Jak fungují motory: klíčové součásti a jejich funkce

Všichni víme, že pod kapotou auta pracuje spalovací motor. Víte ale též, na jakých principech funguje a co vše jej tvoří? Pojďme si to projít.
  1. Autoforum.cz
  2. Rubriky a sekce
  3. Technika

Jak fungují motory: klíčové součásti a jejich funkce

3.5.2015 | Marek Bednář | 26 příspěvků

Jak fungují motory: klíčové součásti a jejich funkce

/

Foto: Archiv Autoforum.cz

Všichni víme, že pod kapotou auta pracuje spalovací motor. Víte ale též, na jakých principech funguje a co vše jej tvoří? Pojďme si to projít.

Mazání

Pístové spalovací motory potřebují mazat motorovým olejem na mnoha místech. Těmi nejdůležitějšími jsou stěny válců, ložiska na obou stranách ojnic, ložiska klikové hřídele a ventilové ústsojí v horní části motoru. Má-li motor turbodmychadlo, to musí být také mazáno a olej ho navíc i chladí. Převodovka má svou vlastní olejovou soustavu, jen ve výjimečných případech je tato soustava spojena s motorem.

V drtivé většině čtyřdobých pístových motorů je mazání tlakové, které používá olejové čerpadlo pro rozvedení oleje do různých míst motoru. Čerpadlo nasává olej z olejové vany, filtruje ho v olejovém filtru a pak ho posílá kanálky po celém motoru všude tam, kde ho je potřeba. To platí v případě systému s mokrou olejovou vanou, kde přebytek oleje, který vyteče z trysek a otvorů v dolní půlce motoru a kam steče z ventilového ústrojí, zůstává. V případě systému se suchou olejovou vanou je tento přebytek oleje odsáván a uchováván jinde.

Dovolte nám znovu zdůraznit, jak moc důležité je měnit pravidelně motorový olej a že když se rozsvítí kontrolka mazání, je potřeba okamžitě zastavit a vypnout motor. Písty jsou s klikovou hřídelí spojeny ojnicemi, které mají na dolním konci ojniční ložiska. Tato ložiska však nejsou kuličková jako v kolech; ve chvíli, kdy motor neběží, leží ojniční ložiska na klikové hřídeli, kov na kov. Když nastartujete, olejové čerpadlo začne motorem prohánět olej a ten svým tlakem oddělí ložiska od klikové hřídele.

Pokles tlaku oleje, signalizovaný onou kontrolkou, znamená, že olejová vrstva mezi ojničním ložiskem a klikovou hřídelí může zmizet, což má za následek zadření motoru a nutné opravy v řádech desetitisíců korun, pokud už rovnou nepořídíte nový motor. S tím také souvisí výměny oleje - je-li olej za koncem své životnosti, nedokáže mazat tak dobře jako olej čerstvý a také se mohou pevné nečistoty v oleji, které nezachytí filtr, pokud ho neměníte spolu s olejem, dostat např. mezi ojniční ložisko a klikovou hřídel a tato místa vážně poškodit. Ostatně, existuje důkaz.

Pro ventilové ústrojí v hlavách válců je přinejmenším stejně důležité, aby v nich cirkuloval čistý a čerstvý olej, jak je nastíněno i výše. Právě pro životnost horní části motoru je důležité počkat pár vteřin, než se po nastartování rozjedete, zejména po studeném startu v zimě - sem totiž oleji trvá nejdéle se po nastartování motoru dostat.

Olej kromě své základní mazací funkce plní částečně také funkci chladicí, kdy pomáhá ochlazovat komponenty motoru, kam se chladicí kapalina nedostane. Ta totiž chladí primárně blok, ale spodní strany pístů a ojnice chladí olej. Také pro turbodmychadlo je jediným chladivem olej, proto je vhodné po rychlé jízdě motor hned nevypnout, počkat třeba 30 vteřin, aby olej dochladil turbo. Ten své teplo pak předává dál buď chladicí kapalině přes blok motoru, nebo okolnímu prostředí, je-li motor vybaven chladičem oleje, což bývá případ výkonnějších motorů.

