a sama je stlačena opětným pohybem pístu nahoru. V horní poloze píst zablokuje výfukový kanál, aby rozpínající se plyny nemohli uniknout. Jakmile píst dosáhne polohy, kanál se otevře. Poloha pístu kontroluje rovněž sací kanál směsi paliva a kanál přepouštěcí. Píst svým pohybem nahoru a dolu otáčí takzvanou klikovou hřídelí. K ní je připevněn těžký setrvačník, který se otáčí i poté, co píst dosáhl své nejnižší polohy. Setrvačník tak převádí energii z dolů se pohybujícího pístu ve velmi plynulý, nepřetržitý pohyb a nutí píst pohybovat se válcem vzhůru v druhé části každého cyklu.Výroba dvoudobých motorů je poměrně levná. Motory samy jsou však málo účinné při přeměně energie paliva v energii pohybu, a proto většina velkých motorů pracuje v účinnějším čtyřdobém cyklu.

Čtyřdobé motory
U čtyřdobého motoru pracuje každý píst na čtyři doby. V první době zvané sání se píst pohybuje směrem dolů a nasává směs paliva a vzduchu do prostoru nad pístem. Potom se píst pohybuje nahoru a směs stlačuje. Tato druhá doba se nazývá komprese. Stačená směs se zapálí pomocí jiskry a výbuch stlačí stlačí píst dolů. Podle toho se třetí doba nazývá výbuch. Píst pak ještě jednou jde nahoru a vytlačí výfukové plyny van z prostoru válce. Čtvrtá doba se nazývá výfuk. Potom se jednotlivé doby znovu opakují. Čtyřdobý motor je sice účinnější než dvoudobý, přesto dokáže přeměnit pouze přibližně jednu třetinu energie paliva v energii pohybovou. Zbytek energie je nevyužitý. Hlavní problém spočívá ve vratném pohybu pístu (pohybu tam a zpět). Píst neustále zrychluje na vysokou rychlost jedním směrem, potom směr pohybu obrátí a zrychluje druhým směrem. Každý pohyb pístu nahoru a dolů několiktisíckrát za minuti spotřebuje část energie dodávané palivem.

Rotační motory
Ve snaze zvýšit účinnost motorů se zkoušejí různé konstrukce motoru, který by měl méně vratných částí. K nejznámějším patří Wankelův rotační motor. Pracuje na stejném principu jako čtyřdobý pístový motor, ale vybuchující směs paliva a vzduchu otáčí trojstranným rotorem, který se pohybuje stále stejným směrem. V roce 1964 se objevil první sériový vůz vybaven Wankelovým motorem s nadějemi, že právě tento motor spotřebu paliva značně sníží. Ukázalo se však, že Wankelův motor má své vlastní problémy, zvláště opotřebení lišt rotoru, což vede k pronikání plynů mezi lištami rotoru a skříní rotoru. Dnešní Wankelovy motory spotřebují víc paliva než srovnatelné pístové motory. Jednoho dne snad budou zdokonalené rotační motory přeměňovat energii benzinu na energii pohybu mnohem účinněji.

Wankelův motor
V lednu roku 1957 byl vynalezen panem inženýrem Wankelem se podařilo uvést do pokusného chodu. Všechny spalovací motory pracovaly s písty, Wankelův motor poháněn hřídel přímo. Ze spalovacích motorů takto dosud pracovaly jedině tryskové pohonné jednotky. Píst Wankelova motoru  má průřez rovnostranného trojúhelníku se zakřivenými stranami. Ve středu pístu je kruhový otvor, jehož vnitřní obvod je ozuben. Tento otáčivý píst rotuje hřídelí, která je uložena ve skříni. Je morem čtyřtaktním, v němž se ve třech komorách  mezi stranami pístu a stěnou skříně postupně sání, komprese, vznícení a výfuk. Hřídel zapadá svým ozubeným kolem do vnitřního ozubeného pístu. Wankelův motor se vyznačuje malou hmotností i specifickou spotřebou paliva, také jeho rozměry jsou příznivé.

Dieselův motor
vynalezl jej Ing. Rudolf Diesel roku 1897
Ještě před vynalezením prvního Dieselového motoru byl vynalezen spalovací motor (1892). Tento motor pracoval se samozápalem pohonné jednotky bez zapalovacích svíček. Motor se obejde nejen bez elektrického zapalování, nepotřebuje ani karburátor. Mohl pracovat jako dvoudobý nebo výhodněji jako čtyřdobý: nejprve se píst vysouvá z válce, přičemž nasává pouze vzduch. Ve druhé době putuje píst opět zpět a stlačuje vzduch natolik, že se ohřívá na 700°C až 900°C. Do stačeného zahřátého vzduchu se vstřikne pohonná látka (obtížně vzplanutelné uhlovodíky, tzv. Dieselův olej), ta se ihned vznítí a žene píst zpět, přičemž se pístem přenáší konaná práce. Ve čtvrté době stoupá píst opět nahoru a vytlačuje zplodiny hoření. Vzhledem k vysoké kompresi ve válci musí být konstrukce motoru značně masivní, aby vydržel velké namáhání vznikajícími silami. První Dieselové motory se proto nehodily pro použití k pohonu vozidel. Využívalo se jich zpočátku jen v průmyslových závodech, zvláště jako stacionární pohon v elektrárnách. Po vylehčeni našel uplatnění na lodích i ve vozidlech.

Po čtyřleté práci a pokusech sestrojil německý inženýr Rudolf Diesel první spalovací motor podle principu, který objevil v roce 1892. Jíž od samého začátku se tento motor stal významným konkurentem parního stroje, a to větším než byl Ottův motor (1876). Dieselův motor má ve srovnání s Ottovým tři základní přednosti: je robustní, protože se sestává z malého počtu součástek; dokáže spalovat i těžké oleje, které jsou levnější než benzin; vyznačuje se vyšší účinností. Ottův motor převádí v devadesátých letech výhřevnou energii benzinu na mechanickou práci jen asi ze 13%. Dieselův motor již na svém začátku 16%. Pro samotného Diesela byl tento výsledek zklamáním, protože očekával účinnost kolem 75%. Jeho motor byl však i tak mimořádně konkurenceschopný. Jenom vysoká komprese 30:1 a vstřikování paliv v okamžiku maximální komprese připravovala konstruktérům značné obtíže. Proto měli první Dieselové motory příliš velké rozměry a hmotnost. Dieselův motor měl na konstrukci větší vliv než Ottův motor.