Motory výbušné

Část všeobecná

Uspokojivé účinky páry v ústrojí parního stroje podněcovaly činného ducha techniků ku stálému prohlubování původní myšlénky a zjednodušení potřebného mechanismu, pokud jednalo se o vyvinutí síly poměrně malé.

Než i při nejdůmyslněji sestrojené konstrukci, upravené pro zmíněnou potřebu, nebylo možno obejíti se bez přístroje, v němž se vyvozovala k pohybu nezbytná pára.

Okolnost tato nebyla by příliš na závadu, jak o tom svědčí nesčíslné množství parních strojů, které blahodárně v průmyslu působí. Ale příprava vodní páry vyžaduje delší doby a proto jest tento způsob výhodným jen tehdy, nemá-li prodlení, spojené s přípravou, nepříznivý účinek na účel hybného stroje.

Rozmanité potřeby průmyslové, hospodářské i všedního života kladou neúprosně často požadavek, aby motor bez předchozí a delší dobu vyžadující úpravy byl ihned pohotově ku výrobě síly, kdy toho spotřeba žádá.

Tento požadavek u parních strojů i motorů jest vůbec neproveditelný, neboť vždy u nich výroba potřebné páry vyžaduje jakési doby, která posuzovaná se všeobecného stanoviska, jeví se býti dosti krátká, ale pro jinou potřebu, jež vyžaduje okamžité vyvození hybné síly u stroje, jest přece značným prodlením.

V těchto případech, jichž různé okolnosti praktického života vykazují celou řadu, není parní stroj pomůckou vítanou a vyhovující.

Příčiny tyto byly neúnavným technikům pobídkou, aby důmysl svůj obraceli k sestrojení motoru všeobecně uspokojujícího.

Přihlédneme-li blíže k požadavkům, jež se kladou na výkon těchto novodobých hybných strojů, seznáváme, že se vesle okamžité pohotovosti k práci, vyžadovala u nich také levnost výkonu a spolehlivost funkce nejen jednotlivých součástí, ale také celku. Jen za vyplnění těchto podmínek mohly nové sílu poskytující stroje obstáti na trhu národnohospodářském a posloužiti výhodně konsumentu.

Jako každá nová myšlénka vyžaduje neskonale pečlivých příprav, zkoušek, nákladných pokusů a různých obchodních obratů, aby jinak byla učiněna schopnou praktického upotřebení, jednak také, aby konsumující obecenstvo nabylo o jejím řešení přiměřené představy, tak i zde nescházelo konstruktérů, kteří překvapovali technickou veřejnost řadami vynálezů, aniž nedostávalo se závodů, jimž náleží zásluha, že zmíněné vymoženosti tvůrčího ducha technických odborníků prakticky jali se prováděti.

Rovněž také jako každé narozené děcko, každý z jádra vyklíčený budoucí strom potřebují šlechtění, ošetření a výchovy, tak i každý nový vynález, kterým se razí cesta k novému zužitkování sil ve větším slohu, vyžaduje onoho nezbytného pěstění, než z něho pro konsumenta utvoří se něco, co vyhovuje všestranně a bezvadně.

V této příčině, po době dosti dlouhé, podařilo se modernímu technickému umění vyrobiti motory, které mohou se zváti ideálem pohotovosti a výkonnosti, bez zatížení přemrštěné ceny vydržovací.

I pro neodborníka jest velice zajímavo a poučno, sleduje-li jednotlivé pokusy podniknuté ku sestavení hybných strojů, u nichž pára vodní jest nahrazena jinou látkou s utajenou hybnou silou.

Největší část pokusů zachovávala a dosud zachovává původní typický útvar stroje parního a spokojuje se pouze s případnou obměnou jednotlivých součástek, pokud jich nová silodárná látka vyžaduje k účelné konstrukci.

U všech téměř pokusů setkáváme se s pohyblivou stěnou, šinoucí se v nádobě válcovité účinkem silotvorné hmoty, při čemž přímočarý pohyb stěny přenáší se obvyklým způsobem na kliku kola a mění se tak v užitečný pohyb rotační, jakého v největší části případů praktické požadavky konsumentů vyžadují.

