Kétütemű motor

Article on other languages:

del.icio.us del.icio.us
Digg Digg
Furl Furl
Reddit Reddit
Rojo Rojo
Add to OnlyWire

A kétütemű belsőégésű motor a belső égésű motorok egyik fajtája, abban különbözik a négyütemű motortól, hogy mindössze két ütem (egy motorfordulat) alatt hajtja végre azt a ciklust, amit a négyütemű motor két fordulat alatt. Így a kétütemű motornál minden fordulatra esik egy munkaütem, szemben a négyüteművel, ahol csak minden második fordulatra. A kétütemű motor fontos tulajdonsága, hogy mindkét irányban megindítható és üzemben tartható.

Kétütemű motorok használatosak a legnagyobb és legkisebb teljesítmények tartományában. Közepes teljesítményeknél sokkal kisebb a jelentőségük.

A legkisebb benzinmotorok általában kétüteműek. Elterjedten használják motorcsónakok oldalmotorjánál, motorkerékpároknál, mopedeknél, robogóknál, hómobiloknál, go-kartoknál, repülőgép-modelleknél, láncfűrészeknél, fűnyíróknál, szegélynyíróknál. Mindezeknél az alkalmazásoknál azért népszerűek, mert egyszerű a szerkezetük (és ennélfogva olcsók), és nagyon jó a teljesítmény-súly viszonyuk (mivel kétszer annyi munkaütemet végeznek adott fordulatszám alatt, mint a négyütemű motorok). Kézi szerszámoknál további előnyük, hogy mindkét irányban működnek, valamaint az, hogy nincs olajtartályuk, ami a gravitációtól gyakorlatilag függetlenné teszi működésüket.

Kétütemű változatot dízelmotoroknál is alkalmaznak, mint például nagy hajómotoroknál (itt a motor reverzálhatósága fontos szempont, mert a hátramenethez nem kell a motor és a hajócsavart hajtó propulziós tengely közé sebességváltót beépíteni). Ezeket a motorokat gyakran ellendugatyús kialakítással készítik, egy hengerben két dugattyú egymással ellentétes irányban mozog, a hengerfej pedig elmarad. Ilyen volt például a híres Junkers Jumo 205 repülőgép-dízelmotor, melyet a II. világháború német repülőgépein alkalmazták. Ezek a motorok lassú fordulatszámú gépek. Ugyancsak kétütemű motorokat használnak egyes nagy földmunka gépeken is gyakran V8 elrendezésben. A Szovjetunióban a T–64 harckocsiba építettek hathengeres, ellendugattyús, kétütemű dízelmotorokat.

Tartalomjegyzék

Öblítési eljárások

Kétütemű motorban az öblítéshez csak kb. 130fok forgattyústengely-szög áll rendelkezésre, tehát csupán egyharmada a négyütemű motor gázcsereidejének. A rövidebb töltetcsereidő nagyobb töltési veszteséggel jár. Ellenáramú öblités soran az átömlő kezdőtöltet áramlasi iránya ellentétes a kiömlő égéstermekgázéval. Emiatt a kezdőtöltet és a kipufogógáz keveredik. Az ellenaramú öblités alapformái a keresztáramú öblités és a hurkos öblités.

  • keresztáramú öblités:

A keresztáramú öblités soran a kezdőtöltet és a kipufogógáz keresztirányban áramlik a hengeren keresztül, mert az atömlőrés és a kipufogórés szemben van egymassal. Ehhez a legrégibb öblitési eljáráshoz tarajos dugattyú szükséges, amely felfelé tériti el a beáramló töltetet. A dugattyúkiképzés eltéritőhatasa közvetlenül az átomlőrés kinyilása utan a legnagyobb, teljesen nyitott résnél (dugattyú az alsó holtpontban) a legkisebb. Ennek megfelelően az áramlás kezdetben a henger fala mentén, majd a henger közepén át halad, és a kezdőtöltet végül a legrövidebb úton, hasznosítás nélkül kiléphet a kipufogórésen. A keresztáramú öblitést ezért más öblitési módszerek szorították ki.

