Technologie paliva a jeho používání v modelářství je citlivá věc a není o ní mnoho publikováno — a už vůbec ne srozumitelným způsobem, nekladoucím nároky na teoretické znalosti. V poslední době se v modelářské literatuře vyskytla řada názorů na složení paliva. Vyplynulo z nich, že do paliv se dají s úspěchem používat ředidla nebo těkavé látky používané v lékařském průmyslu. Abychom si mohli vytvořit pravdivý obrázek, musíme ale vědět, jak posuzovat paliva pro modelářské motory, jejich složení, význam přísad a vliv paliva na životnost motorů.
Následující poznatky a zkušenosti jsou určeny pro modeláře, kteří se chtějí seznámit s technologií paliva, způsobem jeho použití, a to bez zbytečné ztráty času a materiálu. Chci poradit, jakým způsobem posuzovat komerční druhy paliva, jak namíchat palivo pro určité použití. Nejprve je ale třeba se seznámit se základními pojmy.
Tabulka I.
Palivo | Meze výbušnosti v % objemu plynu ve vzduchu Spodní mez Horní mez | |
benzin | 1,2 | 7,0 |
aceton | 2,5 | 9,0 |
metylalkohol | 5,5 | 21,0 |
etylalkohol | 3,3 | 19,0 |
etyl-éter | 1.0 | 40,0 |
parafínové uhlovodíky | asi 1,0 | asi 7,5 |
toluen | 1,3 | 7,0 |
benzen | 1.4 | 9.5 |
Tabulka II.
Kapalina |
Zápalný bod |
etyl-éter |
— 40° C |
benzol |
—10° C |
aceton |
— 20° C |
toluen |
— 5°C |
metylalkohol |
+ 12° C |
butylacetát |
+ 25° C |
směs parafínových uhlovodíků |
asi + 65° C |
nafta |
+ 40° C |
etylalkohol |
+ 13° C |
petrolej |
+ 25 až 40° C |
1.Mez výbušnosti
Pokud smísíme zplyněnou hořlavinu ( pevnou látku nebo kapalinu) se vzduchem, vzplane směs, jen pokud bude mít určitou koncentraci. Ta se nazývá mezí výbuchu
nebo mezí výbušnosti. Má vždy dvě hranice, horní a spodní. Pokud je koncentrace nižší než spodní mez, nebo vyšší než horní mez, nedojde k výbuchu, ale k volnému hoření. Pro naši potřebu budeme používat přesnější termín mez výbušnosti. Jak vyplývá z tabulky I.je odlišná pro různé látky. Všechny údaje uvedené v tabulkách jsou ověřeny laboratorními zkouškami.
Z tabulky je patrné, že větší rozsah mezí výbušnosti, tedy rozdíl mezi horní a spodní mezí výbušnosti má velký vliv na zplynování, hoření paliva a z něj odvozeného výkonu motoru. Velikost průměru difuzéru zplynovače je tedy přímo ovlivněna rozsahem mezí výbušnosti použitého paliva. Rozsah mezí výbušnosti má vliv i na snadnost seřízení motoru. Motor poháněný palivem s malým rozsahem mezí výbušnosti lze seřídit snadno na maximální výkon, zatímco s palivem o velkém rozsahu mezí výbušnosti se snadno spouští, ale je citlivý na seřízení na maximální výkon — malá nepřesnost způsobí větší ztrátu na výkonu než v předešlém případě.
Tabulka III.
Látka |
Samozápalná teplota |
aceton |
603° C |
benzen |
530° C |
toluen |
553° C |
etylacetat |
484° C |
metanol |
470° C |
etylalkohol |
368° C |
amylacetát |
379° C |
benzin |
280° C |
nafta motorová |
480 až 510° C |
parafinovy olej |
asi 250° C |
topný olej s vys.obsahem cetanu |
300° C |
petrolej |
400° C |
etyl-etér |
188° C
|
Tabulka IV.
Skupina | Látka | [kJ/kg] |
parafínový olej | 46 055 | |
nafta motorová | 48 149 až 45 217 | |
uhlovodíky | petrolej | 41 449 |
benzín | 41 868 | |
benzen | 41 700 | |
étery | etyléter | 36 844 |
metyléter | 33 076 | |
ketony | aceton | 30 564 |
estery | etylacetát | 25 539 |
alkoholy | etylalkohol | 29 643 |
metanol | 22 316 | |
nitrované | nitrobenzen | 25 246 |
uhlovodíky | nitrometan | 22 483 |
nitroetan | 18 003 | |
nitropropan | 11 681 | |
aditiva | etylnitrit | 18 631 |
etylnitrát | 14 905 |
2.Zápalný bod
Je to míra zápalnosti paliv a udává teplotu, při které palivo vzplane výbuchem a hned zhasne. Příklad: Pokud umístíme málo zápalné palivo na dno uzavřené nízké kovové nádoby (kelímku), bude se vypařovat do prostoru nad nádobou. V okamžiku, kdy koncentrace par nebo plynů dosáhne spodní meze zápalu, lze směs vzduchu a zplyněného paliva zapálit. Případu, kdy směs chytí a zhasne, říkáme dolní mez zápalnosti nebo dolní zápalný bod. Zahříváme-li kelímek s obsahem po tomto jevu, roste koncentrace palivových par. Ty vytlačí vzduch a pokud je zapálíme, vzplanou a hoří. Tomuto případu říkáme horní mez zápalu. V předešlém odstavci nás zajímalo procento koncentrace, nyní teplota. Zápalnost paliva je tedy určena zápalným bodem. Dále platí, že s klesající měrnou hmotností většinou klesá zápalný bod a opačně. V tabulce II jsou zápalné body látek přicházejících v úvahu jako paliva pro naše účely.