Ku pohybu zmíněné posuvné stěny bylo třeba náhradou za páru látky, která v malém původně prostoru měla tajiti značnou energii, jež v určitou dobu přiměřeným opatřením měla býti uvolněna.

Jednalo-li se o látku těchto vlastností, jest přirozeno, že zřetel vynálezce obrátil ku stávající již látce výbušné, která taktéž uváděla pohyblivou stěnu nádoby v přiměřený pohyb.

Byl to francouzský vynálezce, který ku konci sedmnáctého století snažil se užíti výbušné síly střelného prachu ku zdvihání vody v trubici.

Toutéž dobou Angličan Huygheus opatřil podobný stroj pístem, na nějž plyny střelného prachu účinkovaly.

Zdokonalení tohoto stroje docílil Papin ku konci osmdesátých let sedmnáctého století přiměřenými ventily.

Posuzujeme-li snahu těchto mužů se stanoviska dnešního, nemůžeme se ovšem uchrániti úsměvu nad počínáním, které chovalo již zárodky nezdaru při vzniku myšlénky, a z téže příčiny nepřekročilo její provádění mez pouhých pokusů.

Třeba že přes sto let myšlénka tato po zmíněných pokusech ležela ladem, nepozbyl nijak na síle a schopnosti života. Vynálezci čekali pouze na vyskytnutí se jiné látky, jejíž plyny by výhodněji plnily úkol, který byl požadován na plynech spálením střelného prachu povstalých.

Prozatím se podobné látky nedočkali a proto obraceli zřetel ku známým vlastnostem hořlavých a výbušných plynů, jež přiváděli pod píst pohybující se v rouře na jednom konci otevřené.

Uvedené plyny připravovali destilací dříví, uhlí, oleje a mísili je se vzduchem, čímž docilovali výbušné směsi, kterou zaněcovali pod pístem plamenem zvenčí umístěným.

Později přičiněn u některých modelů k válci s pístem i válec druhý, rovněž pístem opatřený. Oba písty byly spojeny vahadlem a účinkovaly za střídavého plnění válců dvojčinně.

V druhé čtvrtině předešlého století setkáváme se poprvé s modelem plynového motoru, u něhož třaskavá směs před zanícením stlačuje se pístem.

Ku zanícení užito vnějšího plamene, kterýmž zažehovám plamének ve zvláštním kohoutu. Opatření toto bylo nutné, jelikož plamének umístěný v kohoutu při vytlačování spálených plynů pístem byl sfouknut.

Vynález tento byl učiněn Angličanem. Prakticky se neosvědčil, ač konstrukcí i stlačováním třaskavé směsi chýlil se značně k moderním základům, pro naprosté opomíjení pod pístem zbývající veliké části spálených plynů, které nové, účinné směsi zbytečně ubíraly místa i síly.

Výrobou svítiplynu ve velkém k osvětlovacím účelům dostalo se vynálezcům vzácné pomůcky, jež pohodlným způsobem poskytovala prostředku, vedoucího časem k praktickému cíli.

Vzhledem k této okolnosti sestavil Francouz Lenoir v létech šedesátých předešlého století plynový motor, který klidným chodem a spolehlivou funkcí veškerých součástek úplně vyhovoval praktické potřebě, ale záhy pozbyl obliby pro značnou spotřebu plynu.

Zařízení i podoba tohoto modelu upomínaly na konstrukci parního ležatého stroje, i válec, v němž se píst pohyboval, byl opatřen obvyklými víky. Plnění válce dělo se střídavě jako u parního stroje, třaskavá směs se zaněcovala elektrickou jiskrou, válce byly chlazeny vodou.

Za jistých okolností motor tento prokazoval výhodné služby, ač často se stávalo, že elektrický zapalovač selhával, jmenovitě pohyboval-li se motor rychlejším tempem. Z této příčiny nahrazena pouze jediná jiskra zaněcovačem mnohojiskerným.

Značná spotřeba plynu byla mocným popudem dalším vynálezcům, aby sestrojili motor úspornější.

Koncem let šedesátých předešlého století podařilo se to závodu v Deutzu, patřícímu Langenovi a Ottovi.

