Základním znakem spalovacích motorů jest přímá přeměna tepelné energie v palivu obsažené v energii mechanickou bez jakéhokoliv media zprostředkovacího. Hořlavina uvádí se do pracovního prostoru válce, tam se spaluje a vzniklý tlak koná práci.

Počátek jejich vývinu spadá do poloviny 19. století, kdy byly zřizovány plynárny ve větším rozsahu. První z těchto motorů, v nichž plyn byl spalován bez předchozí komprese, měl velmi nízkou tepelnou účinnost, pouze 4,45 %, takže jen malé množství energie v plynu obsažené se přeměnilo v energii mechanickou. Je to motor Lenoirův, který byl v r. 1860 veřejně v Paříži převeden. Jeho střední indik. tlak na píst byl 1,1 kg/cm2. Poznání, že tepelná účinnost těchto motorů stoupá se zvyšováním komprese směsi vzduchu a plynu před zapálením, bylo realisováno podle pracovního procesu čtyřtaktního, který byl navržen v r. 1861 A. Beau de Rochas: V pravním zdvihu se nassává směs plynu a vzduchu, v druhém stlačuje na tlak 8 -11 atm, po té se směs zapálí elektrickou jiskrou, ve třetím zdvihu je píst tlačen spáleným plynem a koná práci, ve čtvrtém se vytlačují spálené produkty z válce. Tento systém s plným úspěchem realisoval N. A. Otto z Kolína nad Rýnem v roce 1877. Tepelná účinnost stoupla na 12 % při středním indik. tlaku 3,2 kg/cm2. Tímto způsobem byl uskutečněn systém, kterým možno spalovati všechny plyny a lehká kapalná paliva, která se do nassávaného vzduchu před motorem přiváděla a byla zároveň do válce stržena ve formě mlhy.

Pro tekutá paliva těžší navrhl Ing. Rudolf Diesel v roce 1893 změněný pracovní proces, tj., že do válce se nassává jen vzduch, ten se komprimuje na tlak 30 – 32 atm. a teplotu 600 až 700o C tak, že do něho uváděné palivo se vznítí. Přívod paliva děje se ponenáhlu, takže tlak ani teplota více nestoupá. Odpadlo zapalování, palivo se vstřikovalo stlačeným vzduchem cca 70 – 80 atm., dodávaným vícestupňovým kompresorem, který byl přímo motorem poháněn.

U plynových motorů, kde se nassává směs vzduchu a plynu, je nutno zabrániti, aby se směs nezapálila předčasně od horkých výfukových plynů. U motorů na tekutá paliva, kde se nassává jen čistý vzduch, toho nebezpečí není, a vznikla proto snaha, výfuk a přivádění čerstvého vzduchu sloučiti tak, aby se obojí provedlo na konci pracovního a na počátku kompresního zdvihu. Tím odpadl výfukový a ssací zdvih, čtyřtaktní proces byl převeden na dvojtaktní. Děje se to tak, že píst ke konci pracovního zdvihu otevře napřed výfukové kanály a krátce poté i kanály ssací. Těmi vtlačuje se vzduch do válce přetlakem asi 0,25 atm., který výfukové plyny vytlačuje a při tom válce plní. Tím způsobem dosáhlo se většího výkonu motoru (ježto každý druhý zdvih je pracovní), vyžaduje to však pumpy na vzduch, která spotřebuje cca 8 – 10 % výkonu motoru.

Ke konci 19. století jsou známy oba druhy spalovacího procesu, z nichž prvý nassává směs paliva se vzduchem a ten po kompresi uměle zapaluje, druhý nassává jen vzduch, komprimuje jej na vysoký tlak a teplotu a pak do něho přivádí palivo, které se samo vznítí. Základní systémy byly konstruovány četnými závody s různými změnami. Na rozhraní století jsou již dobré provozní zkušenosti, také výkony motorů jsou značné, u plynových motorů již 300 ks při tepelné účinnosti 23 %, u Dieselova stroje as 40 ks při tepelné účinnosti až 27 %.

V prvních letech XX. století nastává rychlý rozvoj spalovacích strojů podmíněný výhodami, jich pracovní jednoduchostí a neodvislostí a vysokou tepelnou účinností, která nebyla dosud žádným tepelným motorem předstižena.

