logo autoride automagazin auta vsetko o autach
arrow_upward

Piestový spaľovací motor: Ako funguje a aké sú jeho typy?


Piestový spaľovací motor je typ spaľovacieho motora, ktorý je vybavený piestom, ktorého úlohou je sprostredkovať premenu tepelnej energie vznikajúcej chemickou reakciou na mechanickú prácu motora. Pod pojmom piestový spaľovací motor si teda môžeme predstaviť klasický motor s priamočiarym vratným pohybom piesta alebo menej používaný motor s rotačným piestom a teda Wankelov motor.

Piestový spaľovací motor teda označuje:

1. Podľa miesta, kde k spaľovaniu dochádza:

- motor s vnútorným spaľovaním (napríklad zážihový či vznetový motor)
- motor s vonkajším spaľovaním (napríklad Stirlingov motor)

2. Motor s prerušovaným pracovným cyklom, a to buď:

- dvojtaktný
- štvortaktný

3. Podľa pohybu piesta:

- motor s priamočiarym vratným pohybom piesta
- motor s rotačným pohybom piesta (Wankelov motor)

Aby sme však mohli motor označiť ako piestový spaľovací motor, musí spĺňať aspoň jednu podmienku z každého z týchto troch bodov. V súčasnosti je však najviac používaným typom piestového spaľovacieho motora práve štvortaktný a dvojtaktný motor s vnútorným spaľovaním a priamočiarym vratným pohybom piesta. Ostatné typy piestových spaľovacích motorov sa už nepoužívajú alebo sú využívané len minimálne.

Motory s vonkajším spaľovaním a priamočiarym pohybom piesta:

Tento typ motora je spomedzi piestových spaľovacích motorov najmenej využívaný. Ide o Stirlingov motor, ktorý využíva teplo z vonkajšieho zdroja na vytvorenie energie pre pracovný cyklus. Stirlingov motor využíva chemickú energiu získanú spálením paliva na ohrev izolovanej pracovnej látky, ktorá následne v motore vykonáva prácu. Spaľovanie prebieha vždy mimo motora a izolovanou pracovnou látkou býva najčastejšie plyn.

Motory s vnútorným spaľovaním a rotačným pohybom piesta:

Do tejto kategórie patrí Wankelov motor, ktorý je niekedy nazývaný aj ako rotačný motor. Ide o typ spaľovacieho motora s rotačným piestom, ktorý premieňa tlak na rotačný pohyb. Na rozdiel od klasického piestového spaľovacieho motora sa všetky diely Wankelovho motora sa otáčajú v jednom smere. Štvortaktný cyklus: nasávanie, kompresia, spaľovanie, výfuk, prebiehajú medzi vnútorným plášťom oválneho tvaru a rotačným piestom, ktorý má tvar trojuholníka.

Piesty rotujú okolo hriadeľa, ktorý je označovaný ako excentrický hriadeľ a prechádza stredom rotora. Krúživý pohyb piestu zabezpečuje veľké ozubené koleso s vnútorným ozubením, ktoré je umiestnené v strede rotora (piestu). Malé ozubené koleso, o ktoré zaberá ozubené koleso rotora, je pevne pripevnené k hriadeľu.

V miestach, kde sa stretáva rotujúci piest s vnútorným plášťom krytu motora sa nachádza tesnenie, ktoré zabezpečuje, že medzi rotorom a plášťom vzniknú tri izolované priestory. Tieto priestory sa rotáciou piesta nielen posúvajú v smere rotácie, ale zároveň zväčšujú a zmenšujú svoj objem.

Motory s vnútorným spaľovaním a priamočiarym pohybom piesta:

Piestový spaľovací motor s vnútorným spaľovaním a priamočiarym vratným pohybom piesta patrí k najrozšírenejším motorom slúžiacim na pohon automobilov, motocyklov, lodí a malých lietadiel. Jedná sa teda o najpočetnejšieho zástupcu nielen piestových spaľovacích motorov, ale aj všetkých ostatných spaľovacích motorov.

Do tejto kategórie môžeme zaradiť:

- dvojtaktné zážihové motory (ide o malé motory využívané prevažne na pohon motocyklov)
- dvojtaktné vznetové motory (ide o motory využívané najčastejšie v priemysle, ako napríklad záložné generátory na výrobu elektrickej energie)
- štvortaktné zážihové motory (ide o motory rôznych objemov, najčastejšie využívané na pohon automobilov)
- štvortaktné vznetové motory (ide o motory rôznych objemov, najčastejšie využívané na pohon automobilov, autobusov, dodáviek či kamiónov a iných ťažkých strojov)

Princíp činnosti tohoto motora:

Piestový spaľovací motor s vnútorným spaľovaním mení spaľovaním zmesi chemickú energiu na mechanickú energiu. Po zapálení zmesi v spaľovacom priestore, ktorý musí byť dokonale utesnený, vzniká veľký tlak, ktorý pôsobí na piest motora a posúva ho. Posuvný pohyb piestu sa prenáša cez ojnicu na kľukový hriadeľ a tým sa mení na rotačný, vďaka čomu je zabezpečený pohon automobilu či iného stroja.