  • hurkos öblités:

A hurkos öblitésnél a kipufogóréstől, ill. a kipufogórésektől jobbra és balra egy-egy átömlőrés van. Az öblítőáramlást (átömlés) a henger tengelyéhez viszonyitva ferde helyzetű öblítőcsatornák a kipufogással szemben fekvő hengerfalra terelik. Ott a kezdőtöltet felemelkedik és a henger falát követve a kipufogórésen kitolja a kipufogógázt. Az öblitőáramlás tehát megfordul a hengerben. Mivel az öblitőáramlás vezetése a hurkos öblités folyamán nagyon jó, lapos tetejű dugattyú alkalmazható . A hurkos öblitést a három átömlőrés miatt háromáramú öblítésnek is nevezik.

Keverék képzés

A keverékképzés történhet:

  • karburátorral: az üzemanyag-olaj-levegő keveredése a porlasztóban megy végbe és a dugattyú már ezt szivja be a forgattyúsházba.
  • injektorral: az üzemanyag forgattyúsházba juttatását befecskendező végzi. A dugattyú csak levegőt szív be.
  • közvetlen befecskendezéssel: a dugattyú csak levegő-olaj keveréket sziv be, majd ez a munkaütemek során a hengerbe jut ahol a kipufogó csatorna zárása után történik meg az üzemanyag befecskendezése közvetlenül a hengerbe mialatt a dugattyú már felfelé halad. előnye hogy ezzel megakadályozható az üzemanyag környezetbe jutása, csökken a fogyasztás.

Vezérlési módok

Szimmetrikus vezérlés

A dugattyú által vezérelt töltetcserével müködő kétütemű motorban a beömlő-, kipufogó- és átömlőrések pontosan ugyanannyi fokkal nyilnak az alsó, ill, a felsó holtpont előtt, mint amennyivel utánuk záródnak. Ezért teljesen szimmetrikus vezérlési diagram adódik. A felső holtpont felé mozgó dugattyú először az átömlőrést, majd a kipufogórést zárja. Eközben kezdőtöltet kerülhet ki a kipufogórésen (öblitési veszteség). Ezt káros utókipufogásnak nevezzük.

  • Résvezérlés:

A dugattyú végzi a vezérlést. A dugattyú palástja nyitja és zárja a beömlő-, kipufogó- és átömlőréseket.

Aszimmetrikus vezérlés

  • Membránvezérlés:

A kezdőtöltet bevezetését membránszelep vezérli. Amikor a dugattyú a felső holtpont felé mozog, akkor a forgattyúházban csökken a nyomás (szivó hatás jön létre), a membránszelepet a kezdőtöltet légköri nyomása kinyitja. A kezdőtöltet beáramolhat a forgattyúházba, amig a lefelé mozgó dugattyú nyomása által keltett elősűritési nyomás és az előfeszitett membrán zárja a beömlőcsatornát.

  • Forgótárcsás vezérlés:

A beömlő- és az átömlőcsatornákat a forgattyús tengelyről hajtott, henger alakú vagy lemez körtárcsák vezérlik. Az ilyen kétütemü motor öblitése és hengertöltése jobb, fajlagos tüzelőanyag-fogyasztása kisebb, alkatrészigénye azonban lényegesen nagyobb, mint a szimmetrikus vezérlési diagramú, egyszerübb, haromcsatornas kétütemű motoroké.

Kipufogó rendszer

A kétütemű motorok esetében gyakran speciális kipufogókat alkalmaznak amelyek kialakításuk miatt segítenek a gázlengések szabályozásában, a töltéscserében. Az öblités lengés jellegű folyamat. Ezért a kipufogóvezeték a hangtompítóval és a szivóvezeték a legszűrővel egymáshoz pontosan össze van hangolva. Meg nem engedett módosítások esetén a motor károsodhat, teljesítménye csökkenhet, a károsanyag bibocsátása megnőhet, a megengedett zajszint átlépése esetén a környezetet is zavarhatja.

