Spaľovacie motory

1. Spaľovacie motory Kristína Ducárová VIII.A r.2007

2. Moderný vozidlový spaľovací motor (vidlicový) Spaľovací motor je stroj, ktorý spálením paliva premieňa jeho chemickú energiu na mechanickú prácu. K spaľovaniu paliva, alebo palivovej zmesi môže dochádzať v motore, ale aj mimo motora.

3. Niektoré látky, všeobecne nazývané palivá, sú schopné chemickej reakcie spaľovania, pri ktorej sa uvoľňuje teplo. Ak sa uvoľneným teplom zahreje pracovný plyn, podľa stavovej rovnice sa zvýši jeho tlak, alebo objem, v závislosti od toho či sa nachádza v uzavretom, alebo otvorenom priestore. Tento stav plynu môžeme využiť na vykonanie mechanickej práce, buď pôsobením tlaku na pohyblivú časť motora, alebo využitím zákona akcie a reakcie pri výtoku pracovnej látky z motora. Vyvedenie získanej mechanickej práce vo využiteľnej forme je už len vecou vhodného konštrukčného riešenia. Celý proces prebieha v súlade s druhou termodynamickou vetou len s určitou účinnosťou. Niektorá z variánt uvedeného všeobecného princípu je prítomná v realizácii každého spaľovacieho motora. Pritom platí: palivá môžu byť tuhé, kvapalné alebo plynné, prostredie v ktorom sa spaľujú je najčastejšie vzduch ale môže to byť aj iná látka, spaľovanie môže prebiehať vnútri alebo mimo motora, pracovný plyn môže byť samostatný, alebo to môžu byť priamo spaliny, pracovný plyn sa priebežne vymieňa, alebo je uzavretý v motore, pohyblivá časť motora na ktorú pôsobí pracovný plyn sa môže pohybovať rôznym spôsobom, pre získanie mechanickej práce sa môže využiť jeden, druhý, alebo oba spôsoby spoločne. Vzhľadom na vyšie uvedené nie je prekvapujúce, že skupina spaľovacích motorov zahŕňa množstvo typov a rôznych konštrukčných prevedení, preto je užitočné použiť pre ich rozdelenie správne kritériá.

4. Základné rozdelenie • Spaľovacie motory sa delia: • podľa toho, kde k spaľovaniu dochádza (v motore alebo mimo neho) na • Motory s vnútorným spaľovaním (väčšina súčasných spaľovacích motorov) • motory s vonkajším spaľovaním, pričom u nich môžme rozlišovať, či sa energia do pracovného priestoru dostáva • prívodom pracovných plynov (napríklad plynová turbína) • prestupom tepla prostredníctvom ohrievača pracovnej látky (napríklad Steringov motor) • podľa pracovného cyklu na • motory s kontinuálnym pracovným cyklom (napríklad spaľovacia turbína) • motory s prerušovaným pracovným cyklom • dvojtaktný • štvortaktný • Podľa základného pracovného princípu na: • Piestové spaľovacie motory • motory s priamočiarym vratným pohybom piesta (väčšina súčasných spaľovacích motorov) • motory s krúživým pohybom piesta (Wankelov motor) • lopatkové motory (turbíny) • reaktívne motory (prúdové, alebo raketové) • Piestové spaľovacie motory sa podľa spôsobu vyvolania spaľovania delia na: • zážihové - spaľovanie vyvolá energia z vonkajšieho zdroja - iskra zapaľovacie sviečky • vznetové - kde spaľovanie vyvolá ohrev stlačenej zmesi nad zápalnú teplotu • motory s kombinovaným zapaľovaním • Žiarové motory • V bežnej praxi sa dnes pod spaľovacím motorom rozumie spaľovací motor s vnútorným spaľovaním

