Palivá dvojtaktných modelárskych vznetových motorov Ing. Ján Čieško, CSc. © 4. február 2016
Kľúčové slová: letecké modelárstvo, modelárske motory, palivá, benzín, motorová nafta, petrolej, metylalkohol, etylalkohol, nitrometán, amylnitrit, ricínový olej, žeravá sviečka, spaľovanie paliva, F2B, akrobatické modely lietadiel,
Úvod Piestové spaľovacie motory, ktorými sa poháňajú modely lietadiel sa delia na dve základné skupiny: a) motory zážihové b) motory vznetové Rozdiel medzi nimi je tvorený spôsobom zapaľovania palivovej zmesi (1) vo valci motora. Palivová zmes sa v zážihových motoroch (napr. vozidlových) zapaľuje iskrou, ktorá vzniká medzi elektródami zapaľovacej sviečky. Ak iskra nevznikne, palivová zmes sa nesmie zapáliť (2) a motor prestane pracovať. Činnosť zážihového motora sa ukončí veľmi jednoducho, vypnutím „zapaľovania“. To znamená, že elektrický obvod, ktorý umožňuje zapálenie iskry medzi elektródami zapaľovacej sviečky sa vyradí z činnosti. V modelárstve sa piestové zážihové motory používajú od zdvihového objemu motora približne 20 cm3 smerom „hore“.
Vysvetlivky
(1)
Palivová zmes je plynová zmes pár paliva a vzduchu. (2)
Samovznietenie palivovej zmesi v zážihových motoroch sa považuje za nesprávne spaľovanie a nesmie sa v činnosti zážihového motora vyskytnúť.
Palivová zmes sa vo valcoch vznetových piestových spaľovacích motorov zapaľuje na rozdiel od spôsobu zapaľovania v zážihových motoroch, „samočinne“. Vtedy, ak energetické, chemické a fyzikálne pomery vo valci motora umožnia samočinné vzplanutie palivovej zmesi. V leteckom modelárstve sa používajú dva druhy vznetových piestových spaľovacích motorov: (3) a) motory detonačné (3) (4) b) motory so žeravou sviečkou Detonačné motory sa Palivová zmes vo vznetových motoroch vzplanie, ak sa dosiahne vo valci motora jej stlačením piestom dostatočne vysoká teplota a tlak. Vznetový modelársky motor je konštrukčne veľmi jednoduchý, bez akejkoľvek elektrickej inštalácie, potencionálne poruchovej a ťažkej, má veľmi vysoký merný výkon(5) , je jednoduchý na obsluhu, prevádzkovo spoľahlivý a pri menších zdvihových objemoch (do približne 20 cm3) nemá konkurenciu. Tento článok v stručnosti pojednáva len o dvojtaktných modelárskych vznetových motoroch a o problematike ich palív a prevádzky, ktoré sa používajú na pohon modelov lietadiel. Iné druhy modelov, ktoré sa poháňajú takýmito motormi môžu mať iné špecifické požiadavky na palivá. Hľadanie analógie (podobnosti alebo dokonca zhody) poznatkov medzi „veľkými“ a „malými“ motormi je nenáležité a treba sa mu vyhnúť. I keď sú principiálne, fyzikálne, chemické a matematické javy oboch „veľkostí“ motorov zhodné, odlišnosti, ktoré vyplývajú predovšetkým z kvantifikačných (dimenzionálnych - rozmerových) faktorov sú také výrazné, že je potrebné modelárske mikromotory považovať za osobitnú skupinu energetických strojov, so svojou vlastnou filozofiou, myšlienkovým aparátom a špecifickými reáliami.
niekedy nesprávne označujú ako „samozápalné“ (4)
Motory so žeravou sviečkou sa nesprávne označujú ako motory so žeraviacou sviečkou (Pozor: žeravá ≠ žeraviaca) Sviečka v týchto motoroch nič nežeraví, ale práve naopak, je žeravená horúcimi spalnými plynmi v spaľovacom priestore motora. Preto je jej názov „žeraviaca sviečka“, zaužívaný medzi modelármi, nenáležitý. Od povrchu jej žeravého vlákna sa palivová zmes vznecuje. Vznietenie palivovej zmesi je iný proces,
Prehľad palív vznetových modelárskych motorov a ich základné vlastnosti Jedinou „úlohou“ paliva(6) v motore je zohriať počas spaľovacieho procesu plynovú náplň vo valci motora. Plyn, ktorý je uzavretý vo valci motora po zohriatí spaľovacím procesom výrazne zvýši svoju teplotu. Pretože po zohriatí nemá kam dilatovať, lebo je vo valci motora uzavretý piestom, stúpne v plyne tlak. Ten potom koná mechanickú prácu pri tlačení piesta k dolnej úvrati kľukového mechanizmu, ktorej súčasťou je piest, umožňujúci riadenú (!) expanziu (rozpínanie) plynu vo valci motora.
ako zapaľovanie palivovej zmesi elektrickou iskrou. (5)
Merný výkon motora je dôležitý výkonový parameter motora a udáva sa v jednotke výkonu, vztiahnutej na jednotku zdvihového objemu motora W/l („počet watov/kilowatov na liter“). Merný výkon dobrých sériovo vyrábaných dvojtaktných vznetových modelárskych motorov (bez špeciálnych úprav na zvýšenie výkonu) sa pohybuje v rozpätí 110 až 183 kW/l (od 150 do 250 k/liter).
Poznámka 1: Niekedy sa v hovorovej reči palivo motora nesprávne označuje pojmom „palivová zmes“. Má sa tým na mysli zmes paliva a mazacieho oleja dvojtaktných motorov. V tomto článku je použité toto, oveľa presnejšie a jednoznačnejšie odborné názvoslovie: palivo je chemická látka, ktorá po zhorení (oxidácii) vytvára teplo a spalné produkty palivová zmes je čo najlepšie homogenizovaná zmes pár paliva a vzduchu, ktorá vzniká odparením paliva do vzduchu, ktorý je nasávaný cez karburátor do motora (6) mazadlo je olej, ktorý je možné rozpustiť v palive. Palivá spaľovacích pohonná hmota je kvapalný roztok, ktorý vznikne rozpustením mazacieho motorov sú chemické látky, ktoré majú oleja motora v palive
veľké množstvo vlastností. Niektoré z nich sú uvedené v prehľadnej tabuľke. Ďalšie vlastnosti palív nech si dôslednejší čitateľ prečíta v odbornej literatúre, ktorá sa vzťahuje na chémiu a fyzikálne vlastnosti látok.
Aby palivo mohlo v motore plniť svoju veľmi jednoduchú funkciu: spaľovaním zohrievať plynovú náplň valca motora, musí mať určité fyzikálne a chemické vlastnosti. Vymenujme aspoň najdôležitejšie z nich. Palivo modelárskych motorov musí byť : do valca motora jednoducho dopraviteľné a jednoducho zapáliteľné v zmesi palivových pár a vzduchu (6) s vhodnou rýchlosťou spaľovania, tá nesmie byť ani príliš vysoká, ani príliš nízka so spalnými produktami, ktoré nesmú abrazívne (brúsením) a chemicky Vzduch je zmesou poškodzovať motor viacerých plynov. Okrem týchto vlastností musí palivo splniť ešte ďalšie podmienky. Musí byť: jednoducho dostupné primerane lacné Nesmie byť: extrémne jedovaté obzvlášť nebezpečné pri manipulácii a skladovaní schopné chemicky alebo fyzikálne poškodzovať palivovú sústavu, motor a model Väčšine týchto požiadaviek vyhovujú viaceré chemické látky. Ale z praktických dôvodov sa ako palivá na pohon modelárskych motorov používajú najmä zmesi kvapalných uhľovodíkov a alkoholy. Do nich je možné pridať ďalšie látky, ktoré upravujú energetické, spaľovacie a prevádzkové vlastnosti palív. Prísadami modelárskych palív sú najmä éter, nitrometán a amylnitrit. Palivá súčasných vznetových modelárskych piestových spaľovacích motorov sa delia na tri základné druhy: a) uhľovodíky b) alkoholy
Najdôležitejšie z nich sú kyslík, ktorého je 21 % a dusík, ktorého je 78 %, zvyšok sú iné plyny. Hustota vzduchu je pri teplote 15 °C a nulovej výške nad hladinou mora 1,225 3 kg/m (podľa Medzinárodnej štandardnej atmosféry). V inej nadmorskej výške sú tieto hodnoty iné a táto zmena má významný vplyv na spaľovacie procesy v motoroch.
