Zážihový motor
Zážihový (spaľovací) motor je piestový spaľovací motor, v ktorom sa cudzím zdrojom tepla (spravidla zapaľovacou sviečkou) zapaľuje stlačená zápalná zmes plynného alebo ľahkého kvapalného paliva a vzduchu.
Pracovný cyklus
Zážihový motor môže byť technicky realizovaný ako motor s priamočiarym vratným pohybom piesta štvortaktný alebo dvojtaktný. Osobitnou kategóriou je realizácia motora s krúživým piestom - Wankelov motor.
Hrubým teoretickým modelom pre výpočet parametrov obehu zážihového motora je Ottov cyklus, prípadne Seiligerov cyklus.
Základné parametre cyklu
| kompresný pomer | tlak na konci kompresie | teplota na konci kompresie | tlak na konci spaľovania | teplota na konci spaľovania | tlak na konci expanzie | teplota na konci expanzie |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 7 až 10,5 | 1,1 až 1,8 MPa | 550 až 750 K | 2,5 až 5,5 MPa | 2500 až 2800 K | 0,35 až 0,5 MPa | 1200 až 1500 K |
Palivá
Ako palivá sa používajú látky, ktoré sa dobre miešajú so vzduchom a sú schopné v krátkom čase vytvoriť homogénnu zmes. Sú to napríklad: benzín, stlačený zemný plyn (CNG), skvapalnený propán-bután (LPG), alkoholy (metanol, etanol). Atraktívnym kandidátom na palivo budúcnosti pre zážihový motor je vodík.
Zápalná zmes
Klasický zážihový motor, ktorých je v prevádzke väčšina, spaľuje homogénnu zmes. Výnimku tvoria moderné konštrukcie zážihových motorov s priamym vstrekom označované aj GDI (Gasoline Direct Injection).
Homogénna zmes je zápalná iba v úzkom rozmedzí okolo stechiometrického pomeru. Stechiometrický pomer je taký, pri ktorom teoreticky dôjde k dokonalému spáleniu a na konci reakcie nezostane navyše žiadna časť látok vstupujúcich do reakcie. Pretože bežné uhľovodíkové palivá majú hmotnostný podiel približne 15 % vodíka a 85 % uhlíka, pre spaľovanie vo vzduchu je stechiometrický pomer približne 14,7 kg vzduchu na 1 kg paliva.
Dôležitým parametrom pre prípravu zmesi je vzájomný podiel paliva a vzduchu vyjadrený súčiniteľom prebytku vzduchu - λ.
Praktické uplatnenie súčiniteľa prebytku vzduchu
- Všetky moderné motory vybavené trojcestným katalyzátorom musia spaľovať zmes s λ = 1, a teda musia byť zároveň vybavené snímačom, takzvanou lambda-sondou.
- Staršie motory bez katalyzátora využívali obohacovanie zmesi v režime maximálneho a minimálneho zaťaženia, kde λ dosahovala hodnotu približne 0,9. Táto metóda zvyšovania výkonu (aj s menšími hodnotami súčiniteľa) sa používa dodnes pri športových aplikáciách, napríklad pri vozidlách Formuly 1.
- Staršie motory bez katalyzátora využívali ochudobňovanie zmesi v režime stredného zaťaženia, kde λ dosahovala hodnotu približne 1,1 z dôvodu zvýšenia ekonomiky prevádzky.
Príprava zmesi
Zmes sa u zážihových motorov pripravuje mimo pracovného priestoru valca. Na prípravu sa používa niektoré zo zariadení:
- karburátor
- vstrekovacie zariadenie
- priame
- nepriame
- splyňovač (pre plynné palivá)
Regulácia výkonu
Výkon zážihového motora sa reguluje množstvom zmesi pripadajúcej na jeden pracovný cyklus. Preto takýto typ regulácie nazývame kvantitatívnou. Najčastejšie je táto regulácia realizovaná škrtiacou klapkou v nasávacom potrubí. Škrtiaca klapka vytvára miestny odpor proti prúdeniu vzduchu, na ktorého prekonanie je potrebný rozdiel tlakov. Pred škrtiacou klapkou je nemenný atmosférický tlak (približne 101 kPa), preto sa potrebný rozdiel dosiahne podtlakom vyvolaným pohybom piesta počas nasávacieho zdvihu. Čím viac je klapka privretá, tým vyšší podtlak je vo valci. Pri voľnobežnom režime môže tlak za škrtiacou klapkou klesnúť až na 30 kPa. Následkom takéhoto poklesu tlaku je celý tepelný obeh motora posunutý k nižším tlakom a teplotám, čo má za následok pokles jeho termodynamickej účinnosti.
Takýto spôsob regulácie je veľmi neefektívny. Z tohto dôvodu sú zážihové motory menej účinné ako vznetové a pracujú s vyššou mernou spotrebou paliva. Vzhľadom na čoraz prísnejšie kritériá, ktoré sú kladené na spaľovacie motory, najmä z pohľadu ekológie, je len regulácia škrtením množstva zmesi vstupujúcej do pracovného obehu nedostatočná. Najlepším a aj momentálne jediným riešením, ktoré vyhovuje aj z pohľadu ekológie a aj z pohľadu ekonomického, je presné dávkovanie paliva a vzduchu na každý pracovný obeh. Vstrekovaním paliva, teda presnou dávkou v presne určenom čase sa dnes ovplyvňujú všetky požadované faktory vyplývajúce z činnosti motora, a teda hlavne výkon v celom zložení a hospodárnosť. Účelným sa v tomto prípade javí aj miestne nastavenie jednotlivých hodnôt podľa toho, v akej nadmorskej výške sa uvažuje motor používať.