5. História Prvé návrhy využitia strelného prachu, ako zdroja mechanickej energie sa objavili už v 17. storočí. Vo Francúzsku sa problematikou zaoberali Hautefeuille a Denis Papin, v Holandsku Christian Huygens. Koncom 18. storočia navrhol Street vo Veľkej Británii využiť zmes kvapalného paliva so vzduchom a Barber navrhol prvú spaľovaciu turbínu. V 19. storočí patentoval Lebon dvojčinný plynový motor, S. Brown postavil plynový motor a v roku 1826 ho zabudoval do vozidla. J. Lenoir skonštruoval v roku 1860 dvojtaktný dvojčinný posúvačový motor na svietiplyn. V roku 1867 Nikolaus Otto a Langen skonštruovali atmosférický plynový motor, v roku 1873 Reithmann štvortaktný plynový motor, v roku 1878 opäť Otto ležatý štvortaktný plynový jedno činný motor. V roku 1879 skonštruoval Kostovič zážihový motor s výkonom až 60 kW na pohon vzducholodí. V roku 1884 Gottlieb Daimler skonštruoval prvý štvortaktný zážihový motor s vysokými otáčkami. V roku 1893 opísal Rudolf Diesel pracovný obeh na využitie práškového uhlia, alebo iných ťažkých palív. V 10. rokoch 20. storočia prebiehali pokusy vstrekovať palivo čerpadlom a nie prostredníctvom stlačeného vzduchu. Sériovú výrobu automobilov, a teda aj ich motorov začala v roku 1908 firma Ford. V roku 1912 postavila švajčiarska firma Sulzer prvé lokomotívy, poháňané naftovým motorom. Jednovalcový stacionárny dieselový motor z roku 1906.

6. Motor s vnútorným spaľovaním je tepelný stroj, ktorý využíva chemickú energiu získanú spálením paliva na vykonávanie práce. Spaľovanie prebieha priamo v pracovnom priestore spaľovacieho motora. Medzi motory s vnútorným spaľovaním patria napríklad: benzínový motor naftový motor spaľovacia turbína (letecké motory) Wankelov motor Pre svoje vhodné vlastnosti sa motory s vnútorným spaľovaním presadili hlavne ako pohonné jednotky dopravných prostriedkov. Vzhľadom na vysoké tlaky a teploty počas spaľovania, ktoré sú nevyhnutné na dosiahnutie dobrej účinnosti, sú zároveň výrazným zdrojom znečisťovania životného prostredia.

7. Motor s vonkajším spaľovaním je tepelný stroj, ktorý využíva chemickú energiu získanú spálením paliva na ohrev pracovnej látky, ktorá následne v motore vykonáva prácu. Spaľovanie prebieha vždy mimo motora, pričom pracovnou látkou môže byť plyn, alebo samotné spaliny. Medzi motory s vonkajším spaľovaním patria napríklad: parný stroj parná turbína plynová turbína Stirlingov motor Pri rovnakom výkone sú motory s vonkajším spaľovaním často menej kompaktné a ťažšie, ako motory s vnútorným spaľovaním. Príčinou je že obsahujú výmenník tepla, prostredníctvom ktorého sa ohrieva pracovná látka. Môžu však byť účinnejšie a sú menej závislé na type a kvalite použitého paliva. Tiež môžu dosahovať nižšie emisie oxidov dusíka, pretože spaľovanie prebieha pri nižších tlakoch a teplotách.

8. Plynová turbína je tepelný stroj, ktorý premieňa tepelnú energiu plynov na mechanickú prácu. Pracovnou látkou sú ohriate plyny alebo spaliny vznikajúce v iných strojoch, privedené do plynovej turbíny. Plyny pri prechode turbínou odovzdávajú jej lopatkám svoju kinetickú energiu. Rez turbodúchadlom. Červeno označená časť vľavo je radiálna plynová turbína Podľa spôsobu prívodu pracovných plynov sa turbíny rozdeľujú na: izobarické, alebo rovnotlakové keď pracovný plyn do turbíny vstupuje pri približne konštantnom tlaku. Zjednodušený teoretický model popisuje Eriksonov-Braytonov cyklus izochorické, alebo rovnoobjemové, impulzové keď pracovný plyn do turbíny vstupuje v nárazových dávkach. Zjednodušený teoretický model popisuje Humpreyov cyklus