3.Samozápalná teplota
Je to taková teplota, při které se směs nebo plyn sám vznítí — bez účasti plamene nebo jiskry. Vůbec nezávisí na zápalném bodu, a nesmí se tudíž tyto pojmy zaměňovat. Typické hodnoty jsou v tabulce lil.
Z tabulky je vidět, že parafínické uhlovodíky — parafínový olej, motorová nafta a podobné — mají nízkou samozápalnou teplotu, zatímco aromatické uhlovodíky z uhelného dehtu — benzol a toluen a alkoholy — mají tuto teplotu velmi vysokou.
Proti tomu, co bylo řečeno o vztahu mezi měrnou hmotností paliva a hodnotou zápalného bodu, se v tomto případě projevuje jistá nepravidelnost. Typickým případem jsou alkoholy, které mají měrnou hmotnost 0,79 až 0,80, ale samozápalnou teplotu 368°C až 470°C, zatímco nafta má měrnou hmotnost 0,85 až 0,95 a samozápalnou teplotu 480°C. Vysoká samozápalná teplota dovoluje vyšší kompresní tlaky v motoru a naopak, neboť se u takového paliva projevuje náchylnost k detonacím. Z uvedeného vyplývá, že pro naše účely se budeme snažit volit palivo s nižší samozápalnou teplotou, neboť těžko docílíme v modelářském motoru tak vysokého tlaku jako v naftovém motoru používaném pro průmyslové účely.
4.Výhřevnost
Je to množství všeho uvolněného tepla vzniklého spálením určité, předem stanovené dávky hmoty. Je to tedy přímá míra vnitřní energie, kterou můžeme využít. Přeměnou této tepelné energie paliva obdržíme mechanickou práci. Je závislá na počáteční teplotě, na teplotě přiváděného vzduchu a na součiniteli, jímž označujeme přebytek vzduchu Zatím jej pro naše úvahy nebudeme používat, zmiňuji se o něm jen pro úplnost. Množství uvolněného tepla se udává v J/kg, což uvádí, kolik joulů získáme spálením 1 kg určité látky. Také výhřevnost se udává ve dvou hodnotách — horní a dolní. Horní mez se někdy též nazývá spalné teplo. Pro využití má význam pouze hodnota dolní, ale protože její zjištění je obtížné, udává se výhřevnost horní a pro praxi se tato hodnota sníží o 7 až 10%. Několik přibližných horních hodnot je v tabulce IV.
Protože nám záleží na výkonu, není pro nás výhřevnost tak podstatným ukazatelem jako třeba v průmyslu, kde jde především o hospodárnost. V našem případě — pokud potřebujeme dosáhnout maximálního výkonu, nahradíme nižší kalorickou hodnotu paliva jeho zvýšenou spotřebou.
Při porovnání hodnot uvedených v tabulce IV zjistíme, proč například alkoholové palivo potřebuje větší průměr trysek v karburátorech než paliva obsahující většinu látek ze skupiny (parafínových) uhlovodíků. V daném případě musíme dodat do pracovního prostoru válce za stejnou dobu více alkoholového paliva, abychom obdrželi stejný výkon.
Tabulka V.
Látka | [kJ/kg] |
benzín | 398 |
benzen | 435 |
etylalkohol | 942 |
metylalkohol | 1089 |
Tabulka VI. | ||
Látka | Oktanové | Cetanové |
číslo | číslo | |
alkoholy | 110-130 | 10-0 |
benzen | 100-120 | 10-0 |
izooktan | 100 | 10 |
letecké benziny | 80-100 | 20-10 |
autobenzíny | 60-80 | 30-20 |
technické benzíny | 40-60 | 40-30 |
metan | 0 | 60 |
metylnaftalín | 120 | 0 |
plynové oleje | 40-0 | 40-60 |
cetan | 0 | 100 |
5.Výparné teplo
Výparné teplo se udává stejně jako výhřevnost v J/kg; je to množství tepla potřebné k odpaření 1 kg paliva. Výparné teplo závisí na tlaku a teplotě. Výparná tepla několika hlavních paliv jsou v tabulce V.
Z tabulky je zřejmé, proč alkoholová paliva pracují „chladněji“ než uhlovodíková. Je to vlivem rozdílného výparného tepla obou skupin. To je jedna z vlastností, pro kterou jsou alkoholová paliva oblíbena. Na základě velkého výparného tepla alkoholu je umožněno zvětšení hmotnosti vnitřní náplně v pracovním prostoru, aniž by se motor přehříval. U samozápalných motorů to však vzhledem k použitému palivu platí jen částečně.
6.Oktanové číslo
Čistý uhlovodík izooktan je velmi dobrým palivem (motor nehluče)‘ pro motory zapalované jiskrou, protože má vysokou samo-, zápalnou teplotu, zatímco heptan s velmi nízkou samozápalnou teplotou je velmi špatným palivem. Ostatní paliva jsou tedy srovnána podle výkonu s různým procentem přimíšení izooktanu a heptanu, a tím tedy daným oktanovým číslem. Jestliže je palivo stejně dobré jako izooktan. má oktanové číslo 100, zatímco vyrovná-li se toto palivo směsi rovných dílů izooktanu a heptanu, je jeho oktanové číslo 50. Čím je tedy vyšší oktanové číslo, tím vyšší stlačení si můžeme dovolit v pracovním prostoru válce, aniž by i motor klepal nebo detonoval, a naopak.
