Cestná a železničná doprava

Autori

Samuel Fajkoš

David Elexa

Jakub Sokolovský

Konzultanti

CH - RNDr. Mária Smreková 

F – RNDr. CSc. Pavol Kubinec

Ročník

1. Dots

Kalendárny rok

2019 

ČESTNÉ PREHLÁSENIE

Čestne prehlasujem, že som náš projekt vlastnoručne písal/a a informácie v ňom

použité sú z overených, dôveryhodných zdrojov.

................................................ ............................................ ...........................................

.....

Jakub Sokolovský David Elexa Samo Fajkoš

V Bratislave 17. 10. 2019

1

ObsahÚvod.....................................................................................................................................3

Spaľovacie motory...............................................................................................................4

1. kapitola – Teoretické fungovanie spaľovacieho motora...................................................4

Základné časti benzínového spaľovacieho motora: Blok motora –......................................4

Prevádzka Motora................................................................................................................9

Základné delenie =.............................................................................................................12

2. kapitola - Fyzikálna časť motora....................................................................................14

Od čoho závisí výkon motora.............................................................................................14

Ropa...................................................................................................................................16

Spracovanie ropy na primárne produkty............................................................................16

Výroba nafty.......................................................................................................................19

Nafta v zime.......................................................................................................................20

Elektromotor.......................................................................................................................21

Motor s permanentným magnetom....................................................................................21

Moment sily elektromotora.................................................................................................23

Maglevy..............................................................................................................................24

Úvod...................................................................................................................................24

História...............................................................................................................................25

Typy magnetických vlakov.................................................................................................26

Princíp magnetickej levitácie..............................................................................................26

Autonómne autá.................................................................................................................28

Úvod...................................................................................................................................28

6 autonómnych úrovni (levelov).........................................................................................29

Nultá úroveň..................................................................................................................30

Prvá úroveň...................................................................................................................30

Druhá úroveň................................................................................................................30

Tretia úroveň.................................................................................................................30

Štvrtá úroveň.................................................................................................................30

Piata úroveň..................................................................................................................31

Laserové skenery...............................................................................................................31

Význam autonómnych áut..................................................................................................32

Bibliografia..........................................................................................................................34

Resumé..............................................................................................................................36

English resumé...................................................................................................................37

2

Úvod

Táto projektová práca má názov cestná doprava. Budeme sa v nej venovať

pozemnej doprave ako sú vlaky a autá. Zameriame sa konkrétne na maglevy a

autonómne autá, no preberieme si aj činnosti spaľovacích motorov, zloženie palív

atď. V tejto projektovej práci sme podľa rád dosiahli chcený ciel, vysvetlili a

rozobrali všetko čo sme chceli a čo nám čas umožňoval. Myslím si, že popísané

veci sú spracované tak, aby boli zrozumiteľné a zároveň aj odborné. Pri písaní

sme sa stretli s niekoľkými problémami ako napr. málo času, nevedeli sme sa

zorganizovať na spoločnú konzultáciu a problémy s programami. Nakoniec, aj s

problémami sme prácu dokončili so všetkým, čo sme chceli.

3

Spaľovacie motory1. kapitola – Teoretické fungovanie spaľovacieho motora

Základné časti benzínového spaľovacieho motora: Blok motora – blok motora je súčiastka bez

ktorej by motor nebol motorom.

Je to veľká základňa pre

väčšinu súčiastok. Nachádzajú

sa v ňom válce a piesty,

kľuková hriadeľ, na ňom je

hlava válcov a pripevnená

prevodovka.  Veľkosť tejto

„škatule“ závisí od objemu

motora. Ako som spomínal, v

bloku motora sa nachádzajú

válce v ktorých chodia piesty a

tie sú napojené na kľukovú

hriadeľ ktorá sa nachádza v

spodnej časti bloku. Ďalej je

potom spojená s prevodovkou s vonkajšej časti bloku. Kľuková hriadeľ má

nepravidelný tvar tzn. Nie je to rovná tyč. Nad valcami (na vrchu bloku motora sú

valce otvorené) sa nachádza hlava valcov. Blok motora je zo spodnej časti

uzavretý olejovou vaňou. Ako názov hovorí nachádza sa v nej mazacia zmes –

motorový olej. Motorový olej sa nachádza v časti kde je kľuková hriadeľ. Do valca

sa olej dostať nemôže a preto sú na piestoch tzv. Piestové krúžky/tesnenia

(poviem neskôr). Veľkosť bloku alebo celkovo motora sa označuje v objeme.

Odborne v cm3, no väčšinou sa to označuje v litroch. Funguje to na princípe

objemu valcov. Valec je dutina vyrezaná do bloku, čiže má svoj objem. Tento

objem sa ale počíta tak, že kolko kvapaliny sa zmestí do valca keď je piest v

dolnej polohe. To znamená že keď sa povie „dvoj-litrový štvorvalec“ tak to

znamená že blok má štyri valce s obsahom štyroch litrov (štyroch preto, lebo valce

menia polohu striedavo, dva sú hore a dva dole). 

4

Blok motora môže mať niekoľko tvarov. Najčastejšie je

využívaný tzv. Radový– valce sú usporiadané za sebou (

4 alebo 6, dnes už aj častejšie 3 válce, na obrázku sú 4

válce radovo zastúpené) Dalej sa často využíva tzv.

Vidlicový. V tomto prípade sú dva rady valcov

smerujúcich oproti sebe v najčastejšie 60 stupnovom

uhle, má dve hlavy valcov, no relatívne blízko pri sebe. 

Další často používaný zástup válcov je Boxxer. Toto je

jeden z najzložitejších typov motora. Má totižto dve hlavy

valcov (aj s vidlicovým) ktoré sa nachádzajú na úplne

iných stranách.

Tento fakt sťažuje

prístupnosť k

sviečkam

nachádzajúcich

sa v hlavách a

pod. Tento motor

obsahuje piesty

hýbuce sa oproti

sebe, no tentokrát

v 90 stupňovom uhle – preto sa nazýva aj plochý motor . 

Dalším no už málo používaný typ je tzv, VR. Je to skratka od Vidlicového Radového motora. Je to vlastne zmiešanina Vidlicového a radového motora. V

praxi to vyzerá ako radový, no s tým

rozdielom že válce nie sú vedľa seba v

priamke ako pri radovom, ale sú mierne

odchýlené od seba. V konečnom dôsledku

to znamená, že mohli dať väčší počet

válcov do menšieho priestoru napr. šesť

válcový VR mal rovnakú veľkosť ako štvor

válcový Radový štvorválec.

5

Piest – Piest sa

nachádza vo valci. Piest

je široký ako šírka válca

v ktorom bude obiehať.

Zo spodu je uchytený

na piestovú ojnicu a tá

je napojená na kľukový

hriadeľ.  Kľukový hriadeľ

nie je rovná tyč. Ako

som horšie spomínal,

piest fungujú na

princípe jeden hore,

jeden dole. Toto je spôsobené tvarom kľukovým hriadeľom. Keď sa jeden piest

nachádza v hornej polohe, tak časť hriadeľa na ktorú je napojený je v tom

momente hore pričom časť vedla, kde je napojený piest v dolnej polohe, je dole

tiež. Po expanzii vo valci v hornej polohe sa tento piest zatlačí dole, čím otočí

kľukovým hriadeľom a dovtedy dolnú časť (a piest v dolnej polohe) posunie hore a

proces sa zase opakuje. Toto znamená, že ojnica musí vydržať veľmi vysoký tlak

prenášaný z piesta odtlačeného expanziou na kľukovú hriadeľ ktorá musí pohnúť

druhým piestom smerom hore (takto to funguje aj pri iných mo toroch ako dvoj

valcoch – štvor, šesť, osem aj dvanásť válce). Na pieste sa nachádzajú tri

tesnenia. Každé má inú funkciu. 1. Prvý krúžok sa nazýva stierací. Už podľa názvu

vieme zistiť že niečo stiera. Tento krúžok stiera zvyšky paliva zo stien spaľovacej

komory smerom hore, aby sa palivo nedostalo do dolnej časti 

motora kde sa nachádza olej. 2. krúžok sa nazýva tesniaci. Tento krúžok spĺňa

úlohu tesnenia. Utesňuje spaľovaciu komoru a dolnú časť motora. Ak by sa olej z

dolnej časti motora dostal do spaľovacej komory, motor by začal spaľovať olej, čo

by vyvolalo stratu mazacieho oleja a dymenie z výfuku a tým pádom porušenie

emisných noriem. Posledný krúžok sa nazýva mazací. Tento mazací krúžok

rozmazáva olej zo spodnej časti motora na steny spaľovacej komory, aby mal

piest plynulý prechod.

Hlava valcov – hlava valcov je vždy povrchovo rovnaká ako strana bloku

motora, kde sa nachádzajú otvory valcov. Ako názov napovedá, nachádza sa nad

6

valcami a tým

pádom utesňuje

válcovú dieru v

bloku mo tora a

tým uzatvára

vnútorný priestor

bloku motora. V

hlave sa

nachádzajú

ventily valcov,

vačkový hriadeľ (

jeden alebo dva

– vysvetlím

neskôr). Cez hlavu prechádzajú aj sviečky ktoré končia vo valci aby mohli dodať

iskru. Sviečky potrebujú istý elektrický zdro j

takže z hlavy valcov vždy pôjde kabeláž. Z vonkajšej strany z boku na hlave

valcov je ozubené koleso napojené na vnútornú vačkovú hriadeľ. Toto koleso je

cez klinový remeň napojené na remenicu kľukového hriadeľa (funguje tiež tak že

remenica je ozubené koleso z vonkajšej strany bloku motora napojené na kľuku). 