9. Stirlingov motor je piestový spaľovací motor s vonkajším spaľovaním, pri ktorom sa energia pre pracovný cyklus privádza prestupom tepla z vonkajšieho zdroja. Bratia Róbert a James Stirlingovci zostrojili v roku 1816 tepelný stroj, ktorý bol (je) bezpečný, jednoduchý a najmä hospodárny. V tom čase bol využívaný predovšetkým na odčerpávanie vody z baní. Účinnosť Stirlingovho motora bola vtedy porovnateľná s účinnosťou parného stroja, ide o druhý stroj v histórii, ktorý mení tepelnú energiu na mechanickú. Na prelome devätnásteho a dvadsiateho storočia, keď hlavné požiadavky na motor boli výkon, jeho regulovateľnosť a rýchly nábeh, podľahol Stirlingov motor mohutnému tlaku spaľovacích motorov s vnútorným spaľovaním (Ottov a Dieselov motor) – ktorý vlastne trvá až dodnes. Až v ostatných rokoch sa začali využívať nové pracovné látky (napr. hélium ...), druhy tesnení, zdokonalené typy výmenníkov tepla a poznatky v oblasti prúdenia, až do takej miery, že Stirlingov motor začalo byť výhodné používať opäť - ako napr. súčasť kogeneračných zariadení – a je ho možné vo všeobecnosti nazvať ekologickým motorom 21. storočia. Stirlingov motor Philips z roku 1953. Piest (3) sa nachádza v dolnej úvrati. Na začiatku je všetka pracovná látka – plyn - pri nízkej teplote a tlaku v hornej časti valca (2) (Obr. č. 1a). Piest sa posunie smerom nahor – do hornej úvrate, vytlačí pracovný plyn, ktorý voľne obtečie okolo piesta, do dolnej časti (4). Dolná („teplá“) časť motora je ohrievaná vonkajším zdrojom tepla. Teplota plynu vo vnútri valca vzrastie – plyn zväčší svoj objem, čo je sprevádzané zväčšením tlaku plynu vo valci (4) (Obr. č. 1b). V ďalšej fáze sa piest opäť presunie do dolnej úvrate, horúci plyn sa presunie do hornej časti, ktorá je nepretržite ochladzovaná, plyn sa ochladí, zmenší objem – a tlak a teplota v sústave klesne.

10. Dvojtaktný spaľovací motor je motor pracujúci na dve doby (takty). Zníženie počtu dôb na polovicu oproti štvortaktnému motoru sa dosahuje tým, že na výmene náplne sa podieľa aj priestor pod piestom (kľuková skriňa) a využívajú sa dynamické javy prúdenia vzdušnín. V dvojtaktnom motore vždy prebiehajú dva rôzne pracovné cykly (pod piestom bez spaľovania a nad piestom so spaľovaním) navzájom fázovo posunuté. Dvojtaktný motor môže byť konštruovaný ako zážihový, alebo ako vznetový. • Pracovný cyklus dvojtaktného motora • 1. nasávanie / kompresia - pri pohybe piesta nahor od okamihu uzavretia kanálov v priestore nad piestom sa tento priestor zmenšuje a dochádza k stláčaniu pracovnej zmesi. Naopak priestor pod piestom sa zväčšuje, čo vyvoláva nasávanie pracovnej náplne pre nasledujúci cyklus do priestoru kľukovej skrine. • Tesne pred koncom zdvihu dôjde k zapáleniu zmesi nad piestom • 2. spaľovanie / výfuk / vyplachovanie - stlačená zmes horením expanduje a tlačí piest nadol, následkom čoho sa čiastočne skomprimuje zmes v kľukovej skrini. V priebehu pohybu piestu nadol sa otvorí výfukový kanál a spaliny začnú opúšťať priestor nad piestom čo vyvolá pokles tlaku. S malým oneskorením sa otvorí prepúšťací kanál, ktorým prúdi predkomprimovaná zmes z priestoru kľukovej skrine do priestoru nad piestom a zároveň pomáha vytlačiť spaliny (vyplachovanie). Táto doba trvá aj pri pohybe piesta smerom nahor, až kým sa neuzatvoria kanály nad piestom.

12. Vyplachovanie je fáza, ktorá sa u štvortaktných motorov nevyskytuje. Pre dvojtaktné motory je veľmi dôležitá a jej priebeh výrazne ovplyvňuje vlastnosti motora. Pretože v pracovnom cykle nie je priestor na vytlačenie spalín pohybom piesta k hornej úvrati, vyprázdnenie valca musia zabezpečiť: voľný výfuk - pri ktorom sa spaliny dostávajú von z valca len vplyvom rozdielu tlakov vo valci a vo výfukovom potrubí vytlačenie čerstvou náplňou - po otvorení prepúšťacieho kanálu sa stlačená čerstvá zmes dostáva do valca a pomáha vytlačiť zvyšky spalín. Vyplachovanie je teda časovo ohraničené otvorením prepúšťacieho a uzavretím výfukového kanála (ventilu) a je charakterizované priamym stykom čerstvej náplne so spalinami. Vplyvom dynamických javov pri rôznych režimoch práce motora môže dôjsť k väčšiemu, alebo menšiemu premiešaniu čerstvej zmesi so spalinami, úniku čerstvej zmesi do výfukového potrubia, alebo naopak nedstatočnému vypláchnutiu spaľovacieho priestoru so zvýšeným množstvom zvyškových spalín v ďalšom pracovnom cykle.