Jeden pracovný cyklus motora pozostáva z nasledujúcich fáz:

1. Nasávanie - fáza naplnenia valca čerstvou náplňou
2. Kompresia - fáza stláčania zmesi
3. Spaľovanie - fáza horenia, pri ktorej dochádza k premene tepelnej energie na mechanickú prácu
4. Výfuk - fáza vytláčania výfukových plynov von z valca

Piestový spaľovací motor a jeho konštrukcia:

Piestové spaľovacie motory s priamočiarym pohybom piesta a vnútorným spaľovaním môžeme rozdeliť podľa niekoľkých konštrukčných znakov do viacerých skupín, a to presnejšie:

Podľa spôsobu chladenia:

- vzduchom chladený motor
- kvapalinou chladený motor

Piestový spaľovací motor podľa počtu, usporiadania valcov a kľukových hriadeľov rozdeľujeme na:

Jednohriadeľové motory:

Jednohriadeľový motor je typ piestového spaľovacieho motora, ktorý je vybavený len jedným kľukovým hriadeľom. Tento typ motora je najčastejšie zastúpeným typom v konštrukcii piestových spaľovacích motorov.

Do skupiny jednohriadeľových motorov patria:

- jednovalcové motory
- radové motory (respektíve jednoradové, ktoré majú všetky valce v jednom rade)
- dvojradové motory (vidlicové motory s valcami do V, motory s valcami do A alebo VR motory)
- trojradové motory (motory s valcami do W - vejárové motory)
- štvorradové motory (motory s valcami do X - krížové motory)
- hviezdicové motory (s valcami umiestnenými okolo kľukového hriadeľa - viachviezdicové motory (dvojhviezdicové, trojhviezdicové a tak ďalej))

Podľa počtu valcov, niektoré z vyššie uvedených typov patria do skupiny plochých motorov.

Viachriadeľové motory:

Viachriadeľový motor je typ piestového spaľovacieho motora, ktorý je vybavený viacerými kľukovými hriadeľmi. Podľa počtu hriadeľov sa viachriadeľové motory nazývajú ako dvojhriadeľové, trojhriadeľové a tak ďalej. Viachriadeľová konštrukcia motora umožňuje realizáciu jednopiestových, dvojpiestových, ale aj viacpiestových motorov.

Do tejto skupiny patria:

- motory s protibežnými piestami
- motory s rovnobežnými valcami (s valcami do U)
- trojuholníkový motor
- motory s valcami do Y
- štvoruholníkový motor
- motory s valcami do H
- mnohouholníkové motory

Podľa počtu valcov, niektoré z vyššie uvedených typov patria do skupiny plochých motorov.

Rozdelenie piestových spaľovacích motorov podľa typu rozvodu:

1. Motor s kanálovým rozvodom

2. Motor s posúvačovým rozvodom

3. Motor s ventilovým rozvodom:

Ventilový rozvod F - s jedným ventilom na boku valca s druhým v hlave (zastaraná konštrukcia)
Ventilový rozvod SV (side valve) - s ventilom na boku valca (zastaraná konštrukcia)
Ventilový rozvod OHV (over head valve) - s ventilmi v hlave valca
Ventilový rozvod OHC (over head camshaft) - s ventilmi aj vačkovým hriadeľom v hlave valca
Ventilový rozvod DOHC alebo 2xOHC - s dvoma vačkovými hriadeľmi v hlave valca
Motor s kombinovaným rozvodom - vstup zmesi je väčšinou riešený kanálom, výstup ventilom.

Charakteristické parametre piestového spaľovacieho motora s priamočiarym vratným pohybom piesta sú:

- zdvih (vzdialenosť medzi dolnou a hornou úvraťou piesta)
- vŕtanie (priemer valca, alebo piesta)
- zdvihový objem (rozdiel objemov spaľovacieho priestoru medzi dolnou a hornou úvraťou piesta v cm3)
- objem kompresného priestoru (objem, ktorý ostane vo valci v cm3, keď sa piest nachádza v hornej úvrati)
- kompresný pomer (je pomer objemu valca, keď je piest v dolnej úvrati k objemu keď je piest v hornej úvrati)

Základné parametre piestového spaľovacieho motora:

Medzi základné technické parametre piestového spaľovacieho motora patrí výkon a krútiaci moment. Od týchto parametrov závisí nielen maximálna rýchlosť a akcelerácia automobilu, ale aj spotreba paliva či schopnosť zdolávať stúpania a podobne. Výkon motora sa udáva v kilowattoch (kW), ale aj v konských silách (PS, HP, ks). Jednotkou krútiaceho momentu je Newtonmeter (Nm) alebo libra na stopu (ft-lbs).

Foto: Wikimedia, Wikimedia, Wikimedia, Maxpixel, YOUTUBE, pixabay