Vačkový hriadeľ – Vačkový hriadeľ sa nachádza v hlave motora. Je to otočná

tyč, ktorá ma na sebe časti v tvare slzy/hrušky. Tieto útvary slúžia na pohyb sa

hlavičkami ventilov. V praxi – vačkový hriadeľ sa začne točiť za pomoci kľukového

hriadeľa. Po otočení sa točia aj „vačky“ na ňom a tým že majú jeden bod

vystúpenejší ako zvyšok tela, tak potlačia najbližší predmet dole – a to je ventil. To

znamená že ak sa vačkový hriadeľ otáča (a tým pádom aj „vačky“ na ňom) tak sa

otvárajú a zatvárajú ventily. Tento pohyb umožňuje vzduchu a palivu vstúpiť do

spaľovacej komory (valca) a nechať pôsobiť silu motora a elektroniky. Poznáme

viac druhov vačkových hriadeľov. Najzákladnejší je tzv. SOHC čo znamená Single

Over Head Camshaft (jeden vačkový hriadeľ na hlavu). V tomto prípade sa v hlave

valcov nachádza jeden vačkový hriadeľ ktorý otvára ventily. Druhý typ je DOHC –

Dual Over Head Camshaft (dva vačkové

hriadele na hlavu). V tomto prípade sa v hlave nachádzajú dva vačkové hriadele –

jeden otvára nasávací ventil a druhý výfukový ventil.

7

 Ventily – Ventily sú pomerne jednoduchá téma. Na každom valci sa nachádza

minimálne jeden nasávací ventil (prívod vzduchu a paliva alebo zmesi paliva a

vzduchu). Najčastejšie používame množstvo ventilov minulosti je 2 ventily na

valec, čo by pri 4 valci znamenalo 8 ventilov. Pri športovejších autách sa používali

4 ventily na valec, čo je pri 4 valci 16 ventilov. Dnes už sa využíva technológia 4

ventilov na valec, pretože tento typ je oveľa funkčnejší – väčšia priedušnosť zmesi

paliva a rýchlejší výfuk vybuchnutej zmesi – rýchlejší motor

Rozvody – Poznáme dva typy motorových rozvodov – reťazové a remeňové.

Podľa názvov vieme zistiť že reťazové budú využívať reťaz a remeňové gumený

remeň. Aj keď sú tieto dva typy pomerne rozdielne, oba spĺňajú ten istý účel –

prenášaný otáčavý pohyb. Všetko sa to začína štartom keď sa pomocou štartéra

otočí kľuková hriadeľ na

ktorú je napojený remeň

(rovnako to funguje aj pri

reťazi) kto rý sa tiež otočí,

tento remeň je napojený aj

na ozubené koliesko

vačkového hriadeľa ktoré

otáča vačkovým

hriadeľom a tým pádom

riadi otváranie ventilov vo

valci. Elektronika sa

postará o zvyšok procesov nutných na naštartovanie. Tieto rozvody sú

zakrytované kvôli nepriaznivým podmienkam a krehkým ozubeným kolieskam

ktoré nesmú byť poškodené. Ak by ich náhodou poškodil napr. Letiaci kameň je tu

8

možnosť preskočenia rozvodov, čo by spôsobovalo zlé načasovanie otvárania

ventilov a to znamená neschopnosť naštartovať – napr. Ventil s prívodom

elektricky vstrekovaného paliva (nie je závislé na rozdvoch) by sa otvoril neskoro

čo by zapríčinilo nevybuchnutie zmesi a zaplnenie valec benzínom. Ďalej tu máme

vonkajšie rozvody – tieto už zakrytované nie sú, pretože sa tam nenachádzajú

ozubené kolieska. Nachádzajú sa tam kolesá s drážkou v ktorej sa remeň otáča.

Na vonkajších rozvodoch je napojený kľukový hriadeľ ktorý svojim pohybom točí

remeňom a ten svoj pohyb posiela ďalej do alternátora – dôležitá časť ktorá dobíja

batériu potrebnú na naštartovanie.

  Prevádzka Motora Štart – Pre naštartovanie motora je potrebný tzv. štartér. Táto súčiastka začne

točiť motorom tak, aby bol schopný nasať vzduch a palivo do válca a následne

vyvolal kompresiu piestu. Po tomto úkone a úspešnom naštartovaní (časť, kedy

motor na prevádzku nepotrebuje na točenie štartér, ale točí sa vlastnou silou)

vodič automobilu pustí kľúč a pružinka v samotnom alternátore pohne s kľúčom

ktorý sa vráti do 1. Polohy a tým pádom deaktivuje činnosť štartéra. Štartér sa

nachádza presne medzi motorom a prevodovkou a je napojený na zotrvačník ( v

podstate na kľukový hriadeľ ktorá točí piestami a tým pádom dochádza k procesu

kompresie a dekompresie). O prísun paliva sa postará palivové čerpadlo ktoré

vycucá palivo z nádrže umiestnenej najčastejšie v zadnej časti auta. Prísun

vzduchu zabezpečí otvorenie škrtiacej klapky („otvárak“ trubice cez ktorú prúdi

vzduch do valca, čím viac je stlačený plynový pedál, tým viac je otvorená klapka a

prúdi viac vzduchu do motora – viac vzduchu= viac paliva = viac zmesi vzduchu a

paliva rýchlejšia a silnejšia kompresia). Otváranie ventilov (pohyb vačkových

hriadeľov) je zabezpečený tzv. Rozvodov reťazou/klinovým remeňom. Pohyb

týchto vecí zabezpečuje taktiež štartér, pretože pohyb týchto súčiastok je závislý

na pohybe kľukového hriadeľa – ktorý zabezpečuje fungujúci štartér. 

Ako je možné že štartér je aktívny keď je auto vypnuté? Presne na

tento účel je v aute batéria. Na jeho aktivovanie je potrebné otočiť kľúčom v

spínacej skrinke (nachádza sa pod volantom), otočením kľúča sa spoja kontakty

medzi štartérom a batériou tak, aby štartér mal dostatočný prísun energie na

9

naštartovanie. Po pustení kľúča pružinka v štartéry odpojí štartér od batérie a

posunie kľúčik do 1. Polohy. Od tohto momentu je motor schopný fungovať bez

štartéra. Štartér (a iné veci potrebné k naštartovaniu a ďalšej prevádzke – palivové

čerpadlo) je napojený priamo na vysoko kapacitnú autobatériu ktorá musí odolať

vonkajším podmienkam – mrazom a vysokým teplotám. Batéria sa dobíja počas

jazdy Alternátorom.

Alternátor- Alternátor sa nachádza v rozvodovej časti a je priamo napojený na

remenicu kľukového hriadeľa (tam sú napojené aj ostatné rozvody). Energiu na

nabíjanie batérie alternátor vytvára pomocou otáčavého pohybu tvoreného zo

samotného procesu motora. To znamená, že akonáhle je motor naštartovaný a

piesty sú v pohybe, hýbe sa aj vonkajšia časť alternátora a tým pádom sa vytvára

energia posielaná rovno do autobatérie.

Prevádzka– Najzákladnejšie delenie spaľovacích motorov je na dvoj-taktný a

štvor-taktný. Dnes sa používa v autách iba štvor-taktný motor. Kedysi sa v autách

používal dvoj-taktný (npr. Trabant), no dnes sa využíva iba v nízko objemových

strojoch – kosačky, píly atd. Obyčajný dnešný spaľovací motor využíva Ottov

cyklus spaľovania. Ottov cyklus si podrobne opíšeme neskôr. Poznáme ešte pár

ďalších, no menej dôležitých cyklov, ktoré sa dnes už nevyužívajú preto sa nimi

nebudem zaoberať. Štvor-taktný motor znamená, že motor pracuje na štyri takty

(Ottow cyklus) – má štyri pracovné procesy. V tomto prípade to je 1. Nasávanie, 2.

Kompresia, 3. Spaľovanie, 4. Výfuk.  

1.   Nasávanie – nasávanie prebieha v momente keď sa piest presúva do

dolnej úvrate. Vtedy sa v spaľovacej komore vytvorí podtlak a nasaje dnu

zmes vzduchu a benzínu (podľa typu vstrekovania)

2.   Kompresia –(stláčanie) piest pri pohybe z dolnej do hornej úvrate stláča

nápľ (zmes paliva a vzduchu) čím zvyšuje teplotu zmesi a aj tlak v

spaľovacej komore. 

3.   Spaľovanie a expanzia – Tesne pred dosiahnutím úplnej hornej úvrate

(vždy je tam nejaký priestor na kvapalinu - nedá sa stačiť úplne) za pomoci

sviečky preskočí iskra ktorá zapáli stlačenú a zohriatu pracovnú náplň, tým

pádom vyvolá expanziu zmesi ktorá potlačí piest do dolnej úvrate (jediný

smer kam piest môže ísť a kam zmes expanduje keďže je v  uzatvorenom

priestore). Tento pohyb vyvolá otočenie kľukového hriadeľa, ktorý týmto

10

pohybom usmerní jeden piest do taktu nasávania a ďalší to taktu

kompresie.