A) Plynové motory

Původní plynové motory poháněly se svítiplynem a nassávaným plynem, který se vyrábí ve zvláštních generátorech. Používání svítiplynu nebylo pro jeho cenu ekonomické, rovněž výroba plynu pro motory na nassávaný plyn ve zvláštních generátorech byla dosti drahá; plynové motory vyvinuly se tedy hlavně pro využití hořlavých plynů odpadních, tedy pro kychtový plyn v hutích, koksový plyn atd. Základní myšlenkou pro konstrukci těchto motorů byla řazení dvou dvojčinných válců na téže klice, jak to zavedla firma Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg, Cockerill v Belgii, Ehrhardt Sehmer Saarbrücken a Škodovy závody v Plzni. Poněvadž se v provozu plně osvědčily, užívá se jich nejen k přímému pohonu hutních dmychadel, ale i pro pohon kompresorů, válcoven atd., a zvláště k výrobě elektrické energie. S rostoucím rozvojem parních turbin, jmenovitě stupňováním jejich jednotkových výkonů dostaly se plynové stroje do konkurenčního boje s parními turbinami při výrobě elektrické energie, neboť levnější pořizovací náklady parních turbin velikých výkonů vyrovnávají nevýhody jejich horší tepelné účinnosti. Na základě provedených srovnání jsou plynové motory na místě před jinými tepelnými motory, kde je plyn k disposici jako vedlejší produkt. V těch případech, kde je nutno plyn napřed v generátorech vyráběti, mají plynové stroje výhodu, že z daného paliva vyrobí o 30 % i více elektrické energie než parní turbina. Jich použití při exploitaci méně cenného uhlí umožňuje získávati vedlejší produkty z generatury. Otázka použití plynového motoru nebo parní turbiny v určitém případě vyžaduje proto bedlivého uvážení vedlejších okolností.

Veliké rozměry strojů, které jsou dnes postaveny se zdvihem 1600 mm a vrtáním válce kolem 1500 mm, vyžadovaly především konstruktivního a technologického řešení velikých součástek, zvláště vodou chlazených válců. Škodovy závody zavedly dvoudílné ocelolitinové válce s přímo chlazeným pouzdrem, jejichž výhody se projevují zvláště při velikých rozměrech. Rovněž části vystavené tepelným namáháním vyžádaly si speciální konstrukce.

Rostoucích výkonů bylo nutno dosáhnouti zvyšováním otáček, podmíněným snížením vah posuvných hmot. Škodovy závody postavily stroje se 115 otáčkami při zdvihu 1420 mm, které jsou nejrychlejšími velkými plynovými motory vůbec.

Velkého zvýšení výkonu při nezměněné váze stroje dociluje se dále zvětšením váhy nassáté směsi tím, že na konci výfukového zdvihu přivádí se do válce vzduch s přetlakem asi 0,3 atm. Tím se odstraní ze zbylého prostoru válce zbytky spálených plynů. Během ssání přivádí se do válce směs bohatší plynem a ke konci ssacího zdvihu doplní se válec opět stlačeným vzduchem. Takovým způsobem bylo umožněno zvýšiti střední tlak ve válci z dřívějších cca 4,6 kg/cm2, takže výkon stoupl o 30 %.

Tento způsob byl po prvé vypracován německými závody; u nás též Škodovy závody mají svoji patentovanou konstrukci.

V posledním desítiletí byla zvýšena i tepelná účinnost plynového stroje vyšší kompressí a správnou konstruktivní volbou spalovacího prostoru co nejjednoduššího tvaru. Rychlého a bezvadného spálení při minimálních ztrátách dosáhly Škodovy závody použitím velkého množství zapalovačů co nejvýhodněji uspořádaných.

Požadavek nejvyšší tepelné hospodárnosti znamenal využíti tepla, které odchází s výfukovými plyny ze stroje. Teplota těchto plynů je cca 500 až 600o C; vedou se k parním kotlům, které vytápějí. Získané páry se dále v parní turbině užívá k výrobě mechan. práce.

Zvýšení tepelné hospodárnosti plynových strojů těmito zlepšeními je tak značné, že celková tepelná účinnost stroje činí dnes 39 %, tedy téměř 2/5 kalorií v plynu obsažených mění se v mechanickou práci.

Z dalších technických pokroků, který plynové stroje čeká, jsou: Především zaměnění mechanického pohonu rozvodných orgánů hydraulickým, takže na stroji nebude žádné viditelné pohybující se části; další zvětšení otáček bude vyžadovati náhradu ventilů za jiné orgány. Vyšší výkony budou vyžadovati zvětšení dimensí stroje při poměrném zmenšení váhy.

Vývoj plynových motorů není proto ještě z daleka ukončen. Značné rozšíření jich použití možno čekati všude tam, kde z uhlí a jiných látek se získávají chemické produkty a vznikají odpadní plyny, jako koksárny dusíkárny, továrny chemické atd.

B) Dieselovy motory

Rychlejší vývoj Dieselových motorů nastal po roce 1908, kdy patenty Ing. Diesela prošly. Nevýhodou těchto motorů bylo přivádění paliva do válce pomocí stlačeného vzduchu, poněvadž k tomu potřebný vysokotlaký kompresor znamenal komplikaci a spotřeboval kolem 8 % výkonu motoru.

V roce 1910 podařilo se anglické firmě Vickers postaviti Dieselův motor, do něhož se palivo vstřikuje bez stlačeného vzduchu. Tím bylo dosaženo velkého zjednodušení.