7.Cetanové číslo
Je to metoda určování hodnoty paliv pro vznětové (dieselové) motory srovnáváním jejich výkonu na zkušebním motoru se směsí různých dílů výborného paliva pro vznětové motory, jímž je cetan, a velmi špatného paliva, jímž je etylnaftalín. Obsah cetanu, neboli cetanové číslo, může být tedy určeno nepřímo z měrné hmotnosti a tzv. „anilínového bodu“ paliva. Tato metoda není vhodná, pokud je palivo obohaceno různými přísadami neboli dopováno. Tím se rozumí vylepšování paliva hlavně úplným uvolněním jeho tepelného výkonu přimíšením různých látek, což si osvětlíme později. Těmito přísadami se snažíme zvýšit cetanové číslo paliva. Na základě uvedeného platí, že vysoké cetanové číslo odpovídá nízkému číslu oktanovému a naopak. V tabulce VI jsou uvedeny srovnatelné hodnoty.
8.Rychlost hoření, zpoždění zapálení
Rychlost hoření je jednou z nejdůležitějších vlastností paliv vůbec. Zvlášť u modelářských motorů, pokud mají dosahovat vysokých otáček. U detonačních motorů není tento problém tak palčivý, neboť rychlost hoření paliva můžeme přizpůsobit druhem paliva a zvýšením kompresního poměru. Tento motor se správně jmenuje samozápalný nebo vznětový, protože v případě překročení běžného kompresního poměru dochází k detonačnímu hoření — rychlost hoření se zvýší téměř na 1000 m/s. To ovšem znamená ztrátu výkonu, zvýšené mechanické namáhání a možnost poškození motoru.
V našem případě bude lepší zvýšit cetanové číslo paliva na tolik, abychom nemuseli používat vysokých kompresních tlaků, které se projevují nepříznivě při růstu otáček, neboť rychlost pístu je brzděna velkým tlakem, který musí překonávat. Hoření paliva u samozápalných motorů musí probíhat sice velmi rychle, ale nikoliv detonačně. Teoreticky se směs vznítí najednou, neboť je celý obsah stejně stlačen. Prakticky uprostřed hoří rychleji a dříve, zatímco u stěny válce později a pomaleji. Je to způsobeno ochlazením paliva o stěny válce. Této skutečnosti se můžeme celkem dobře přizpůsobit, protože kdyby se stlačená směs vznítila najednou, došlo by k detonačnímu hoření se všemi jeho důsledky. U samozápalných motorů se tedy musíme snažit o to, abychom měli nižší kompresní poměr, čehož lze dosáhnout použitím paliva s nižší samozápalnou teplotou, nezvyšovat rychlost hoření, ale zvýšit cetanové číslo — tím je možno zkrátit dobu vznícení. U motorů s cizím zdrojem zapalování je to úplně odlišné. Směs je zapalována v jednom bodě jiskrou nebo rozžhaveným vláknem a rychlost hořeni brzdí tlak, kterým musí hořeni prostoupit. Proto musíme především zvýšit rychlost hoření buď přísadami, nebo zvýšením počtu zapalovacích bodů. Rychlost hoření však nesmí být vyšší než 80 m/s, protože potom by již šlo o detonační hoření.
U obou typů motorů dochází ke zpoždění zapálení a průtahu ve vznícení. Průtahem ve vznícení označujeme případ, kdy směs dohořívá v době, kdy píst již začal další pracovní pohyb. Zpožděným zapálením zase označujeme situaci, když vznícení směsi nastane v době, kdy píst je v horní úvrati nebo již za ní. Průtah vznícení se projevuje hlavně u paliv s vysokou odolností proti samovznícení. Odstraníme jej zvýšením cetanového čísla přidáním příměsí do paliva. Druhá situace je zapříčiněna nedostatečným zplyněním a promícháním paliva se vzduchem. Tento zjev se odstraňuje těžko — nezbývá než s ním počítat, což platí především pro konstruktéry a výrobce motorů.
9. Kapalná paliva pro výbušné motory
rozdělujeme do dvou základních skupin: Pro motory, v nichž je v pracovním prostoru válce směs zapalována jiskrou nebo žhavým kovovým drátkem, a pro motory, v jejichž pracovním prostoru je směs zapalována teplem vzniklým při jejím stlačení — tedy bez použití jiskry nebo jiného zdroje tepla.
Benzín, jedno z nejobvyklejších paliv první skupiny, obsahuje frakci uhlovodíku, který má nízký zápalný bod. Tím je zajištěno dobré spouštění motorů za studená. Palivo však musí mít vysokou antidetonační stálost, aby se předešlo zapálení tlakem ještě před objevením jiskry.
Paliva druhé skupiny nemusejí mít nízký zápalný bod, ale musejí mít nízkou samo- zápalnou teplotu. To znamená, že dobrý benzín je špatným palivem pro vznětové motory a naopak.
Motorová nafta a jí podobná paliva, užívaná v silničním a hospodářském provozu, sestávají hlavně z určitých typů parafínických uhlovodíků.