4.   Výfuk - Piest sa po dosiahnutí dolnej úvrate vracia do hornej úvrate (za

pomoci expanzie v ďalšom válci), pričom sa otvorí výfukový ventil cez ktorý

sa vyfúknu výpary z expanzie - piest ich tlakom vytlačí. Tento postup sa

môže mierne líšiť v závislosti od daného motora – vznetový alebo zážihový,

priame vstrekovanie alebo nepriame vstrekovanie. Rozdiely sú však veľmi

malé a nie je potrebné ich tu podrobne opisovať.

Fungovanie– fungovanie motora je pomerne zložitá vec, vzhľadom na to, že

veľa vecí je závislých od iných vecí, to znamená, že ak sa pokazí napr. Klinový

remeň (tu hrozí pretrhnutie) tak sa

automaticky pozastaví chod

motora, chod alternátora, rozhodí

sa nastavenie rozvodov čo môže

viesť k ďalším problémom ako

nemožný štart a pod. Štart motora

som už opisoval vyššie, teraz

opíšem ako to funguje po 

naštartovaní. Keď je motor

naštartovaný, opakuje sa v ňom dookola Ottow cyklus. Piesty tým že menia

polohu, prenášajú moment sily na kľukovú hriadeľ ktorá je napojená na

prevodovku a ide to na kolesá auta. Celý tento proces je riadený rozvodmi -

časovanie otvárania a zatvárania výfukových a prífukových ventilov, funkcia

vodnej pumpy (pumpuje chladivo v bloku motora). Elektronicky riadené je iba

vstrekovanie. Poznáme priame a nepriame vstrekovanie. Nepriame vstrekovanie

prebieha pred sacím ventilov - to znamená v potrubí alebo v sacom kanáli. Palivo

sa teda nevstrekuje priamo do valca, ale tak, aby vytvorilo zmes so vzduchom

ktorý následne vtiahne piest do válca. Pri tomto vstrekovaní prejde palivo cez dýzu

s malým objemom a vďaka tomuto sa palivo rozpráši na malé kvapôčky. Toto

vstrekovanie je riadené

Elektronickou riadiacou jednotkou

(ECU). Pomocou snímača otáčok,

zisťuje polohu kľukového hriadeľa a

vo vhodnom momente, keď sa

11

otvára sací ventil, dá pokyn vstrekovačom na vstreknutie paliva do prúdiaceho

vzduchu. Dávka paliva sa mení podľa aktuálneho prietoku vzduchu, ktorý meria

váha vzduchu, je to preto, aby sa dosiahlo vhodné zloženie zmesi. Riadiaca

jednotka si tak isto pomáha lambda sondou - kontroluje zloženie výfukových

plynov. Čím viac je stlačený plynový pedál, tým viac vzduchu prejde cez škrtiacu

klapku, čo zväčšuje prietok vzduchu a tým aj dávku vstreknutého paliva čo

vyvoláva väčšiu expanziu a väčší moment sily a vyššie otáčky v motore. Ďalší typ

vstrekovania je priamy. V tomto prípade sa palivo vstrekuje priamo do valca.

Väčšinou sa palivo vstrekuje do valca počas nasávacieho zdvihu. 

Základné delenie = 

1. Vznetový - dieselový agregát

2. Zážihový (Ottov) - benzínový agregát

Vznetový agregát = vznetový motor, alebo dieselový, je motor ktorý na

poháňanie využíva ako Naftu. Jeho názov je odvodený od jeho fungovania.

Keďže motor funguje na princípe výbuchu, tak palivo (pohonná hmota)

musí mať výbušné vlastnosti. Nafta presne tieto vlastnosti má, vybuchuje

pod vysokým tlakom. Tento tlak sa nachádza v spaľovacej komore = vo

valci. Nafta a vzduch sa natlačia do valca, keď sa piest nachádza dole. Po

presunutí piesta do hornej polohy sa vo vrchnej časti valca vytvorí vysoký

tlak, ktorý zvýši teplotu zmesi na zápalnú teplotu zmesi a zmes expanduje -

vybuchne. Tento výbuch zmesi potlačí piest do dolnej polohy a zároveň sa

výpary z výbuchu vyfúknu von cez ventil do výfuku. Tento typ motora

nevyužíva zápalné sviečky, pretože nafta nie je horľavá kvapalina, pokiaľ

nie je pod vysokým tlakom. Čiže keď do rozliatej nafty hodíme zápalku,

nebude nám horieť.

Zážihový Agregát = zážihový motor, alebo benzínový, je motor ktorý ako

palivo využíva benzín. Rovnako ako pri Vznetovom, motor funguje na

princípe výbuchu. Tento typ však funguje trochu inak. Na výbuch využíva

tzv. zápalné sviečky. Keďže benzín je horľavá kvapalina, jednoducho sa po

“zážihu” zapáli. Zážih je jednoducho nejaká iskra, plameň a pod. Túto iskru

12

dodá práve tá zápalná sviečka, ktorá keď nefunguje ako má, tak válec

môže vynechávať. Postup fungovania je rovnaký ako pri vznetovom

motore, ale s jedným malým rozdielom. Keď je v spaľovacej komore benzín

so vzduchom a piest už ide do hornej polohy, sviečka dodá iskru, vďaka

ktorej benzín so vzduchom vzbĺknu a ako pri vznetovom posunú piest do

dolnej polohy.

13

2. kapitola - Fyzikálna časť motora 

Od čoho závisí výkon motora - výkon

motoru závisí od množstva energie z paliva, ktoré sa v motore premení na

mechanickú prácu. K horeniu paliva treba vzduch, a preto u piestového

motora s určitým objemom nezáleží na výhrevnosti samotného paliva, ale

na výhrevnosti zmesi paliva so vzduchom. Zmes musí byť v takom pomere,

aby vzduch obsahoval množstvo kyslíka potrebné k úplnému zhoreniu

paliva (stechiometrická zmes).

Z toho je jasné, že palivo s väčšou výhrevnosťou nemusí dávať pri spálení

v motore s určitým objemom valcov väčší výkon než palivo s menšou

výhrevnosťou.  

Ottov cyklus - je to vlastne cyklus v motore ktorý sme si už opisovali - 1.

nasávanie, 2. kompresia, 3. spaľovanie a expanzia a 4. výfuk. Teraz si

tento Ottov cyklus dáme do diagramu - Je to znázornený pomer medzi

Tlakom a objemom (v spaľovacom priestore)

Tento diagram znázorňuje priebeh tohto cykla. V bode 1 prebieha prvý

proces - nasávanie. V tomto momente sa vo valci vytvára podtlak ktorým sa

nasáva vzduch (palivová zmes) do valca. 2. Keď piest prejde do úplnej

dolnej úvrate,

otočí sa jeho

smer a začne

kompresia. Tým

že piest

zmenšuje

priestor v

spaľovacej

komore svojim

14

pohybom, tak sa tam zvyšuje tlak (lebo sa zmenšuje objem uzatvoreného

priestoru v ktorom je zmes). Krátko pred dosiahnutím úplnej hornej úvrate,

sviečka dodá iskru a tá vyvolá zážih zmesi - v tomto momente sa rapídne

zvýši tlak v spaľovacej komore, pretože zmes expanduje v rovnakom

priestore. 3. Expanzia - v bode 2. keď zmes expanduje, tak iba zväčší svoj

objem, no v bode 3. už tlačí piest do dolnej úvrate (to prenáša pohyb na

kľuku a tá vytvára otáčavý pohyb - točivý moment) 4. Pred bodom č. 4, sa

otvára výfukový ventil a piest vytláča výpary zo zmesi von - týmto sa znižuje

tlak (komora je už otvorená - výpary majú kam odísť).

Tento diagram sa mení na základe iného objemu (väčší motor) alebo na

základe väčšieho tlaku (preplňovanie). Keď je väčší objem motora, tým

pádom je aj tlak väčší, no pri preplňovaní sa zvyšuje tlak a objem zostáva

rovnaký. To znamená že pri preplňovanom motore môžeme z rovnakého

objemu získať väčší tlak ako pri atmosférickom motore (bez preplňovania).

Preplňovanie - nebudem vysvetľovať celý princíp preplňovania, lebo to je

zdĺhavé a zbytočné. Čo to je to preplňovanie? Na preplňovaný motor nám

treba turbo, alebo kompresor, oba fungujú inak, no princíp je ten istý.

Úlohou turba je natlačiť viac vzduchu do spaľovacej komory. Čím viac

vzduchu, tým viac benzínu a to znamená väčší výbuch - silnejšie odrazenie

piesta do dolnej úvrate. To znamená, že preplňovanie funguje tak, že objem

motora sa zachováva, no tlak v ňom sa výrazne zväčšuje a to spôsobuje

vyšší výkon motora bez zväčšovania objemu.