Jak fungují motory: klíčové součásti a jejich funkce - 5 - princip fungovani motoru 01
Motor je to starý, ale tlakové mazání funguje na stále stejném principu. Šipky ukazují směr proudění oleje

Chlazení

Motory chladí povětšinou kapalina, která je směsí chladicí kapaliny koupené v obchodě a destilované vody - destilované proto, protože kanálky jak v motoru, tak zejména v chladiči jsou velmi úzké a minerály ve vodě z kohoutku by je ucpaly. Chladicí kapalině se říká také nemrznoucí směs, protože má bod tuhnutí většinou mezi -35 a -40 °C, alespoň v našich podmínkách, kde se nižší teploty až na naprosté výjimky neobjevují; nejchladněji bylo nedaleko Českých Budějovic -42,2 °C v roce 1929.

Chladicí kapalina cirkuluje v motoru a také mezi motorem a chladičem, to když se její teplota v motoru dostane přes určitou mez. Pro toto rozlišení slouží termostat, který je ventilem, jenž pustí chladicí kapalinu z motoru do chladiče. Ta tam předá své teplo proudícímu vzduchu a vrací se do motoru, který dále ochlazuje. Dodejme, že je vhodné ji zhruba jednou za tři roky - nebo dle předpisu výrobce auta - vyměnit za čerstvou.

Kapalinové chlazení, třebaže přítomné v drtivé většině dnešních motorů v automobilech, není jediný způsob. Olejové chlazení bývá spíš sekundární, jak stojí i výše, motory také ještě v nedávné minulosti často byly chlazeny vzduchem. Zmiňme například Porsche 911 993, poslední generaci této německé ikony, jejíž motory byly chlazeny vzduchem. Také Tatrovky s motory za zadní nápravou, včetně osmiválcových, měly vzduchem chlazené motory.

Na motocyklech je vidět nepoměrně častěji a navenek ho poznáte pomocí žebrování na válcích a dalších součástech motoru. V motorech v automobilech je snad vždy spojeno s větrákem, který kolem motoru prohání vzduch. Chlazení motoru, ať už jakékoliv, je vždy efektivní v závislosti na tom, jaká je teplota okolního vzduchu; když je venku -15 °C, bude se ventilátor na chladiči, tzv. sahara, spouštět výrazně méně často, než když bude v létě 35 °C.

Jak fungují motory: klíčové součásti a jejich funkce - 6 - princip fungovani motoru 08
Šipky ukazují směr proudění chladicí kapaliny

Přeplňování

Modlou dnešní doby, vynucenou zejména diktátem Evropské unie a podobných nadnárodních organizacích, je přeplňování. Cílem však není jen co největší snížení spotřeby paliva, ale také zvýšení výkonu motoru za zachování určitého objemu. Zatímco z atmosférického motoru dostanete nanejvýš okolo 140 koní z každého litru objemu, u přeplňování jde jen o to, jaký nastavíte plnicí tlak. Samozřejmě, pokud budete chtít vymáčknout z pětilitru 1 500 koní, půjde to, ale motor bude mít velmi krátkou životnost.

Princip je jednoduchý - lopatky turbíny stlačují vzduch před jeho vstupem do spalovací komory, aby se ho tam vešlo více, mohlo být vstříknuto více paliva a motor dal víc výkonu. Existují dvě formy přeplňování motoru - lopatky může hnát buď kliková hřídel ozubeným řemenem, v takovém případě hovoříme o kompresoru, nebo je pohání malou hřídelí a druhým lopatkovým kolem výfukové plyny, to hovoříme o turbodmychadlu. Tento způsob je dnes častější, ale kompresory nejsou výjimkou, zejména na osmiválcových motorech.

Nevýhody přeplňování jsou nicméně mnohé. Jednak znamená více součástek, které se mohou pokazit a jejichž oprava je velmi drahá, jednak zvyšují cenu pořízení nového auta a jednak zhoršují chování motoru, což je znát zejména v případě turbodmychadla. Věc zvaná turbolag neboli turbodíra je prodleva mezi sešlápnutím plynového pedálu a chvílí, kdy začne turbo dávat plný tlak. Ta může být v řádech desetin vteřiny, ale i celých vteřin, což byl případ zejména přeplňovaných motorů v 70. a 80. letech. Vždycky tam však nějaká je a v drtivé většině případů je i laikem snadno postřehnutelná. Proto se z mnoha míst ozývají protesty proti Ferrari 488 GTB.