Paliva pro modelářské samozápalné motory
Ani v modelářském motoru se palivo nevznítí, pokud nebylo zahřáto na svoji samozápalnou teplotu. To je však obtížné, protože jde o motory nízkotlaké (ve srovnání s průmyslovými). Aby bylo možné bez komplikací spustit modelářský motor, přidává se do paliva určité množství látky, která má nízkou samozápalnou teplotu. Obvykle to bývá etyléter, protože jeho směsi mají samozápalnou teplotu kolem 188 °C (viz tabulka I.) Protože modelářské motory jsou většinou dvoudobé, musí palivo obsahovat mazadla. Pro zajištění hladkého hoření směsi můžeme palivo dopovat.
Prostudujeme nyní vlastnosti a funkce čtyř hlavních složek paliva pro modelářské motory.
Látky na základě parafínových uhlovodíků
jsou hlavní složkou paliva — dodávají většinu tepelné energie. Paliva tohoto druhu mají poměrně vysokou výhřevnost a nižší samozápalnou teplotu (tabulka III); výjimku tvoří étery. Jediným vhodným palivem s poměrně nízkou samozápalnou teplotou a vysokou výhřevností jsou parafínové uhlovodíky. Vyloučíme-li z důvodu vysoké ceny čisté druhy (například pentan, hexan, heptan a podobné), zbývají nafta a petrolej. Nafta má vyšší viskozitu, olejnatost a lepší chemickou stálost než petrolej, takže je výhodnější. Je ovšem poměrně značně znečištěna. Nečistoty se dají odstranit především delším ustáním většího množství, nejlépe 3 až 5 I. Při něm se usadí hrubé nečistoty i jemné kaly, jež jsou pro motory velmi nebezpečné. Jemné kaly totiž projdou běžným filtrem, který je většinou k dispozici. Po ustání vysajeme hadičkou naftu, která je nad hranicí zákalu, a přefiltrujeme ji přes papír. Tím je připravena pro další použití.
Petrolej, pokud nejde o chemicky čistou a hlavně stálou látku, neměnící svoje chemické vlastnosti, používat nebudeme.
Hlavním palivem pro samozápalné modelářské motory zůstává nafta bez jakýchkoli příměsí (benzín, benzen, toluen, naftalín, terpentýn, líh atp.), které jsou neúčinné, a tudíž zbytečné.
Mazadla
Jako mazadla lze použít pouze kvalitní minerální nebo rostlinné oleje, které jsou v palivu dobře rozpustné a netvoří emulzi. Protože motory pracují za dost vysokých teplot, volíme raději oleje s větší viskozitou. Minerální olej tvoří při vyšších teplotách dehtové a karbonové úsady, které způsobují rychlé mechanické opotřebení dílů motoru. Budeme raději používat ricínový olej. U alkoholových paliv není jiná možnost, neboť alkoholy se vůbec nemísí s minerálními oleji. Ke smísení s naftou dojde teprve po přidání éteru, který je výborným rozpouštědlem. Rozpouštěcí vlastnosti metylalkoholu jsou obdobné éteru, ovšem pokud jde o čistou bezvodou látku. Pro naše účely je tedy důležitá i míra rozpustnosti oleje. V úvahu přichází látka čistá, zbavená příměsí a nečistot, určená pro technické použití. Olej určený pro lékařské účely není vhodný, protože obsahuje pryskyřičné příměsi. Užíváme proto olej technický, který je již patřičně rafinován.
Nejzávažnější je množství oleje, které je nutno použít, aby byla zachována funkce motoru a palivo zůstalo trvalým roztokem. Je známo, že většina paliv pro motory obsahuje více maziva, než je nutné. Důsledkem toho je, že je nutno použít více éteru. Při určování složení paliva musíme mít na zřeteli, že olej má jedinou funkci — zajistit přiměřené mazání. Nesmíme spoléhat na to, že se spálí (i když je to částečně pravda), že sníží výbušné vlastnosti éteru nebo že odstraní netěsnosti pístu, klikového hřídele atp. Pokud chceme uvést vyběhaný motor do chodu, utěsníme díly předběžným promazáním a použijeme obvyklé palivo.
Rada modelářů užívá paliva s obsahem 30 až 50 % oleje, což je příliš. Podle zkušenosti stačí pro prodloužení životnosti motoru palivo s obsahem 20 až 30 % oleje. Pro nové motory, které jsou při záběhu více mechanicky namáhány, a tudíž se více zahřívají, použijeme 35 % oleje. Po záběhu bude pro sportovní účely vyhovovat 20 až 23 %, v některých případech 30 % oleje. Pro závodní účely, kde jde především o výkon, postačí 12 až 20 % oleje v palivu. Používáme rafinovaný ricínový olej. Jedinou nevýhodou tohoto jinak velmi dobrého mazadla jsou korozívní vlastnosti. Obsahuje totiž kyselinu ricínovou, byť nepatrné množství. Abychom ji v mezích možností odstranili, mícháme palivo den před použitím, necháme je ustát a odsajeme tak, aby v nádobě zůstala sedlina. Přísady — éter, aditiva nebo látky dopující — přidáváme až nakonec. O korozívních účincích nevhodného oleje se můžeme přesvědčit při prohlídce vnitřních částí motoru. Ocelové části mají šedý až zahnědlý odstín, části z lehkých slitin černošedý. Pokud je očistíme, můžeme již při malém zvětšení lupou pozorovat drobné prohloubeniny na jinak hladce opracovaném povrchu. Proto také dodržujeme zásadu vypláchnutí a vyčištění motoru před delším skladováním, zvláště na zimu. Rozebírání motoru nedoporučuji. Vhodnější je nechat motor běžet ve středních otáčkách asi 1,5 min na palivo s minerálním olejem. Tím se odstraní zbytky spálené směsi, rostlinných olejů a případné další usazeniny.