15

RopaRopa je kvapalina tvorená zmesou uhľovodíkov resp. alkánov, ktoré sú organické

chemické zlúčeniny tvorené z uhlíkov a vodíkov. Najjednoduchším uhľovodíkom je

zemný plyn metán CH4. Je dôležitá na výrobu nafty, benzínu a plastov. Ropa

vzniká dlhým rozkladom uhynutých živočíchov a rastlín väčšinou fytoplanktónu,

žijúceho v morských vodách ale aj zooplanktónu a autotrofných organizmov bez

prístupu kyslíka a viac ako 3 km pod zemou. Hustota ropy pri tlaku jednej

atmosféry a teplote 4 ℃ sa pohybuje okolo 700 kg.m-3 pre ľahkú ropu a 1000 kg.m-

3 pre ťažkú ropu. Ropa obsahuje 83 - 87 % uhlíka (C), 10 - 14 % vodíka (H), 1 %

dusíka (N), 1 % kyslíka (O) a 1 - 6 % síry (S). Ropa je zmesou až 10 000 rôznych

zlúčenín z čoho je väčšina organických uhľovodíkov a iných neorganických

zlúčenín. 

Spracovanie ropy na primárne produkty

Ropa sa najčastejšie spracováva v rafinériách, v ktorých sa jednotlivé zložky

rozdeľujú a premieňajú na ropné produkty.

Procesy v rafinériách sa dajú rozdeliť na tri základné typy:

Separačné procesy – ropa sa rozdelí na frakcie

Konverzné procesy – zlúčeniny prítomné v rope sa premieňajú na iné, ktoré sú

na trhu žiadanejšie, zvyčajne s vylepšenými vlastnosťami

Dočisťovacie procesy – odstraňovanie rôznych typov nečistôt, zmena štruktúry

molekúl, ktoré vedú k zvýšeniu úžitkovej hodnoty (izomerácia, odsírenie)

Technologické procesy sú uspôsobené druhu spracovávanej ropy. Ak je ropa

horšej kvality a ak sú požiadavky na kvalitu produktov vysoké, musí byť štruktúra

rafinérie zložitejšia. Takáto rafinéria má vyššie investičné a prevádzkové náklady.

V krajinách EÚ sa z ropy vyrába až 42 % energie a 94 % motorových palív. Ropu

spracováva približne 100 rafinérií, z 10 produkuje aj základové oleje a asfalty.

16

Izomerácia - izomerizácia je chemická konverzia zlúčeniny na inú izomérnu formu.

Izomérne formy sú také formy zlúčenín, ktoré majú rovnaký vzorec a relatívnu

atómovú hmotnosť ale iné usporiadanie atómov v molekule.

Odsírenie - je proces pri ktorom sa z paliva odstraňuje SO 2 pomocou absorpčnej

látky (vápenec, magnezit, dolomit), na ktorú sa SO2 naviaže a potom sa vzniknutá

zlúčenina z paliva odstráni. 

Spracovanie ropy má dve hlavné fázy:

Fyzikálne (separačné) procesy, chemické procesy.

Fyzikálne procesy sú: destilácia, absorpcia, extrakcia, kryštalizácia, adsorpcia.

Odsoľovanie ropy - Ropa po vyťažení z ložiska obsahuje vodu, v ktorej sú

rozpustené minerálne látky. Väčšina solí a vody sa odstraňuje už na mieste ťažby,

ale aj napriek tomu ropa dopravená do rafinérie obsahuje 0,02 - 0,2 % objemu

vody. Odsoľovanie ropy je prvý technologický proces na úplnom začiatku

spracovania ropy. Ako anorganické soli sú v rope prítomné chloridy a sírany

sodíka, draslíka, vápnika a horčíka. Celkový obsah solí sa sumárne vyjadruje ako

obsah NaCl a býva v rozmedzí 5-60 mg/kg. Anorganické soli sa musia odstrániť

čo najlepšie, pretože pri ďalších technologických operáciách sa pri zohrievaní

17

rozkladajú a uvoľňujú korozívny chlorovodík. Hlavnými príčinami odstraňovania

solí je ochrana pred koróziou, zníženie zanášania technologických prvkov a

ochrana katalyzátorov pred zanášaním a ich deaktiváciou. Voda prítomná v rope

je vo forme emulzie a anorganické soli sú v nej rozpustené. Soli môžu byť aj

dispergované priamo v rope ako drobné kryštáliky (disperzia je rozptýlenie atómov

látky na povrchu inej látky vydelených atómami v celej látke). Na odstraňovanie

solí sa používa proces elektrostatického odsoľovanie. Ropa sa zmieša s vodou v

ktorej sú prítomné účinné deemulgátory. Zohreje sa pod tlakom na teplotu 90-

150oC a účinkom elektrického prúdu (vysoké napätie) sa emulgovaná voda oddelí

od ropy. Podľa vyžadovaného stupňa odsolenia sa proces viackrát opakuje. Ropa

po odsolení obsahuje okolo 0,2% obj. vody.

Destilácia ropy je fyzikálny proces, pri ktorom sa odvodnená ropa rozdeľuje na

užšie frakcie. Je to základný proces spracovania ropy. Podľa konfigurácie rafinérie

sa na výrobu ľahkých rafinérskych produktov (benzín, petrolej, plynový olej)

využíva atmosférická destilácia a pre delenie mazutu sa používa vákuová

destilácia. Atmosférická destilácia sa niekedy nazýva aj rúrková destilácia, pretože

surová ropa sa pred vstupom do destilačnej kolóny zohrieva v rúrkovej peci.

Vákuová destilácia je destilácia počas zníženého tlaku. Tým pádom sa znižuje aj

bod varu látky a spotrebúva sa menej energie na jej ohriatie.

V procese extrakcie sa využíva fakt, že v niektorých rozpúšťadlách sa kvapalné

ropné frakcie rozpúšťajú len čiastočne. Selektívne rozpúšťadlá sa využívajú na

rafináciu palív a olejov. Z benzínov sa takto izolujú aromatické zlúčeniny (benzén,

toluén, xylény, etylbenzén). Viskózne oleje sa rafináciou rozdeľujú na rafináty pre

výrobu mazacích olejov a extrakty, ktoré obsahujú polyaromatické a živičnaté

látky.

Absorpcia sa využíva na spracovanie rafinérskych plynov. Najčastejšie sa používa

na separáciu sírovodíka z plynných zmesí. V absorpčnej kolóne sa plyn zbaví

nežiaducich prímesí (H2S, NH3, CO2) tým, že prechádza do kvapalného

absorbentu.

Adsorpcia sa využíva na odstránenie malých množstiev látok z plynov a kvapalín.

Najčastejšie sa jedná o odstránenie farebných podielov alebo zvyškov rafinačných

činidiel. Adsorpcia sa v prípade výroby mazacích olejov nahradzuje

hydrogenačnými procesmi.

Chemické procesy: katalytický reforming, tepelné krakovanie

18

Katalytický reforming je proces, ktorý sa využíva v ropnej rafinérii na konverziu

alkánov a cykloalkánov prítomných v ťažkom benzíne (80-180oC) a ktorý má

zvyčajne nízke oktánové číslo (oktánovým číslom sa hodnotí odolnosť paliva proti

samovznieteniu v zážihových motoroch), (oktánové číslo paliva je percentuálny

objem podielu čistého izooktánu(C8H18) v zmesi s n-heptánom (C7H16)), (izooktán má

oktánové číslo 100, zatiaľ čo heptán má oktánové číslo 0), (oktánové číslo 95

znamená, že palivo je odolné proti samovznieteniu ako zmes z 95% oktánu a 5%

heptánu) na vysoko oktánový kvapalný produkt – reformát. Jednotka obsahuje aj

hydrorafinačnú časť v ktorej dochádza k elimináciu zlúčenín síry, dusíka, olefínov

a kovov, ktoré sú katalytickými jedmi. Reformát obsahuje vysoký obsah

monoaromátov a predstavuje jednak komponentu na výrobu automobilového

benzínu a je tiež zdrojom aromátov pre ďalšie spracovanie v rafinérii. Katalytický

reforming v podstate reštrukturalizuje molekuly uhľovodíkov v pôvodnom ťažkom

benzíne pričom štiepi niektoré väčšie molekuly na menšie. Výsledkom procesu je,

že produkt (reformát) obsahuje uhľovodíky s komplexnejším molekulovým tvarom,

ktoré majú vyššie oktánové číslo ako surovina. Súčasne v procese sa z

uhľovodíkových molekúl oddeľuje vodík, ktorý ako vedľajší produkt hrá významnú

úlohu v ďalších procesoch modernej rafinérie. Ďalšími vedľajšími produktmi sú

malé množstvá ľahkých uhľovodíkov - metánu, etánu, propánu a butánu.

Krakovanie je proces, pri ktorom sa vyššie molekulové látky premieňajú na nižšie

molekulové produkty. Proces prebieha pri vyšších teplotách (350oC), vyžaduje si

dodanie tepla. Tepelné krakovanie prebieha podľa radikálového mechanizmu.