c) zmesi vhodných uhľovodíkov, éteru a iných prísad (7) Alkoholy (liehy) sú nearomatické hydroxydové deriváty(7) uhľovodíkov. Tieto Derivát=odvodenina organické zlúčeniny obsahujú hydroxydovú skupinu OH. Ako veľmi hodnotné a rovnocenné palivá sa zpomedzi alkoholov používajú pre človeka jedovaté metylakohol CH3OH a etylalkohol C2H5OH. Iné druhy alkoholov sa na pohon motorov nepoužívajú. Etylalkohol a metylalkohol majú z „palivárskeho“ hľadiska takmer rovnaké vlastnosti a oba druhy sú na pohon modelárskych motorov úplne rovnocenne použiteľné. Metylalkohol je však vzhľadom na jeho veľmi jednoduchú výrobu z lacných surovín oveľa lacnejší ako etylalkohol. Po skončení výrobného procesu metylalkoholu nie je potrebné, na rozdiel od etylalkoholu, odstraňovať z neho v palivách nežiadúcu vodu. Metylakohol (metanol, drevný lieh) je veľmi dôležitou a v hojnom množstve používanou surovinou v rôznych odvetviach priemyslu, rovnako ako aj etylalkohol. V súčasnosti sa metylalkohol priemyselne vyrába najmä katalytickou hydrogenáciou kysličníka uhoľnatého pri teplote okolo 250 °C a tlaku 5 až 10 MPa za prítomnosti katalyzátorov podľa vzťahu : CO + 2 H2 → CH3 OH Jeho veľkou výhodou je nízka cena a vynikajúce vlastnosti z hľadiska „organizácie“ spaľovaciho procesu v piestových spaľovacích motoroch. Nevýhodná je jeho nižšia výhrevnosť (v porovnaní s uhľovodíkovými palivami) a extrémna nebezpečnosť, ak sa dostane do ľudského organizmu. Metabolické produkty, ktoré z metylalkoholu vzniknú v ľudskom tele, najmä v pečeni, po vypití, nadýchaní pár alebo preniknutí do tela pokožkou, sú formaldehyd a následne kyselina mravenčia. Tieto dve jedovaté látky spôsobia poruchy nervovej sústavy, oslepnutie a napokon smrť i po napríklad vypití len veľmi malého množstva metanolu (metanol = metylalkohol). Najväčšie nebezpečenstvo metylalkoholu z hľadiska použitia v modelárstve je najmä v tom, že metylalkohol sa dá ľahko zameniť s nie až tak nebezpečným etylakoholom (etanolom). Vzhľadom na tieto vlastnosti nie je možné metylakohol jednoducho získať vo verejnej obchodnej distribučnej sieti. Etylakohol (etanol, pitný lieh, špiritus, alkohol) sa priemyselne vyrába dvojakým spôsobom. Hystoricky najstarším spôsobom je výroba etylalkoholu kvasením vodných roztokov jednoduchých cukrov pomocou niektorých druhov mikroorganizmov (kvasiniek). Táto technológia výroby etylalkoholu je ľudstvu známa už tisícky rokov. Z vodného cukrového roztoku, ktorý po vykvasení (pivo, víno) obsahuje max. 15 % alkoholu je možné etylakohol získať frakčnou destiláciou („pálením“) až do čistoty 96 %, zvyšok v destiláte je voda. Tú, v množstve až 4 %, nie je možné destiláciou z alkoholu odstrániť, zostáva v ňom. Pre palivárske účely na pohon spaľovacích motorov je však takýto obsah vody príliš vysoký. Ten sa dá znížiť absorbciou vody v účinnom hygroskopickom materiále. V modelárstve je možné na odstránenie vody z alkoholu výhodne použiť kysličník vápenatý (nehasené vápno, CaO) alebo bezvodý síran meďnatý(8) (dehydrovaná modrá skalica, CuSO4), ktoré sa v dostatočnom množstve rozomleté v práškovej forme nasypú do uzavretej nádoby s alkoholom. Takto sa dá získať až 99 % roztok alkoholu s vodou, ktorý je už na pohon modelárskych motorov výborne použiteľný bez akýchkoľvek problémov. Ďalším spôsobom priemyselnej výroby etylakoholu je katalytická hydratácia etylénu alebo katalytická hydrogenácia acetaldehydu. Týmto spôsobom je
(8)
Síran meďnatý kryštalizuje ako pentahydrát CuSO4·5H2O a má veľmi peknú azúrovú farbu. V tejto forme ho možno bežne kúpiť v obchodoch, napríklad v po-
možné získať oveľa čistejší (je prakticky „bezvodý“) a oveľa lacnejší etylakohol, trebách pre hradníkov. ako kvasením. Etylakohol na rozdiel od metylalkoholu je možné bezproblémovo kúpiť vo verejnej distribučnej obchodnej sieti. V „maloobchodných“ predajniach, napríklad v drogériách, v 1 litrovom balení ako „lieh na pálenie“. Vo väčšom množstve, napríklad pre celý modelársky klub, ho možno kúpiť dosť lacno priamo v liehovaroch. Treba však mať na zreteli, že etylakohol (lieh), určený pre potravinárske, medicínske a kozmetické účely je zaťažený extrémne vysokou spotrebnou daňou, ktorá ho robí na použitie na pohon modelárskych motorov nedostupným. Ale možno ho kúpiť oveľa lacnejšie v denaturovanej forme. To znamená, že je chemicky upravený tak, aby sa nedal piť. Ako denaturačné prísady sa používajú pre človeka jedovaté alebo pachovo a chuťovo neznesiteľné látky, najčastejšie metylakohol (v súčasnosti už zriedkavejšie), benzín, benzén, izopropanol, acetón a iné, podľa účelu použitia. Tieto látky sú z denaturovaného (technického) liehu podomácky neodstrániteľné, ale pre palivárske účely nevadia a denaturovaný lieh na pohon modelárskych motorov použiť možno. Avšak, etylakohol kúpený vo verejnej distribučnej sieti, obsahuje až neprijateľných okolo 10 % vody. Tú je potrebné z takto kúpeného etylakoholu bezpodmienečne odstrániť, napríklad pomocou nehaseného vápna alebo dehydrovanej modrej skalice. Etylakohol je pre človeka tiež jedom. Okrem poškodzovania nervovej sústavy, spôsobovania opilosti a vytvárania chorobného konzumného návyku (alkoholizmu) sa rovnako ako metylalkohol, metabolizuje najmä v pečeni. Vzniká v nej acetaldehyd a z neho ďalej kyselina octová. Obe látky sú pre zdravie človeka škodlivé. Etylakohol je svojim vzhľadom a zápachom ľudskými zmyslami takmer nerozoznateľný od zdravotne veľmi nebezpečného metylalkoholu. Preto hrozí ich zámena. Oba alkoholy je možné spoľahlivo rozlíšiť len svedomitým laboratórnym spôsobom. V žiadnom prípade sa nemožno spoľahnúť na skúšku čuchom alebo zapálením - oba zapáchajú a horia úplne rovnako. Oba alkoholy sa vzájomne veľmi dobre miešajú a po zmiešaní ich nie je možné jednoducho od seba oddeliť. Aj v tom spočíva extrémna nebezpečnosť metylalkoholu. Otrava metylalkoholom (metanolom) se v prvej fáze prejavuje poškodením zraku až trvalým oslepnutím a inými nervovými poruchami s trvalými následkami. Smrtelná dávka je veľmi nízka, od 0,1 gramu čistého metanolu na 1 kg hmotnosti človeka. Pri podozrení na otravu metylakoholom (poruchy zraku, nevoľnosť, bezvedomie) je potrebné bezpodmienečne a okamžite vyhľadať lekársku pomoc. Uhľovodíky sú v súčasnosti hlavným palivom na všeobecné energetické použitie a teda aj na pohon spaľovacích motorov. Sú lacné, nie sú ekologicky extrémne nebezpečné, majú vysokú výhrevnosť a dá sa z nich jednoducho pripraviť palivová zmes pre spaľovanie v piestových spaľovacích motoroch. Vo všeobecnosti ich možno rozdeliť na plynné a kvapalné. V tomto článku sú na pohon modelárskych motorov uvedené len niektoré kvapalné uhľovodíkové palivá. Benzín je kvapalná zmes prchavých (ľahko odpariteľných) uhľovodíkov (najmä alkánov, cykloalkánov, aromatických uhľovodíkov a alkénov), oddelená zo surovej ropy a z ďalších prídavných látok (najčastejšie benzén a izooktán), ktoré
vino-
5 molekúl vody z neho možno odstrániť zohriatím a vytvoriť z neho významný hygroskopický materiál CuSO4 . Pozor: Síran meďnatý je jedovatý a po zjedení spôsobí do 7 hodín smrť.
zlepšujú vlastnosti benzínu, ako paliva pre motory. Zvyčajný počet atómov uhlíka v jednotlivých molekulách uhľovodíkov, tvoriacich základ benzínovej uhľovodíkovej zmesi, je medzi 5 až 12 (od C5 do C12 , teda od pentánu „hore“, až po dodekán). Bod varu „motorárskeho“ benzínu sa začína pri teplote okolo + 80 °C, končí pri + 150 °C a teoretické množstvo vzduchu, ktoré je potrebné na dokonalé spálenie je 12,7 m3 vzduchu na 1 kg benzínu. Pričom sa predpokladá, že hustota vzduchu je 1,225 kg/m3. Petrolej (alebo kerosén, kerozin) je kvapalný produkt, získaný frakčnou destiláciou ropy, s teplotou varu od + 150 do + 275 °C (uhlíkové reťazce od C12 do C15 teda od dodekána po pentadekán). Ostatné „palivárske“ vlastnosti petroleja sú podobné, ako má motorová nafta. Motorová nafta (alebo nafta, palivová nafta, plynový olej) je kvapalné palivo, tvorené zmesou „ťažšie“ odpariteľných uhľovodíkov a ďalších prídavných látok. Obvyklý počet atómov uhlíka v jednotlivých molekulách uhľovodíkov, tvoriacich základ zmesi, je v rozmedzí 9 až 22 (teda od nonána smerom „hore“). Bod varu motorovej nafty sa začína pri teplote + 163 °C a končí pri teplote + 357 °C a teoretické množstvo vzduchu, ktoré je potrebné na dokonalé spálenie je 12,16 m3/kg (nie príliš odlišné od benzínu a petroleja). Prísady do modelárskych palív sú chemické látky, ktoré upravujú vlastnosti palív tak, aby boli pohonné hmoty optimalizované pre činnosť miniatúrnych modelárskych motorov, ktoré sa vyznačujú predovšetkým extrémne vysokými obrátkami, vysokým merným výkonom a veľmi malým zdvihovým objemom. Éter (správne: dietyléter) alebo etoxyetán (C4H10O ) je éter etanolu a je izomérom butanolu. Za „izbových“ podmienok je dietyléter čírou, bezfarebnou a extrémne horľavou kvapalinou s nízkym bodom varu a charakteristickou, celkom príjemnou „sladkastou“ vôňou. Dietyléter má chemický vzorec CH3-CH2-O-CH2CH3. Je často používaným priemyselným rozpúšťadlom a v minulosti bol v medicíne tiež celkovým anestetikom („uspávacím“ prostriedkom) pri chirurgických zákrokoch. Medze výbušnosti pár dietyléteru sú extrémne široké, až v rozpätí od 1,7 do 48 % v zmesi so vzduchom. Z tohto dôvodu je dietyléter významnou zložkou pohonnej hmoty pre modelárske detonačné motory, pre ktoré sa mieša s petrolejom a ricínovým olejom v približnom objemovom pomere 47 % petroleja, 33 % éteru a 20 % oleja. V palivovej zmesi motora plní funkciu „zapaľovača“. Jeho energetická hodnota nie je vysoká, lebo má menšiu výhrevnosť. Pozor: pary dietyléteru pomiešané so vzduchom tvoria mimoriadne výbušnú zmes. Preto treba byť pri práci s dietyléterom a palivami, ktoré ho obsahujú, veľmi opatrný a pracovať s nimi len na dobre vetraných miestach. V žiadnom prípade nie v malých a uzavretých miestnostiach. Nitrozlúčeniny patria do skupiny dusíkatých derivátov uhľovodíkov. V molekule nitrozlúčeniny sa nachádza jednoväzbová skupina NO2, ktorá je naviazaná na atóm uhlíka. Nitrozlúčeniny sú prevažne kvapalné, jedovaté a majú výrazný typický zápach. V modelárskej “palivárskej alchímii” sa najčastejšie používa dusitan amylnatý (amylnitrit , 3-metyl-1-nitrosooxybután, C5H11NO2) a nitrometán (CH3NO2,). Nitrované uhľovodíky po pridaní do modelárskych palív vďaka svojim spaľovacím
vlastnostiam výrazne rozširujú regulačné možnosti veľmi jednoduchých modelárskych karburátorov, ktoré nemajú tlakovú reguláciu vstrekovaného paliva (nemajú plavákovú komoru alebo tlakovú regulačnú membránu). Po ich pridaní do paliva je motor menej citlivý na presnosť nastavenia regulačnej ihly karburátora, počas prevádzky lepšie „drží“ nastavený výkonový režim a spoľahlivejšie pracuje na voľnobehu a pri náhlych zmenách výkonu. Spotreba paliva s prídavkom s nenitrovaným palivom, zvýši.