Motor jejich měl sice nezamlouvající se tvar a chod jeho byl provázen rachotem tím nepříjemnějším, jelikož se jevil v mezerách nepravidelných, ale vzdor těm nepříjemnostem pracoval spolehlivě a – levně.

Jmenovitě poslední okolnost přispívala k jeho rozšíření v závodech, u nichž hluk nepůsobil obtíží a které disponovaly větším prostorem, jakého rozměrný motor vyžadoval.

Píst jeho pohyboval se ve válci na jednom konci otevřeném a výbušná směs zaněcovala se plamenem zevně umístěným.

Vynálezci zlepšovali motor neustále, až docílili u něho klidného chodu, spolehlivého působení a zamlouvající se zevnějšku. V novém udobení účinkoval motor čtyřdobě. Jediným pístem, pohybujícím se v otevřeném válci, nassávala se třaskavá směs pod píst, stlačovala se při zpětném chodu, po vznícemí vymrštila píst vzhůru a při opětném zpátečním chodu vytlačoval píst spálené plyny z válce a upravoval místo pro novou třaskavou směs.

V této údobě nový motor doznal záhy značného rozšíření, jmenovitě v místech, v nichž bylo postaráno o stálou zásobu plynu.

Avšak právě tato příčina byla pohnutkou, že pátráno po náhradě za plyn, dostupný jen ve větších místech, opatřených vlastní plynárnou. K příčině této pojila se i snaha po sestrojení plynových motorů pojezdných, u nichž již předem byla vyloučena možnost odvislosti na plynárně z velice jednoduché příčiny, jelikož pohodlné umístění dostatečné zásoby svítiplynu k účelům přípravy třaskavé směsi bylo z technických důvodů naprosto vyloučeno.

K těmto příčinám pojil se požadavek po plynu, od něhož se nežádalo, aby sloužil osvětlovacím účelům a který následkem toho mohl se poříditi levněji, než svítiplyn.

V požadavku tom byla patrná snaha po neodvislosti od plynáren a po rozšíření motorů i na místa, jež plynáren postrádala.

Podniknuta řada zkoušek s různým výsledkem a navrhovány rozmanité methody, z nichž po praktických pokusech osvědčila se pro motory stálé plynová směs kysličníku uhelnatého a vodního plynu či uhlovodíku lehkého.

Každý z těchto plynů zvláště pro sebe nehodil by se pro výrobu třaskavé směsi, ale přiměřeným smísením obou docílilo se výrobku snadno zápalného a účinkujícího velice energicky.

Příprava této plynové směsi vyžaduje zvláštního a dosti složitého přístroje, účinkujícího při náležité obsluze přesně a dochvilně.

V podstatě provádí se příprava žádoucí směsi následovně: V parním kotlíku vyvinuje se přehřátá pára, která se ve zvláštním přístroji mísí se vzduchem a přivádí se pod ohniště peci opatřené vysokou vrstvou žhavého paliva. Pec tato jest neprodyšně uzavřena. Doplňování paliva děje se nálevkovitou nádobou, z níž po vzduchotěsném uzavření se doplňuje vrstva v peci. Vyvozený plyn se čistí a shromažďuje v plynojemu.

Ač příprava plynu jest snadná a při jisté opatrnosti tou měrou spolehlivá, že možno voliti plynojem vystačující pouze na desítiminutovou spotřebu, přece vzdor značně nízké ceně výrobku nevyhovuje všeobecné potřebě, jelikož jest podmíněna celou řadou aparátů, jichž nemožno vždy a v každém případě, jmenovitě u motorů se pohybujících s úspěchem užíti.

posléze jmenovaná závažná podmínka byla konstruktérům plynových motorů pohnutkou, aby pátrali po pohodlnějším a zároveň vydatnějším zdroji hybné síly, než jaký poskytoval svítiplyn nebo třaskavá posléze uvedená směs.

Velice pohodlný pramen a zdroj žádané hybné síly shledán v petroleji, hlavně pak v některých jeho destilátech, které po podrobných zkouškách poskytly odborníkům hmotu, po níž vynálezci toužili.

Surový petrolej má dle toho, odkud pochází, zabarvení žlutavé nebo hnědé, šedomodré až téměř černé.