Reakcie bývajú reťazové a nerozvetvené. Pri vysokých teplotách prevláda

štiepenie dlhších menej stabilných radikálov a kondenzácie kratších stabilnejších

radikálov (hexadekán sa rozloží na oktán a oktén). Teplota vplýva kladne na vznik

produktov štiepenia. Pri teplote do 450°C je hlavným produktom stredný destilát,

medzi 450°C a 550°C je to benzín, nad 550°C vznikajú nenasýtené uhľovodíkové

plyny a pri vyše 1200°C sa produkuje acetylén, sadze a vodík. Produkty po

opustení reaktora sú prudko ochladzované, aby sa zastavila reakcia. Pri tepelnom

krakovaní sa nepracuje na maximálnu premenu suroviny (kvôli nadmernej tvorbe

koksu), ale nepremenené podiely sa recyklujú.

Výroba nafty19

Nafta sa vyrába dlhým procesom od separácie z ropy až po čistenie a upravovanie

samotnej nafty. Ropa sa najprv vyťaží a prenesie do rafinérie. Tam sa jednotlivé

uhľovodíky v rope vyseparujú vďaka rozdielnym bodom varu týchto uhľovodíkov.

Uhľovodíky s dlhším reťazcom majú vyššiu teplotu bodu varu ako tie, ktoré majú

krátky reťazec. Podľa obrázka vidíme, že ropa, ktorá vchádza do destilačným veží

je zohrievaná na viac ako 300℃. Tomuto postupu sa hovorí “frakčná destilácia”.

Teda vďaka tým rozdielom v bodoch varu sa pri okolo 50℃ odparí rafinačný plyn,

ktorý sa potom použije ako palivo pre samotnú rafinériu a iba niekedy sa predá v

podobe metánu, etánu, propánu a butánu na výrobu plynových bômb. Od 50℃ do

120℃ sa odparia uhľovodíky, ktoré sa využívajú na výrobu benzínu a na výrobu

chemikálií a plastov. Petrolej (Kerosine) je používaný v leteckom na výrobu

leteckého paliva a ešte sa dáva aj do zapaľovačov. Naftový olej je samozrejme

používaný na výrobu nafty pre dieselové autá. Z uhľovodíkov s bodom varu okolo

300℃ sa vyrábajú lubrikačné oleje, vosky a leštidlá. Z palivového oleja sa vyrába

palivo pre lode, palivo do tovární a pre vykurovacie systémy. Z najťažších

uhľovodíkov (živice) sa vyrába asfalt na stavbu ciest a zastrešenie domu.

Nafta v zime

Rozdiel medzi letnou a

zimnou naftou je v

odolávaní nízkych

teplotách. Kritické

zložky v nafte su

parafín a iné

uhľovodíky, ktoré pri

nízkych teplotách tuhnú

a kryštalizujú. Táto

stuhnutá nafta upchá

palivový filter a tým

pádom nafta cez filter

nepretečie do motora a

auto vôbec nenaštartuje. Teplota, pri ktorej nafta nepretečie cez filter, sa nazýva

20

medzná teplota filtrovateľnosti (MTF). V našich podmienkach nafta má MTF nula

stupňov Celzia, zimná nafta –20° C, prechodná (jarná a jesenná) nafta –10° C.

Takzvaná arktická nafta má MTF nižšie ako –30°C.

Čo robiť keď nafta stuhne? - Aby sme tomu predišli musíme pri tankovaní nafty

primiešať aj aditíva, ktoré zvyšujú čistiacu schopnosť paliva a tým uľahčia jeho

filtrovateľnosť v zimnom období. 

ElektromotorElektromotor je zariadenie premieňajúce elektrický prúd na mechanickú prácu.

Tieto motory využívajú fyzikálny jav - elektromagnetizmus. Elektromotory sa

využívajú pri hračkách, autách, strojoch a iných dopravných prostriedkoch.

Základným princípom elektromagnetizmu je vzájomné silové pôsobenie

elektromagnetických polí vytváraných vodičmi, ktorými preteká elektrický prúd a

permanentným magnetom. Elektromotor sa skladá zo statora (nepohyblivej časti

motora - permanentný magnet alebo elektromagnet) a rotora (pohyblivej časti -

otáčajúci sa vodič). Tento rotor je umiestnení medzi permanentnými magnetmi

alebo elektromagnetmi tak, aby vzájomné silové pôsobenie magnetických polí

vyvíjali krútiaci moment, ktorý spôsobí rotáciu rotora a ten spôsobí rotáciu motora,

ktorý ju premení na mechanickú prácu.

Motor s permanentným magnetom

Tento typ motora je najjednoduchší zo všetkých elektromotorov. Motor s

permanentným magnetom je tvorení z dvoch permanentných magnetov (stator),

elektromagnetu (cievka, ktorú preteká elektrický prúd a tým jej dáva náboj) a

komutátora.

21

Komutátor (oranžová farba) mení (prepína) polaritu elektrického prúdu a tým aj

polaritu magnetického poľa rotora. Na obrázkoch je predstavené otočenie

takéhoto elektromotora. Na začiatku do cievku začne pretekať cez komutátor

elektrický prúd a tým pádom sa z cievky stane elektromagnet. Tento

elektromagnet bude mať svoj severný pól pri severnom póle permanentného

magnetu (modrá) a svoj južný pól pri južnom póle permanentného magnetu

(červená). Rovnaké póly sa od seba odpudzujú a preto sa tiež cievka začne

otáčať. Keď budú opačné póly elektromagnetu a permanentného magnetu pri

sebe (rotor sa dostane do vodorovnej polohy) tak komutátor prepne polaritu

elektrického prúdu a tým aj polaritu magnetického poľa (severný pól sa zmení na

južný a opačne). Po prepnutí polarity udrží otáčanie motora v rovnakom smere

jeho zotrvačnosť. A zase sa dostaneme do situácie kedy sú rovnaké póly pri sebe.

22

Na tomto obrázku môžeme práve vidieť elektromotor, ktorého stator sa skladá z

cievky a nie permanentného magnetu.

Moment sily elektromotora

Moment sily elektromotora závisí od magnetickej indukcie, veľkosti prúdu, ktorý

preteká cez rotor, obsah rotora a uhol, ktorý zviera smer magnetickej indukcie a

normála na plochu vodiča. 

23

Tento obrázok ukazuje ako sa správa vodič (rotor), ktorým prechádza elektrický

prúd a je  v magnetickom poli iného vodiča (stator), ktoré cez neho prechádza.

Moment sily sa vypočíta ako M = BISsin𝛼 pričom B je magnetická indukcia

(hustota magnetického toku), ktorá smeruje vždy zo severného pólu na južný pól a

meria sa v teslách (T). I je veľkosť elektrického prúdu pretekajúci cez vodič, meria

sa v ampéroch (A). S je obsah vodiča, cez ktorý prechádza magnetická indukcia

(m2). 𝛼 je uhol medzi normálou na plochu vodiča a magnetickými indukčnými

čiarami. Moment magnetickej sily určujeme pravidlom ľavej ruky: položíme ľavú

ruku tak aby smer elektrického prúdu ukazovali vztýčené prsty a aby smer

magnetických indukčných čiar smeroval do dlane a potom nám vztýčený palec

ukáže smer momentu magnetickej sily. V našom prípade budú dva momenty síl,

obidva budú smerovať tým istým smerom ako smeruje magnetická sila (Fm).

Príklad: Máme kruhový rotor, cez ktorý preteká prúd o sile 10 A a magnetická

indukcia ma silu 2 T. Vypočítajte moment sily ak ešte poznáme, že polomer vodiča

sú 3 cm a 𝛼 = 90o. M = BISsin𝛼 = 2 T*10 A*0,0028 m2*sin(90) = 0,056 Nm.

24

MaglevyÚvodMaglev je vlak pohybujúci sa pomocou magnetickej levitácie - vznášania. Maglev

je vysokorýchlostné vozidlo vznášajúce sa nad traťou a poháňané magnetickými

poľami. Je to momentálne najmodernejší, najrýchlejší druh vlakovej dopravy s

najdrahšou traťou, aj keď najlacnejšou prevádzkou. V angličtine znamená maglev

aj skratka pre jav magnetickej levitácie. V 60. rokoch 20. storočia ju začal

poprvýkrat používať fyzik Howard T. Coffey. Maglev znamená iba označenie

fyzikálneho javu magnetickej levitácie, nie samotnej technológie. Pri magnetickej

levitácii vlakov je vlak jediná pohybujúca časť, nič iné sa nehýbe. Je založená na

princípe pohybu vlaku po “vankúši” magnetického poľa, ktore je tvorené sústavou

supravodivých magnetov, zabudovaných v trati i vo vlaku. Využíva teda 2 sady

magnetov, jednu sadu na odpudzovanie a vytláčanie vlaku do vzduchu a druhú na

posúvanie vlaku veľkou rýchlosťou dopredu. Tento vlak má namiesto kolies

špeciálny systém magnetov, vrátane lineárnych motorov a pohybuje sa asi 1,2 cm

nad koľajnicami. Preto sú magnetické vlaky o dosť tichšie a majú potenciál

dosiahnúť oveľa vyššie rýchlosti ako konvenčné vlaky. Súčasný rekord držia

Japonci - 603 km/h v apríli 2015. Najvyššia rýchlosť, ktorú dosiahol konvenčný

vlak, je “iba” 574,8 km/h. Podarilo sa to francúzskemu TGV 3. apríla 2007. Avšak

výstavba tratí pre maglevy je oproti konvenčným vlakom nákladnejšia a navyše sú

z bezpečnostných dôvodov stavané v tuneloch alebo na mostoch. Konštrukcia

samotných vlakov taká drahá nie je. Tiež sú lacnejšie na údržbu ako konvenčné

vlaky. Maglevy sa nachádzajú v Japonsku, Číne a v Nemecku.

