Jednou z alternatív pohonu automobilov je parný pohon, ktorý bol síce známy už takmer pred dvesto rokmi, ale stále nenašiel dostatočnú odozvu medzi výrobcami automobilov, aby sa uplatnil v širšom meradle. Pritom výroba pary sa zdá byť pomerne jednoduchá a zmyslom parného motora je premeniť energiu pary pod vysokým tlakom na pohyb. Zvyčajne na pohyb piestov vo valcoch.
Jedným z hlavných nedostatkov parných strojov bolo, že mazací olej prenikal do parného systému a tam sa vplyvom horúcej pary rozkladal. Olej bolo nevyhnutné stále dopĺňať a tiež sa musel pravidelne čistiť parný systém. Znečistením vody sa totiž znížila tepelná kapacita pary, čo znamenalo pokles účinnosti motora.
Vynálezcovia sa však nevzdali myšlienky automobilu na parný pohon, hoci cesta k úspechu je dlhá a komplikovaná. V Nemecku skupina zanietených zástancov ekologického parostroja venovala jeho vývoju takmer desať rokov intenzívnej práce. Nehovoriac o investovaných miliónoch.
Vhodné piesty
Výsledkom ich úsilia je v súčasnosti valec iba o niečo väčší ako klasický hasiaci prístroj. Ak by sa experiment vydaril, určite by spôsobil revolúciu -- a nielen v automobilovom priemysle. V opačnom prípade by sa zaradil medzi nevydarené pokusy o opätovné vzkriesenie parného pohonu, ktorý sa vytratil z ciest vari pred sto rokmi. Odvtedy ho považujú za prežitok, ktorý je neúčinný, znečisťuje prírodu a v porovnaní s motormi s vnútorným spaľovaním je ťažkopádny. Napokon, porovnanie s rušňami je dostatočne výstižné...
Šiesti odvážlivci uverili projektu výskumného tímu a koncom roku 2000 založili vlastnú spoločnosť Enginion. Riešenie videli v tom, že piesty nepotrebujú mazanie. A po rokoch sa im podarilo nájsť správny keramický materiál na báze uhlíka, z ktorého vyrobili piesty a piestne krúžky. Vhodným kompozitným materiálom vyplnili oceľové valce. Celý prístroj údajne pracuje s neuveriteľne nízkym koeficientom trenia 0,008, čo možno prirovnať k treniu bruslí na ľade. Hlavné ložiská sa síce bez mazania nezaobídu, ale bez tradičného mazacieho okruhu je konštrukcia ľahšia a lacnejšia. Okrem toho pri pravidelnej údržbe netreba odstraňovať znečistený olej.
Prednosťou je tiež porézna keramická spaľovacia komora, v ktorej vzniká teplo na výrobu pary. Blok tvoria prepojené vlákna oxidu hliníka alebo karbidu kremíka. Každý z pórov pracuje ako malá spaľovacia komora.
Pri spaľovaní paliva vo veľkých priestoroch valcov v klasických motoroch nevyhnutne vznikajú teplejšie a chladnejšie miesta, čo je dané zlým premiešaním paliva. Na teplejších miestach sa tvorí viac oxidu dusíka, kým v chladnejších sa palivo spáli neúplne, takže z výfuku vychádza jedovatý oxid uhlíka, ako aj zvyšky nespáleného paliva.
V poréznej keramickej komore nastáva stabilné horenie bez plameňa pri rovnomernej teplote okolo 1 200 °C. Nový parostroj vraj pracuje účinnejšie, než zážihový motor a takmer sa vyrovná vznetovému motoru. Len čo sa palivo vznieti, v spaľovacej komore sa urýchlene začne vyrábať para. Do prevádzkyschopného stavu sa motor dostane približne za 20 sekúnd. A zaobíde sa bez spojky i prevodovky, lebo energiu dokáže dodávať už v stave pokoja.
Problémy chcú čas
Výkon a rýchlosť sa ovládajú priamo zmenou množstva pary vedenej do valcov. Expanzia pary vo valci poskytuje podľa tvorcov až päťnásobne vyšší krútiaci moment, než bežný motor s vnútorným spaľovaním. Napriek všetkému však odborníci upozorňujú na súvisiace problémy, ktorých riešenie si vyžiada ďalšie finančné náklady. Zamýšľajú sa, napríklad, nad zabezpečením tesnosti valcov, v ktorých krúžia piesty podobné tým, ktoré sa používajú v stále problematickom Wankelovom motore. Ťažkosti môžu vzniknúť aj na sekundárnom tepelnom výmenníku (prehrievači), na ktorý pôsobí veľmi korozívna para s teplotou 900 °C.