13. Štvortaktný spaľovací motor je motor pracujúci na štyri doby (takty). Podľa spôsobu zapálenia zmesi sa pracovné cykly mierne odlišujú pre zážihový a vznetový motor. Rozdiely sú v popise cyklov vyznačené tučne. Obrázok vpravo zobrazuje cyklus zážihového motora. • 1. nasávanie - pri pohybe piesta nadol sa plní valec cez nasávací kanál popri otvorenom ventile (alebo viac ventilov) zmesou vzduchu a paliva (Pre motory s s priamym vstrekom paliva - GDI (Gasoline Direct Injection) sa nasáva čistý vzduch) • 2. kompresia (stláčanie) - valec pri pohybe nahor stláča pracovnú náplň. (Pri GDI sa v tomto takte vstrekne palivo) • Tesne pred koncom zdvihu preskočí iskra a zapáli pracovnú náplň • 3. spaľovanie a expanzia - stlačená zmes paliva a vzduchu horením expanduje a tlačí piest nadol • 4. výfuk - spaliny sú vytláčané piestom z valca do výfukového potrubia cez výfukový kanál (ventily) • Existuje viac druhov štvordobých spaľovacích motorov. Okrem klasického štvordobého motora s tzv. Ottovým cyklom aj motory s Atkinsovým cyklom, Millerovým cyklom, atď. Pracovný cyklus zážihového štvortaktného motora Pracovný cyklus vznetového štvortaktného motora • 1. nasávanie - pri pohybe piesta nadol sa plní valec cez nasávací ventil vzduchom • 2. kompresia (stláčanie) - valec pri pohybe nahor stláča vzduch • Tesne pred koncom zdvihu sa vstrekne palivo, ktoré sa v horúcom stlačenom vzduchu vznieti • 3. spaľovanie a expanzia - stlačená zmes paliva a vzduchu horením expanduje a tlačí piest nadol • 4. výfuk - spaliny sú vytláčané piestom z valca do výfukového potrubia cez výfukový ventil

15. Piestový spaľovací motor je špecifická podskupina spaľovacích motorov, v ktorého konštrukcii sa vyskytuje piest ako hlavný prvok mechanizmu transformujúceho energiu z paliva na mechanickú prácu. Klasický piestový spaľovací motor mení spaľovaním zmesi chemickú energiu na mechanickú energiu pohybujúceho sa piestu, na tepelnú a kinetickú energiu výfukových plynov. Časť vytvorenej mechanickej energie sa spotrebuje na krytie strát. Jeden pracovný cyklus pozostáva z nasledovných fáz: naplnenia valca čerstvou náplňou, kompresia náplne, spaľovanie, expanzia - pracovná fáza cyklu, výfuk spalín. Tieto fázy môžu prebehnúť počas jednej otáčky kľukového hriadeľa pri dvojtaktných motoroch, alebo počas dvoch otáčok pri štvortaktných motoroch. Zapálenie zmesi môže zapezpečiť externý zdroj pri zážihových motoroch, alebo vznietenie paliva od ohriatej stlačenej náplne pri vznetových motoroch. Po zapálení zmesi v spaľovacom priestore, ktorý musí byť dokonale utesnený, vzniká veľký tlak. Tento pôsobí na piest motora, a posúva ho. Posuvný pohyb piestu sa prenáša cez ojnicu na kľukový hriadeľ a tým sa mení na rotačný. Piest sa vo valci pohybuje, pričom medzná poloha jeho pohybu najviac vzdialená od osi kľukového hriadeľa sa nazýva horná úvrať - HÚ a medzná poloha najbližšie k osi kľukového hriadeľa dolná úvrať - (DÚ). Počas spaľovania dosahuje teplota v spaľovacom priestore vo valci hodnotu až 2 500 stupňov Celzia. Pri každom pracovnom cykle sa uvoľňuje teplo. Už pri voľnobežných otáčkach (1000 ot./min) piest prekoná približne 16 krát za sekundu svoj pracovný zdvih (DÚ – HÚ - DÚ). Všetky súčiastky v spaľovacom priestore teda musia byť veľmi odolné. Ak by motor nebol chladený, jeho teplota by stále rástla, až by došlo k jeho zničeniu. Ideálna prevádzková teplota motora sa pohybuje od 85 – 120 stupňov Celzia podľa typu motora.

