MC 1+2/18 právě v prodeji
V aktuálním čísle najdete:
Super Duke R po 50 000 km
Yamaha R1 po 20 letech
Ducati Panigale V4

najdete ve všech dobrých trafikách

zavřít informace
Motocykl online
Chci inzerovat

Teorie motoru, 2. díl: Čtyřtakt vs. dvoutakt

Technika

05.04.2015

Přestože dvoutakty už nejsou vrcholem technického vývoje, několik výrobců je u terénních strojů stále používá a navíc v hojném počtu pohání starší motocykly. Proto se v dnešním díle zaměříme na porovnání výměny náplně v pracovním válci dvoudobého a čtyřdobého spalovacího motoru.

Čtyřdobý motor vykoná pracovní cyklus během čtyř zdvihů pístu, tedy v průběhu dvou otáček klikového hřídele. V první době probíhá sací zdvih, ve druhé době kompresní zdvih, ve třetí expanzní a ve čtvrté době výfukový zdvih. Výměna směsi ve válci je na rozdíl od dvoudobých motorů řízena rozvodovým mechanismem. Zde jsou otvory sacího a výfukového potrubí, které ústí do horní části spalovacího prostoru, otevírány a uzavírány prostřednictvím příslušných ventilů. U čtyřdobých motorů je do pracovního prostoru válce přiváděna pouze směs vzduchu a paliva.

Ta se u starších motocyklů mísí v karburátoru. U novějších motocyklů je palivo vstřikováno do proudu nasávaného vzduchu dopravovaného do spalovacího prostoru sacím kanálem nebo je vstřikováno přímo do prostoru válce, kde se mísí se vzduchem. Mazací olej, jakožto médium centrálního mazacího systému, je přiváděn mezi třecí plochy jednotlivých součástí. Spalován je tedy v minimální míře.

 

Výměna náplně válce dvoutaktu

Motor je nazýván dvoudobý z toho důvodu, že svůj pracovní cyklus vykoná během dvou zdvihů (dob) pístu, tedy během jedné otáčky klikového hřídele. V první době probíhá současně sání a komprese a v druhé době pak expanze a výfuk. V porovnání se čtyřdobým motorem vykoná dvoudobý za stejný počet otáček dvojnásobek pracovních cyklů.

Dvoudobý motor bývá obecně nazýván také jako tříkanálový, neboť výměna směsi se uskutečňuje prostřednictvím tří základních druhů kanálů – sacím, výfukovým a přepouštěcím. Sací a výfukový kanál se nachází ve stěně válce, tedy v prostoru nad pístem. Přepouštěcí kanál spojuje spalovací prostor (prostor nad pístem) s prostorem klikové skříně (prostor pod pístem). Z toho plyne, že pracovní cyklus se uskutečňuje jak ve válci motoru, tak v prostoru klikové skříně.

Třecí plochy uvnitř motoru jsou mazány směsí oleje a paliva (většinou v poměru 1:20–1:80), která se přidává do palivové nádrže. U motoru, který je zahřátý na provozní teplotu, se palivo z horkých stěn odpařuje, a zůstává na nich pouze olej, který maže třecí plochy jednotlivých částí motoru (stěnu válce, povrch pístu s pístními kroužky, pístní a ojniční čepy a ložiska klikového hřídele). Přesto je značná část oleje spalována, což způsobuje produkci typicky modrého kouře, zejména při plně zatíženém motoru nebo po studeném startu, kdy se palivo od oleje neodpaří a většina směsi je unášena do spalovacího prostoru, kde se olej spaluje.

Zásadní nevýhodou pevně daného objemového poměru oleje v palivu je to, že mazací poměr je dimenzován na maximální zatížení, jedná se tedy o nejmenší potřebné množství oleje, které zabezpečí dostatečné mazání i při největším zatížení a nejvyšších otáčkách motoru. Pro bezpečné mazání motoru při nezvýšených volnoběžných otáčkách však zpravidla stačí směšovací poměr 1:180. Proto se u modernějších motorů řeší mazání odděleným olejovým čerpadlem, které dopravuje příslušné množství oleje do sacího kanálu nebo přímo mezi třecí plochy pohyblivých součástí motoru, bez ohledu na velikost skutečných otáček motoru.