Zrejme teda bude nevyhnutné postupovať drobnými krôčikmi. Medzi prvými má byť pomocná pohonná jednotka s výkonom 6 kW a hmotnosťou 32 kg, pričom, napríklad, motor bežného osobného automobilu má v súčasnosti asi desaťnásobne vyšší výkon. Plnohodnotný automobilový motor na paru by tak mohol vzniknúť asi v priebehu desiatich rokov.
Samozrejme, podobné zariadenie by sa dalo využiť na klimatizáciu, vykurovanie a výrobu elektriny v nákladných autách alebo na iné účely -- povedzme pohon mopedov. Uplatnenie pre čistú a výkonnú pomocnú pohonnú jednotku sa určite nájde. Čo sa týka samotného pohonu plnohodnotného osobného auta, prednosť zrejme dostane hybridný automobil (elektromobil?).
Nádeje laikov však predbežne stroskotávajú na jednoduchej skutočnosti. Presvedčiť automobilky, aby sa pustili do výroby novej generácie parných motorov, je prakticky nemožné. Automobilový priemysel je tradične veľmi konzervatívny a po vložení obrovských finančných prostriedkov do motorov s vnútorným spaľovaním by sa asi len veľmi ťažko odhodlávali k zmene.
Okrem toho je vo výhľade auto poháňané vodíkovými palivovými článkami s bezkonkurenčne čistou prevádzkou. Predpokladá sa, že o 20 rokov by mala na vodík jazdiť až štvrtina novo vyrobených vozidiel. Napriek tomu výhoda parného motora zostáva: jazdí na benzín, naftu, metán i vodík.
Ako pracuje parný motor?
Pri studenom štarte sa vo valcovitej spaľovacej komore z poréznej keramiky pomocou iskry zapália pary paliva zmiešaného so vzduchom. Vznikajúce horúce spaliny prechádzajú dvojicou tepelných výmenníkov. V primárnom výmenníku sa voda mení na paru s teplotou 500 °C. Para prechádza menším sekundárnym výmenníkom (prehrievačom), kde sa teplota spalín zvyšuje asi na 900 °C. Elektronický vstrekovací systém paru prepustí cez ventil do valca, kde uvedie do pohybu rotačný piest, a tým aj hnací hriadeľ. Para, ktorá sa ochladzuje, opúšťa komoru, odovzdáva zostatkové teplo do vstupujúcej napájacej vody, kondenzuje a odteká naspäť do nádrže.
Vstrekovače pary
Predhievač
Horúce spaliny
Para
Piest
Hnacia hriadeľ
Spalovacia komora z poréznej keramiky
Para
Piest
Hnacia hriadeľ
Primárny výmenník tepla, ktorý mení vodu na paru
Predhrievač vody
Voda
Kondenzátor pary
Trocha z histórie
Angličan George Stephenson (1781 -- 1848) konštruuje v roku 1814 svoju prvú výkonnú parnú lokomotívu pre vnútrozávodnú prevádzku v uhoľnej bani. Utiahla 30 ton nákladu. V nasledujúcich rokoch stavia celý rad zdokonalených lokomotív a v roku 1823 zakladá továreň na ich výrobu.
Josef Božek (1782 -- 1835), majster dielní pražskej polytechniky, skonštruoval parný voz. Verejnosti ho predviedol v pražskej Stromovke a produkciu zopakoval v roku 1817 súčasne s predvádzaním parného člna na Vltave. Obe diela propagovali využitie parnej sily v Čechách.
Okolo roku 1830 sa zavádzajú parné autobusové linky v Londýne, Paríži, Bruseli a inde. Parné vozidlá sa pohybovali rýchlosťou až 50 km/h.
Američan E. L. Drake (1819 -- 1880) objavuje v Titusville v Pennsylvánii v USA prvé výdatné ložiská ropy (1859) a onedlho sa začína jej ťažba. Vznikajú prvé vrtné polia, rafinérie a začína sa rozvíjať petrolejársky priemysel. V prvej etape slúžil petrolej na svietenie, až v ďalších generáciách ako palivo spaľovacích motorov. V tom istom roku vynašiel francúzsky profesor fyziky Gaston R. Planté (1834 -- 1889) elektrické olovené akumulátory, ktoré sa po určitých zdokonaleniach používajú dodnes. V niektorých mestách začína premávať mestská pouličná parná električka.
Ignác Šustala (Schustala) zakladá v Kopřivnici výrobňu vozov a kočov (1853). Od roku 1897 tam začali vyrábať prvé automobily v českých krajinách s názvom Präsident.