nitrovaných
uhľovodíkov
sa, v porovnaní
Dusitan amylnatý, nazývaný tiež amylnitrit, je chemická zlúčenina so sumárnym vzorcom C5H11NO2. Amylnitrit je ester kyseliny dusitej a amylalkoholu. V medicíne sa používa najmä pri liečbe ochorení srdca a liečbe otráv niektorými látkami, napríklad veľmi nebezpečnými kyanidmi. V modelárstve sa amylnitrit používa ako prísada palív do detonečných vznetových motorov, najmä „rýchlostých“ druhov modelov (F2C, F2D). Tam zvyšuje prevádzkovú stabilitu výkonu motora a trochu aj výkon. Poznámka 2: Niekedy je amylnitrit nesprávne označovaný ako amylnitrát. Amylnitrát je však iná chemická zlúčenina, ktorá má iné vlastnosti, ako amylnitrit. Nitrometán je kvapalná organická zlúčenina s chemickým vzorcom CH3NO2. Táto kvapalina je súčasťou množstva priemyselných chemických procesov. Používa sa tiež ako špeciálne motorové palivo. Nitrometán sa spaľuje podľa schémy: 4CH3NO2 + 3O2 → 4CO2 + 6H2O + 2N2 + teplo Množstvo tepla, ktoré sa uvoľní pri tomto procese je 11,3 MJ/kg. Na spaľovací proces nitrometánu so vzduchom je potrebných len 1,7 kg vzduchu na 1 kg nitrometánu. Pri dokonalom spálení rovnakého objemu palivovej zmesi nitrometánu možno získať 2,3 × viac tepla v porovnaní so spaľovaním benzínu, ktorý horí v zmesi až 14,6 kg vzduchu na 1 kg benzínu pri uvolnení 42 až 44 MJ tepla. Nitrometán se tiež môže rozkladať bez prístupu kyslíka pri súčasnom uvoľnení menšieho množstva tepla reakciou: 4 CH3NO2 → 4 CO + 4 H2O + 2 H2 + 2 N2 + teplo Nitrometán se ako palivo používá vo veľmi bohatej zmesi so vzduchom. Je to umožnené tým, že je schopný horieť a dodávať pri spaľovaní a pri svojom tepelnom rozklade, na rozdiel od iných palív, teplo i pri nedostatku kyslíka. „Bohatá“ nitrometánová palivová zmes zabráni vzniku „predzápalu“ a (9) „klepaniu“ motora (detonačnému horeniu v motore) . Dôsledkom (9) nedokonalého spaľovania nitrometánu v motore je tvorba oxidu uhoľnatého a Jedná sa o nesprávne vodíka v spaľných výfukových plynoch, ktoré sa charakteristicky vznecujú spaľovanie v motore, o ktorom bude po(„šľahajú plamene“) po vyfúknutí z výfukového potrubia motora. jednanie ďalej.
Nitrometán sa používa v zmesi s metylalkoholom alebo etylalkoholom (prípadne benzínom) od 0% až do 65% a 15% oleja na pohon modelárskych motorov so žeravou sviečkou. Metanol (alebo etanol) sa pridáva najmä kvôli veľmi vysokej cene nitrometánu.
Poznámka 3 (10): Výrazné zvýšenie výkonu motora možno dosiahnuť aj pridaním hydrazinu do paliva. Hydrazin (N2H4, diazan) je žieravá, veľmi jedovatá anorganická kvapalná chemická zlúčenina dusíka a vodíka so slabým „čpavým“ (10) zápachom. Pohonná hmota s hydrazinom je však chemicky nestabilná a jej Použitie hydrazinu používanie je značným rizikom. Hydrazin bol Európskou agentúrou pre chemické v palivách motorov je uvedené len ako látky zaradený do zoznamu chemikálií, ktoré vzbudzujú mimoriadne obavy.
Prehľad niektorých vlastností palív Názov paliva Chemický vzorec (iný názov)
Hustota [ g/cm³ ]
Výhrevnosť [ kJ/kg ]
Teplota varu pri tlaku [ °C ] 0,791 64,7
Výparné (11) teplo [ kJ/kg ] 19 844 1 100
Spotreba vzduchu pri spaľovaní
Oktánové číslo
[ kg/kg ]
[ - ]
Zápalná teplota pár v zmesi so vzduchom [ °C ]
Metyalkohol 6.4 110 470 CH3OH (metanol) Etylakohol 0,789 26 774 9,1 110 400 - 460 C2H5OH 78,3 938 (etanol) Acetón 0,79 28 575 bez údaju 100 465 C3H6O 56,1 544 (dimetylketón) Izooktán 0,692 44 300 bez údaju 100 bez údaju C8H18 99,3 °C neuvedené n-heptán 0,684 < 40 000 bez údaju 0 bez údaju C7H16 98,42 °C neuvedené Cetán 0,773 < 40 000 bez údaju bez údaju bez údaju C16H34 286,8 °C neuvedené (n-hexadekán) Alfametylnaftalín bez údaju < 40 000 bez údaju bez údaju bez údaju C11H10 bez údaju bez údaju Vozidlový benzín 0,71 – 0,77 43 542 12,7 91 – 100 480 – 550 (12) Letecký benzín 35 – 190 315 – 335 Zmes uhľovodíkov C5 až C12 Benzén 0,879 41 000 13,5 600-730 100 C6H6 80,1 °C 439 (benzol) Petrolej 0,820 43 100 14,6 270 bez údaju Zmes uhľovodíkov 150-275 330 C12 až C 15 (kerozín) metylbenzén 0,862 ~ 40 00 120 bez údaju C7H8 , (toluén) 110 bez údaju Motorová nafta 0,840 41 866 12,16 330 - 360 215 Zmes uhľovodíkov 163 - 357 330 C9 až C20 Dietyléter 0,714 34 138 bez údaju bez údaju bez údaju C4H10 O, (éter) 34,6 387 Nitrometán 1,137 8044 1,7 -40 ° C bez údaju CH3.NO2 101,2 560 Dusitan amylnatý 0,872 bez údaju bez údaju bez údaju bez údaju C5H11NO2 99 (amylnitrit) Voda nie je palivom, ale vzhľadom na jej prítomnosť a extrémny vplyv na vlastnosti liehových (10) palív niektoré jej vlastnosti sú uvedené tiež. Za pozornosť stojí jej ohromné výparné teplo . Voda 999,97 2 257 kJ/kg H2 O 100
Oktánové číslo je jednou zo základných charakteristík motorových palív pre zážihové motory a vyjadruje odolnosť palív zážihových motorov voči
technická zaujímavosť, ktorá je v bežnej modelárskej praxi ťažko použiteľná.
(11)
Výparné teplo je iné označenie skupenského tepla premeny kvapaliny na plyn. Toto teplo treba do kvapaliny dodať, aby sa zmenilo jej kvapalné skupenstvo na plynné. Voda má veľmi veľké skupenské teplo premeny kvapaliny na plyn. Preto v liehovom (aj inom) palive pôsobí ako intenzívne chladivo. To spôsobuje zančné problémy, najmä so štartovateľnosťou motora. Fyzikálne energetické procesy, ktoré sa uskutočňujú pri zmenách skupenstva látok nech si dôslednejší čiatateľ prečíta v učebniciach fyziky. (12)
letecký benzín má z pohľadu tohto článku rovnaké vlastnosti ako vozidlový benzín. Avšak treba mať na zreteli, že na rozdiel od súčasných vozidlových benzínov, obsahuje ako antidetonačnú prísadu veľmi jedovaté tetraetylolovo (C8H20Pb)
detonačnému spaľovaniu(13). Čím je oktánové číslo vyššie, tým je palivo odolnejšie voči detonačnému spaľovaniu. Oktánové číslo paliva sa zisťuje porovnávaním detonačných vlastností skúšanéhopaliva na špecializovanom a dosť zložitom skúšobnom zariadení s referenčným palivom. Oktánové číslo paliva zodpovedá percentuálnemu objemovému podielu čistého izooktánu (C8H18) v zmesi s n-heptánom (C7H16), ktoré sa na skúšobnom zariadení začína detonačne spaľovať pri rovnakom kompresnom pomere ako porovnávané palivo. Čistý izooktán má oktánové číslo 100, n-heptán má oktánové číslo 0. Oktánové číslo môže mať teda aj vyššiu hodnotu ako 100, ak je skúšané palivo ešte odolnejšie proti detonačnému spaľovaniu ako čistý izooktán. Napríklad oktánové číslo 95 znamená, že palivo je rovnako odolné proti detonačnému horeniu ako zmes, pozostávajúca z 95 % izooktánu a 5 % heptánu. Liehové palivá majú oktánové číslo väčšie ako 100. Poznámka 4: Nech má čitateľ stále na zreteli, že modelárske detonačné motory a modelárske motory so žeravou sviečkou nie sú zážihové motory, ale motory vznetové. Význam veľkosti oktánového čísla ich palív nie je taký výrazný, ako pri palivách podstatne pomalybežnejších zážihových vozidlových motorov. Cetánové číslo(13) je parameter, ktorý charakterizuje (časovú) dĺžku „prieťahu“ vznietenia palivovej zmesi vo valci motora. Tento parameter sa používa na hodnotenie vlastností nafty (a iných palív pre vznetové motory). Čím je vyššie cetánové číslo, tým je prieťah vznietenia paliva kratší. Cetánové číslo paliva je rovné percentuálnemu objemovému podielu cetánu (C16H34) v zmesi s alfametylnaftalínom (C11H10), ktorá má na skúšobnom zariadení rovnaký prieťah vznietenia ako porovnávané palivo. Čistý cetán má cetánové číslo 100, alfametylnaftalín má cetánové číslo 0. Pre rýchlobežné (! vozidlové !) motory sa odporúčajú palivá s cetánovým číslom 40 až 55. Takzvaný „prieťah“, charakterizovaný cetánovým číslom sa však vzťahuje na prípravu palivovej zmesi po vstrieknutí kvapalného paliva vysokotlakovým čerpadlom priamo do spaľovacieho priestoru motora. Pretože modelárske motory sú všetky karburátorové, a ich palivová zmes sa pripravuje inak, údaj o cetánovom čísle paliva má v tejto publikácii len ilustratívny charakter. Bod horenia (alebo bod zápalnosti) je najnižšia teplota, pri ktorej palivo, zahrievané v predpísanom skúšobnom prístroji za definovaných fyzikálnych podmienok, vyvinie toľko pár, že ich zmes so vzduchom po priblížení iniciačného zdroja (otvoreného plameňa) vzplanie a horí bez prerušenia najmenej 5 sekúnd. Výhrevnosť patrí medzi základné fyzikálne parametre palív a udáva, aké množstvo tepla vyjadrené v J („džauloch“) sa vytvorí spálením jednotkového množstva paliva. Jednotkou výhrevnosti je podiel tepelnej energie, vytvorenej spaľovaním a množstva spáleného paliva. Výhrevnosť sa pre posudzovanie energetických vlastností pevných, kvapalných a plynných palív udáva v J/kg ( „Joule na kilogram“ - alebo v odvodených jednotkách kJ/kg, MJ/kg ).