Turbolag vzniká, protože po sešlápnutí plynu - tedy otevření škrticí klapky, aby nasávaný vzduch mohl k motoru - chvíli trvá, než výfukové plyny rychleji roztočí turbodmychadlo a to tak začne do válců tlačit více vzduchu, takže máme více výkonu. Kompresor je této prodlevy z velké části zbaven, protože ho pohání kliková hřídel řemenem, ale i zde určitá prodleva je. A také každé přeplňování ubírá na přitažlivosti zvuku motoru a na jeho charakteru - tedy, alespoň dle našeho názoru.

Velikost turbolagu do velké míry závisí na velikosti turbodmychadla. Je-li turbo fyzicky větší, trvá déle ho roztočit, ale zase může dávat větší tlak. U fyzicky malého turbodmychadla to je přesně naopak. Také je možné turbodmychadlo různě nastavit - velmi časté nastavení je dnes takové, aby turbo dávalo co největší tlak v nízkých otáčkách, protože motor tam pak bude mít nejvyšší točivý moment resp. nejvyšší relativní výkon vzhledem k otáčkám a nejnižší spotřebu paliva.

To je žádoucí pro běžnou jízdu, kdy motor nevytáčíte do poslední třetiny otáčkoměru a na tomto principu fungují všechny diesely a ohromné množství moderních benzínových motorů. Atmosférický motor naopak potřebuje otáčky, takže to nejlepší po stránce výkonu i točivého momentu odevzdává u horního konce otáčkoměru. To je naopak žádoucí pro sportovní jízdu, kdy motor vytáčíte. Chcete-li rapidně zrychlovat s dieselem či zmíněným moderním benzínem, většinou je lepší strategií pohybovat se v pásmu, kde má motor nejvyšší točivý moment a tedy opět nejvyšší relativní výkon vzhledem k otáčkám.

Také je možno turbodmychadlo nastavit tak, aby fungovalo jako rozšíření potenciálu atmosférického motoru, tedy že bude největší tlak dávat ve vyšších otáčkách, v horní půlce otáčkoměru. Zde je, podobně jako u „atmosféry”, potřeba pro co nejrychlejší jízdu motor vytáčet. Tento způsob je dnes relativně ojedinělý, protože nepřináší benefity ve formě nižší spotřeby paliva, přeplňování je zde jen za účelem co nejvyššího výkonu.

Jak fungují motory: klíčové součásti a jejich funkce - 7 - princip fungovani motoru 05aJak fungují motory: klíčové součásti a jejich funkce - 8 - princip fungovani motoru 04
Vlevo přeplňování turbodmychadlem, vpravo kompresorem

Je to věda...

Postavit byť i jen fungující motor, natožpak fungující špičkově, je ohromná věda. Automobilky na to mají celá ohromná oddělení, která se snaží dostat z co nejmenších a nejlehčích motorů co největší výkon za co nejmenší spotřeby. Ovšem, do jisté míry to jsou protichůdné požadavky a ne vždy se to podaří.

Jak motory pod kapotami aut fungují, spousta lidí, kteří mají auto za spotřební zboží podobně jako ledničku, netuší. Nikdy se o to ani nejspíš zajímat nebudou. Vy ale mezi ně pravděpodobně nepatříte, čtete-li Autoforum.cz, a tedy doufáme, že vám tento článek přinesl něco nového. A také doufáme, že budeme již dávno mrtví, až auta se spalovacími motory zmizí z povrchu zemského...

Jak fungují motory: klíčové součásti a jejich funkce - 9 - princip fungovani motoru perex

Marek Bednář

Diskuze 26 příspěvků

Všechny články na Autoforum.cz jsou komentáře vyjadřující stanovisko redakce či autora. Vyjma článků označených jako inzerce není obsah sponzorován ani jinak obdobně ovlivněn třetími stranami.