HistóriaV 40. rokoch 20. storočia britský elektrotechnik Eric Laithwaite vyvinul prvý

pracovný model lineárneho indukčného motora v plnej veľkosti. Pretože lineárne

motory nevyžadujú fyzický kontakt medzi vozidlom a vodiacou dráhou, v 60. a 70.

rokoch sa stali bežným príslušenstvom v oblasti moderných dopravných systémov.

Lineárny motor bol prirodzene vhodný aj na použitie v systémoch maglev. Na

25

začiatku 70. rokov minulého storočia Laithwaite objavil nové usporiadanie

magnetov, magnetickú rieku (terajšie lineárne usporiadanie magnetov), ktorá

umožňovala jednému lineárnemu motoru produkovať dvíhanie aj predný ťah, čo

umožnilo vybudovanie maglevového systému s jednou sadou magnetov. 

Transrapid 05 bol prvý maglev povolený na prepravu osôb. V roku 1979 bola v

Hamburgu otvorená 908 metrová trať na medzinárodnej výstave dopravy. Bol o to

taký záujem, že prevádzka sa musela predĺžiť o tri mesiace po skončení výstavy.

V Kasseli bol znovu zostavený v roku 1980. Druhá vytvorená trať na bežné

prepravovanie ľudí maglevom bola oficiálne otvorená v roku 1984 neďaleko

anglického Birminghamu. Fungovala na vyvýšenom 600 metrovom úseku trate

medzi letiskom mesta Birmingham a medzinárodnou železničnou stanicou v

Birminghame a takzvaný maglevový autobus jazdil rýchlosťou 42 km/h. Trať bola

zatvorená v roku 1995 z dôvodu nespoľahlivosti. Ďaľšia otvorená trať bola v

Japonsku v 1980, tiež na výstave (Tsukuba). JR-Maglev tiež rýchlo získal

popularitu, napriek rýchlosti iba 30 km/h. Výstava potom pokračovala v iných

japonských mestách, ako aj v kanadskom Vancouvre či nemeckom Hamburgu, v

ďalších rokoch, ale iba s minimálnymi zmenami oproti JR-Maglevu. V 1989 sa v

Berlíne začal testovať M-Bahn, nový typ maglevu bez vodiča. Prevádzka bola

ukončená v roku 1992. 

V súčasnosti je funkčných až 6 tratí. Prvá z nich sa nachádza v Južnej Kórei a je

dlhá presne 1 kilometer. Premáva od roku 1993, bola vytvorená spoločnosťou

Hyundai na výstave Daejeon Expo. Tento vlak dodnes premáva na krátkej trati

medzi parkom Expo a Národným vedeckým múzeom. Druhá trať sa nachádza v

Číne v Shanghai, v prevádzke je od roku 2004. Spája letisko Pudong so stanicou

Longyang a je dlhá 30,5 kilometra. Ďalšia linka sa nachádza v Japonsku. Je v

prevádzke na rýchlostnej tranzitnej trase Aichi Tobu Kyuryo (8,9 kilometra) od roku

2005. Štvrtý vlak sa tiež nachádza v Južnej Kórei a spája letisko Incheon a stanicu

Youngyu od roku 2016. Trať je dlhá 6,1 kilometra. Piaty vlak premáva v čínskom

meste Changsha od roku 2016 s traťou dlhou 18,5 kilometra. Posledný vlak je v

prevádzke od roku 2017 a preto je zároveň najnovší. Nachádza sa v meste Peking

a jeho trať prechádza 7 zastávkami a je dlhá 8,25 kilometra.

Typy magnetických vlakov

26

Existujú 2 typy maglevov: takzvaný “supravodivý” (má nemerateľne malý, až

žiadny elektrický odpor, takže neobmedzuje magnetickú silu) maglev a “normálne

vodivý" (má elektrický odpor a obmedzuje vyvinutú magnetickú silu) maglev.

Supravodivý maglev je bezpečnejší, môže sa vznášať až vo výške 99 centimetrov.

Terajší supravodivý maglev je, napríklad, Chuo Shikansen, ktorý jazdí v Japonsku.

Normálne vodivý maglev sa môže vznášať iba do výšky približne 1 centimetra. Je

to napríklad Transrapid, ktorý jazdí v čínskom Shanghai. 

Princíp magnetickej levitáciePohyb konvenčných vlakov vytvára trenie medzi kolesami a koľajnicami.

Obmedzuje to maximálnu rýchlosť vlaku, pretože kolesá sa pri príliš rýchlom

pohybe vykoľaja. Maglev túto zábranu prekonáva - levituje totiž nad traťou

pomocou lineárneho motora. Lineárny motor je elektrický motor, ktorý má stator a

rotor „rozvinutý“, takže namiesto vytvárania krútiaceho momentu (rotácie) vytvára

pozdĺž svojej dĺžky lineárnu silu. Poháňajú ho priťahujúce sa sily medzi S-N a

odpudivé sily medzi S-S a N-N. Je nazývaný lineárny pre svoje rovnobežné

usporiadanie magnetov.

Na obrázku vidíme pohyb magnetických síl, ktoré vychádzajú z magnetu (obrázok

vpravo). Vytvorí sa magnetické pole okolo magnetu. Magnetické pole sa ale

vytvára aj okolo vodivej cievky, ktorou prechádza elektrický prúd. Vieme dokonca

vypočítať magnetickú indukciu magnetického poľa, ktoré vytvárajú vodivé cievky,

27

keď nimi prechádza elektrický prúd. Magnetická indukcia má značku B a počíta sa

ako: 

B=N*I*µ/l

Pričom N je počet navinutých cievok, ktorými prechádza elektrický prúd I(A), µ je

permeabilita (fyzikálna veličina, ktorá udáva mieru magnetizácie prostredia) (N/A²)

a l je dĺžka cievky.

Takéto magnetické cievky sa nachádzajú v maglevoch a pozdĺž ich trate ako

môžete vidieť na ďalšom obrázku.

Na tomto obrázku je vidieť lineárne usporiadanie magnetov (magnetických

cievok)  - ak sa vlak pohne, vždy ho posunie dopredu priťahujúci náboj spredu a

odpudzujúci zozadu. 

28

Na tomto obrázku je vidieť, že sa vlak nemôže dotýkať zeme - vždy ho totiž

nadnáša priťahujúca sila zhora a odpudzujúca  zdola.

Autonómne autáÚvodAutonómne auto je vozidlo, ktoré, na rozdiel od štandardného vozidla, je schopné

snímať svoje okolie a tiež umožňuje bezpečný pohyb s malým alebo až žiadnym

zásahom človeka. Autá s vlastným pohonom obsahujú rôzne senzory, aby snímali

svoje okolie, ako sú radarové (detekčný systém, ktorý využíva rádiové vlny na

určovanie dosahu, uhla alebo rýchlosti objektov), laserové (prieskumný systém,

ktorý meria vzdialenosť k cieľu osvetlením cieľa laserovým lúčom a odmeraním

vzdialenosti odrazeného lúča pomocou senzora), sonarové (technika, ktorá

využíva šírenie zvuku na navigáciu, komunikáciu alebo detekciu objektov), GPS

(globálny navigačný satelitný systém, ktorý poskytuje geolokačné a časové

informácie) a merania rýchlosti. Pokročilé systémy riadenia používajú senzorické

informácie na nájdenie a identifikáciu vhodných navigačných trás, ako aj prekážok

a značenia.

HistóriaPrvý poloautomatizovaný automobil bol vyvinutý v roku 1977 v japonskom

laboratóriu Tsukuba a vyžadoval špecifické označené ulice, ktoré boli

interpretované dvoma kamerami vo vozidle a analógovým počítačom. Vozidlo

dosiahlo rýchlosť až 30 kilometrov za hodinu.

Prvé skutočne autonómne automobily sa objavili v osemdesiatych rokoch 20.

storočia ako projekty Navlab a ALV, ktoré boli financované programom DARPA v

roku 1984 a projekt Prometheus EUREKA od Mercedes-Benz v roku 1987. Do

roku 1985 dokázal zvládnuť ALV samostatnú jazdu na dvojprúdovej ceste s

rýchlosťou 31 kilometrov za hodinu, pričom v roku 1986 sa pridalo vyhýbanie sa

29

prekážkam a do roku 1987 jazda v teréne v denných a nočných podmienkach.

Významný medzník bol dosiahnutý v roku 1995, keď model NavLab 5 CMU

úspešne dokončil prvú autonómnu jazdu z východného pobrežia USA na západné

pobrežie. Z 2 849 míľ medzi Pittsburghom a San Diegom bolo 2 797 míľ

autonómnych (98,2%), s priemernou rýchlosťou 102,3 kilometrov za hodinu (na

rovnej ceste bez vozidiel).

Rekordné úspechy spoločnosti Navlab boli bezkonkurenčné až do roku 2015, keď

ich americkou spoločnosť Delphi prekonala pomocou modelu Audi - prešla viac

ako 5 472 km v 15 štátoch, pričom zostala v režime samostatnej jazdy 99% času.

