Nový tvar pístu, zajišťující klidnější běh spalovacího motoru

Antidetonační píst pro automobilní motory.
Vlevo normální píst pro kompresi 4,6, vpravo stupňový antidetonační píst Dumanoisův pro kompresi 6,7.
Zdroj: archiv Bejvávalo.cz.

Antidetonační píst pro automobilní motory.

V loňském ročníku tohoto časopisu bylo pojednáno o významu vyššího kompresního tlaku pro automobilní motory a zároveň byla uvedena příčina, která brání zvyšování komprese. Je to t. zv. detonace výbušné směsi, která vyvolává velmi nepříjemné zjevy. Proto nelze u běžných automobilních motorů jíti přes kompresní poměr 5,5, nemá-li se obsluha státi obtížnou a nemá-li tichost běhu utrpěti.

Proti detonaci používáme zvláštních přísad do paliva, t. zv. antidetonátorů; tyto látky, přimíšeny i v nepatrném množství k benzinu, vydatně brzdí detonace, ale znamenají vždy jisté zdražení a některé z nich působí zvýšenou měrou na jedovatost výfukových plynů, jako na př. tetraethyl olova.

Tyto antidetonační prostředky jsou založeny na působení chemickém; brzdí rychlost šíření se plamene právě tak, jako dusík vzduchu zpomaluje hoření na vzduchu.

V poslední době ukázaly práce známého francouzského fysika Dumanois mnoho nového v tomto až dosud záhadném ději detonace, jak jsme také v našem časopise to poukázali. Dumanois našel v poslední době ještě další prostředky proti detonaci; jeden z nich má podstatu čistě fysikální a uvádíme jej.

Dumanois používá totiž t. zv. antidetonačního pístu, jehož dno je zvláštním způsobem odstupňováno, čímž se umožňuje značně vysoká komprese bez použití chemických přísad.

Známé pokusy (fysikální a filmování plamene), které konali Berthelot a Vieille a po nich mnozí jiní již před delší dobou, vysvětlily vznik detonace. Detonace je vyvolána těsně po zapálení směsi. Při počátku hoření počíná se také zvyšovati tlak v kompresním prostoru a nastává velmi rychlá komprese plynů. Tím zvýší se teplota nad bod zápalu a prostorem proletí velikou rychlostí tlaková vlna, vzniklá od spálení směsi, ve velmi krátké době. Je to něco podobného jako klidné a poměrně pomalé hoření střelného bezdýmného prachu na otevřené míse a zrychlené jeho hoření v uzavřeném prostoru patrony.

Chemicky působící antidetonátory zvolňují hoření tou měrou, že tlaková vlna je zpomalena, ba v určitých případech ani nevzniká. Zápalná teplota se jimi nesnižuje, ale hoření se brzdí, plamen probíhá prostorem pomaleji a nevyvolává okamžitou kompresi ve zbytku směsi.

Okamžik, kdy zbytek směsi samozápalem dohořuje, je jimi oddálen až na poslední chvíli, kdy již píst počíná ekspansní zdvih. Tato teorie je potvrzována skoro všemi badately.

Fysikálně působící antidetonátory se až dosud mnoho neosvědčily, a někdy teorie sama pracovala proti nim. Teprve v poslední době počíná se hledati na základě přesnějších studií mechanický prostředek k zamezení takové vlny při počátku zápalu. Tohoto způsobu použil Dumanois při odstupňovaném pístu. V obrazci je vlevo normální píst určitého motoru pro kompresní poměr 4,6. což je běžná hodnota. Vpravo je nový píst Dumanoisův, který má odstupňované dno a dává kompresní poměr 6,7, v normálním automobilním motoru nepřípustný. Stupňovitým dnem pístu se kompresní prostor rozdělí na řadu prostorů, z nichž jeden přechází náhle do druhého.

Schody na dnu pístu jsou na počátku vysoké 3,5 mm a mají šířku 16 mm. Motor a vůz je týž, se kterým Dumanois konal pokusy při vyšetřování chemických antidetonátorů, jak jsme o tom psali v 17. čísle »Vynálezů a Pokroků«. Jiskra zapálení musí míti vzhledem k stupňům určitou polohu a v našem případě vznik plamene musí se díti u nejvyššího stupně. Použilo se téhož paliva jako při zkouškách s antidetonátory, t. j. 77% benzinu a 23% lampového petroleje, tedy směsi, která je ke klepání nejvíce náchylná.

Ukázalo se, že s novým pístem jsou tytéž výsledky jako s chemicky působícím tetraethylem olova. Dosáhlo se největší rychlosti 99 km/hod. při spotřebě 11½ l na 100 km, při čemž detonace úplně zmizely, ačkoliv kompresní poměr byl značně vysoký.

Účinek lze si vysvětliti takto: Vznikne-li na nejvyšším stupni pístu okamžitý přetlak vlivem rychlého místního hoření (to trvá jen několik tisícin vteřiny), vznikne tlaková vlna, která se velmi rychle šíří v prostoru stále stejné výšky. Přijde-li tato vlna náhle do většího prostoru, poklesne v prvém okamžiku tlak, rychlost šíření se zmenší, tlaková vlna je zabrzděna a láme se. Jestliže se tento postup opakuje v dalších prostorech, zdelší se doba průběhu tlakové vlny mnohonásobně, takže předstihne vlastní plamen jen zcela nepatrně. Tím vzniká brzdění tlakové vlny mechanicky. Podle této teorie mohl by brzdicí účinek nastati i při zapálení s druhé strany pístu, neboť místo náhlé ekspanse tlakové vlny v místech přechodu působí odpor zmenšeného průřezu proti dalšímu šíření se vlny. Ovšem nesmíme zapomenouti, že tyto děje odehrávají se všechny v úžasně krátké době několika tisícin vteřiny, při čemž přirozeně proudění plynů naráží na značné překážky i při poměrně malé změně průtokového průřezu.

Zmíněným způsobem lze tedy mechanicky odstraniti detonace, zlepšiti běh stroje a zmenšiti spotřebu paliva bez chemických přísad.