Autoforum

/

Foto: Archiv Autoforum.cz

(+ videa) Vynález Rudolfa Diesela je tu s námi už přes 120 let. Víte ale, jak funguje a co může za typické vlastnosti vznětového motoru?

Stejně jako většina věcí v automobilovém světě, i dieselové motory mají své příznivce a odpůrce. Ovšem, diesely mají své výhody oproti benzínům - jsou efektivnější, a tak mají větší točivý moment a z něj plynoucí vyšší výkon v nižších a středních otáčkách a také nižší spotřebu paliva. Také ale mají své nevýhody, jako třeba větší vibrace a menší kultivovanost chodu. Z čeho ale tyto vrozené a všem jistě dobře známé vlastnosti vznětového motoru pramení?

V benzínovém motoru je hoření paliva do velké míry kontrolované, protože směs vzduchu a paliva zažehne svíčka, odtud název zážehový motor. Dieselům se říká vznětové motory proto, že fungují na principu samovznícení paliva, nikoliv zážehu zapalovací svíčkou. Toto samovznícení je de facto nekontrolované, je to prostě výbuch, což znamená větší vibrace i hluk.

Při fázi sání je do spalovací komory nasáván čistý vzduch, nikoliv vzduch s palivem jako u benzínového motoru. Pak je vzduch stlačen ve vysokém kompresním poměru, klidně 18:1, takže teplota ve spalovací komoře vzroste až k 800 °C a tlak až ke 4 MPa. Pro srovnání - hodnoty u benzinového motoru ve stejné fázi jsou v případě teploty poloviční až třetinové, v případě tlaku klidné i čtvrtinové. Zde je naopak samovznícení nežádoucí, vede k detonačnímu hoření, které motoru i jeho výstupu škodí.

U naftových jednotek je tomu jinak. Tlak a teplota jsou stlačením vzduchu zvýšeny až na úroveň, kdy se motorová nafta sama vznítí. Až v tuto chvíli je vstříknuto palivo pod velmi vysokým tlakem, až 200 MPa. Palivo ve spalovací začne hořet, tlak v ní raketově roste a tlačí píst směrem dolů, otáčí klikovou hřídelí. Je tedy převeden na mechanickou práci, která dále roztáčí převodovku, diferenciál či diferenciály a kola vozidla.

Princip fungování dieselu je tedy mimořádně jednoduchý, obejde se i bez zapalovacích svíček. Ve své podstatě dojde pouze k nasátí vzduchu, jeho stlačení, „přidání nafty”, jejímu samovznícení a následnému vypláchnutí válce vytlačením spalin do výfukového potrubí. Nic více není třeba. Pochopitelně, postupným zdokonalováním naftových jednotek se celý proces stal ve svých detailech složitějším, například přímým vstřikováním paliva do válce, které dále zvýšilo termodynamickou účinnost motoru, oproti vstřikování do předkomůrky ale přineslo ještě tvrdší chod motoru.

Horní strana pístu dnes také není rovná, jak si můžete všimnout na obrázcích níže. Prohlubeň v pístu totiž při stlačování vzduchu ve spalovací komoře vytváří vír, díky kterému se vstříknutá nafta lépe smísí se vzduchem a lépe hoří. Tohle jsou relativně nové vynálezy, nicméně princip fungování dieselového motoru byl ve své geniální jednoduchosti vynalezen Robertem Dieselem už v roce 1893. Ne, to není překlep. Diesel navíc nebyl z těch géniů, kteří by neuměli svou práci zpeněžit - po patentování výše popsaného principu vydělal už za svého života miliony jeho licencováním. To už je ale trochu jiný příběh.

Výše zmíněné každopádně vysvětluje všechny typické aspekty naftových motorů. Účinnější a tedy i úspornější jsou zejména proto, že efektivita pístového spalovacího motoru roste s jeho kompresním poměrem - kompresní poměr naftových motorů může být ve srovnání s benzinovými dvojnásobný. Také nemá tzv. čerpací ztráty - nasává stále stejné množství vzduchu a výkon podává podle množství vstříknuté nafty. Zejména proto je tak úsporný při malém zatížení a naopak ne až tak kouzelný při zátěži vysoké. Dodat se pak sluší i třetí faktor, který už má ale vliv jen na litrovou spotřebu paliva a ke kterému Dieselův motor přišel tak trochu jako slepý k houslím - nafta má vyšší výhřevnost na litr (na kilogram je srovnatelná, nafta má ale vyšší hustotu), a tak v sobě zjednodušeně řečeno skrývá více energie, kterou je možné použít pro pohyb vozu.

Hlučnější jsou diesely kvůli samotnému způsobu svého fungování, tedy i vysokým kompresním poměrům, vysokým tlakům a teplotám, při nichž fungují. Jejich hlučnost a vibrace jsou tak jistým druhem daně za jejich vyšší účinnost a to samé platí i rozměrech a hmotnosti. Opět kvůli tlakům a teplotám ve válci musí být jejich klíčové části vznětových motorů mohutnější, a proto při stejném zdvihovém objemu váží více a jsou také obvykle větší než zážehové jednotky.

Ačkoli je princip fungování Dieselova motoru stále stejný, podobně jako jeho typické plusy a minusy, prošel a prochází vývojem, které činí výhody dieselů markantnější a nevýhody méně citelné. Díky přeplňování jsou silnější než v minulosti, však si projděte 10 nejvýkonnějších dieselů dneška - to už nejsou žádná ořezávátka. Naftové jednotky jsou také kultivovanější a i jejich výfukové plyny jsou čistší. V jemnosti chodu, zvukovém projevu či litrovém výkonu se stále nevyrovnají benzínovým motorům a nikdy to asi nezvládnou. Své místo na světě ale budou mít vždycky, už kvůli své pozoruhodné efektivitě...

Zdroje: Learn Engineering@YouTube, Engineering Explained@YouTube

Marek Bednář