Motory

Úvod:

Motory sú stroje premieňajúce energiu na pohyb alebo mechanickú prácu. Energia je väčšinou dodaná vo forme chemického paliva (napr. benzín), pary alebo elektriny a mechanická práca je zvyčajne dodávaná vo forme rotačného pohybu hriadeľa. Motory sa zvyčajne rozdeľujú:
1. podľa typu využívanej energie, ako napríklad na paru, na stlačený vzduch alebo na benzín
2. podľa spôsobu pohybu hlavných častí na piestové a rotačné
3. podľa miesta, kde nastáva premena chemickej energiu na tepelnú, na spaľovacie motory zážihové a vznetové
4. podľa metódy chladenia motora na chladené vodou alebo vzduchom
5. podľa počtu zdvihov piesta v rámci kompletného cyklu na dvojtaktné alebo štvortaktné
6. podľa typu cyklu na Ottov (benzínový motor) alebo dieselový motor.
Špeciálnymi typmi motorov sú motory s veterným pohonom, plynové turbíny, parné turbíny, raketové alebo prúdové motory.

Spaľovací motor:

Spaľovací zážihový motor - štvortaktný:
Spaľovacie motory dnes poháňajú takmer všetky automobily na svete. Na pohyb využívajú energiu plynov vytvorených spálením pohonnej zmesi. Zážihový motor funguje tak, že do valcov, v ktorých sú piesty, sa privádza zmes vzduchu a benzínu. Zmes sa stlačením zahustí. Elektrická sviečka vytvorí iskru, ktorá túto zmes zapáli, a vznikajúce plyny uvedú do pohybu piesty vo valcoch. Spálená zmes sa vypudí von. Tak sa vytvorí cyklus. Pri dvojtaktných motoroch je na jeden cyklus potrebné len jedno otočenie vačkového hriadeľa.
Spaľovací vznetový motor:
Mnohé autá a vlaky sú poháňané výkonnými vznetovými motormi; sú to tiež spaľovacie motory, lenže sa v nich nespaľuje benzín, ale nafta. Motor pracuje podobne ako motor spaľujúci benzín, nemá však elektrické sviečky, ale je vybavený vstrekovacím čerpadlom, ktoré dýzami vstrekuje do valcov naftu. Piest stlačí vzduch, čím ho zohreje na veľmi vysokú teplotu (nad 500 oC), pri ktorej sa rozptýlená nafta vznieti - preto sa tento motor nazýva vznetový.

Prúdový motor:

Prúdový motor (v zásade je to plynová turbína) poháňa väčšinu rýchlych lietadiel. Rýchlo sa otáčajúce ventilátory v prednej časti motora nasávajú vzduch, ktorý prechádza pod vysokým tlakom do viacerých komôr. Tam sa stlačený vzduch zmieša s palivom; táto zmes sa zapáli, horúce spalné plyny sa rozpínajú a prúdia k výstupnej dýze. Súčasne roztáčajú turbínu, ktorá poháňa ventilátory v prednej časti motora. Vzduch prúdi nielen hlavnou časťou motora, ale aj cez obtokový kanál okolo nej.

Takto sa zvyšuje celkové množstvo vzduchu prechádzajúceho motorom, čím sa zväčšuje jeho ťah. Kanál okrem toho znižuje hlučnosť motora.

Parný motor (parný stroj):

Parný motor sa nachádza napríklad v lokomotíve. V kotle sa spaľuje drevo alebo uhlie, a tým vzniká teplo. Horúci vzduch a dym prechádzajú rúrkami v nádrži s vodou. Teplo mení vodu na paru. Para prechádza rúrkami do valca, kde tlačí na piest raz z jednej, raz z druhej strany, čím ho uvádza do pohybu. Pohyb piesta sa prenáša na hnacie kolesá rušňa. Para a dym unikajú cez ventil a komínom vychádzajú von.