16. Wankelov motor je spaľovací motor s vnútorným spaľovaním s rotujúcim piestom, ktorý je pomenovaný podľa svojho vynálezcu nemeckého inžiniera Felixa Wankela. V roku 1951 Wankel začal rozvíjať svoj motor NSU (NSU Motorenwerke AG), svoj motor začal prvý krát predstavovať v roku 1954 v DKM (DKM 54, Drehkolbenmotor) a neskôr v roku 1957 v KKM (the Wankel rotary engine, Kreiskolbenmotor 57). Jeho prvý fungujúci prototyp bol DKM 54 ktorý spustil 1. februára 1957 v NSU výskumnom a rozvojovom stredisku vo Versuchsabteilung TX. Pozoruhodné úsilie bolo vynaložené pri konštruovaní rotačného motora v rokoch 1950 a 1960. Boli čiastočne zaujímavé pretože boli vyhladené a veľmi tiché, a tiež preto že boli úžasne trvácne vzhľadom na ich jednoduchosť Tento motor má menej pohybujúcich sa dielov a menej pohybujúcej sa hmoty ako klasický piestový motor. Problém však nastáva v dvoch prípadoch: Spaľovacia časť motora nie je chladená novou zmesou takže sa môže prehrievať. Veľmi dobre netesní piest, pretože jeden tesniaci prúžok ma úlohu viacerých piestových krúžkov v porovnaní s klasickým motorom. V dnešnej dobe Japonci používajú nové keramické tesnenia, ktoré predchádzajúce problémy s kovovými tesneniami odstránili, čím sa zvýšila životnosť týchto motorov Wankelov motor sa dodnes používa a sériovo vyrába v niektorých autách značky Mazda. Na jesennom tokijskom autosalóne predstavili experimentálny automobil Mazda RX-8 Hydrogen RE v dvojpalivovej úprave – benzín/vodík. Jeho dvojrotorový Wankelov motor Renesis dosahuje s vodíkovým palivom maximálny výkon 81 kW (110 k) pri 7 200 otáčkach za minútu a maximálny krútiaci moment 120 Nm pri 5 000 otáčkach za minútu. Ak vodič potrebuje plný výkon 154 kW (211 k), prepne na benzínový pohon. Vystavená bola aj hybridná pohonná jednotka Renesis e-Turbo. Tá sa skladá z rotačného vodíkového motora Renesis Hydrogen RE a trakčného elektromotora. Elektronika sama volí druh pohonu podľa podmienok prevádzky a v závislosti od dynamiky jazdy. Vývoj oboch riešení pokračuje a ráta sa s ich sériovou výrobou.

17. Piestové spaľovacie motory s priamočiarym pohybom piesta je možné rozdeliť podľa konštrukčných znakov do viacerých skupín. Rozdelenie podľa spôsobu chladenia: vzduchom chladené vodou chladené Rozdelenie podľa usporiadania valcov: • jednovalcové • radové - všetky valce sú v jednej rade za sebou • stojaté - pracujú v zvislej polohe s kľukový hriadeľom dole • invertné - pracujú v zvislej polohe s kľukový hriadeľom hore (letecké motory) • šikmé • ploché • s protibežnými piestami (tzv. boxer) • vidlicové • s valcami do V - dva rady valcov so spoločným kľukovým hriadeľom • s valcami do W - tri rady valcov so spoločným kľukovým hriadeľom • s valcami do U - dva rady valcov so spoločným kľukovým hriadeľom • s valcami do H - štyri rady valcov so spoločným kľukovým hriadeľom (letecké motory) • s valcami do X - štyri rady valcov so spoločným kľukovým hriadeľom (letecké motory) • hviezdicové - s valcami rovnomerne rozdelenými v rovine (letecké motory) • viachviezdicové (dvoj-, troj-) Schéma hviezdicového motora Rez hlavou valca s rozvodom 2xOHC

18. Rozdelenie podľa rozvodu - zariadenia najčastejšie mechanického, ktoré umožňuje výmenu pracovnej zmesi v správnych časových okamihoch: • s kanálovým rozvodom (väčšinou dvojtaktné) • s posúvačovým rozvodom (systémy Knight, Mustad et Fils, Burt-McCollum, Bristol, Baeer, Minerva, Cross, Aspin a iné ) • s ventilovým rozvodom • F - s jedným ventilom na boku valca s druhým v hlave (zastaralá konštrukcia) • SV (side valve) - s ventilom na boku valca (zastaralá konštrukcia) • OHV (over head valve) - s ventilmi v hlave valca • OHC (over head camshaft) - s ventilmi aj vačkovým hriadeľom v hlave valca • DOHC alebo 2xOHC - s dvoma vačkovými hriadeľmi v hlave valca • s kombinovaným rozvodom - vstup zmesi je väčšinou riešený kanálom, výstup ventilom. • Okrem mechanických rozvodov je možné aj riešenie s hydraulickým, pneumatickým, prípadne elektrickým rozvodom.