Éter
Protože má nízkou samozápalnou teplotu, používá se výhradně pro usnadnění spouštění. Jeho široká mez výbušnosti zajišťuje běh i při přiškrcení přívodu paliva (nižší otáčky). Přes tyto dobré vlastnosti je éter špatným vznětovým palivem — ve srovnání s parafínovými palivy má značně menší výhřevnost. Má vliv na tvoření detonací. Přebytek éteru znamená snížení výhřevnosti paliva, což způsobuje zahřívání a zvětšené namáhání motoru. Z tohoto důvodu je v palivu látkou druhořadou. Přidává se proto pouze v množství 20 až 30 %.
Při hlubším zkoumání tohoto problému by mohl vzniknout dojem, že vládne zmatek při určení procentního podílu éteru v palivu. Existuje ale několik druhů této látky. Éter se vyrábí z etylalkoholu slučováním s koncentrovanou kyselinou sírovou. Tím se získá surovina, která se někdy nazývá sirný éter. Ta se oddestiluje od kyseliny, vyčistí se, dehydruje a znovu destiluje. Potom je to již čistá látka, bez kyseliny.
Při výrobě se někdy používá směsi metylalkoholu a etylalkoholu, po níž zůstane v konečném produktu sloučenina metyletyl. Látka, která je pro použití do paliva nevhodná, se potom prodává pod označením éter- metyl.
Další méně vhodnou látkou je éter anastetický čili lékařský. Je z čistého etylalkoholu, ale zpravidla obsahuje část volně přimíšeného alkoholu, případně i narkotika. Je podstatně dražší než technický a nevhodný pro pohonnou směs. V případě jeho použiti je nutno ověřit procento příměsí.
Diéter metylalkoholu lze použít částečně nebo zcela pro nahrazení etyléteru v některých speciálních palivech. Vyšší étery — amyléter a butyléter — nejsou vůbec vhodné pro použití v palivech, protože mají vysoký bod varu. Isopropyléter má velmi vysokou samozápalnou teplotu, pro vznětová paliva není vhodný vůbec. Někdy se přidává do alkoholových paliv pro motory se žhavicí svíčkou.
Látky katalyzační nebo aditiva
Několik spolehlivých přísad, které se přidávají do paliv, a jejichž účinek je znám i přezkoušen: Nejznámější jsou etylnitrity a amylnitrity, etylnitráty a amylnitráty. Dále jsou to trichloretylnitrát, paraaldehyd, různé peroxidy organického původu (například terciární butylhydroperoxid, diterciální butylperoxid apod.).
Volbu přísady určují dva faktory: cena a vhodnost. Funkcí přísady je zmenšit zpožděné zapálení směsi na minimum, a tím zajistit pravidelný běh beze ztrát. Tento účel splní již velmi malé množství přísady. Přesné určení množství závisí na vlastnostech paliva, které užíváme. V každém případě je věcí zkušenosti a zkoušek. Zřídka se užívá více než 3 %. Nejlépe je začít s 1 % přísady a postupně zvyšovat po 0,5 % až do 2,5 %. Pokud běží motor hladce, již nepřidáváme. Platí zásada, že s kapičkou přetéká sud. Použití přísad pro jiné účely je bezpředmětné. Při rozboru jejich účinků zjistíme, že snižují samozápalný bod, ale pouze při koncentraci do 3 %.
Nejvýrazněji působí při obsahu 1 až 2 %, po přídavku větším než 3 % jejich účinek rychle klesá. Důležitá je i skutečnost, že nitrátové přísady jsou vysoce výbušné. Při jejich hoření vzniká dusíkový kouř, který je jedovatý. Pokud je v palivu více přísad, musí se snížit kompresní poměr, protože se motor začne silně zahřívat a zpravidla se roztrhne. Dalším velmi nebezpečným jevem je silná koroze, jíž jsou postiženy důležité funkční plochy motoru.
Správně se spaluje palivo jen tehdy, pokud jsou jeho hlavní složky v rovnováze. Určitá množství jednotlivých látek jsou totiž na sebe vzájemně přesně vázána. Proto lze sestavit dvě hlavní paliva:
■ Pro nový motor a sportovní účely: nafta 45 až 60 %; mazadlo 20 až 30 %; éter 20 až 25 %; přísada 1 až 2,5 %.
■ Pro závodní účely: nafta 55 až 65 %; mazadlo 12,5 až 20%; éter 20%; přísada 1 až 3 %.
Je samozřejmé, že pro sportovní nebo závodní účely použijeme motor aspoň částečně zaběhnutý. V některých případech postačí několik běhů po 2 až 4 min. To je ovšem závislé na druhu motoru a na výrobních tolerancích.
Pokud chceme palivo míchat najednou, slijeme všechny složky podle pořadí důležitosti. Protože se ale při transportu či skladování může éter odpařovat, je vhodnější jej přimíchat až těsně před startem. Při určení složení paliva se držíme doporučení výrobce motoru. Případné změny ve složení vyzkoušíme doma, na brzdě (stačí na zkušebním stojanu).