Kipufogó részei:

  • Leömlő:

Feladata a motor hengeréből kiáramló kipufogógáz szűkítése egy csővezetékbe, valamint a hengerekben keletkező nagy hő elvitele, zajcsökkentés. Tömítése a hengernél kipufogó-tömítéssel történik, mely egyszer használatos.

  • Diffuzor:

A kiszélesedő rész az egyre táguló jellegétől fogva kiszívja a hengerből a már elégett gázokat (kipufogógáz), de attól függően, hogy a dugattyú az alsó holtponthoz közelítve az átömlő csatornákat is nyitja, még egy kis friss keveréket (benzin-levegő) is.

  • Konfuzor:

Amikor a kipufogógáz, és egy kevés friss keverék is eljutott hozzá, szűkülő jellegéből adódóan az egész folyamat megtorpan, és így egy ellentétes nyomáshullám indul el, ami a friss keverék egy részét visszanyomja az égéstérbe, ezáltal jobban feltöltve azt, és akadályozza ezzel a hengerbe került friss keverék kipufogóba áramlását (hasonlóan, mint a 4 ütemű motorok kipufogószelepének zárásánál történik).

  • Dob vagy hangtompító:

A hangtompító feladata a kipufogási zaj csillapítása, amely a következő módokon lehetséges: rezonanciával, elnyeletéssel, ellenfázisú hullámmal. Az első megoldásnál a kipufogó dob belső tere eltérő méretű kamrákra van felosztva, amelyek csövekkel állnak egymással kapcsolatban. A kamrák és csövek kombinációja olyan üreg, vagy más néven Helmholtz rezonátorokat eredményez, amelyek mindegyike egy bizonyos hangmagasságú hangot tompít. Tehát a kipufogó rezonátor gyakorlatilag nem más, mint egy egyszerű, a kipufogógázban erőteljes gázlengéseket okozó acélcsövecske, melynek átmérője és hossza pontos számításokkal méretezve van, mégpedig úgy, hogy a benne állandó nyomáson álló gáz és a rezonátor saját frekvenciája pontosan meg-egyezzen az adott fordulaton a motorból kiérkező gáz lengésszámával. A két frekvencia mennyiség rezonanciájától a gázhullámok (bizonyos fordulatszám-tartományban) felgyorsulnak, így mintegy elszippantják a hengerek elhasznált töltetét, miáltal a motor frissebben képes ismét felvenni a munka ütemét, leadni megfelelő teljesítményét.

Olajozás

Keverék olajozás Mivel a motor a forgattyúházban elősűríti a kezdőtöltetet, ezért szinte valamennyi kétütemü motor keverékkenésű, vagyis a kenőolajat a tüzelőanyagba keverik. Ennek hátránya hogy motorfékezésnél, hirtelen gázelvételnél nem jut a fordulatszámnak megfelelő mennyiségű keverék a motoba és nem lesz kielégítő a kenés. Ezért ezekkel a motorokkal nem ajánlatos használni a motorféket, megoldásként szabadonfutót is alkalmaznak, ami gázelvételre oldja a tengelykapcsolót.

adagolószivattyús oaljozás A kétütemű motoroknál a tüzelőanyag és a kenőolaj külön tartályokban is elhelyezhető. Az olajtartályból adagolószivattyú szállitja a kenőolajat a karburátorba, és abban meg a fő fúvóka előtt a tüzelőanyaghoz keveri. Az adagolószivattyú dugattyúját a motor forgatja hajtóművön keresztül, így az adagolás fordulatszámfüggő. A szivattyú dugattyújának lökete, és igy az adagolt mennyiség is a fojtószelep helyzetétól függ, tehát terhelésfüggó. Mivel az adagolt mennyiség a motor fordulatszámától és a szivattyú dugattyújának löketétől is függ, az olajhányad a fordulatszám és a terhelés függvénye. Előnye hogy az olajozás mindíg kielégítő akár egy négyütemű motor esetében, hátránya hogy meghibásodás vagy az olajtartály kiürülése esetén a motor besülhet, azaz a dugattyú megszorulhat a hengerben.