(13)
Podrobnejšie v kapitole: Energetický proces, vytváraný v modelárskych vznetových motoroch. Zisťovanie veľkosti oktánového (cetánového) čísla a stanovovanie oktánového (cetánového) nároku zážihových motorov je dosť obsiahla problematika a presahuje zameranie tohto článku. Podrobnosti si čitateľ môže preštudovať v odbornej literatúre, ktorá sa vzťahuje na spaľovanie palív v piestových spaľovacích motoroch. Priebehu spaľovacích procesov v motoroch sa venuje veľké množstvo vedeckých štúdií, praktických pokusov a meraní, ako aj značné množstvo odborných publikácií. Spaľovanie v motoroch je zložitý chemicko-fyzikálny proces, ktorý nie je ešte ani v dnešných časoch dostatočne podrobne preskúmaný. Existuje množstvo predstáv a pracovných hypotéz o jeho priebehu. Dôslednejší čitateľ má možnosť oboznámiť sa s problematikou spaľovania v motoroch v odbornej literatúre, ktorá sa na túto tému špecializuje.
Tepelný energetický proces, vytváraný v modelárskych vznetových motoroch Všetky modelárske piestové spaľovacie motory sú motory karburátorové. To znamená, že pohonná hmota sa nevstrekuje priamo do spaľovacieho priestoru (14) valca motora(14), ale do nasávaného vzduchu, ktorý prúdi do motora nasávacím difúzorom karburátora. Proces, ktorý sa začína vstrieknutím (kvapalného) paliva Dnešné
moderné
vstrekovacou dýzou karburátora do nasávaného vzduchu až po zapálenie palivovej zmesi v spaľovacom priestore motora sa nazýva príprava palivovej zmesi.
vozidlové motory sú konštruované tak, že palivo sa vstrekuje priamo do valca motora (vznetové motory) alebo do sacieho potrubia pred nasávací ventil (zážihové motory). Okamih vstreku a množstvo vstrekovaného paliva je riadené riadiacim počítačom motora podľa optimalizovaného dávkovacieho programu.
Palivová zmes (zmes pár paliva a vzduchu) modelárskych motorov sa začína vytvárať po vstrieknutí paliva vstrekovacou dýzou do nasávacieho difúzora karburátora a jej tvorba pokračuje v ďalších priestoroch motora až po spaľovací priestor vo valci motora. Je žiadúce, aby bola palivová zmes pred zapálením vo valci motora čo najhomogénnejšia (aby boli pary paliva čo najrovnomernejšie rozmiešané v nasatom vzduchu) a aby všetko palivo (kvapalina) bolo odparené - aby z kvapalného paliva vznikol horľavý plyn. Palivo v kvapalnom stave nehorí. Aby mohlo palivo horieť, treba najskôr zmeniť jeho kvapalnú fázu na plynnú, treba ho odpariť a pary paliva dokonale pomiešať so vzduchom, ktorý obsahuje kyslík, nevyhnutný na uskutočnenie spaľovacieho Karburátor, v ktorom procesu. Poznámka 5 : Príprava palivovej zmesi a priebeh jej spaľovania v karburátorových motoroch sa líši od prípravy palivovej zmesi motorov, pri ktorých sa palivo vysokým tlakom vstrekovacou dýzou vstrekuje priamo do spaľovacieho priestoru motora vo valci, v ktorom už stlačený a kompresným teplom zohriaty nasatý vzduch je, alebo sa vstrekuje nižším tlakom pred nasávací ventil. Preto nech (menej skúsený) čitateľ nehľadá žiadnu analógiu (podobnosť) medzi modelárskymi a vozidlovými motormi, hoci fyzikálne, chemické a energetické procesy, ktoré v nich prebiehajú, sú dosť podobné. Nenáležitým použitím poznatkov „z veľkých motorov“ (13) v úvahách o činnosti modelárskych „mikromotorov“ by sa dospelo k množstvu nesprávnych predstáv, ktoré sa výrazne líšia od reality. Spôsob prípravy palivovej zmesi modelárskych vznetových motorov, bez rozdielu od toho, či majú žeravú sviečku, alebo ju nemajú, je zhodný. Ľudovo, modelárskou „hangárovčinou“ povedané: v modelárskych „žhavíkoch“ aj „dýzloch“ sa palivová zmes pripravuje rovnako. Žiada sa pri tejto príležitosti spomenúť aj „osud“ mazacieho oleja, ktorý je rozpustený v palive, pri tvorbe palivovej zmesi. Mazací olej má iné fyzikálne a chemické vlastnosti ako má palivo. Predovšetkým je ťažšie odpariteľný, ako palivo. To znamená, že po vstrieknutí pohonnej hmoty do difúzora karburátora sa (kvapalné) palivo zmení na plyn, ktorý sa pomieša s nasávaným vzduchom. Z mazacieho oleja sa vytvorí jemný olejový aerosol („hmla“), ktorý je taktiež rozptýlený v palivovej zmesi. Časť (veľmi malá) olejového aerosolu sa usadí na vnútorných plochách motora a väčšia časť je rozptýlená v palivovej zmesi a zúčastní sa spaľovacieho procesu – zhorí a vytvára veľmi nežiadúce splodiny horenia. Tá časť olejového aerosolu, ktorá zostáva priľnutá na vnútorných plochách motora vytvára mazaciu vrstvu, umožňujúcu klznú „spoluprácu“ všetkých vzájomne sa pohybujúcich súčiastok mechanizmu motora bez „zadretia“ (15). Palivová zmes, ktorá prefúkne jedným alebo viacerými výplachovými kanálmi do valca motora nad piest, je piestom pri jeho pohybe do hornej úvrate kľukového mechanizmu motora vtlačená do spaľovacieho priestoru. Pri tom (quázyadiabatickej kompresii (16) – v pravom zmysle slova polytropickej kompresii) sa zvýši jej tlak a teplota. A práve v tejto chvíli nastáva rozdiel medzi spaľovaním v „žhavíkoch“ a „dýzloch“. Pripomeňme si odborné názvoslovie: pojem „žhavík“ je „ľudové“ označenie pre modelársky vznetový motor so žeravou sviečkou(17) (Obr. 1) a „dýzel“ je „ľudové“ označenie pre modelársky vznetový motor bez žeravej sviečky - detonačný motor (Obr. 2).
sa začína príprava palivovej zmesi sa v súčasnosti používa na moderných vozidlových motoroch už zriedkavejšie.
(15)
Pod pojmom „zadretie“ sa má na mysli porucha mastiaceho procesu, ktorý oddeľuje dve vzájomne sa kĺzajúce plochy strojových súčiastok tenkou olejovou vrstvou. Ak sa táto vrstva poruší, kovové plochy začnú po sebe kĺzať. Tým sa vzájomne poškodí ich povrch.
Za určitých okolností sa môžu zle mastené povrchy súčiastok dokonca aj zvariť. (16)
Dôslednejší čitateľ získa podrobnejšie informácie v učebniciach termomechaniky v statiach o stavovej rovnici plynov a základných termodynamických dejoch: izotermický izobarický izochorický adiabatický polytropický Vhodné je všimnúť si i Carnotov obeh a p-V diagramy piestových spaľovacích motorov. (17)
Obr. 1 Leteckomodelársky motor so žeravou sviečkou MDS 65 KU so zdvihovým objemom 6,5 cm3
Obr. 2 Leteckomodelársky detonačný motor Modela Junior 2 (MVVS) so zdvihovým objemom 2,0 cm3
Všeobecne rozšírený a modelármi zaužívaný názov žeraviaca sviečka (v češtine žhavící svíčka) je z vecného hľadiska nesprávny, pretože sviečka nič nežeraví. Práve naopak, je žeravená. Rozžeraví sa pri štartovaní motora elektrickým prúdom a počas činnosti motora sa jej vlákno už len udržiava v žeravom stave spaľovacím procesom motora aj po odpojení sviečky od elektrického žeraviaceho zdroja. V tomto článku sa dôsledne používa na označenie takejto sviečky názov „sviečka so žeravým vláknom“ a motoy, v ktorých sa používa sa označujú ako „motory so žeravou sviečkou“.