V prvním desítiletí rychle stoupající potřeba Dieselových strojů zastihla čtyřtakt mnohem připravenější než dvoutakt, a proto v době válečné, když byly žádány motory větších výkonů pro námořní účely, nastal rychlý rozvoj hlavně čtyřtaktních strojů.

Konstruktivním propracováním dvoutaktních motorů, zvláště správným vyřešením výfuku a vyplachování, firmami MAN a Sulzer, nastal kolem roku 1920 i rychlý rozvoj 2taktních strojů. Spotřeba nafty při přímém vstřikování klesla na 165 – 190 g/kse hod., takže motor se stal levným zdrojem síly.

Dieselův motor uplatnil se především při pohonu lodí. Tím, že se užívá několika jednotek pro jeden šroub, snižuje se nutná reserva a dociluje se lepší rozdělení váhy v lodi; pro týž akční radius lodi potřebuje Dieselův motor nejméně paliva na váhu a je okamžitě pohotově.

V posledních letech jest nově budovaných lodí motorových již právě tolik jako parních. Též k pohonu vozidel všeho druhu, kde se až dosud užívalo benzinového výbušného motoru, zavádí se v posledních letech s úspěchem Dieselův motor.

Dieselův motor jako stabilní motor pozemní uplatnil se konečně nejen v průmyslu, kde slouží k pohonu u nejrozmanitějších strojů, ale i k výrobě elektrické energie v centrálách špičkových a jako reserva v parních elektrických centrálách. Jmenovitě jako reserva je neobyčejně vhodný, neboť bez přípravy lze jej ve 2 minutách spustiti a zatížiti.

Pro větší výkony v elektrických centrálách bylo především užito typů lodních motorů, které konstruktivní vyspělostí a provozní spolehlivostí účelu vyhovovaly. Většina firem vytvořila v poslední době řadu těchto velikých vertikálních strojů, jejichž dvoučinné válce jsou až v počtu 10 seřazeny vedle sebe.

Tyto dvoutaktní motory mají dvoučinné válce opatřené kanály výfukovými a vyplachovacími, tak uspořádanými, že proud vzduchu do válce vtlačovaný vede se k víku, tam se obrací zpět a vytlačuje spálené plyny před sebou při současném plnění válce čerstvým vzduchem. Kanály se otevírají pístem. Kodaňská firma Burmeester-Wain užívá podobného systému dvoutaktního, při čemž pohyblivá víka válce otevírají výfukové kanály, kdežto vyplachovací kanály jsou řízeny opět pístem. Postaveny jsou motory 7300 ks se 6 válci 620 mm vrtání, 1400 zdvihu při 100 otáčkách.

Tatáž firma užívá pro velké motory i čtyřtaktu pro výkony 10 000 ks v 10 dvojčinných válcích, 840 mm vrtání a 1500 mm zdvihu, při 125 otáčkách za minutu.

Jak patrno, jest vývoj dvoutaktích a čtyřtaktních motorů paralelní. V letech 1920-1930 rychleji postoupil dvoutakt. V posledních letech zavádí se opět rychloběžné čtyřtaktní motory, jejichž výkon se zvyšuje doplňováním válce stlačeným vzduchem, jak je to u motoru fy Werkspoor, Amsterodam o výkonu 450 ks, s 6 válci vrtání 630 mm, 1100 mm zdvih, 120 otáček.

Těchto vertikálních motorů používá se téměř nezměněně na lodích i pro stacionerní účely.

V Československu, kde se počíná dnes rovněž uplatňovati snaha opatřiti elektrárenské sítě reservními a špičkovými Dieselovými motory, vytvořily v posledních letech Škodovy závody vlastní typ Dieselových velkomotorů, určených jedině pro účely pozemní. Jsou to horizontální stroje se dvěma čtyřtaktními válci na téže klice. Jejich vysoká provozní bezpečnost je podepřena speciální konstrukcí válců a vík a rychloběžnost umožněna jedinou průběžnou pístnicí. Tyto motory stavějí se do výkonů 4800 ks v jednoduchém tandemu a 9600 ks v uspořádání dvojčitém a bylo jich již několik postaveno u nás i v cizině.

Vysoká tepelná účinnost až 43 %, okamžitá pohotovost, malá váha 25 kg/ks způsobily, že Dieselových motorů se používá mnoho na lodích, takže v roce 1925 ve výrobě lodních strojů dostihly parní zařízení, a od toho času čím dále tím více je předstihují. V použití pozemním jsou velké Dieselovy stroje teprve v počátcích, jejich velký rozvoj teprve nastává a dostoupí vrcholu tehdy, až výroba olejů z méněcenného uhlí bude ekonomicky vyřešena, zvláště v těch zemích, kde zemní nafty není.

Obr. Pohled na elektrickou ústřednu s ležatými Dieselovými motory typu Škoda á 1000 lW. Motory mají přímé vstřikování paliva bez stlačeného vzduchu.

Ing. Jaromír Pečírka, Dvacáté století – pokroky v průmyslu, Nakladatelství Vladimír Orel, 1932