Dobývá se na různých místech z nichž nejznámější jest Pensylvanie a Kanada v Severní Americe, pak oblast kaspická kolem Baku a u nás Halič.

Surového petroleje se ve stavu, v jakém se ze země dobude, neužívá v průmyslu, jmenovitě k pohonu motorů se všeobecně nehodí.

Surový petrolej jest v podstatě směsí různých uhlovodíků skupenství pevného, kapalného a plynného, z nichž jen některé se hodí za zdroj síly pro plynové motory.

Odloučení jednotlivých uhlovodíků provádí se destilováním, při čemž obyčejně již při první destilaci nabývá se tří skupin účinkem různého tepla.

První skupiny, sestávající ze snadno prchajících olejů, nabývá se destilováním za tepla nepřesahujícího 170 stupňů Celsia.

U druhé skupiny, obsahující obyčejný petrolej, jakého se užívá ku svícení, postupuje zahřívání od 170 do 300 stupňů Celsia.

U třetí skupiny, jež vyžaduje zahřívání přes 300 stupňů Celsia obnášející, nabývá se těžkých minerálních olejů a vaselinu.

Každá z těchto skupin sestává opět z řady olejů, jež možno postupnou destilací odděliti.

Pro náš účel mají důležitost pouze oleje skupiny prvé a druhé, z nichž některé jsou pro pohon motorů nepostrádatelné.

Již zcela nepatrným zahříváním první skupiny unikají ze směsi zcela lehce prchavé složky, které různé továrny opatřují zvláštními jmény. Ochlazením par těchto prvotných destilátů nabývá se olejů snadno na vzduchu za obyčejné teploty se vypařujících, velice vznětlivých, tuky a pryskyřice snadno rozpouštějících. Pro pohon motorů má důležitost destilát jímaný mezi 80 až 100 stupni Celsia, o měrné váze asi 0.75 při 15 supních Celsia.

Jest to všeobecně známý benzín, užívaný také ku cídění látek.

Benzin vypařuje se již mocně za obyčejné teploty a smísen se vzduchem, tvoří za jistých okolností snadno zápalnou a třaskavou směs.

Práce pomocí benzinu podniknuté dlužno prováděti buď na volném prostranství nebo v místnosti důkladně větrané, v níž panuje stálý průvan. V každém případě však za naprostého nedostatku ohně, jiskry nebo doutnajících předmětů. Staly se případy, že páry benzinové se vzňaly i ve značné vzdálenosti od plamene nebo ohně v kamnech.

Jakkoliv tato nebezpečná vlastnost benzinu v mnohých případech byla příčinou četných neštěstí, jest pro výrobu třaskavé směsi, které potřebuje motor, zjevem velice vítaným, neboť stačí za obyčejných okolností pouhé vanutí proudu vzduchu nádobou benzinem naplněnou, aby docílilo se snadno vybuchujícího plynu, kterým se motor plynový uvádí v účelnou činnost.

Benzin však není jednotnou látkou. Jmenovitě benzin, jehož se užívá ku pohánění motorů, chová mnoho snadno prchavých a samočinně se vypařujících látek, které nejdříve unikají. další jeho část chová oleje méně prchavé pak vždy jakési procento látek nesnadno se vypařujících, při destilaci mechanicky přimíšených, které pro činnost motoru nemají celkem významu.

S posléze uvedenou okolností jest třeba každému majiteli benzinového motoru účtovati. Zjev tento jest pokynem pro majitele benzinového motoru, aby po čase zbytky benzinu z nádržky často doplňované úplně odstranil, neboť jen tímto opatřením vyhne se nepříjemnému selhávání stroje, který často v nejnepříhodnější dobu vypoví službu.

Nestejnoměrné složení benzinu podmiňuje také nepravidelný chod stroje a vyžaduje zvláštních opatření, aby se motoru dostalo směsi, jaké povaha práce žádá.

Než i v této příčině rozhoduje stupeň tepla, jež účinkuje na zásobu benzinu v nádržce chovanou. V zimě, při uvádění motoru v činnost, účinkují v prvé řadě nejsnadněji prchavé oleje, a je-li jich málo nebo scházejí-li naprosto, nedostane se vůbec motoru třaskavé směsi a dlužno sáhnouti k umělému vyhřátí zásoby. Za parné letní teploty jeví se pravý opak.