Modelárske vznetové motory bez žeravej sviečky, detonačné motory („dýzle“), sa poháňajú uhľovodíkovou palivovou zmesou, v ktorej sú obsiahnuté aj pary dietyléteru (éteru). Pary dietyléteru majú, ako sme už spomenuli v stati o vlastnostiach palív, veľmi nízku teplotu vznietenia a vznietenie nastane vo veľmi širokom intervale koncentrácií pár dietyléteru v zmesi so vzduchom. Ak je kompresný pomer (stupeň stlačenia) palivovej zmesi vo valci motora dostatočný, teplota stlačeného plynu vo valci motora je taká vysoká, že sa pary éteru samočinne vznietia (vzplanú). Od ich plameňa sa zapália aj pary odpareného uhľovodíkového paliva, ktoré majú vyššiu zápalnú teplotu, ako pary dietyléteru, ale aj podstatne vyššiu výhrevnosť. Zhorením horľavých plynov (uhľovodíkových a éterových pár) vo valci motora sa vytvorí teplo, ktoré zvýši teplotu plynnej náplne valca a tým i tlak vo valci motora. Vysoký tlak (spalných) plynov vo valci motora posúva piest do spodnej úvrate kľukového mechanizmu a tým teplo, vytvorené spaľovaním, koná mechanickú prácu, vytváranú motorom. Éterové pary sú rovnomerne rozptýlené v celom objeme spaľovacieho priestoru detonačného motora. Okamih ich vzplanutia nie je v detonačnom motore nijako presne „organizovaný“. Vzplanú spontánne na tých miestach v spaľovacom priestore motora, kde sa na ich vzplanutie vytvoria priaznivé podmienky. To znamená, musí tam byť dostatočne vysoká teplota, tlak a správna koncentrácia horľavých plynov. Pri určitom zjednodušení by sa dalo povedať, že podmienky na vzplanutie pár éteru existujú v celom objeme spaľovacieho priestoru motora, okrem tenkej vrstvy pri jeho stenách, kde je teplota plynu nižšia. To znamená, že pary éteru sa vznietia v celom objeme spaľovacieho priestoru v extrémne krátkom čase „naraz všetky“. Tento spôsob rýchleho spaľovania paliva sa nazýva výbuch, explózia alebo detonácia. Odtiaľto je aj odvodený názov tohto druhu motorov – detonačné motory. Poznámka 6 : Pod všeobecným pojmom „palivo“ sa majú na mysli látky, ktoré sa používajú na zámerné vytváranie tepla (ako jednej z viacerých foriem energie), väčšinou oxidačným chemickým procesom (spaľovaním), ktorého výsledkom je vznik produktov spaľovania a tepla. Produkty spaľovania sú plynné, kvapalné, živicové a pevné látky, ktoré sa zvyčajne ľudovo nazývajú dym, popol, živice a sadze. Palivá v kvapalnom a pevnom skupenstve nehoria, horia len plyny, vzniknuté z palív, v zmesi s kyslíkom, ktorý je obsiahnutý vo vzduchu. Preto je potrebné pevné a kvapalné palivo (obyčajne zvýšením teploty) najprv „splynovať“ a horľavé plyny pomiešať so „vzdušným“ kyslíkom. V motore môže horieť len plynová horľavá zmes. Rôzne palivá majú rôznu rýchlosť horenia. Niektoré spaľovacie procesy prebiehajú riadene a veľmi pomaly (napríklad horiaci knôt sviečky, drevo, uhlie v peci), iné spontánne a rýchlo. Na rýchlosť horenia majú vplyv aj ďalšie fyzikálne pomery pri spaľovaní, predovšetkým teplota a tlak. V spaľovacích priestoroch motorov s iskrovou zapaľovacou sviečkou (v zážihových motoroch) sa uskutočňuje veľmi presne časovo riadený spaľovací proces. Výsledkom „časovania“ je to, že spaľovanie palivovej zmesi prebieha síce „pomerne rýchlo“, ale je presne časovo riadené. Od iskry zapaľovacej sviečky sa plameň šíri postupne plynulo spaľovacím priestorom v tvare vlnoplochy dovtedy, kým „nevyhorí“ celá plynová náplň valca motora. Pri tomto spôsobe spaľovania je umožnené efektívne vyhorenie všetkého paliva, ktoré bolo dopravené do motora a odborne sa nazýva „správne horenie palivovej zmesi“. Ak v motore palivová zmes nevyhára postupne vo vlnoplochách plynulo (podobne ako tlenie cigarety), vzniká nesprávne horenie, ktoré je sprevádzané viacerými negatívnymi javmi, o ktorých je veľmi stručná zmienka v ďalšom texte. Na priebeh horenia
v spaľovacom priestore motora má významný vplyv aj vírenie plynov. Toto vírenie sa podieľa nielen na príprave palivovej zmesi, ale aj na horení a výmene plynovej náplne valca. Poznámka 7: Existujú palivá, ktorých rýchlosť horenia je extrémne vysoká a dá sa povedať, že zhoria okamžite v celom objeme. Tento druh spaľovania sa nazýva výbuch, explózia, detonácia. Takýmto rýchlym spaľovaním sa vytvorí veľmi vysoká teplota (až vyše 2 000 ° C), ktorú dosahujú aj splodiny horenia. V dôsledku vysokej teploty sa v plynných splodinách horenia veľmi zvýši tlak, ktorý sa šíri priestorom do okolia a má ničivý účinok. Takýmto spôsobom prebieha spaľovanie v trhavinách (dynamit, semtex, nitroglycerín a pod.). Explozívne látky (výbušniny) obsahujú všetky potrebné súčasti chemických a fyzikálnych procesov vo svojej materiálovej štruktúre (nepotrebujú na spaľovanie kyslík zo vzduchu) a tepelný energetický proces (explózia, výbuch, detonácia) sa v nich obyčajne iniciuje nárazom, elektrickou iskrou alebo rozbuškou. Takýto druh spaľovania je v spaľovacích motoroch z viacerých dôvodov absolútne nežiadúci, hoci v určitom zmysle slova sa mu horenie v modelárskych detonačných motoroch do istej miery podobá. Ale ani v nich, vzhľadom na vlastnosti používaných palív, sa pravom zmysle slova o explozívne horenie nejedná. Modelárske vznetové motory so žeravou sviečkou („žhavíky“), sa poháňajú liehovou alebo uhľovodíkovou palivovou zmesou. Tá sa pripravuje v karburátore, rovnako ako v detonačných motoroch. Rozdiel je však v spôsobe zapálenia palivovej zmesi. Zapálenie palivovej zmesi sa v nich iniciuje vznetom pár paliva na povrchu trvalo žeravého vlákna zapaľovacej sviečky. To znamená, že vznet paliva nenastáva v presne riadenom okamihu, ako napríklad pri zážihových motoroch motorových vozidiel, v ktorých sa presný okamih zapálenia zapaľovacej iskry medzi elektródami sviečky určuje presne podľa polohy kľukového hriadeľa a polohy škrtiacej klapky karburátora (tzv.“predstih“) (17). V modelárskych motoroch so žeravou sviečkou sa palivová zmes zapáli vtedy, keď sa vytvoria priaznivé podmienky na jej samočinný vznet. Trvalo žeravé vlákno sviečky vznet len „uľahčuje“, neurčuje presný okamih vznetu vzhľadom na polohu kľukového hriadeľa, ako to „robí“ iskrová zapaľovacia sviečka v zážihových motoroch. Od vznetu palivovej zmesi pri povrchu vlákna zapaľovacej sviečky sa plameň šíri postupne spaľovacím priestorom až kým celá palivová zmes vo valci motora nevyhorí. Teda spaľovanie prebieha vo valci motora postupne a nie detonáciou v celom objeme valca naraz, ako v detonačných motoroch. Ďalšie energetické procesy, ktoré sa v motore so žeravou sviečkou uskutočňujú, sú rovnaké, ako v detonačnom motore.
Energetická bilancia motora Teplo „privedené“ do motora palivom sa v spaľovacom motore „rozdelí“ podľa rovnice : Qd = Qe + Qch + Qv + Qns + Qol + Qzv kde
Qd - teplo dodané v palive Qe - teplo ekvivalentné užitočnej mechanickej práci, ktorú vykonáva motor („na hriadeli“) Qch - teplo odvedené do chladiacej sústavy
(17)
V súčasných moderných vozidlových zážihových spaľovacích motoroch (bez karburátora) sa okamih zapálenia palivovej zmesi iskrou zapaľovacej sviečky presne reguluje riadiacim počítačom, ktorý zohľadňuje obrátky motora, bohatosť palivovej zmesi a ďalšie dôležité parametre okamžitého prevádzkového stavu motora. Na starších vozidlových motoroch s karburátorom sa presný okamih zapálenia iskry zapaľovacej sviečky reguloval podtlakovým regulátorom od karburátora a odstredivým regulátorom rozdeľovača.
Qv - teplo odvedené horúcimi výfukovými plynmi Qns - teplo nevyužité kvôli nedokonalému spáleniu paliva, Qol - teplo odvedené mazacím olejom Qzv - teplo nezahrnuté v predošlých členoch(18)
Podiel najvýznamnejších zodpovedá 100 %. Druh motora Zážihový Vznetový
častí rovnice je uvedený v tabuľke, pričom Qd % Qe 21 až 28 29 až 42
% (Qch + Qol) 12 až 27 15 až 35
% Qv 30 až 55 25 až 45
(18) Iné energetické straty, sú straty napr. trením v mechanizme motora, aerodynamické straty spôsobené prúdením plynov motorom, ...)
Tepelná energia, ktorá spôsobuje ohrev motora a nasávaného vzduchu, odparenie paliva, ohrev spalín odchádzajúcich výfukom (Qch, Qv, Qol) je nevyužiteľná a nazýva sa stratovou energiou. Z uvedeného porovnania vyplýva že vznetový motor využije palivom dodanú energiu efektívnejšie, pracuje teda s vyššou tepelnou účinnosťou ako zážihový motor (pozri vysvetlivku (15)). Z tepla, ekvivalentného užitočnej práci Qe , sa ešte časť tepla spotrebuje na mechanické a aerodynamické straty v motore (trenie v mechanizme motora a prúdenie plynov v jeho vnútorných priestoroch). Hlavnými splodinami spaľovania paliva (12) (liehového, uhľovodíkového) v zmesi so vzduchom sú tieto látky: CO2, H2O, CO, kysličníky dusíka (všetko plynné látky), a splodiny, ktoré vzniknú zhorením mazacieho oleja. A práve spalné zvyšky mazacieho oleja sú hlavnými znečisťujúcimi zvyškami spaľovania, ktorými je potrebné sa zaoberať pri prevádzkovej údržbe modelárskych motorov. Ak je motor poháňaný nitrovaným palivom (s prísadou amylnitritu alebo nitrometánu), spaliny a zvyšky nespáleného paliva obsahujú tiež koróziu motora spôsobujúce chemické zlúčeniny. Ak palivo obsahuje aj benzén, vo výfukových plynoch sa vyskytuje malé množstvo aj tejto nespálenej a pre zdravie človeka veľmi nebezpečnej chemikálie.
