A kétütemű benzinmotor

A kétütemű motor mindazon munkafolyamatot, amelyet a négyütemű motor két főtengelyfordulat alatt végez el, egy főtengelyfordulat alatt elvégez. Szerkezetileg szinte ugyanaz, mint a négyütemű, de ebbe a motorba nincs vezérműtengely, olajteknő, olajlehúzó gyűrű és szelepek. Abban is különböznek, hogy a kétütemű motor forgattyúsháza zárt (a négyüteműébe van egy szellőzőnyílás). A többhengeres kétütemű motorok forgattyúsháza el van különítve, azaz annyi forgattyúsház kell a motorhoz ahány henger van, a négyüteműé egyben lehet.

Azt már tudjuk, hogy a munkafolyamatok két ütem, azaz egy főtengelyfordulat alatt jönnek létre. Úgy kezdtük a négyütemű motorok működését, hogy a dugattyút a felső holtponttól az alsó holtpont felé mozgattuk, így lehetett ugyanis a szívás üteméről beszélni. A kétütemű motornál éppen ezért indokolt az alsó holtpont felől a felső holtpont felé mozgatva kezdeni a magyarázatot.

A kétütemű motoroknak vezérművük nincs, de vezérlésük van. A vezérlés úgy történik, hogy a henger falán lévő beömlő (bal alsó), átömlő (jobb), és kiömlőnyílásokat (bal felső) a dugattyú mozgása a közben egyszer elzárja, egyszer pedig szabaddá teszi. Úgy is mondják, hogy a kétütemű motoroknál résvezérlés van. Azért vannak a dugattyúgyűrűk rögzítve kis ékekkel, hogy azok mozgás közben ne forduljanak el, ne akadjanak bele a résekbe, és ne törjenek el. A rések közül az egyik a szívónyílás, mely a henger alsó részén a forgattyúsház fele van elhelyezve. Ezen kívül még kétféle nyílást találunk a henger felső részén, a kipufogó-, és az átömlőnyílásokat. Az utóbbi két nyílás közül a kipufogónyílás egy kicsivel feljebb van, mint az átömlőnyílás. Az átömlőnyíláson keresztül a henger felső része egy csatornával összeköttetésben kerül a forgattyúsházzal. Mikor a dugattyú az alsó holtpontba van, az alul lévő szívónyílás el van zárva, viszont az átömlő-, és kipufogónyílás nyitva van.

Ha a dugattyú az alsó holtponttól a felső holtpont felé halad, először elzárja az átömlőnyílást. Így a forgattyúsház kapcsolata megszűnik a dugattyú feletti térrel. Mikor a dugattyú tovább halad a forgattyúsházban légritkulás, vákuum jön létre. Eközben a dugattyú felső része elzárja a kipufogónyílást is és most már a dugattyú tovább mozogva, a hengerbe sűrít, miközben a forgattyúsházban a légritkulás fokozódik. A dugattyú felfelé mozogva alsó élével végül is megnyitja a szívónyílást és a vákuum hatására, a karburátoron keresztül benzin-levegő áramlik be a forgattyúsházba.

Így lezajlott egy löket, a forgattyústengely fél fordulatot végzett, a forgattyúsházban megtörtént a szívás, a hengerfejben pedig a sűrítés. Ezután a gyújtógyertya szikrájával meggyújtjuk a hengerfejben összesűrített gázkeveréket és a nyomás a dugattyút a felső holtponttól az alsó holtpont felé löki. Ilyenkor a dugattyú alsó éle először a szívónyílást zárja el (mivel ezt felfelé haladtakor utoljára, ez van legközelebb lefelé haladáskor). Most már a forgattyúsház zárt lesz. Ha a dugattyú tovább halad lefelé, akkor az előzőleg beszívott keveréket összesűríti a forgattyúsházba. Ez a sűrítés nem azonos a dugattyú felettivel. Ilyenkor, ha a dugattyú az alsó holtpontba ér, a nyomás csak mintegy 1, 5 atm. Ez a munkafázis az elősűrítés. Miközben az elősűrítés tart a forgattyúsházban, a dugattyú felső éle megnyitja a legfelül lévő kipufogónyílást, és a kipufogógázok saját nyomásuktól elkezdenek kifelé áramlani. A dugattyú tovább haladva, végül megnyitja az átömlőnyílást. Ezzel a forgattyúsházban lévő elősűrített keveréknek utat nyit a hengerfej felé. Ez a munkafázis az átömlés. Az átömlő friss keverék az égéstérbe áramolva, kinyomja a még ott lévő kipufogógázokat.

Ez a második löket és a forgattyústengely megint egy fél fordulatot tesz. Mint láttuk, a második ütemben az égési térben megtörtént a terjeszkedés és a kipufogás, sőt kisegítő munkafázisként az átömlés is. A forgattyúsházban ugyanakkor elősűrítés történt.

Szabad kipufogás

Ez az az időtartam, amíg az égéstérbe az átömlőcsatornán bejutó friss keverék nem segíti a kipufogógázokat a kipufogónyílás felé haladni.

