Zážihový motor

Four_stroke_cycle_compression.jpg 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 plyn, 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 hmotnostý 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
vstrekovanie
- jednobodové
- viacbodové
splyňovač (pre plynné palivá)

Regulácia výkonu

Výkon zážihového motora sa reguluje množstvom zmesi pripadajúcej na jeden pracovný cyklus. Preto sa takýto typ regulácie nazýva kvantitatívna. 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 tohoto dôvodu sú zážihové motory menej účinné ako vznetové a pracujú s vyššou mernou spotrebou paliva.

Piestové spaľovacie motory