Nejvýhodněji účinkují motory, jež jsou umístěny v ovzduší o stálé temperatuře. v tomto případě motor může postrádati různých vyrovnávacích přístrojů a dozorci jeho usnadňuje se značně práce.

Obyčejně prodejný benzin postrádá pravidlem přesné měrné váhy a jakost jeho podléhá různým změnám, jako shledáváme u každého jiného trhového zboží. V této příčině jest zřejmo, že obsluhovači nastává nevděčný úkol, aby upravil poměr mezi množstvím účinných uhlovodíkových par a přísadou vzduchu, aby vznikla pro motor výhodná směs.

I nedbalý a věci neznalý obsluhovač benzinového motoru upraví snadně potřebnou směs benzinových par a vzduchu, ale na účet majitele motoru.

Často se stává, že z této příčiny nešetří se benzinem, a motor pracuje nehospodárně, ač by při znalosti věci a větší obezřetnosti s menším množstvím benzinu docílilo se více práce, nehledě ani k ušetření stroje.

Moderní stroje v této příčině usnadňují značně práci obsluhujícímu personálu připojením kontrolních aparátů, které téměř samočinně upravují si přiměřenou směs z uhlovodíkových par a vzduchu.

Výše uvedenému vyčerpávání snadno se odpařujících složek benzinu a tvoření se nesnadněji vypařujícího zbytku čelí se odměřováním malých dávek, odpovídající okamžité výkonnosti motoru.

Za příčinou nepatrného vypařování se v obyčejné teplotě poskytuje lampový petrolej méně nebezpečí samovolného vznícení, ale vyžaduje za to pomůcek, které umělým způsobem proměňují ho v páry.

Obecně provádí se tento výkon rozprášením dávky petrolejové s určitým množstvím vzduchu, jelikož je potřeba k utvoření vznětlivé směsi a celek pak se zahřívá o stěny vypařovače.

Výše bylo uvedeno, že lampový petrolej připravuje se z petroleje surového destilováním mezi 170 až 300 stupni Celsia. V tepelných mezích, tou měrou rozsáhlých, nemůže povstati destilát jednotný, nýbrž směs sestávající z uhlovodíků vypařujících se při nestejných stupních tepla. Z této příčiny nebylo by výhodno zahřívati veškerou zásobu petroleje v nádržce, neboť tímto způsobem vyčerpaly by se snadněji prchavé složky již předem. Podobný zjev byl již uveden v odstavci, pojednávajícím o benzinu.

Jinou látkou pro výrobu silotvorných plynů k pohánění motorů jest líh, jehož upotřebení z technického stanoviska nepůsobí nijakých obtíží, a pokud se našeho národnohospodářského stanoviska týče, mělo by ho býti hojněji užíváno, kdyby nevadila značná jeho cena.

Při uvádění motoru v činnost jest třeba předem vyhřátí líhu. Hodnota líhu, porovnávaná s výkonností benzinu, jest značně menší, proto spotřeba jeho jest větší, jedná-li se o docílení stejných effektů. Celkem spotřebuje se líhu 1.9 kráte více než benzinu.

Jedná-li se o posouzení motoru ohledně užívané silotvorné směsi, nestačí pouhé posouzení jejího množství, spotřebovaného za jistou dobu, nýbrž jest třeba, aby byl brán zřetel i na různé jiné okolnosti, které mohou býti příčinou mrhání palivem. Okolností těchto jest značná řada a nikoli vždy může jim majitel motoru účelně čeliti.

Nechť užívá se k pohonu motoru svítiplynu, benzinu, petroleje, líhu nebo i jiné látky, může se mu dostati již při kupování suroviny méně vydatné, které při užití neposkytuje příznivých čísel a bývá příčinou škody.

I obsluha stroje, ač práce tato není nikterak obtížnou, může býti zdrojem škody. Totéž platí i často o nedokonalém sestrojení stroje nebo vážném poškození jeho ústrojí, jmenovitě byl-li zakoupen z druhé ruky, jakž často se stává.