Elektromotory:

Elektromotory sú veľmi jednoduché a spoľahlivé stroje. Väčšinou sú to rotujúce stroje, ktoré premieňajú mechanickú energiu na elektrickú alebo naopak. Skladajú sa z pevne stojaceho stojana a okolo obiehajúceho bežca. Stojan a bežec sú z elektricky vodivého materiálu. Keď prúd prejde cez kotvu magnetu, magnetická reakcia vytvorí krútiaci moment a kotva magnetu sa otočí. Činnosť elektrického alternátora a spojenie polí cievky motora sú presne také ako v generátoroch. Otočenie kotvy magnetu indukuje napätie v závitoch kotvy. Toto indukované napätie je v opačnom smere k vonkajšiemu použitému napätiu kotvy, a preto sa to nazýva spätná alebo opačná elektromotorická sila. Keď sa sa motor rýchlejšie otáča, zväčšuje sa spätná elektromotorická sila, až pokým nie je takmer rovnaká ako použité napätie. Prúd je vtedy malý a rýchlosť motora zotrvá konštantná, až pokiaľ motor nie je zaťažený a nevytvára žiadnu mechanickú prácu okrem práce potrebnej na otočenie samotnej kotvy. Pod záťažou sa kotva točí pomalšie, zmenšuje elektromotorickú silu a umožňuje prietok väčšieho prúdu v kotve. Motor je tak schopný prijímať viac elektrickej energie zo zdroja a vytvárať viac mechanickej práce.
Pretože rýchlosť rotácie kontroluje prietok prúdu v kotve, je treba špeciálne zariadenia na naštartovanie motora. Keď je kotva v pokoji, nemá vlastne žiaden odpor a keď by sa použilo normálne pracovné napätie, bude ňou pretekať veľký prúd, ktorý by mohol pokaziť alternátor alebo vinutie kotvy. Na predídenie poškodeniu kotvy sa použijú sériovo zapojené odpory, ktoré znížia prúd, pokým motor nezačne vytvárať dostatočnú spätnú elektromotorickú silu. Čím rýchlejšie sa motor pohybuje, odpor sa postupne zmenšuje, a to buď manuálne alebo automaticky.
Rýchlosť, ktorou beží motor, závisí od sily magnetického poľa pôsobiaceho na kotvu, ako aj od prúdu v kotve. Čím silnejšie je pole, tým menší je počet otáčok potrebných na vyrobenie dostatočne veľkej spätnej elektromotorickej sily ako protiváhy použitého napätia.

Z tohto dôvodu možno kontrolovať rýchlosť motorov zmenou prúdu.

Alternatívne pohony:

Vodík:
Elektrickým prúdom sa dá voda rozložiť na plyny: vodík a kyslík. Keď sa do kontaktu dostanú vodík a kyslík, zhoria znova na vodu a vytvoria energiu. Ale vodík je príliš vzácny na to, aby zhorel. Oveľa výhodnejšie je premeniť ho pomocu palivového článku znova na elektrickú energiu. Palivový článok vytvorí elektrický prúd pomocou chemického procesu. Tieto "články" môžu byť v rôznych veľkostiach. Niektoré sú také malé, že nahradia malé batérie, ale niektoré sa môžu využiť v elektrárňach na výrobu elektrického prúdu. DaimlerChrysler postavil autobus s týmto pohonom a Ford sľubuje prvé sériovo vyrábané auto s týmto pohonom.

Dusík:
Vedci Washingtonskej university vyvíjajú nový automobil bez škodlivých emisií. Princíp je rovnaký ako u parného motora, až na absenciu spaľovania. Namiesto toho je stlačený tekutý dusík, ktorý sa potom premení na paru vo výmeníku tepla vplyvom teplého vzduchu, ktorý ho obklopuje. Tento výmenník tepla funguje ako chladič auta, ale namiesto chladenia motora vzduchom, využíva teplotu okolitého vzduchu na zohriatie a varenie dusíku. Výsledný dusíkový plyn je dodávaný motoru, ktorý pracuje ako parný motor, premieňajúc tlak na mechanickú prácu. Jediným odpadom je dusík, ktorý tvorí väčšinu atmosféry Zeme.