19. Reaktívny motor je motor, ktorý využíva reaktívny účinok látky vystupujúcej z motora na jeho pohyb v opačnom smere (Zákon akcie a reakcie). Reaktívny prúdový motor Pratt and Whitney počas skúšok. Prvým reaktívnym motorom s princípom využitia reakčných síl vytekajúcich plynov, bola plynová reakčná guľa Herona Alexandrijského, ktorú zostrojil v roku 120 pred naším letopočtom. Zdrojom energie bolo ohnisko na tuhé palivo s kotlom na ohrev vody. Reakčným plynom bola vodná para privádzaná do gule z ktorej dvomi tangenciálne smerovanými tryskami unikala a spôsobila jej roztočenie. Novodobé tryskové motory začali vznikať na základe čínskeho vynálezu - strelného prachu. Jedná sa o strelivinu na báze dusičnanov (drevené uhlie, síra, dusičnan draselný - liadok) ktorý sa používal ako pohonné médium čínskych rakiet 12 až 13 storočí. V 17. až 18. storočí sa dostáva raketová výzbroj do pozornosti väčšiny európskych armád. Najväčšie úspechy dosahujú ruské, anglické, francúzske a nemecké vojská. Rakety sa používali ako jednoduchá náhrada delostrelectva. Nekvalitné prevedenie rakiet, nespoľahlivosť pohonnej zmesi a slabé parametre rakiet, spolu so skvalitnením delostrelectva priniesli zánik týmto pokusom. V 19. storočí bolo veľa pokusov o skonštruovanie reaktívneho motora na pohyb vzducholodí balónov a iných dopravných prostriedkov, avšak neboli vypracované dostatočné teoretické princípy a technologický pokrok na realizáciu takéhoto diela. Prvé teoretické základy pre realizáciu reaktívnych motorov položil v roku 1903 Konstantin Eduardovič Ciolkovskij, v knihe "Výskum svetových priestorov reaktívnymi prístrojmi". Vypracoval schéma rakety a v roku 1915 vytvoril schému rakety, ktorej princíp je používaný dodnes. Je tvorcom myšlienky viacstupňových rakiet.

20. V období medzi svetovými vojnami najväčšiu pozornosť a vývoju v oblasti reaktívneho pohonu, venovali výskumníci v Nemecku, USA a Rusku. V Nemecku po skúškach s prachovými raketovými motormi sa konštruktéri pustili do skúšok kvapalinových raketových motorov. Prvú úspešnú skúšku vykonali v roku 1925 na motore, namontovanom na automobile Opel. Dňa 23.5.1928 vnuk zakladateľa Fritz von Opel dosiahol na voze RAK2 rýchlosť 238km/hod. V týchto časoch bol riešený najmä problém vhodného paliva a okysličovadla. Najväčšie úspechy dosahoval Herman Oberth. Jeho práca bola základom pre vznik nemeckého raketového programu, ktorý viedol Wernher von Braun. V USA venoval výskumu raketovej techniky najviac úsilia Robert H. Goddard, ktorý po neúspešných pokusoch s prachovými raketovými motormi, skonštruoval raketu na kvapalné pohonné hmoty. Dňa 16.3.1926 pri skúške tejto rakety raketa letela 2,5 s a dosiahla výšku 12,5 metra. V Rusku sa vývoju rakiet venovali žiaci p. Ciolkovského. Najznámejší boli Sergej Pavlovič Koroľov a Valentin Petrovič Gluškov. Najväčší rozmach dosiahol vývoj reaktívnych motorov cez druhú svetovú vojnu. V tom čase boli dosiahnuté obrovské pokroky pri vývoji žiarupevných ocelí, kompresorov pre motory, turbín a iných komponentov nutných pre konštrukciu reaktívnych motorov. Boli skonštruované moderné raketové motory Walter pre balistickú strelu V-2, náporový prúdový motor pre strelu s plochou dráhou letu V-1 a prvé sériovo vyrábané prúdové motory s turbínou a kompresorom BMW-003 a Jumo-004. Na základe nemeckých výskumov a vývoja po 2. Svetovej vojne a najmä v 50-tych rokoch 20 storočia boli zahájené preteky v dosiahnutiu vesmíru ako aj v zbrojení. Boli vyvíjané novšie a kvalitnejšie materiály. Vďaka tomu sa dostali reaktívne motory z vojenskej techniky postupne do civilného života. Dnes je reaktívny motor základom pohonu väčšiny lietadiel. Modifikácie reaktívnych pohonov s rôznymi zdrojmi energie sú bežne používané v kozmickej technike. Každý rok pribúdajú štáty z vlastným kozmickým programom. V súčasnosti sú ako najmodernejšie reaktívne motory považované scramjet, jedná sa o náporový motor s nadzvukovým vnútorným prúdením, iónové raketové motory - pracujú s vysoko tepelnými plynmi a laserové reaktívne motory - pracujú s ohrevom vzduchu v priestore pod telesom pomocou laserového lúča.