Začneme palivem základním a teprve potom měníme složení podle potřeby a postupně. Změny poznamenáme do sešitu, který používáme jen pro tento účel. Nutno mít na zřeteli, že ideální palivo pro jeden motor není vhodné pro jiný, byť stejné značky i typu.
V tabulce Vili jsou paliva doporučovaná zahraničními výrobci motorů. Jsou to paliva vyzkoušená, většinou používaná při testování motorů.
Předpokládá se, že složky paliva jsou chemicky čisté a motor pracuje v čistém a stálém prostředí. Toho ovšem nelze dosáhnout, protože použití chemicky čistých látek je nákladné. Změny atmosféry jsou závislé na klimatických podmínkách. Je proto nutné těmto podmínkám přizpůsobit i složení paliva. Z tabulky je vidět, že nejvíce je používáno třetinové palivo. Většina zahraničních výrobců doporučuje pro samozápalné motory jako hlavní složku paliva petrolej. To je celkem pochopitelné, protože kvalita petroleje je v zemích, jež leží poblíž zdrojů ropy, výborná. Je zaručena jeho chemická stálost a hlavně čistota. Odlišné je použití oleje. U nás je nejvýhodnější ricínový olej, protože je kvalitnější než dostupný minerální olej pro dvou- dobé motory. V zahraničí naopak převládá použití minerálního oleje, zpravidla známé značky Castrol; je to kvalitní olej s výbornými mazacími schopnostmi, výborně rozpustný, netvořící úsady, jež způsobují vydírání pístů.
Paliva pro motory se žhavicí svíčkou
U motorů se žhavicí svíčkou jsou pracovní poměry ve válci poněkud jiné než u motoru samozápalného. Motor pracuje za podstatně nižších tlaků, směs paliva se vzduchem se zapaluje rozžhaveným platinoiridiovým vláknem o průměru obvykle 0,2 mm. Tato konstrukce je kompromisem mezi motorem samozápalným a benzínovým s jiskrovým zapalováním. Kompresní poměr bývá v rozmezí 1:9 až 1:12.
Palivo neobsahuje složku nutnou pro samovznícení, kompresní poměr nelze regulovat a výkon motoru závisí na jeho konstrukci a složeni paliva.
Dobré a celkem obvyklé palivo, na něž poběží kterýkoli motor se žhavicí svíčkou, sestává z 30 % ricínového oleje a 70 % metanolu. Výkon, dosažený s touto směsí, ovšem nebude vynikající. Podíl ricínového oleje v palivu může být při zabíhání nových motorů zvětšen. U zaběhaných motorů se obsah oleje nemá-snížit pod 20%, protože metanol nemá vlastní olejnatost jako parafínová paliva. Proto musejí paliva pro motory se žhavicí svíčkou obsahovat i pro závodní lety více oleje než paliva pro samozápalné motory. Aby bylo možné dosáhnout vysokých otáček, jichž jsou tyto motory schopny, musejí být dost volné, ale na druhou stranu musejí držet přiměřenou kompresi, aby bylo zajištěno dobré spouštění. Tomu napomáhá vysoká viskozita paliv s ricínovým olejem. Je ovšem míněno použití vhodně rafinovaného technického ricínového oleje, který se beze zbytku rozpustí v bezvodém metanolu.
Čas od času bývala vyhlašována řada látek, které po přidání do základní jednoduché směsi zlepšují vlastnosti paliva, zvlášť pak zvyšují výkon motoru. Patřily mezi ně amylacetát, etyl- a amylnitráty, aceton, nitro- benzen a různým způsobem rozpuštěné buničiny. Množství pokusů s těmito látkami ovšem přineslo zjištění, že jedna nebo dvě z nich vedou k velmi malému zlepšení běhu starého typu motorů se žhavicí svíčkou, zatímco pro moderní typy je většina těchto přídavků nevhodná. Při pokusech s novým typem motoru jsem zjistil, že nahrazením části metanolu ve směsi s ricínovým olejem přídavnými látkami nebylo dosaženo výrazného zvýšení výkonu. Ani v případě, že dávky těchto látek byly dost značné. Ve většině případů motor vykazoval nepravidelný Chod, i když výfukem odcházelo značné množství spalin. Hluk tvořený odtokem výfukových plynů byl větší, ale to není směrodatné — rozhodující je údaj otáčkoměru.
Praktický význam těchto látek je celkem nepatrný. Lepší výsledky se projevily, když bylo použito pro nahrazení části metanolu palivo o vyšší výhřevnosti — především benzen, toluen, aceton nebo etylalkohol. Došlo především ke zlepšení spalování. Nezvýšila se ale rychlost spalování, a tudíž ani výkon.
V každém případě existují meze pro přidávání těchto látek. Dále platí, že přídavek látky s užší mezí výbušnosti než metanol má za následek menší vliv nastavení palivové jehly na běh motoru. Přidání velkého množství složek s vysokou výhřevností může přivodit příliš velké zahřívání motoru — ve většině případů lze počítat se zadřením. Překvapivé je zjištění, že použití acetonu způsobuje nepravidelný chod motoru.