Mazadlá dvojtaktných modelárskych motorov Mazací olej plní v motore tieto funkcie (19) : vytvára separačnú (oddelovaciu) vrstvu (olejový „film“) medzi vzájomne sa kĺzajúcimi plochami v mechanizme motora (piest a valec, ložiská ojnice, otočné uloženie kľukového hriadeľa, rotačný posúvač sania, ak je použitý) zapĺňa medzeru medzi valcom a piestom a tým utesňuje spaľovací priestor vytvára ochrannú protikoróznu vrstvu na namastených povrchoch odvádza teplo, vzniknuté trením v klzných uloženiach motora odplavuje častice materiálu, vzniknuté opotrebovaním, z klzných miest tlmí nárazy a vibrácie v kĺbových a otočných uloženiach mechanizmov motora
(19)
Problematika o mastení je dosť obsiahla „veda“ a podrobnosti, týkajúce sa mastenia nech si dôslednejší čitateľ preštuduje v odbornej literatúre o mazadlách a mastení. V tomto článku sú uvedené len najdôležitejšie informácie, ktoré sa vzťahujú na modelárske mikromotory. Tu uvádzané informácie nie je možné použiť „bezhlavo“ na iné druhy motorov.
Na mastenie modelárskych motorov možno použiť dva druhy tekutých mazadiel: minerálne oleje rastlinné oleje ktoré majú dostatočnú viskozitu („hustotu“), priľnavosť k masteným povrchom (adhéznu schopnosť) a odolnosť voči teplotám, ktoré sa v prevádzke motora vyskytujú. Dôležitou a vyžadovanou vlastnosťou olejov dvojtaktných motorov je Mastenie modeláraj ich dobrá rozpustnosť v palive, pretože palivom sa do vnútorných priestorov skych spaľovacích motorov silikonovými na mastené miesta motora dopravujú. Použitie rôznych iných alebo priamo „exotických“ mazadiel na mastenie
mazadlami, ktoré sú dostupné na trhu, nie je možné.
modelárskych motorov, ktoré patria do skupiny mechanicky a tepelne extrémne zaťažených energetických strojov, je veľmi sporné a ťažko ho možno bez rizík odporučiť. Na mastenie detonačných motorov, ktorých palivový základ tvorí petrolej (alebo motorová nafta) je možné použiť bežný (a lacný) minerálny olej, ktorý je určený na mastenie dvojtaktných motorov a dostať ho bežne kúpiť na benzínových pumpách, napríklad olej M2T v množstve 15 až 25 objemových % v pohonnej hmote motora. Najbežnejšie zloženie pohonnej hmoty pre detonačné motory (ktoré sa ľahko zapamätá) je „tretinové“. To znamená, že v pohonnej hmote je ⅓ oleja, ⅓ petroleja (alebo motorovej nafty) a ⅓ dietyléteru (20). Na zvýšenie výkonu detonačných motorov v rýchlostných modelárskych kategóriách a stabilizácie ich chodu je možné do paliva pridať do 10 % amylnitritu (na úkor mazadla). „Vysokovýkonná“ pohonná hmota na poháňanie detonačných motorov má potom zloženie: 35 % éteru, 10 % amylnitritu, 18 % ricínového oleja a 37 % petroleja (motorovej nafty)(21). Na mastenie výkonovo vysoko „našplhaného“ detonačného motora je vhodnejšie použiť rastlinný olej (napríklad ricínový) ako minerálny, pretože rastlinné oleje majú lepšie mazacie vlastnosti ako oleje minerálne. Na mastenie modelárskych motorov so žeravou sviečkou, ktoré sú poháňané liehovým palivom (metylakoholom, etylakoholom) sa minerálny olej použiť nedá, pretože sa nerozpúšťa v palive. Na ich mastenie sa používa olej ricínový, ktorý má vďaka svojej molekulovej štruktúre medzi mazadlami výnimočné postavenie.
(20)
Množstvá jednotlivých zložiek pohonnej hmoty sa obyčajne udávajú v objemových pomeroch. (21)
Ak je v pohonnej hmote obsiahnutý dusíkatý derivát uhľovodíkov (tzv. nitrované palivo), údržbe motora je potrebné venovať osobitnú pozornosť. Podrobnosti sú uvedené v kapitole Čistenie a údržba motorov.
Ricínový olej je z chemického hľadiska triglycerid, ktorý obsahuje prevažne mastné kyseliny, kyselinu ricinolejovú (90 %), olejovú a linolejovú. Má bledožltú farbu, je bez výraznejšej chuti a je bez zápachu. Zo životného prostredia je úplne biologicky odbúrateľný. Ricínový olej sa získava lisovaním semien rastliny Ricinus communis. Jeho teplota varu je 313 °C a hustota 961 kg/m3. Možno ho kúpiť v lekárňach (22) ako vysokokvalitný rafinovaný olej pre zdravotnícke a (22) kozmetické účely alebo v distribučnej obchodnej sieti ako technický („surový“) Niektorí modelári veria dosť rozšírenej poricínový olej. Kyselina ricínolejová je nenasýtená mastná kyselina s 18 atómami uhlíka v molekule. Je nezvyčajná tým, že má na dvanástom uhlíku naviazanú hydroxydovú skupinu OH. Hydroxydová skupina OH umožňuje neobyčajné polarizačné vlastnosti (23) kyseliny ricínolejovej (a teda aj ricínového oleja) a umožňuje tiež chemickú derivatizáciu, ktorá pri väčšine iných rastlinných olejov nie je možná. Preto sú ricínový olej a kyselina ricínolejová cennými surovinami pre chemickú, farmaceutickú a kozmetickú výrobu. Ricínový olej sa používá ako mazivostná prísada do niektorých drahých motorových olejov (tzv. nadstavované oleje) a pohonných hmôt, najmä pretekárskych vozidlových motorov a motorov modelov, ktoré spaľujú alkoholové palivá. Pretože ricínový olej je v alkohole (metylakohole aj etylalkohole) rozpustný veľmi dobre.
vere, že lekárenský ricínový olej nie je vhodný na mastenie modelárskych motorov. Nie je to pravda. Lekárenský ricínový olej je však drahší ako surový technický olej, pretože je čistejší, je zbavený svojej jedovatej zložky, ricinínu, je chemicky stabilizovaný a je zbavený rýchlo oxidujúcich a želatinujúcich súčastí. Je teda kvalitnejší (a drahší), ako „surový“ technický ricínový olej. Mazaciu schopnosť má ricínový olej, kúpený v lekárni a „technický“ ricínový olej zhodnú.
Veľmi nedobrou vlastnosťou ricínového oleja je jeho „vysýchavosť“, podobne, ako majú iné rastlinné produkty (napr. fermež, terpentín). V súčinnosti so vzduchom olejovité látky ricínového oleja polymerizujú a účinok tohto procesu sa na motoroch prejaví tak, že ak sa motory dlhšie (niekoľko týždňov) nepoužívajú, „zaschnú“. Ich pohyblivé časti spolymerizovaný olej „zalepí“. „Rozhýbanie“ takto neudržiavaného motora je veľmi nepríjemné a po naštartovaní hrozí jeho poškodenie, najmä porucha tesniacich krúžkov piesta a (23) klzných plôch valca a piesta. Polarizačné vlastnosti
Poznámka 8: Medzi modelármi je často diskutovanou otázka o použití tzv. syntetických olejov na mastenie modelárskych motorov. Na túto tému už existuje okrem reklamných tvrdení výrobcov a obchodníkov s olejmi celá škála mýtov a aj celkom úsmevných povier. Seriózna odborná literatúra o mastení motorov neposkytuje dostatok hodnoverných dôkazov o prednostiach mastenia modelárskych motorov syntetickými olejmi, ktoré sú tiež veľmi drahé a ich súčasťou je obyčajne i určité % ricínového oleja „radšej pre istotu“ (podľa môjho názoru) .
molekúl kvapalín súvisia aj s ich s rozpustnosťou a miešateľnosťou v iných kvapalinách. Podrobnosti nech si dôslednejší čitateľ preštuduje v odbornej chemickotechnologickej literatúre.
Podľa mojich dlhoročných praktických skúseností a množstva vykonaných experimentov s pohonnými hmotami modelárskych motorov je najvhodnejším mazivom motorov ricínový olej (ak je motor poháňaný niektorým z liehov alebo ich zmesou) a na mastenie detonačných motorov, ktorých základ pohonnej hmoty je uhľovodíkový, úplne vyhovuje pomerne lacný bežný minerálny olej na mastenie dvojtaktných rýchlobežných motorov, napr. M2T (motocyklov, kosačiek, reťazových píl a podobných strojov). Mastenie dvojtaktných motorov je stratové. To znamená, že olej je v motore len veľmi krátky čas a svoju mastiacu funkciu plní len veľmi krátky čas (na rozdiel od olejov vo vozidlových štvortaktných motoroch). Olej sa v dvojtaktnom motore stále počas činnosti motora dopĺňa „čerstvým“ olejom z nasávanej pohonnej hmoty a olej „už použitý “ na mastenie sa z motora kontinuálne vyfukuje výfukom spolu so spalinami horenia a odstrekuje do okolia netesnosťami, najmä z ložiska výstupu kľukového hriadeľa z kľukovej skrine. Najdôležitejšou vlastnosťou olejov, ktorá priamo podmieňuje ich mazaciu schopnosť je priľnavosť k mastenému povrchu (adhézia) a pevnosť olejovej vrstvy. Veľmi dôležitý je i tvar mikronerovnosti mazaného povrchu. Ak je mazaný povrch príliš hladký (vyleštený „do zrkadlova“), olejová vrtva sa nemá „na čom zachytiť“ a je nestabilná. Optimálny reliéf povrchu na udržanie stabilnej mazacej vrstvy sa vytvorí napríklad lapovaním(23). Pre správnu funkciu mazacej vrstvy je dôležitá aj rýchlosť kĺzania klzne spolupracujúcich povrchov. Ak je príliš nízka, správne hydrodynamické pomery v mazacej vrstve sa nevytvoria a môže nastať zadretie mazaných povrchov (pozor na veľmi nízke obrátky motora pri „stiahnutom plyne“ na „voľnobehu“). Hrozí nebezpečenstvo poškodenia klzných ložísk ojnice. Z tohto pohľadu je nesprávne „zabehávanie“ nového motora pri veľmi nízkych obrátkach. Na zábeh je potrebné použiť „ľahkú“ vrtuľu (s malým stúpaním) a motor naladiť asi na 2/3 až 3/4 maximálnych obrátok tak, aby pracoval „pokojne“ pri „bohatšej“ palivovej zmesi.