V roku 2017 Audi uviedla, že jeho najnovšia A8 bude automatizovaná pri rýchlosti

až 60 kilometrov za hodinu vďaka svojmu „Audi AI“ (Artificial Intelligence, teda

umelá inteligencia). Vodič nemusí vykonávať časté bezpečnostné kontroly, ako je

uchopenie volantu. Audi A8 bolo vyhlásené za prvý výrobný automobil, ktorý

dosiahol automatickú jazdu na úrovni (level-i) 3, a Audi bola prvým výrobcom,

ktorý pre svoje systémy používa okrem fotoaparátov a ultrazvukových senzorov aj

laserové skenery.

V novembri 2017 začala spoločnosť Waymo testovať autá bez vodiča, v

automobile však stále bol zamestnanec. V decembri 2018 bol Waymo prvý, kto

komercializoval úplne autonómnu taxislužbu v USA. V oblasti autonómnych

autách súperí spoločnosť Waymo najmä so spoločnosťou Tesla.

6 autonómnych úrovni (levelov)Nultá úroveňPri autonómnej úrovni 0 vykonáva vodič všetky prevádzkové úlohy, ako je

riadenie, brzdenie, zrýchlenie alebo spomalenie atď. Auto nie je vôbec

autonómne. Na trhu ešte stále existujú modely s levelom 0, napríklad Toyota

Prius.

Prvá úroveňNa tejto úrovni môže vozidlo pomôcť s niektorými funkciami, ale vodič stále

zabezpečuje zrýchlenie, brzdenie a pozorovanie okolitého prostredia. Ide

napríklad o funkcia auta, ktoré automaticky trochu pribrzdí, keď sa dostane príliš

blízko k inému autu. Väčšina terajších áut je na prvej úrovni.

30

Druhá úroveňVäčšina výrobcov automobilov v súčasnosti vyvíja (ale ešte nie sú na trhu) vozidlá

na tejto úrovni. Tieto automobily pomáhajú s riadením alebo zrýchlením a

umožňujú vodičovi, aby sa zbavil niektorých svojich úloh. Vodič musí byť ale vždy

pripravený prevziať kontrolu nad vozidlom. Systémy Tesla Autopilot a Cadillac

Super Cruise sa kvalifikujú ako stupeň 2.

Tretia úroveňSkok z úrovne 2 na úroveň 3 je z technologického hľadiska podstatný, ale z

ľudského hľadiska je zanedbateľný. Vozidlá úrovne 3 majú schopnosť snímať

okolité prostredie a môžu sa sami rozhodovať na základe informácií, napríklad

obehnutie pomaly sa pohybujúceho vozidla. Ale stále vyžadujú prítomnosť

človeka. Vodič musí zostať ostražitý a pripravený prevziať kontrolu, ak systém nie

je schopný vykonať úlohu. Mnohé súčasné vozidlá úrovne 3 nevyžadujú pri

cestovaní rýchlosťou 37 km/h ľudskú pozornosť. Audi A8 je typickým príkladom

pre úroveň 3.

Štvrtá úroveňNa úrovniach 4 a 5 je vozidlo schopné riadiť, brzdiť, zrýchľovať, monitorovať

vozidlo a vozovku, ako aj reagovať na udalosti, určiť, kedy a ako zmeniť jazdný

pruh, otočiť sa a použiť signály. Na úrovni 4  autonómny systém jazdy najskôr

informuje vodiča, či sú podmienky bezpečné, a až potom vodič prepne vozidlo do

tohto režimu. Nedokáže sa rozhodovať v dynamickejších situáciách, ako sú

dopravné zápchy. Na štvrtej úrovni sú autonómne taxíky spoločnosti Waymo.

Piata úroveňPosledným a najmenším (z hľadiska ľudského zapojenia) je autonómna úroveň 5.

Táto úroveň autonómnej jazdy nevyžaduje absolútne žiadnu pozornosť človeka.

Nie sú potrebné pedále, brzdy ani volant, pretože autonómny systém vozidla riadi

všetky kritické úlohy, monitoruje prostredie a identifikuje jedinečné jazdné situácie,

ako sú napríklad dopravné zápchy. Americká spoločnosť Nuro v súčasnosti testuje

autonómne auto úrovne 5 - nie je v ňom dokonca ani miesto pre vodiča.

Laserové skeneryLaserový skener funguje na princípe odrazeného svetla. Keď osvietite baterkou

povrch, to, čo skutočne vidíte, je odrazené svetlo a vracia sa do sietnice. Malé

31

svetlo svieti na povrch a odrazí sa naspäť, pričom zmeria čas potrebný na návrat k

svojmu zdroju. Svetlo sa šíri veľmi rýchlo - okolo 300 000 kilometrov za sekundu

alebo 0,3 metra za nanosekundu, takže zapnutie svetla sa javí ako okamžité,

avšak nie je, je tam minimálny čas. Zariadenia potrebné na meranie tohto

momentu musia pracovať mimoriadne rýchlo. Toto sa stalo možným iba s

pokrokom v modernej výpočtovej techniky.

Skutočný výpočet na meranie toho, ako ďaleko fotón s vratným svetlom prešiel k

objektu a od neho späť, je pomerne jednoduchý: 

Vzdialenosť = (rýchlosť svetla*doba letu)/2

Laserový skener vystrelí rýchle impulzy laserového svetla na povrch, niektoré

rýchlosťou až 150 000 impulzov za sekundu. Senzor na prístroji meria čas

potrebný na odrazenie každého impulzu. Svetlo sa pohybuje konštantnou

rýchlosťou, takže laserový skener môže s vysokou presnosťou vypočítať

vzdialenosť medzi ním a cieľom. Opakovaním tohto postupu v rýchlom slede

vytvorí (“nakreslí”) zariadenie komplexnú „mapu“ povrchu, ktorý meria. S

palubným laserovým skenerom sa musia zbierať ďalšie údaje, aby sa zabezpečila

presnosť. Keď sa snímač pohybuje, musí sa zahrnúť poloha a smer prístroja, aby

sa určila poloha laserového impulzu v čase odoslania a v čase návratu. Tieto

ďalšie informácie sú rozhodujúce pre presnosť údajov.

32

Na obrázku sú uvedené všetky senzory autonómneho auta aj s hlavným

počítačom. Laserový skener sa nachádza nad autom kvôli najlepšiemu dosahu na

okolie auta. Vysiela oku neviditeľné svetlo a informácie prenáša do hlavného

počítača, ktorý okamžite vypočíta vzdialenosť a vytvorí si „mapu” povrchu okolia.

Pomocou týchto informácii sa auto dokáže pohybovať v zápchach a premávke,

prípadne predbiehať iné autá, či nenaraziť.

Význam autonómnych áutCieľ - fungovanie autonómnych áut ako normálna časť dopravy - je zabezpečiť

vyššiu bezpečnosť a pohodlie. Ak by na cestách existovali iba autonómne autá,

neexistovali by nehody, to znamená žiadne straty na životoch, zbytočné pokuty,

šoférovanie pod vplyvom alkoholu, prekročenie rýchlosti a samozrejme, pohodlie

oddychu. To všetko by sa vyriešilo, ak by sa používali iba autonómne autá. To je

však ešte ďaleká budúcnosť.. alebo nie?

33

ZáverNašou úlohou bolo skúmať spaľovací motor, presnejšie rozdiel medzi zážihovým a

vznetovým motorom. Prišli sme na to, že základný rozdiel je, že v zážihovom

motore sa palivo, benzín, zapaľuje pomocou zápalných sviečok a pri vznetovom

motore sa palivo, nafta, vznieti vďaka vysokej teplote vzduch, ktorý je aj s palivom

silno stlačený vo valci. Ďalej sme sa dozvedeli o typoch spaľovacích motorov. Tie

sú dva, dvojdobý a štvordobý motor. Hlavný rozdiel týchto dvoch motorov je, že vo

štvordobovom sú štyri pracovné procesy - nasávanie, kompresia, spaľovanie a

expanzia, výfuk. Pri dvojdobom motore sa nasávanie a kompresia stane v jednom

okamihu. Tak isto to je aj so spaľovaním a expanziou a výfukom. Takže máme iba

dva pracovné procesy. V druhej časti sme skúmali vznik ropy, spracovanie ropy a

výroby nafty. Ďalej o konštrukcii elektromotora a o princípe jeho točenia. Zistili

sme že sa v rope nachádza veľa zlúčenín z čoho je najviac uhľovodíkov. Ropa

vzniká dlhým rozkladom živých organizmov bez prístupu kyslíka. Následne sa

ropa spracováva na veľa iných, rôznych látok (napr. na naftu, benzín a oleje).

Tento proces spracovania je veľmi dlhý a zložitý. V procese spracovania ropy sa

nachádza veľa iných procesov: od destilácie, extrakcie, kryštalizácie až po

odsírenie, krakovanie a izomeráciu. O elektromotore sme zistili, že pracuje vďaka

vzájomnému silovému pôsobeniu dvoch magnetických polí, ktoré sa buď priťahujú

alebo odpudzujú. Hlavné časti elektromotora sú rotor, stator a komutátor. V

poslednej časti sme sa dozvedeli o princípe magnetickej levitácii a o fungovaní

autonómnych áut. Princíp magnetickej levitácie funguje tak, že pozdĺž trate a na

kraji vlaku sa nachádzajú lineárne usporiadané magnety (lineárny motor). Lineárny

motor je taký motor, ktorý má stator a rotor rozvinutý a tým pádom sa  nevytvára

krútiaci moment ale lineárna sila. Autonómne auto je auto, ktoré skúma svoje

okolie a dokáže sa hýbať bez žiadneho zásahu človeka. Takéto autá sa dokážu

pohybovať vďaka laserovým skenerom, čo sú skenery, ktoré merajú vzdialenosť

objektov od auta. Tento skener vystrelí impulzy laserového svetla na objekt a

podľa toho ako rýchlo sa svetlo vráti naspäť tak toľko je objekt vzdialení od auta. 

34

Bibliografia

https://en.wikipedia.org/wiki/Diesel_fuel#Chemical_composition 

https://sciencing.com/diesel-fuel-made-5082571.html 

http://www.szsbajkalska.sk/data/01/projekty/2007_2008/europeans/cierne_zlato/

2.htm 

https://sk.wikipedia.org/wiki/Elektromotor 

https://sk.wikipedia.org/wiki/Magnetick%C3%A1_indukcia  

http://www.petroleum.sk/spracovanie-ropy-na-primarne-produkty  

https://sk.wikipedia.org/wiki/Izom%C3%A9ria#/media/S

%C3%BAbor:Structural_isomers.png 

http://www.petroleum.sk/spracovanie-ropy-na-primarne-produkty 

https://www.123rf.com/photo_32867241_stock-vector-labeled-diagram-of-crude-

oil-fractional-distillation-.html 

https://sk.wikipedia.org/wiki/Elektromotor#/media/S

%C3%BAbor:Electric_motor_cycle_3.png 

https://sk.wikipedia.org/wiki/Elektromotor#/media/S

%C3%BAbor:Electric_motor_cycle_2.png 

https://sk.wikipedia.org/wiki/Elektromotor#/media/S

%C3%BAbor:Electric_motor_cycle_1.png 

https://slideplayer.cz/slide/14780157/ 

https://www.howacarworks.com/basics/the-engine .    

https://sk.wikipedia.org/wiki/Štvordobý_motor

https://sk.wikipedia.org/wiki/Ottov_cyklus

https://www.howacarworks.com/basics/how-the-starting-system-works

SIEGL, Miroslav Ing., Automobily. Praha: Nakladatelství dopravy a spojú, 1969. 

MACKERLE, Julius Ing., Motory závodních automobilú, Praha: STNL, 1980.

MACKERLE, Julius Ing., Automobil s lepší účinností, Praha: STNL, 1985.

https://sk.wikipedia.org/wiki/Maglev (24. 09. 2019)

35

https://referaty.centrum.sk/prirodne-vedy/fyzika-a-astronomia/2420/?page=0 (24.

09. 2019)

https://referaty.aktuality.sk/maglev/referat-22663 (24. 09. 2019)

https://en.wikipedia.org/wiki/Maglev (24. 09. 2019)

https://www.newworldencyclopedia.org/entry/Maglev_train (25. 09. 2019)

https://www.maglev.net/six-operational-maglev-lines-in-2018 (25. 09. 2019)

https://scmaglev.jr-central-global.com/about/ (5. 10. 2019)

http://web2.uwindsor.ca/courses/physics/high_schools/2013/Levitation/images/

mp.png (9. 10. 2019)

https://encrypted-tbn0.gstatic.com/images?

q=tbn:ANd9GcTylMn_6NAEkTWt___wmptB0_7-JH-q9t4QU2n6Q2OIrdcn-yABeQ

(9. 10. 2019)

https://en.wikipedia.org/wiki/Self-driving_car (13. 10. 2019)

https://en.wikipedia.org/wiki/Radar (13. 10. 2019)

https://en.wikipedia.org/wiki/Sonar (13. 10. 2019)

https://en.wikipedia.org/wiki/Global_Positioning_System (13. 10. 2019)

https://en.m.wikipedia.org/wiki/Odometry (13. 10. 2019)

https://en.wikipedia.org/wiki/History_of_self-driving_cars (13. 10. 2019)

https://www.synopsys.com/automotive/autonomous-driving-levels.html (14. 10.

2019)

https://www.iotforall.com/5-autonomous-driving-levels-explained/ (15. 10. 2019)

https://www.howtogeek.com/401759/what-are-the-different-self-driving-car-levels-

of-autonomy/ (15. 10. 2019)

http://www.lidar-uk.com/how-lidar-works/ (15. 10. 2019)

https://innovationatwork.ieee.org/wp-content/uploads/2018/10/bigstock-

125474642.jpg (15. 10. 2019)

https://img.topbrainscience.com/images/nauka/997/sovet-1-kak-sdelat-magnitnoe-

pole.gif (16. 10. 2019)

https://sk.wikipedia.org/wiki/Permeabilita_(magnetizmus) (16. 10. 2019)

36

ResuméV našom projekte bola naša hlavná téma motor. Túto tému sme si vybrali, pretože

nás zaujímalo ako a prečo funguje. Nakoniec sme sa dostali od spaľovacích

motorov cez elektromotory a naftu až k magnetickým vlakom či autonómnym

autám.

V prvej časti sme sa zaoberali teoretickým fungovaním spaľovacieho motora,

potom hlavnými časťami benzínového spaľovacieho motora, prevádzkou motora

alebo pracovnými cyklami. Porovnávali sme vznetový a zážihový motor a

fungovanie a delenie motora z fyzikálnej podstaty, výpočet výkonu a Ottov cyklus. 

V druhej časti sme sa venovali hlavne rope a elektromotoru. Venovali sme sa

spracovaniu ropy a jej 3 fázam  spracovania: separácii, koverzii a dočisťovaní.

Ďalej sme priblížili fyzikálne procesy ako destilácia, absorpcia, extrakcia, potom

kryštalizácia a adsorpcia, ktoré sa dejú pri separácii ropy. Zistili sme, že chemické

procesy vznikajú pri konvervii a dočisťovaní, menovite ide o katalycký reforming a

tepelné krakovanie. V projekte sme spomenuli aj výrobu nafty a existenciu 3 typov

nafty - prechodná, letná a zimná. Potom sme sa venovali elektromotoru,

presnejšie princíp fungovania elektromotoru a jeho využitiu v domácich

spotrebičoch, hračkách či v elektrických autách a výpočtu momentu magnetickej

sily.

V tretej a poslednej časti projektu sme sa venovali magnetickým vlakom a

autonómnym autám. Pri magnetických vlakoch (maglevoch) sme hovorili o histórii

maglevov a ich využití v doprave. Porovnávali sme konvenčný vlak s

magnetickým. Ďalej sme hovorili o princípe technológie magnetických vlakov - o

magnetickej levitácii a o lineárnom elektromotore, ktorý sa využíva v maglevoch.

Pri autonómnych autách sme sa venovali hlavne senzorom, špecificky laserovému

skeneru. Vysvetlili sme históriu autonómnych áut, hovorili sme o súperiacich

spoločnostiach v oblasti vývoja autonómnych áut, prečo sa automobilové

spoločnosti tak snažia vyvinúť dokonale autonómne auto. Objasnili sme funkcie

každého senzora - radarového, sonarového, GPS, senzora merania rýchlosti a

nakoniec sme bližšie objasnili laserový skener, jeho princíp fungovania a využitie.

37

38

English resuméIn our project, our main topic was about engine. We chose this topic we were

interested in how and why it works. At the end we got from internal combustion

engine to electric motors and diesel up to magnetic trains and autonomous cars. In

the first part we dealt with the theoretical functioning of the internal combustion

engine, then with the main parts of the gasoline engine and engine operation or

work cycles. We also compared the diesel and petrol engine and the functioning or

division of the engine and last power calculation and Otto´s cycle.

In the second part we mainly focused on the crude oil and electric motor. Then we

focused on the crude oil processing and it´s three stages of processing:

separation, conversion and purification. Furthermore we approached the physical

processes such as distillation, absorption, extraction, crystallization and adsorption

which are occurring during crude oil separation. We found out that the chemical

processes originate in conversion and purification (catalytic reforming and thermal

cracking). In our project we also mentioned the production of diesel and the

existence of three types of diesel fuel - temporary, summer and winter diesel.

Then we focused on electric motor, more precisely the principle of electric motor

functioning and its use in household appliances, toys or electric cars and

calculation of the moment of magnetic force.

In the third and the last part of our project we focused on magnetic trains and

autonomous cars. We were talking about history of magnetic trains (maglevs) and

their use in transport. We compared a conventional train a magnetic train. Further

we also talked about the principle of a magnetic train technology - magnetic

levitation and a linear electric motor used in maglevs. In autonomous cars we

mainly focused on sensors, especially laser scanner. We explained the history of

autonomous cars, talked about rival companies in the field of autonomous car

development, why car are companies trying to develop a perfect autonomous car.

We explained the functions of each sensor - radar, sonar, GPS, speed

measurement sensor and finally we explained the laser scanner, it´s principle of

functioning and usage.

39