Az átömlés

Az átömlés bővebb magyarázatra szorul. A kétütemű benzinmotor egyik leglényegesebb és legkényesebb munkafázisa. A henger jó öblítése, a henger töltése, az üzemanyag fogyasztás, a motor teljesítménye nagymértékben attól függ, hogy az átömlő friss keverék a kipufogógázokat mennyire tudja tökéletesen kiszorítani anélkül, hogy közben egy része a

kipufogógázokkal távozna. Problémát okoz ugyanis az, hogy amikor az átömlőnyíláson a friss keverék feláramlik a hengerbe, nyitva van a kipufogónyílás is és ezen a friss keverék "megszökhet". Ezért az átömlőnyílást és a kipufogónyílást lehetőleg egymástól távol, pl. 180 fokra helyezik el. Az eltávozó forró kipufogógázok még így is magukkal ragadhatnák a friss keverék nagy részét, ugyanakkor a kipufogógázok egy része bent rekedhetne.

A cél tehát az, hogy átömléskor az átömlő friss keverék ne a kipufogónyílás felé mozogjon, hanem a hengerfej felé és onnan kinyomja a kipufogógázokat. Eközben rendelkezésre álló rövid idő alatt az átömlő friss keverék hosszabb utat tesz meg, és így kevesebb a valószínűség, hogy sok távozzon el haszontalanul. Az átömlő keveréknek a hengerfej felé irányítására többféle megoldást használnak.

Terelőgátas rendszerű kétütemű motor

Ez a terelőgát nem más, mint a dugattyú tetején elhelyezett kicsi gát (hívják tarajos dugattyúnak is). Ez ugyan megoldja, hogy a friss keverék a hengerfej felé igyekezzen átömléskor, de egyben megnöveli a dugattyú súlyát, és így a csapágyak élettartama rövidebb lesz. Emiatt is használták fekvő hengeres motorokban, (motorcsónakokban) mert úgy a gát súlya nem a csapágyakat terhelte.

Keresztöblítéses kétütemű motor

Ha nem akarunk többletsúlyt a dugattyúra, de azt akarjuk, hogy a friss keverék a hengerfej felé menjen, akkor talán ez a jó megoldás. Ez a keresztöblítéses, vagy más néven az ellenöblítéses motor.

Ennél a rendszernél két átömlőcsatorna van. Így a két csatornán egyszerre beáramló friss keverék "összeütközik" és a hengerfej felé örvénylenek. Így valóban kevesebb veszteséggel jár a kipufogógázok kitessékelése a hengerből. A gond a kétszer akkora felületen surlódó gázokból adódik, hiszen nem egy, hanem két csatornán keresztül több a surlódásos veszteség.

A kétütemű motor teljesítménye

Tudjuk, hogy a teljesítmény az idő-időegység alatt elvégzett munka. Akkor ebből azt gondolhatnánk, hogy, mivel a kétütemű motor ugyanannyi idő alatt (két főtengelyfordulat) kétszer több, azaz, két terjeszkedést végeznek el, a teljesítményük is kétszerese a négyütemű "testvéreiknél". Ez nem így van. Az egyik ok, a sok közül az, hogy amikor az égéstérben a terjeszkedés üteme folyik, addig a forgattyúsházban az elősűrítés megy végbe, ami fékezi a dugattyút.

Még az is rontja a teljesítményt, hogy a benzinbe kevert olaj nem tud olyan "erővel" fölrobbanni, mint a benzin. A harmadik ok az, hogy a kipufogást a friss keverék segíti, mégpedig úgy, hogy a kipufogógázokat kinyomja amikor bejut az égéstérbe. Ilyenkor a friss keverék egy része távozik a kipufogógázokkal, ami csökkenti a teljesítményt, és ugyanakkor növeli a fogyasztást.

Mindezeket figyelembe véve a kétütemű motor rosszabb hatásfokú négyütemű társánál.

Na azért előnyökről is kell beszélni a kétütemű motorok esetében. Például, hogy kevesebb bent az alkatrész, így kevesebb a hibaforrás, olcsóbb a javíttatás. Azonos hengerűrtartalom mellett jóval kisebb egy kétütemű motor mérete/tömege, mint egy négyüteműnek. Régen az ilyen motorral ellátott autó jóval olcsóbb volt (lásd Trabant).

Fojtás

A kétütemű motoroknál nagyon fontos a kipufogórendszer megtervezése. Ezeknél a motoroknál úgy készítik a kipufogórendszert, hogy az egy kicsit „visszafogja” a kiáramló kipufogógázt. Ennek eredményeképpen a hengerbe beáramló friss keveréknek nem szökik el akkora része, mint fojtás nélkül. Természetesen ez is kényes kérdés, mert a túl nagy fojtás bent rekesztheti a kipufogógázokat a hengerbe, ami csökkenti a következő munkaütem hatékonyságát.

Bejáratás

A bejáratás mindegyik fajta belsőégésű motorra vonatkozik. Régebben nagyobb jelentősége volt, manapság a precízebb illesztéseknek és jobb anyagminőségeknek köszönhetően kisebb rajt a hangsúly, de nem elhanyagolható. Egy frissen összerakott motor egymáson elmozduló alkatrészein (pl.: dugattyú-henger) mikroszkopikus nagyságú egyenetlenségek találhatóak. Ezek használat közben simára csiszolódnak, de amíg nem, addig fokozott melegedést okoznak. Minden esetben az autógyárak, vagy az adott műhely határozza meg a bejáratásra szánt időt.