Príprava pohonnej hmoty modelárskych vznetových motorov Že všetky suroviny, z ktorých sa pripravuje palivo a pohonná hmota modelárskych motorov musia byť kvalitné, by malo byť samozrejmosťou. Presné zloženie pohonnej hmoty motora udáva výrobca motora v návode na použitie motora. Výrobcom predpísané zloženie pohonnej hmoty motora by malo zabezpečiť všetky výkonové, prevádzkové a životnostné parametre motora, ktoré výrobca motora v technickej dokumentácii k motoru uvádza. V obchodoch s modelárskymi potrebami je v súčasnosti možné kúpiť hotovú namiešanú pohonnú hmotu (tzv „palivo“), zloženie ktorej by malo byť uvedené na obale.
(23)
Lapovanie je jednou z dokončovacích výrobných operácií, ktorej podstatou je jemné brúsenie povrchu tvarovými brúsikmi a lapovacou tekutinou alebo lapovacou pastou pri nízkej rýchlosti brúsenia a nízkom prítlačnom tlaku brúsikov. Podrobnosti si môže dôsledný čitateľ prečítať v učebniciach o dokončovacom trieskovom opracovávaní materiálov.
Vyspelejší modelári však zloženie pohonnej hmoty často upravujú podľa svojich potrieb, skúseností a vedomostí. Významný je i „ekonomický rozmer“ získavania pohonnej hmoty. „Doma“ namiešaná pohonná hmota je obyčajne oveľa lacnejšia, ako kúpená v obchodoch s modelárskymi potrebami. Najčastejšie chyby, ktorých sa modelári v súvislosti s palivom dopúšťajú sú tieto: Pohonná hmota je stará alebo je skladovaná v nevyhovujúcich (málo tesných) obaloch. V dôsledku toho sa výrazne zhoršia jej vlastnosti, predovšetkým štartovateľnosť motora. Z paliva do detonačných motorov vyprchá časť dietyléteru a do liehového paliva motorov so žeravou sviečkou sa obsorbuje zo vzduchu voda. Môže nastať aj čiastočné znehodnotenie ricínového mazacieho oleja vytvorením živicových „zrazenín“ v pohonnej hmote (tento jav je poznať podľa zamútenej pohonnej hmoty alebo drobných čiastočiek, plávajúcich v pohonnej hmote). Pohonná hmota je mechanicky znečistená prachom, koróziou z nevhodných plechových obalov, nečistotou, ktorá bola v nádobách, v ktorých sa pohonná hmota alebo palivo prepravovalo, korkovými pilinami zátok nádob, v ktorých sa pohonná hmota motora miešala alebo skladovala. Palivová sústava modelu je neudržiavaná a je znečistená „starými“ zvyškami pohonnej hmoty a „zaschnutého“ oleja (napríklad z minuloročnej prevádzky), ktoré sa do „nového“, práve natankovaného paliva uvoľnia. Často až počas letu a môžu spôsobiť náhle zastavenie motora alebo jeho nesprávnu funkciu. Metylalkohol a etylalkohol, z ktorého sa pohonná hmota pripravuje pridaním mazacieho oleja obsahuje príliš veľa vody. Metylalkohol aj etylalkohol sú oba rovnako veľmi hygroskopické materiály a absorbujú do seba vlhkosť zo vzduchu, ak nie sú nádoby, v ktorých sa nachádzajú, vzduchotesne uzavreté. Obsah jednotlivých zložiek v pohonnej hmote je nesprávny Do pohonnej hmoty alebo surovín na jej prípravu sa omylom dostali látky, ktoré do nej nepatria Palivový filter v palivovej inštalácii modelu je zapchatý nečistotami alebo „zasušeným“ palivom Kanáliky v karburátore motora sú znečistené mechanickými nečistotami alebo zaschnutými zvyškami ricínového oleja Pohonnú hmotu do motorov je praktické pripravovať v odmernom valci alebo asi v jednolitrovej sklenej fľaši, na ktorú sa zvonka prilepí samolepka, s vyznačenými úrovňami, po ktoré treba vliať príslušnú zložku pohonnej hmoty. Fľašu nie je vhodné plniť „až po okraj“, ale tak, aby sa v nej vytvorila nad hladinou pohonnej hmoty bublina vysoká asi 5 cm. Tá uľahčuje dobré rozmiešanie naliatych tekutín. Ako prvé sa do miešacej nádoby naleje mazadlo a ako posledný sa leje éter (najprchavejšia zložka paliva). Po vliatí všetkých prísad do pohonnej hmoty sa fľaša dobre uzavrie a viacnásobným prevrátením sa tekutiny dobre premiešajú. Zo začiatku sa tekutina vo fľaši obyčajne mierne zakalí ale po dokonalom zmiešaní a rozpustení všetkých prísad sa vytvorí „čistá“ nažltlá (farba je podľa použitého oleja) mierne olejovitá tekutina, ktorá po „zahrkaní“ vytvorí na chvíľu na svojej hladine penu (príznak toho, že v palive je olej).
Praxou osvedčené a bezproblémové zloženia pohonných hmôt, udané v objemových pomeroch sú: Pre detonačné motory na zábeh motora a tréningové lety začiatočníkov ⅓ petroleja alebo motorovej nafty, ⅓ dietyléteru, ⅓ minerálneho motorového alebo ricínového oleja na bežné tréningové a menej náročné súťažné lietanie 35 % éteru, 20 % ricínového alebo minerálneho oleja a 45 % petroleja (motorovej nafty) na súťažné výkonnostné lietanie 35 % éteru, 10 % amylnitritu, 18 % ricínového oleja a 37 % petroleja (motorovej nafty) Pre motory so žeravou sviečkou na zábeh motora a bežné lietanie 75 % metylakoholu (etylakoholu) , 25 % ricínového oleja na súťažné akrobatické lietanie 70 % metylakoholu (etylakoholu) , 5 % nitrometánu 25 % ricínového oleja na súťažné lietanie, kde sa vyžaduje veľmi vysoký a stabilný výkon motora 60 % metylakoholu (etylakoholu) , do 15 % nitrometánu 25 % ricínového oleja Pred „zarábaním“ alkoholového paliva je potrebné spoľahlivo zistiť, či alkohol (je jedno, či metylalkohol alebo etylalkohol) neobsahuje príliš vysoké množstvo vody. Dá sa to zistiť príslušnými liehomermi. Ak nie sú k dispozícii, je vhodné „preventívne“ do nádoby (suda, kanistra, bandasky) s palivom nasypať niekoľko dní pred miešaním pohonnej hmoty hygroskopický absorbčný materiál (nehasené vápno alebo dehydrovanú modrú skalicu) v množstve asi 0,5 až 0,75 kg na 10 litrov liehu a obsah nádoby dobre premiešať. Nehasené vápno sa vodou z liehu „zahasí“ alebo modrá skalica vytvorí pomocou absorbovanej vody svoj hydrát (CuSO4.5H2O). Po dehydratácii možno lieh „stočiť“ cez filtračný papier do čistých a suchých nádob a použiť na prípravu pohonnej hmoty. Pri manipulácii s palivami treba mať stále na pamäti, že pracujeme s veľmi nebezpečnými, horľavými a zdraviu škodlivými látkami, ktorých výpary v zmesi so vzduchom sú ešte k tomu aj explozívne. Preto je nevyhnutné mať všetky práce, týkajúce sa prípravy palív do modelárskych motorov dobre premyslené a zorganizované. Pri príprave pohonných hmôt modelárskych motorov sa nesmie: pracovať v uzavretej miestnosti a v žiadnom prípade nie v byte !!! pri práci jesť, piť alebo fajčiť pracovať bez ochranných rukavíc a okuliarov Pri používaní benzénu a nitrovaných uhľovodíkov treba obzvlášť opatrne pracovať. Výpary palív v žiadnom prípade nevdychovať, pri vdychovaní ich pár hrozí poškodenie zdravia.
Čistenie a údržba modelárskych spaľovacích motorov Aby modelárske spaľovacie motory mohli spoľahlivo a dobre pracovať pri dlhej životnosti, je nevyhnutné, aby) boli počas celej svojej životnosti správne udržiavané (rovnako ako všetky ostatné stroje). O údržbových postupoch každého motora by mal podrobne informovať používateľa motora výrobca v návode na použitie motora.
Najčastejšie chyby, ktorých sa modelári v súvislosti s údržbou motorov dopúšťajú sú tieto: Pri montáži, údržbe a opravách motora sa používa nevhodné alebo poškodené náradie a nástroje. To spôsobí poškodenie skrutiek, matíc a iných súčiastok motora. Motor nie je zvonka čistý. Počas prevádzky motora sa vonkajší povrch každého motora sústavne značne znečisťuje palivom a mazacím olejom, na ktorý sa lepí prach a hmyz. Tým sa vytvára na povrchu motora dobre priľnutá mazľavá hmota, ktorá zabraňuje odvodu tepla z motora (zhoršuje jeho chladenie). Na veľmi horúcich miestach motora (chladiace rebrá valca, celá hlava valca a tlmič hluku) vrstva nečistoty zhorí a vytvorí dobre priškvarený tvrdý nános „asfaltu“. Ten nielenže špatí celý model, ale predovšetkým znemožňuje chladenie motora. Dokonca môže spôsobiť jeho zadretie. Motor nie je zvnútra čistý. Počas prevádzky sa na horúcich miestach vo vnútri motora vytvoria priškvarené vrstvy karbónu (zvyšky zhoreného oleja, popola a sadzí). Ten sa môže odtrhnúť a spôsobiť vážne poškodenie piesta, valca, ložísk ojnice. Karbónová vrstva tiež zhoršuje odvod tepla z tepelne najviac namáhaných miest motora. Vo vnútri tlmiča hluku a výfukovom potrubí motora sa vytvorí hrubá vrstva priškvareného karbónu, ktorá znižuje „priedušnosť“ výfukovej sústavy, znižuje výkon motora a spôsobuje jeho prehrievanie Nekontrolujú sa vôle v kľukovom mechanizme a prípadné nadmerné opotrebovanie sa odbornou opravou neodstráni
Čistenie motora Motor musí byť stále čistý. Treba ho priebežne čistiť aj počas „lietania“. Ako čistiaci prostriedok je možné použiť lieh, čistiaci benzín, petrolej, naftu, samozrejme bez oleja. Čistiace prostriedky, obsahujúce vodu (napríklad roztoky na čistenie predných okien áut od hmyzu) na čistenie motora použiť nemožno, lebo spôsobia koróziu. Aj počas lietania je potrebné motor opláchnuť a ak je znečistenie veľké, nečistoty treba odstrániť štetcom, ktorý bol nemočený do čistiaceho prostriedka. Po každom lietaní je potrebné motor dôkladne vyčistiť aj zvnútra. Toto čistenie sa dá urobiť na motore demontovanom z modelu, alebo na motore, ktorý zostáva na modeli namontovaný. Ako čistiaci prostriedok je vhodné použiť acetón (pozor: nie riadidlo C-6000 do nitroemailov a lakov), ktorý sa naleje do motora a motor sa zvnútra dôkladne acetónom vypláchne. Každých približne 5 prevádzkových hodín je vhodné motor vymontovať z modelu, otvoriť ho, skontrolovať opotrebovanie ložísk, najmä klzných ložísk ojnice a ak je potrebné, motor treba dekarbonizovať, predovšetkým spaľovací priestor, vnútro piesta, dno piesta, sviečku, výfukové potrubie a tlmič hluku. Ak sa na pohon modelu používa nitrované palivo (s prísadou nitrometánu alebo amylnitritu), po každom lietaní je bezpodmienečne potrebné motor dôkladne vypláchnuť acetónom, vysušiť ho a naliať do neho jemný minerálny olej (napríklad olej na mastenie bicyklov a šicích strojov ). Po namastení olejom treba kľukový motora párkrát otočiť. Dosť rozšírený názor, že motor, ktorý poháňalo nitrované palivo stačí nechať na pár minút „prebehnúť“ s nenitrovaným palivom je nesprávny. Motor po použití nitrovaného paliva treba dôkladne vypláchnuť a namastiť motorovým minerálnym olejom.