Značné možnosti zvýšení výkonu motoru skýtá samo použití metanolu. Je to látka silně hygroskopická — pohlcuje vodu, obsaženou v ovzduší. Bezvadný chod zaručí použití 97 až 99 % metanolu. Na trhu se ovšem dost často vyskytuje metanol s obsahem vody až 30 %. Někdy lze doporučit dehydrování před použitím. Možné jsou dva způsoby: destilace nebo chemický postup. První je spolehlivější, ale také nákladnější. Druhý je jednodušší, ale zpravidla přináší horší výsledek. Nejvhodnější látkou je chlorid vápenatý CaCI2, který se před použitím musí vyžíhat. Nejlepší dávka je od 0,5 kg až 1 kg na 5 litrů metanolu, na který se nechá působit nejméně 24 hodin (i déle). Potom se metanol přefiltruje. Bližší informace lze najít v odborné chemické literatuře.
Tabulka VII. Složení paliva pro samozápalné motory (v %)
Druh paliva | nafta | ricín.
olej |
miner.
olej |
paraf.
olej |
éter | amyl
nitrit |
amyl
nitrát |
zabíhací I | 33 | 33 | 33 | _ | _ | ||
zabíhací li | 40 | — | — | 30 | 30 | — | — |
sportovní I | 50 | 22 | — | — | 27 | — | 1 |
sportovní II | 55 | 10 | 10 | 5 | 24 | — | 1 |
závodní I | 51 | 10 | 10 | — | 27 | — | 2 |
závodní II | 50 | 10 | 10 | 5 | 22 | — | 3 |
Tab. VlIl. Složení zahraničních paliv (v %)
Značka motoru | petrolej | éter | ricín. olej | miner. olej | amylnitrát
(cm3/l) |
Orkán 2,5 cm3 | 50 | 30 | 20 | _ | 30 |
Frog BB 2,5 cm3 | 33 | 33 | — | 33 | 30 |
Zeiss 2,5 cm3 | 33 | 33 | — | 33 | 30 |
Enya D 1 cm3 | 33 | 33 | — | 33 | 30 |
ED 2,5 cm3 | 33 | 33 | — | 33 | 30 |
Zyklon 2,5 cm3 | 33 | 33 | — | 33 | 30 |
Mikron R 2,5 cm3 | 45 | 32 | 20 | — | 30 |
Snipe D 1 cm3 | 33 | 33 | 33 | — | 30 |
Heron 1 cm3 | 33 | 33 | — | 33 | 30 |
Eta Mk1-15 2,5 cm3 | 50 | 30 | . 20 | — | 30 |
Drabant D 2,5 cm3 | 33 | 33 | — | 33 | 40 |
Silver Arrow 3,5 | 33 | 33 | — | 33 | 30 |
Webra Bully II 3,5 cm3 | 33 | 33 | — | 33 | 30 |
P.A.W 2,5 cm3 | 33 | 33 | — | 33 | 20 |
Poměr ricínového oleje a metanolu
Pokud použijete pro motor palivo s 20 % oleje a 80 % metanolu, nemusí dojít při změně poměru na 30 až 40 % oleje a 70 až 60% metanolu k výraznému snížení výkonu. Pokud ale původní směs obsahovala pro daný motor málo oleje, takže nebylo zajištěno dostatečné mazání, pak může zvýšení obsahu oleje přinést pronikavé zvýšení otáček. Je to tedy opačně než u parafínových
paliv pro samozápalné motory. Tato skutečnost je dána vlastností metanolu, který nemá vlastní mazací složky, a naopak vždy obsahuje určité množství vody.
Nitrované parafíny
Jak již bylo řečeno, většina známých látek nevykazuje výrazný vliv na výkon motoru se žhavicí svíčkou. To ovšem neplatí pro použití nitroparafínů.
Nahrazením části metanolu nitrometanem, nitroetanem nebo nitropropanem se zvýší otáčky motoru o 1000 až 2000. Tyto látky však nejsou použitelné vždy, navíc jsou neúměrně drahé. Palivo s nimi je rovněž zvlášť citlivé na rovnováhu jednotlivých složek. Při jejich použití stoupá spotřeba paliva a provoz se značně prodražuje.
Účinek nitrovaných uhlovodíků si lze vysvětlit tím, že alkoholy mají omezenou rychlost hoření, čímž je omezeno i zvyšování výkonu. Rychlost hoření je závislá na množství kyslíku, který lze do pracovního prostoru válce dostat. Kyslík je čerpán ze vzduchu, ale nasávané množství nelze zvyšovat do nekonečna. Hoření paliva lze však také zlepšit jeho zrychleným rozkladem na atomy, které se potom rychle okysličí, a tím zrychlí hoření paliva. Chemický vzorec nitrometanu je CH3NO2. Skupina NO2 se hořením rychle uvolní a rozbíjí molekuly paliva na atomy; zároveň okysličuje atomy uhlíku a vodíku, z nichž se palivo skládá. /
Na závadu je skutečnost, že nitrometan má pouze polovinu výhřevnosti metanolu (tabulka IV); jde o palivo spíš chladné než horké. To je tedy důkazem, že jeho účinek nepochází z obsahu energie, ale z ohromné rychlosti, kterou je tato energie vyvíjena. Motory provozované na palivo obsahující nitrometan nebo nitropropan mají možná spolehlivější chod, lepší bývají i výkony modelů jimi poháněných. Volba přísady (nitrometanu či nitropropanu) závisí především na ceně a dostupnosti. Paliva obsahující nitrované uhlovodíky vyžadují poněkud větší otvor v trysce pro přívod paliva do zplynovače, čehož následkem je větší spotřeba. Podíl nitrovaných látek v palivu by neměl převýšit 40 %. Nevýhodou paliva je, že rychle ničí žhavicí svíčky — zvláště při koncentraci nad 25 %. Zkouškami bylo shledáno, že zvyšování obsahu nitrovaných látek v palivu nad 40 % nepřináší žádný výsledek.