U nových strojů udává strojírna i chemické složení a měrnou váhu silotvorné látky, jest tudíž na majiteli, aby se těchto zdrojů přesně přidržoval, neboť každá odchylka mívá v zápětí i jinou výkonnost motoru, pravidlem v neprospěch dotyčného majitele.

Nemenší důležitost mají pro majitele motoru teploměr či teploměry a hustoměr, které, jsou-li jakosti bezvadné, prokazují neocenitelné služby.

Pokud se týče rozhodnutí, jaké látky jest třeba ku pohonu motoru užíti, nerozhoduje v některých případech poněkud vyšší cena za hodinu a koně, nýbrž lužno přihlížeti k různým místním okolnostem, které by mohly zavedením jiné látky ku pohonu býti příčinou třeba dalšího stoupnutí této ceny, nehledě k jiným nepříjemnostem, jež by se snad vyskytly při jejich opatřování.

Obtíže tyto vyskytují se často při opatřování benzinu nebo petroleje, při čemž se velmi často stává, že nově zakoupená zásoba vykazuje jiné vlastnosti, než zásoba předchozí, a domněle levný její nákup bývá příčinou škody a nepravidelnosti v chodu motoru. Zkušenosti v této příčině jsou četné a dosud nejvážnější příčinou, proč užívání těchto pohodlných a praktických strojů nedoznalo ještě většího rozšíření, jěž mu po zásluze náleží.

Mezi další příčiny nezdaru ve funkci motorů zaujímá neposlední místo i neznalost jejich seřízení, jež vyžaduje pozornosti a jakési odborné znalosti, nikoli nesnadné.

Nikoli každá plynová směs se vzduchem poskytuje třaskavý plyn, příliš málo plynu nebo opět nadbytek poskytuje směs, která se v uzavřeném prostoru nevzněcuje.

Moderní konstruktér může se v této příčině uchýliti k osvědčeným zkušenostem starších průkopníků vynálezu plynového motoru, a není mu třeba podnikati nákladných a úmorných pokusů.

U směsi svítiplynu se vzduchem nenastává vznícení a explose, pokud ve stu litrech se ndosáhne 7.8 l svítiplynu a 9.2 vzduchu, jako nejmenší dávka, nebo překročí 9.2 l svítiplynu a 80.8 l jako začátek největší dávky svítiplynu.

Veškeré hodnoty, nacházející se mezi 8 a 19 l svítiplynu ve stu litrech směsi, poskytují směs třaskavou.

Údaje tyto byly zjištěny za tepla 14.5 stupňů Celsia za užití vzduchu atmosferického, tedy naplněného do jisté míry parami vodními.

Zkouškou zjištěno, že třaskavá směs, upravená v mezích výše uvedených, snáze se vzněcovala, dostalo-li se jí stlačení či komprimování.

Komprimování třaskavé směsi provádí se přímo ve válci pístem.

Třaskavý plyn vypuzuje explosí píst z původní polohy a přenáší jeho pohyb pístnicí, na kliku a setrvačník. Působením setrvačníku vrací se píst do původní polohy a vytlačuje z válce spálené plyny do výfuku. Pohybem válce ku předu vykonána byla první cesta, pohybem zpětným druhá.

Dalším účinkem setrvačníku pohybuje se píst opět ku předu a ssaje současně třaskavou směs do válce. Děj tento představuje třetí cestu.

Zpětným pohybem pístu komprimuje se třaskavá směs – čtvrtá cesta - a připravuje se k novému výbuchu.

Tyto čtyři cesty provádějí se týmž válcem a týmž pístem.

Úprava přívodu třaskavé směsi a odvádění spálených plynů zprostředkuje se ventily, o jichž konstrukci bude na jiném místě podáno vysvětlení.

Čtyři výše popsané cesty představují výkon, v němž se dostane motoru pouze jednou pohonu. Připadá tudíž skutečné vložení síly ve stroj na čtverý zdvih pístu či na dvě úplné obrátky setrvačníku.

Úpravu tuto vynášel Otto a položil tím základ ku značnému zjednodušení motoru a velikému jeho rozšíření.