Výměna směsi ve válci je řízena pohybem pístu, konkrétně jeho pláštěm, jehož horní část otevírá a zavírá otvory výfukového a přepouštěcího kanálu a spodní část pláště zase řídí otevření kanálu sacího. U modernějších motorů bývá rozvod řešen šoupátkem a jazýčkovými ventily a sání je uskutečňováno do klikové skříně, píst tedy nemá na řízení rozvodu žádný vliv.

Seznam kapitol

Činnost čtyřdobého motoru

První doba – sání: Sání zápalné směsi do pracovního prostoru válce se uskutečňuje při otevřeném sacím a uzavřeném výfukovém ventilu. Děje se tak v důsledku podtlaku, který se pohybuje okolo 0,08 MPa a vzniká pohybem pístu směrem k dolní úvrati. Tím se zvětšuje objem pracovního prostoru nad dnem pístu, kde tlak klesá.

Druhá doba – komprese: Proces stlačování začíná v dolní úvrati a končí v úvrati horní, píst se pohybuje směrem vzhůru, oba ventily (sací a výfukový) jsou uzavřeny. Objem pracovního prostoru se zmenšuje a zápalná směs je stlačována. Tlak se zvýší na cca 0,78 až 1,07 MPa, čímž vzroste teplota směsi na 320 až 380 °C. Nesmí být překročena teplota samovznícení paliva a hodnota, kdy dochází k poklesu pevnosti materiálu pístu.

Třetí doba – expanze: Před horní úvratí pístu přeskočí na zapalovací svíčce jiskra, tím se stlačená směs v kompresním prostoru zapálí a rychle vyhoří. Teplota ve válci dosáhne krátkodobě až 2000 °C a přetlak 3 MPa i více. Ventily jsou uzavřeny a rozpínající se plyny stlačují píst směrem k dolní úvrati. Pouze při této době koná motor práci. K zapálení směsi dochází před horní úvratí. Čas, o který nastává zapálení dříve, se nazývá předstih zapálení. Ten bývá uváděn v obloukových stupních, a proto se označuje jako úhel předstihu.

Čtvrtá doba – výfuk: Doba výfuku začíná v dolní a končí v horní úvrati. Děje se tak při uzavřeném sacím a otevřeném výfukovém ventilu, kdy zplodiny odchází do výfukového potrubí. Tlak ve válci postupně klesá až na hodnotu tlaku atmosférického. V okamžiku, kdy píst dosáhne horní úvratě, uzavře se výfukový ventil a otevírá se ventil sací. Tím je pracovní oběh uzavřen a následuje sání dalšího cyklu.

Seznam kapitol

Činnost dvoudobého motoru

První doba – sání: Píst se pohybuje směrem z dolní úvratě do horní. V utěsněné klikové skříni se zvětšuje objem, čímž vzrůstá podtlak až na hodnotu cca 0,08 MPa. Dalším pohybem pístu směrem k horní úvrati se otevře sací kanál a zápalná směs (vzduch s palivem a mazacím olejem) proudí do klikové skříně.

První doba – komprese: Při pohybu pístu směrem vzhůru jsou výfukový a přepouštěcí kanál uzavřeny a v prostoru nad pístem dochází ke stlačování (kompresi) směsi, která byla přivedena v předchozím cyklu, až na tlak 1,4 MPa. Zdrojem síly pro překonání tohoto zdvihu, kdy není získávána práce, je kinetická energie roztočeného setrvačníku klikového hřídele.