Velmi záleží i na konstrukci motoru — na tvaru spalovacího prostoru, časování i kompresním poměru. Jsou známy případy, kdy jeden motor dával vysoký výkon na normální metanolové palivo, zatímco druhý se mu nepřiblížil ani při použití vysokého procenta nitrovaných látek. Pokud tedy postačuje výkon na běžné palivo, nemá smysl používat nákladné nitrované palivo. Směrodatné není srovnání dvou motorů stejné značky ani z jiné výrobní série. Výrobce může změnit některou část motoru, což nemusí být na první pohled patrné — stačí odchylka kompresního poměru, změna časování atp.
Zkoušení paliva
Klidný a rovnoměrný běh lze porovnávat podle zvuku — předpokladem jsou aspoň základní znalosti správného Chodu motorů, získané praxí. Výkon motoru, otáčky a točivý moment lze měřit pouze k tomu určenými zařízeními.
Nejčastěji se měří otáčky mechanickými otáčkoměry, kterou jsou poměrně nejdostupnější. Velmi přesné jsou optické přístroje — tzv. stroboskopy. V současné době se stále častěji používají elektronické otáčkoměry. Měření otáček je nutno několikrát opakovat a dále již počítat s průměrnou hodnotou; je dobré měřit otáčky při použití různých vrtulí.
Přiměřené mazání lze zajistit přiložením ruky na ložiska klikového hřídele. Teplota za běhu se zjistí přiložením ruky na hlavu válce; platí, že ruka snese bez následků teplotu asi 60 až 65 °C (podle citlivosti pokožky), ale tato přesnost je plně dostačující. Potřebné množství oleje se zjistí čistým papírem, připevněným na prkénko, instalované bezprostředně za motor. Důležité je pozorovat, jak se sníží otáčky motoru v případě jeho zahřátí. Dále je dobré zjistit, jak motor reaguje na přikapávání oleje za běhu do karburátoru. Velmi důležitá je skutečnost, jak motor drží tlak ve válci před během a po běhu — za jak dlouho se tlak ztratí atp. Hluk ložisek se pozná přiložením ocelové tyčky s hrotem na vnější kryt ložiska a nasloucháním u ní.
Při zkouškách nezapomeňte na bezpečné upevnění motoru na zkušebním stojanu či v modelu. Vrtule musí být vždy vyvážená a nesmí házet!
Je nutno počítat s tím, že motor se po každém běhu uvolňuje a stává se pružnějším. Je známo, že motor má nejvyšší výkon těsně před svým zánikem — toho je třeba využít především při výkonnostním a vrcholovém sportu.
Manipulace s palivy
Nutno mít na zřeteli, že všechny látky jsou hořlaviny, nebo i výbušniny. Většina z nich je prudce jedovatá. To platí hlavně o zplodinách vznikajících při běhu motoru a unikajících výfukem. Po jakékoli manipulaci je nutno vždy si umýt ruce. Znečištěnou rukou nesmíme sahat na jídlo, do úst nebo do očí. Všechny látky uschováváme v lahvích o objemu do jednoho litru, pokud možno se zabroušenou zátkou. V případě použití korkové zátky je skladování podmíněno jejím zalitím parafínem. Palivo pro létání se transportuje v lahvičkách do 200 g. Při plnění se nikdy nemají nádrže nechat dlouho otevřené, z paliv pro samozápalné motory se rychle vypaří éter, alkoholová paliva zase rychle pohlcují vodu z ovzduší.
K plněni nádrží je nejvhodnější injekční stříkačka s tlustou jehlou (o průměru 1 až 2 mm). V poslední době se používá i plnění z pružných plastových lahví, jejichž hrdlo je opatřeno tryskou o průměru 2 až 3 mm.
Láhve od jedné kapaliny zásadně nepoužívejte pro jinou bez předchozího důkladného vyčištění. Doporučuji skladovat jednotlivé složky paliva v hnědých láhvích s příslušným označením druhu látky a datem zakoupení, případně výroby. Láhve uschovávejte nejlépe v chladu a temnu. Usazováni kalů a následné filtrování paliv jsou základními úkony, které se nevyplácí opomíjet. Pro míchání paliva jsou třeba odměrný válec, cejchovaná pipeta, kapátko, skleněná nálevka s prolamovanou stěnou pro účinnější filtraci. Při náročnější práci se neobejdete bez třepací baňky s uzávěrem, aspoň šesti 200 g lahviček, tří na 500 g, jedné sedimentační láhve na dva až tři litry. Menší lahvičky postačí s korkovou zátkou, větší musejí mít skleněnou, zabroušenou. Při míchání paliv je nutno dbát na čistotu a opatrnost.
Nepokoušejte se vynalézt zázračné palivo. K tomu musí být dobře vybavená laboratoř a rozsáhlé vědomosti, doplněné zkušenostmi.
Autor: Václav Stejskal ,časopis Modelář 1989