21. 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. 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. Rez štvortaktným, vodou chladeným zážihovým motorom s rozvodom 2xOHC. Medzi ventilmi v hornej časti obrázku je zapaľovacia sviečka - cudzí zdroj energie. Vznetový (spaľovací) motor je piestový spaľovací motor, v ktorom sa zmes paliva a vzduchu zapaľuje pôsobením vysokej teploty vzduchu stlačeného v pracovnom priestore motora. Najčastejšie ide o naftový motor (palivom je nafta) a najbežnejší typ je dieselový motor. Ku kontaktu paliva so vzduchom dochádza po jeho vstreknutí do spaľovacieho priestoru. Podľa konštrukcie spaľovacieho priestoru a miesta vstreku rozoznávame vznetové motory: s priamym vstrekovaním, kde vstreknutie a celé horenie prebehne v jednom, hlavnom spaľovacom priestore s nepriamym vstrekovaním, kde vstreknutie a počiatočná fáza horenia prebieha v osobitnom priestore - komôrke a až následne sa proces prenesie do hlavného spaľovacieho priestoru. Vznetový motor najčastejšie pracuje ako štvortaktný, ale môžee byť skonštruovaný aj ako dvojtaktný. Teoretickým modelom pre výpočet parametrov obehu vznetového motora je Seiligerov cyklus. Pre vysokovýkonné motory s dlhým spaľovaním je použiteľný aj jednoduchší Dieselov cyklus

22. Žiarový motor je typ piestového spaľovacieho motora, ktorý sa v súčasnosti prakticky nepoužíva. Konštrukciou a princípom práce je veľmi podobný vznetovému motoru s nepriamym vstrekom paliva. Jeho kompresný pomer nie je dostatočne vysoký na to, aby sa sám spustil zo studeného stavu. Preto obsahuje žiarovú komôrku, do ktorej ústi vstrekovač paliva, prepojenú kanálom s hlavným priestorom valca. Táto komôrka je umiestnená tak, aby mohla byť ohrievaná vonkajšímm zdrojom tepla. Pred spustením motora je potrebné komôrku nejaký čas zahrievať, po jeho spustení sa môže tepelný zdroj odstrániť, pretože motor je udržiavaný spaľovaním zmesi na dostatočnej teplote aby mohlo dôjsť k vznieteniu paliva. Žiarový motor je obvykle konštruovaný ako jednovalcový štvortaktný. Žiarový motor bol skonštruovaný Herbertom Akroydom Stuartom na konci 19. storočia. Prvý prototyp bol postavený v roku 1886 a produkcia začala v roku 1891 firmou Richard Hornsby & Sons v Anglicku. Začiatkom 20.storočia zaznamenali vznetové motory prudký rozvoj a svojimi parametrami výrazne prevýšili žiarové motory. v 30.tych a 40.tych rokoch 20. storočia prudko upadol záujem o ne a posledný väčší výrobca ukončil ich produkciu v 50.tych rokoch. Medzi žiarovým a vznetovým motorom sú nasledovné rozdiely: Žiarový motor má menší kompresný pomer z čoho vyplýva jeho menšia termodynamická účinnosť. Presnejšie je to možné vidieť analýzou vzťahu pre idealizovaný Dieselov cyklus Žiarový motor používa na zapálenie zmesi teplo vytvorené kompresiou vzduchu vo valci a zároveň teplo akumulované v žiarovej komôrke z predošlého spaľovania. Vznetový motor si vystačí teplom z kompresie vzduchu. Vstrekovanie paliva pri žiarovom motore prebieha ešte počas nasávacieho zdvihu, pri vznetovom tesne pred koncom kompresného zdvihu. Z toho vyplývajú nižšie požiadavky na vstrekovacie zariadenie žiarového motora, pretože sa vstrekuje do prostredia s oveľa nižším tlakom. Vstrekovacie zariadenie je preto jednoduchšie, lacnejšie a spoľahlivejšie.

