A mérnöki és termodinamikai tudományokban a hőmotor a hőenergiát mechanikai munkává alakítja egy forró "forrás" és egy hideg "nyelő" közötti hőmérsékletkülönbség felhasználásával. A hő a forrásból a motor "munkatestén" keresztül jut el a "nyelőbe", és e folyamat során a hő egy része a motorban lévő gáz vagy folyadék tulajdonságainak felhasználásával munkává alakul át.
Sokféle hőmotor létezik. Mindegyiknek van egy termodinamikai ciklusa. A hőmotorokat gyakran az általuk használt termodinamikai ciklusról nevezik el, mint például a Carnot-ciklus. Gyakran hétköznapi neveket vesznek fel, mint például benzin-/benzinmotor, turbinamotor vagy gőzgép.
A belsőégésű motorok magában a motorban termelnek hőt. Más hőmotorok külső forrásból veszik fel a hőt. A hőmotorok lehetnek a levegő felé nyitott vagy zárt és a külvilágtól elzárt (ezt nevezzük nyitott vagy zárt ciklusnak).
Működés röviden: a hőmotor működésének alapja, hogy hőt vesz fel egy magasabb hőmérsékletű forrásból, részben átalakítja azt mechanikai munkává, majd leadja a maradék hőt egy alacsonyabb hőmérsékletű nyelőnek. A munkavégzés gyakran egy munkaközeg (pl. gáz vagy gőz) térfogatváltozásán alapul — például dugattyú elmozdulásakor, turbinakerék forgásakor vagy membrán elmozdulásakor.
Hatékonyság és korlátok: a hőmotorok hatékonyságát a termodinamika második fő tétele korlátozza. Egy adott forrás- és nyelőhőmérséklet esetén a reverzibilis (ideális) maximumhatékonyságot a Carnot-hatékonyság adja: ηmax = 1 − Tc/Th (a hőmérsékletek Kelvinben értendők). A valós rendszerekben a hatékonyság ennél kisebb a veszteségek, súrlódás, hőátadási ellenállások és belső irreverzibilitások miatt.
Típusok és tipikus ciklusok — néhány gyakori példa és rövid jellemzés:
- Otto-ciklus: tipikus a benzinmotoroknál (gyújtásos égés). Rövid expozíciójú, zárt térfogatnövekedésen alapuló ciklus.
- Diesel-ciklus: a dízelmotorokra jellemző, ahol a beömlött levegőt sűrítik és a begyújtás kompresszióból történik.
- Brayton-ciklus (gáz-turbina): folyamatos áramlású, légbeszívásos ciklus, repülőgépek és erőművek esetén gyakori.
- Rankine-ciklus: gőzalapú külsőégésű ciklus, tipikus a gőzerőművekben — folyadék gőzzé alakítása, turbinán való tágulás, kondenzálás és szivattyúzás.
- Stirling- és Ericsson-ciklusok: zárt, külső fűtésű rendszerek, amelyek nagy hatásfokszintre törekednek regenerációs megoldásokkal.
- Carnot-ciklus: ideális, reverzibilis ciklus, amely a hőmotorok elméleti határát írja le.
Nyitott vs. zárt ciklus: nyitott ciklus esetén a munkaközeg (például levegő) egyszer be- és kilép a motorból — jellemző például a belsőégésű motorokra és a gázturbinákra. Zárt ciklus esetén a munkaközeg zárt hurkúan kering, és a hőcserék külső forrásokhoz kapcsolódnak — ilyenek például a gőzturbinás erőművek vagy a Stirling-motorok.
Alkalmazások: hőmotorokat használnak közlekedésben (autók, repülők, hajók), villamosenergia-termelésben (gőz- és gázerőművek), ipari hajtásoknál, és kisebb mértékben helyi fűtési-meghajtási kombinációs rendszerekben (kogeneráció).
Gyakorlati megfontolások: a motorok tervezésénél fontos szempontok a hatásfok növelése (pl. hővisszanyeréssel, turbófeltöltéssel, regenerátorokkal), a károsanyag-kibocsátás csökkentése, a megbízhatóság és a költséghatékonyság. Az energiaátalakítás során elviekben mindig lesz hőveszteség, ezért a tervezés célja a hasznos munka maximalizálása és a veszteségek minimalizálása.