Ak sa nebude motor dlhší čas používať, napríklad cez zimnú prestávku, treba ho vymontovať z modelu a motor dôkladne vyčistiť zvnútra i zvonka, dekarbonizovať a namastiť olejom proti korózii. Ak má motor na pieste tesniace krúžky, je potrebné dôkladne vyčistiť acetónom aj tie, aby sa pri ďalšom používaní „nezapiekli“. Na konzervačné namastenie motora je vhodný nepoužitý motorový olej alebo iný minerálny strojový olej. Všetky otvory motora je vhodné zapchať gumovými zátkami a namastený motor vložiť do igelitového vrecka a vrecko tesne zatvoriť. Pri údržbe motora je potrebné venovať dostatočnú pozornosť aj palivovej nádrži a čističu (filtru) paliva, ktoré sú inštalované v modeli. Okrem dôkladného vypláchnutia nádrže treba skontrolovať jej tesnosť a upevňovacie miesta nádrže (pozor na únavové trhliny).
Požívanie iných palív v motoroch so žeravou sviečkou Okrem alkoholu možno vznetové modelárske motory so žeravou sviečkou poháňať aj inými palivami a ich zmesami, ak sú na to racionálne dôvody. Alkoholy majú v porovnaní s inými palivami malú výhrevnosť a tým pádom majú motory nimi poháňané vysokú spotrebu paliva (aj drahého ricínového oleja). Ak je požiadavka na nízku spotrebu pohonnej hmoty vysoká, je možné použiť výhrevnejšie palivá, alebo ich zmesi. Do úvahy prichádzajú tieto palivá: vozidlový benzín (zmes uhľovodíkov a prísad) acetón ( C3H6O ) benzén ( C6H6) metylbenzén (C7H8 , toluén) dimetylbenzén (C6H4(CH2)2 , m-xylén) alebo ich zmesi, prípadne s prídavkom alkoholu a nitrometánu Treba však zdôrazniť, že experimentovanie s palivami je náročné na vedomosti, zručnosť modelára a vyžaduje si značné teoretické a praktické skúsenosti. Vzhľadom na to, že palivá sú veľmi horľavé látky a väčšina z nich aj jedovaté, je nevyhnutné pri práci s palivami a pri skúšaní (ale aj rutinnej prevádzke) motorov dôsledne dodržiavať zásady bezpečnosti a ochrany zdravia pri práci. Alkoholové palivá, éter a nitrometán majú zápalnosť svojich pár v zmesi so vzduchom v dosť širokom koncentračnom rozpätí (širšom, ako majú benzíny). To umožňuje veľmi dobrú regulačnú schopnosť motora, ktorý nie je pri ich používaní odkázaný na veľmi presnú reguláciu množstva paliva, vstrekovaného do sacieho hrdla karburátora. Preto môžu mať karburátory modelárskych motorov, ak sa používa liehové palivo, veľmi jednoduchú konštrukciu bez potreby presnej tlakovej regulácie vstrekovaného paliva. Práve kvôli tejto vlastnosti alkoholov sú alkoholy najviac používaným druhom paliva v leteckom modelárstve, ak sa používa na pohon modelu motor so žeravou sviečkou. Benzín má v porovnaní s alkoholom podstatne užšie rozpätie koncetrácií horľavosti svojich pár v zmesi so vzduchom. To znamená, že ak je palivová zmes príliš „chudobná“ nehorí, rovnako ani vtedy, ak je príliš „bohatá“. Táto vlastnosť benzínov kladie veľmi vysoké požiadavky na presnosť dávkovania paliva do sacieho hrdla karburátora motora. Ak by sa použil na pohon „štandardného“ (neupraveného) motora so žeravou sviečkou benzín, klesne jeho spotreba približne o 60 %. Ale súčasne sa stane motor ťažko použiteľným (najmä na akrobatickú prevádzku). Preto, lebo ho „nemožno naladiť“. V závislosti od polohy vstrekovacieho miesta v karburátore a sacieho bodu v palivovej nádrži
modelu sa počas lietania akrobatických obratov mení tlak paliva v mieste vstreku do sacieho hrdla karburátora a tým sa mení aj vstrekované množstvo paliva v takom veľkom rozpätí, že motoru sa „samočinne“ menia obrátky v neprijateľne veľkom rozsahu. Rovnako nežiadúco veľký vplyv na chod motora majú aj prípadné veľmi jemné nečistoty v palive, ktoré menia veľkosť prietokovej štrbiny okolo regulačnej ihly v karburátore. Vzhľadom na výrazne menšiu spotrebu motora je totiž karburátorová ihla takmer zaskrutkovaná. Tento dosť závažný problém je riešiteľný použitím karburátora, ktorý má tlakovú reguláciu vstrekovaného paliva a je vyvinutý pre motory, poháňané benzínom (napríklad karburátory typu „walbro“). Tie sa však vyrábajú pre motory so zdvihovým objemom nad 20 cm 3 a na menšie lietadlové modelárske motory, ktoré majú sacie hrdlo karburátora „zpredu“ (za vrtuľou) sa z rozmerových dôvodov karburátory „walbro“, pretože sú väčšie, ako „bežné“ RC karburátory, ani nedajú namontovať. Uvedený problém je možné riešiť použitím palivovej zmesi, ktorá má širšie rozpätie zápalnosti svojich pár so vzduchom, ako samotný benzín. Je možné použiť zmes benzínu, alkoholu s prídavkom nitrometánu. S úspechom sa dá použiť aj zmes benzínu, benzénu, alkoholu a acetónu. Optimálne zloženie palivovej zmesi je potrebné vyskúšať podľa konkrétnych požiadaviek modelára na pohon modelu. Nezriedka je potrebné upraviť kompresný pomer motora tak, aby motor “nepálil“ vlákno zapaľovacej sviečky a nemal najmä pri nižších obrátkach „trdý“ chod a tendenciu zastaviť sa. Poznámka 10: Známy japonský výrobca modelárskych spaľovacích motorov O.S. Engine vyrába dvojtaktný vznetový motor so žeravou sviečkou s typovým označením GGT 10, ktorý je konštruovaný tak aby sa v ňom spaľoval bezolovnatý benzín v zmesi s olejom 1: 50 (nízky obsah oleja v pohonnej hmote je umožnený valivým uložením ložísk ojnice). Motor je vybavený palivovým čerpadlom a karburátorom, ktoré umožňujú bezproblémovú prevádzku motora s benzínom. Výhodou tohto motora je, že nepotrebuje elektrickú zapaľovaciu sústavu. Prevádzka motora, ktorý je poháňaný benzínom v zmesi s malým množstvom oleja je podstatne lacnejšia, ako je prevádzka motora, ktorý je poháňaný liehovým palivom v zmesi s ricínovým olejom, hoci je tento motor trochu drahší. Základné technické údaje motora GGT 10 sú: Zdvihový objem: 9,76 cm3 Vŕtanie: 24,0 mm Zdvih: 21,5 mm Výkon:1,58 k pri 10 000 obr/min Pri použití výhrevnejších palív, ako sú alkoholy je potrebné mať na zreteli, že klesne spotreba paliva a tým aj množstvo mazacieho oleja, ktoré je palivom dopravované do motora. Z tohto dôvodu je potrebné pridať do paliva viac oleja, ako je v palive alkoholovom. Stanovenie množstva mazacieho oleja v pohonnej hmote presahuje zamneranie tohto článku. Porovnanie niektorých vlastností palív Pomerná Palivo
Výhrevnosť paliva
spotreba motora
Metylalkohol CH3.OH Etylalkohol C2H5.OH Benzín (Zmes uhľovodíkov) Benzén C6H6 Acetón C3H6O
100 % ≈ 70 % ≈ 40 % ≈ 50 % ≈ 60 %
MJ / kg 19,00
26,8 43,6 40,2 28,6
100 % 141 % 229 % 212 % 151 %
MJ / l
15,2 21,2 32,8 35,2 22,59
100 % 139 % 236 % 231 % 149 %
Poznámka 11: Benzén je cyklický aromatický uhľovodík, horľavina 1. triedy, podobná benzínu, za normálnych podmienok („izbových“) kvapalina sladkastej vône s teplotou varu 80,1 °C a hustotou približne 879 kg/m³. Vo vode sa rozpúšťa len veľmi slabo. Benzén patrí medzi základné suroviny chemického priemyslu. Používa sa v značnom množstve ako rozpúšťadlo. Vzhľadom na jeho vysokú karcinogenitu (rakovinotvornosť) je snaha o minimalizáciu jeho používania. Čistý benzén sa používa ako prísada do benzínu na zvýšenie oktánového čísla, jeho maximálny podiel je do 1 %. Acetón C3H6O je bezfarebná mierne toxická kvapalina s charakteristickým výrazným zápachom, hořlavá, neobmedzene miešateľná s vodou. Zmes pár s kyslíkem je vysoko explozívna. Používá se okrem iného ako rozpúšťadlo organických látok, odmasťovadlo a prísada do palív.