Druhá doba – expanze: Jiskra od zapalovací svíčky zažehne stlačenou směs ve spalovacím prostoru zhruba 16° před horní úvratí. Plné prohoření paliva začíná po překonání horní úvratě a tlak spalin působí na dno pístu, teplota ve válci dosahuje až 2000 °C. Motor tak koná práci a probíhá jeho pracovní zdvih. Píst se pohybuje směrem k dolní úvrati, uzavírá sací kanál a uzavřená směs v prostoru klikové skříně se začne stlačovat.

Druhá doba – výfuk: Při dalším pohybu pístu směrem dolů, přibližně 65° před dolní úvratí, končí expanzní pracovní zdvih. Horní část pláště pístu otevírá výfukový kanál a zplodiny hoření o tlaku 0,12 až 0,15 MPa prudce unikají z válce. Ihned po poklesu tlaku plynů ve válci je otevřen i přepouštěcí kanál a připravená směs, stlačená v klikové skříni, proudí do pracovního prostoru válce a vytlačuje zbytky spalin výfukovým kanálem ven. Tím je pracovní oběh ukončen.

Seznam kapitol

Výhody dvoudobého motoru oproti čtyřdobému

  • Vyšší měrný výkon, který vyplývá z dvojnásobného počtu pracovních zdvihů. Avšak z důvodu kratší doby určené pro sání a kvůli smísení čerstvé směsi se spalinami při výplachu je skutečný výkon u běžných motorů vyšší pouze o 10, maximálně 50 %.
  • Jednoduchá konstrukce. Absence ventilového rozvodového mechanismu, menší počet součástí a menší setrvačnost pohyblivých částí.
  • Rovnoměrnější průběh točivého momentu. V důsledku dvojnásobného počtu pracovních zdvihů má motor rovnoměrnější chod. Dvoudobý jednoválec se plynulostí vyrovná čtyřdobému dvouválci.
  • Vetší „pružnost“ motoru. Motor disponuje vyšším točivým momentem při nižších otáčkách.

Seznam kapitol

Nevýhody dvoudobého motoru oproti čtyřdobému

  • Vyšší spotřeba paliva je způsobena nedokonalým vyplachováním a únikem čerstvé směsi při výplachu do výfukového kanálu.
  • Vyšší spotřeba oleje vlivem jeho přímého spalování.
  • Vyšší obsah škodlivin ve výfukových plynech. Spalováním oleje uniká do ovzduší vysoké množství nespálených uhlovodíků. Z toho plyne obtížné plnění přísných emisních limitů.
  • Vyšší teplené zatížení. Z důvodu dvojnásobného počtu zážehů za jednu otáčku vzniká v motoru více tepla.

Seznam kapitol

Comeback dvoutaktu?

I když na silnici vládnou v mistrovství světa čtyřtakty od roku 2002, kdy nahradily tehdejší královskou třídu do 500 cm3 (v roce 2010 a 2012 následovaly dvě nižší kubatury 250 a 125), v terénu je situace odlišná. Dvoutakty stále vyvíjí a prodává např. KTM, Yamaha, Husqvarna, Gas Gas, Beta, Sherco nebo TM, v nižších kubaturách je nabízí i Kawasaki (KX65) a Suzuki (RM85L). Mistrovství Evropy v motokrosu má být navíc pro sezonu 2014 doplněno o novou dvoutaktní třídu do 300 cm3  (plánováno je šest až sedm závodů). Podle vyjádření FIM bude nová kubatura „základem pro budoucí světový šampionát“.

Seznam kapitol

Komentáře

Aktuálně
Mazda přichází s druhým faceliftem šestkového sedanu a kombi. Nový je například tvar zpětných zrcátek…

Když se řekne Lada, většina lidí si představí hranatý sedan se zadním náhonem vycházející z Fiatu 124…

Další, už 28. ročník časopisu Motocykl startujeme ve velkém stylu – dvojčíslem! Najdete v něm extra…


Newsletter
Newsletter - registrujte se pro odběr novinek. Váš e-mail: