Piestové spaľovacie motory

Motory sú stroje , v ktorých sa premieňa energia určitého druhu na pohybovú energiu. V motore sa premení vždy len časť prijatej energie na pohybovú energiu. Zvyšok sa premení na iný druh energie, ktorá sa v motore ako hnacom stroji nevyužije. Napríklad časť energie prijatej motorom sa vždy premení na vnútornú energiu jeho súčastí, ktoré sa pri pohybe navzájom dotýkajú, tým sa ich pohyb ustavične brzdí a súčasti sa zohrievajú.
V spaľovacích motoroch sa premieňa pri horení paliva časť vnútornej energie paliva na pohybovú energiu.

činnosť: v tepelne izolovanom valci je stlačený plyn s objemom V0 uzavretý piestom s obsahom S. Pri tlaku p pôsobí plyn na piest tlakovou silou F = p.S, ktorá posunie piest po krátkej dráhe s (tlak plynu sa pritom výrazne nezmení.) Plyn vykoná prácu:

W = F.s alebo W = p.S.s

Objem plynu sa zväčší na V1. Zmena objemu je teda V1 – V0 = Ss. Plyn vykoná prácu W = p.(V1 – V0)

Vykonaním tejto práce sa o rovnakú hodnotu zmenší vnútorná energia plynu. Piest sa pritom uvedie do pohybu. Vnútorná energia plynu sa premení na pohybovú energiu piesta. Aby sa tento dej dal technicky využiť, musí sa premena opakovať v cykloch.

Zážihový štvordobý motor je piestový spaľovací motor, ktorý pracuje v cykloch z ktorých každý má štyri doby. V jednej z nich, ktorú voláme pracovná doba cyklu, prebieha premena vnútornej energie plynu na pohybovú energiu piesta.
V zážihovom štvordobom motore je palivom zmes benzínu rozptýlená na nepatrné kvapky vzduchu. V hlave valca motora je zapaľovacia sviečka, sací a výfukový ventil. Zapaľovacia sviečka je zariadenie, v ktorom v určitom okamihu cyklu automaticky preskočí elektrická iskra. Ventily sa vo vhodnej chvíli samočinne otvárajú, alebo zatvárajú otáčaním vačiek.

Teraz opíšem štyri doby jedného cyklu zážihového štvordobého motora:

1. Nasávanie: Sací ventil sa otvorí a palivová zmes sa nasáva do valca pri pohybe piesta dole. Zmes má teplotu približne rovnakú ako okolitý vzduch a tlak zmesi sa približne rovná atmosferickému tlaku (asi 100 kPa).
2. Stláčanie: Pôsobením vonkajšej sily na piest sa zmes stláča pri oboch uzavretých ventiloch. Tým sa zvýši jej tlak (asi 1000 kPa) a teplota asi na (500 °C)
3. Explózia – rozpínanie: Stlačený plyn sa pri uzavretých ventiloch zapáli elektrickou iskrou. Tým sa ešte viac zvýši tlak (asi na 3000 kPa) a teplota (asi na 2000 °C) plynu. Stlačený plyn sa rozpína a ochladzuje. Koná prácu a jeho vnútorná energia sa zmenší.

Časť vnútornej energie plynu sa premení na pohybovú energiu piesta.
4. Výfuk: Výfukový ventil sa otvorí, sací ostáva zatvorený. Spálené plyny sa spätným pohybom piesta vytlačia výfukovým ventilom z valca. Z opísaného cyklu vidieť, že premena vnútornej energie plynu na pohybovú energiu piesta nastáva len v tretej dobe. Táto doba sa nazýva pracovná doba cyklu.
Opakovaný posuvný pohyb piesta nadol a nahor sa premieňa na otáčavý pohyb kľukového hriadeľa.