Előnyei

  • A kevés alkatrész kevesebb hibaforrást és kisebb önsúlyt jelent.
  • Nagyobb a teljesítménye, mint egy azonos lökettérfogatú négyütemű motornak.
  • A motor reverzálható (megfordítható a forgásiránya)

Hátrányai

  • Jelenleg környezetvédelmi okokból egyre inkább szűkül a felhasználási területe, mivel bármely kialakítás esetén kerül olaj a környezetbe.
  • A benzin kenőolajtartalma nem tud tökéletesen elégni és az átöblítési folyamat miatt sok elégetetlen üzemanyag kerülhet környezetbe, amit viszont a kipufogó kialakításával (rezonátor), közvetlen befecskendezéssel, meglehet valamennyire akadályozni.
  • Katalizátorral sem javítható tartósan a károsanyag kibocsátás, mivel a kiáramló olaj és benzin ezt károsítja.
  • a kenés nem tökéletes ezért gyorsabb az alkatrészek kopása, kivéve ha adagolószivattyút alkalmazunk.

Tipusai

Hajtórúdas kialakítás A hajómotoroknál alkalmaznak hajtórudas megoldást is ahol a dugattyú nem a hajtókarhoz hanem egy hajtórúdhoz kapcsolódik és az van összekapcsolva a hajtókarral. A dugattyú normál esetben a kartertérbe szívja a friss keveréket itt viszont kartertetőt alkalmaznak ami elválasztja a henger furatát a forgattyúsháztól és egy külön szívókamra jön létre amiben a dgattyú a szivást végzi. Igy a dugattyút ellehet választani a cartertértől és ott a négyütemű motorokéval megeggyező kenést lehet alkalmazni, az üzemanyag keverék beszívása a szívókamrába történik igy csak a dugattyút és a hengert kell keverékolajozással ellátni.

Története

Az első kétütemű motor egy Dugald Clark által 1878-ban feltalált Diesel motor volt és feltöltéssel működött. Ennek a motornak a hengerfeje hasonló volt egy négyütemű motoréhoz. A kétütemű dugattyú-vezérlésű benzinmotort Joseph Day találta fel 1889-ben.

Működési elve

Kétütemű motor
Kétütemű motor munkafázisai

A kétütemű motor egyszerű kivitelű, de a működése mögött igen pontos mérnöki munka rejlik. Egy egyszerű kétütemű kivitelben található egy dugattyú, a henger falában oldalt egy vagy két felömlő-, egy szívó-, és egy kipufogónyílás. A dugattyú lefelé történő mozgása folyamán megnyílik a kipufogónyílás, ami lehetővé teszi az égéstermék távozását, majd szabaddá válik a felömlő nyílás is, ezzel az elősűrített benzin-levegő keverék (amiben egy kevés olaj is van kenés céljából) szabadon beáramlik a hengerbe. A dugattyú ezután elindul a hengerfej irányába, összesűrítve ezzel a keveréket, amit aztán a gyújtógyertya begyújt és ez újra visszanyomja a dugattyút a főtengely irányába.

Részletesebben:

Szívás és sűrítés

A felfelé (a hengerfej irányába) mozgó dugattyú a zárt forgattyúsházban vákuumot hoz létre. Ahogy a dugattyú felemelkedik, a szívónyílás szabaddá válik, ezáltal a forgattyúsházba beáramlik a porlasztó (karburátor) segítségével előállított keverék. Eközben a már hengerben lévő benzin-levegő elegyet a még mindig felfelé mozgó dugattyú összenyomja.