23. Existujú aj ďalšie podrobnejšie hľadiská. Nasledovný zoznam kritérií nie je úplný, navyše jednotlivé kategórie spaľovacích motorov, napríklad turbíny, majú špecifické vlastné kategórie. • podľa druhu spaľovaného paliva sa motory rozdeľujú na: • plynové - spaľujúce plynné pavivá napríklad zemný plyn • na kvapalné palivá - ropné (benzín, nafta), alebo iné (alkohol) • na tuhé palivá - napríklad práškové uhlie • rôznopalivové - ktoré môžu prejsť na spaľovanie iného paliva s úpravami prípadne bez úprav motora • viacpalivové - ktoré spaľujú súčasne viac druhov paliva • podľa miesta prípravy zmesi: • s tvorbou zmesi mimo pracovného priestoru - napríklad v karburátore, spaľovacej komore • s tvorbou zmesi v pracovnom priestore - napríklad vo valci vznetových motorov • podľa pracovného určenia na: stacionárne, mobilné, priemyselné, elektrárenské, lodné, železničné, vozidlové, traktorové, špeciálne a iné. Tieto motory sú najpočetnejším zástupcom spaľovacích motorov v technických zariadeniach. Takmer výhradne sa používajú pre pohon motorových vozidiel. Ich základnou súčasťou je piest, ktorý koná posuvný alebo rotačný pohyb a sprostredkúva premenu tlakovej energie plynovej náplne na mechanickú enrgiu otáčajúceho sa hriadeľa.

24. Každý typ spaľovacieho motora má svoje výhody a nevýhody a preto sa viac alebo menej hodí pre pohon jednotlivých zariadení. Hlavné výhody spaľovacích motorov sú: v piestovom vyhotovení dosahujú vysoké účinnosti premeny energie. Spaľovacie turbíny dosahujú vysokú účinnosť iba v jednotkách s vysokým výkonom možno ich rýchlo uviesť do prevádzky (s výnimkou motorov s veľkými výkonmi) dajú sa konštruovať pre rôzne palivá, účely a veľkosti najmä s kvapalnými palivami umožňujú dosahovať nízke spotreby paliva, vysoké akčné rádiusy, nízke výkonové hmotnosti, t.j. sú vhodné pre pohon dopravných prostriedkov. Hlavné nevýhody spaľovacích motorov sú: nevhodné pôsobenie na životné prostredie vyžadujú pre štart cudzí zdroj energie (okrem raketových) piestové motory majú nevýhodný priebeh výkonových charakteristík nedosahujú vysokú životnosť

25. Ako palivá sa najčastejšie používajú uhľovodíky: ľahkoodpariteľné (benzín), ťažkoodpariteľné (nafta), stlačený zemný plyn (CNG), skvapalnený propán-bután (LPG), alkoholy (metanol, etanol). Využívajú sa aj ich rôzne zmesi, prípadne sa motor používa ako viacpalivový s prepínaním paliva počas jazdy. V poslednej dobe sa do palív začínajú pridávať biologické prímesy, ako napríklad metylester repky olejnej (MERO). Intenzívne sa pracuje na nahradení ropných palív vodíkom. • Okrem paliva je nevyhnutnou zložkou zmesi pre väčšinu spaľovacích motorov vzduch, pretože obsahuje kyslík potrebný k spaľovaniu. Podľa spôsobu ako sa dopravuje vzduch do valcov, rozdeľujeme motory na: • motory s atmosférickým plnením valcov (prirodzeným), keď nasávanie zabezpečuje iba podlak vyvolaný pohybom piesta vo valci, • prepĺňané motory, keď naplnenie valca pod väčším tlakom ako má okolitá atmosféra zabezpečuje prídavné zariadenie v plniacom systéme. Plniacimi zariadeniami môžu byť: • mechanické dúchadlá, napríklad v automobile VW Corrado, • turbodúchadlá, napríklad v športových automobiloch Ferrari, • kompresory, napríklad v leteckých motoroch. • Prepĺňaním motorov sa dosahuje vyšší výkon a nižššia spotreba paliva.

26. Prajem všetkým veselé Vianoce a šťastný Nový rok