A ciklus folyamata:

Munkavégzés (Terjeszkedés):

A dugattyú FHP-ban (Felső Holtpont) van.
A főtengely 0 vagy 360°-os helyzetben.
A valóságban 0-tól 150°-ig tart, de ezen az ábrán 120°-nál ér véget.

Szívás/Sűrítés:

A dugattyú AHP-ból (Alsó Holtpont) FHP felé mozog.
A szabaddá vált szívónyíláson beáramlik a keverék (vagy légsűrítő berendezés /az ún. Roots-fúvó/ juttatja a hengerbe).
A vákuum kinyitja a reed-szelepet (szívónyílást elfedő membránszelep), ami beengedi a keveréket a forgattyúsházba.
A már hengerbe került benzin-levegő keveréket a felfelé mozgó dugattyú öszzepréseli.
Mielőtt a dugattyú elérné a Felső Holtpontot, a gyújtórendszer begyújtja az égéstérben lévő elegyet.
A dízelmotoroknál 11-13°-os főtengelyhelyzetnél üzemanyagot fecskendez az FHP-be. Eddig a pontig csak levegőt sűrített. A hajtóanyag csak a sűrítés végső szakaszában jut a hengerbe.

Kipufogás és Öblítés:

A dugattyú FHP-ból AHP felé mozog.
120°-os főtengelyszögnél felfedi a kipufogónyílást, ahol magas nyomása miatt kipufogógáz hagyja el a hengert.
10-40°-nál friss elősűrített gáz érkezik a hengerbe.
A benzin/levegő/olaj keverék kifelé nyomja az égéstermékeket a hengerből.
A dugattyú ezután összesűríti az elegyet, és ezzel a maradék kipufogógáz is távozik az égéstérből.

Munkaütem és kipufogás

Amikor a dugattyú az ütem vége felé halad, a gyertya begyújtja a keveréket és az égésben keletkező, gyorsan táguló gázok visszatolják a dugattyút.

Ahogy a dugattyú ereszkedik felfedi a henger oldalában lévő felömlő nyílást, ami kapcsolatot teremt a kipufogónyílásal, így az elégett hajtóanyag szabadon elhagyja az égésteret.

A dugattyú lezárja a felőmlőt, nyomás alá helyezve a dugattyú alatti teret. Ez a folyamat egy kis visszáramlást keltve egy kevés keveréket nyom vissza a szívónyílásba, ami lezárja a reed-szelepet, meggátolva ezzel, hogy a keverék a levegőszűrőbe kerüljön.

A benzin-levegő elegy a forgattyúsházat és a hengert összekötő felömlő járatokba kényszerül. A dugattyú felfedi ezen nyílások hengerbe vezető bejáratát(felömlő nyílás), így a keverék az alacsonyabb nyomású közeg felé(henger) áramlik. A felömlő nyílások egy kicsit alacsonyabban helyezkednek el, mint a kipufogónyílás, emiatt keverék lép a hengerbe az égésgázok távozása közben. A belépő friss elegy elősegíti ezen gázok távozását, vagyis a henger "öblítését".

Ahogy a henger leért, újra felfelé mozdul, elzárja a felömlő nyílást, majd összesűríti a keveréket. Ezután egy újabb ciklus kezdődik.

Alkalmazása

  • motorkerékpárokon (főleg robogókon)
  • motoros láncfűrészekben, fűnyírókban, egyéb kisgépekben
  • autókban (például az egykori NDK-ban gyártott Trabant és Wartburg)
  • harckocsikban (például a T–64-be épített 6TD motorok)
  • mozdonyokban (például MÁV M62)
  • nagy hajó dízelmotorokban, mivel könnyen megoldható a reverzálhatóság.

Más motorok

Külső hivatkozás

A lap eredeti címe: „http://hu.wikipedia.org/wiki/K%C3%A9t%C3%BCtem%C5%B1_motor”

This article is from Wikipedia. All text is available under the terms of the GNU Free Documentation License.