Provozní cyklus spalovacího motoru (ICE) je série procesů, které produkují část síly (výkonu) působící na klikový hřídel motoru. Pracovní cyklus se skládá z:
- plnění válce palivovou směsí;
- jeho komprese;
- zapálení směsi;
- expanze plynů a čištění válce od nich.
Zdvih ve spalovacím motoru je pohyb pístu v jednom směru (nahoru nebo dolů). Na jednu otáčku klikového hřídele jsou dokončeny dva zdvihy. Ten, při kterém se spálené plyny roztahují a koná se užitečná práce, se nazývá pracovní zdvih pístu.
Dvoudobý benzínový motor pro modely letadel. Karburátor je připevněn vlevo a tlumič výfuku vpravo.
Motory, ve kterých je pracovní cyklus dokončen ve 2 taktech (jedna otáčka klikového hřídele), se nazývají dvoudobé. Motory, ve kterých je pracovní cyklus dokončen ve 4 taktech (dvě otáčky klikového hřídele), se nazývají čtyřdobé. Dvou- a čtyřdobé motory mohou být buď benzínové (karburátorové) nebo naftové. Jaké jsou hlavní provozní a konstrukční vlastnosti benzínových dvoudobých a čtyřdobých motorů? Jaký je rozdíl mezi dvoutaktem a čtyřtaktem? Abyste tomu lépe porozuměli, musíte se seznámit s tím, jak fungují.
Princip činnosti čtyřdobého benzínového motoru
Pracovní cyklus 4-taktního motoru se skládá ze čtyř zdvihů: sání, komprese, expanze (výkonový zdvih) a výfuku.
Princip činnosti čtyřdobého motoru
Během sání se píst pohybuje z horní úvratě (TDC) do dolní úvratě (BDC). V tomto případě se pomocí vaček vačkového hřídele otevře sací ventil, kterým je palivová směs nasávána do válce.
Při zpětném zdvihu pístu (z BDC do TDC) dochází ke stlačování palivové směsi doprovázené zvýšením její teploty.
Těsně před koncem komprese se mezi elektrodami zapalovací svíčky zažehne jiskra, která zapálí palivovou směs, která při hoření tvoří hořlavé plyny, které tlačí píst dolů. Nastává pracovní zdvih, při kterém se vykonává užitečná práce.
Poté, co píst projde BDC, otevře se výfukový ventil, což umožní pístu pohybujícímu se nahoru vytlačit výfukové plyny z válce. Dochází k uvolnění. V horní úvrati se výfukový ventil uzavře a cyklus se opakuje.
Konstrukce čtyřdobého benzínového motoru (Honda): 1 – palivové filtry, 2 – klikový hřídel, 3 – vzduchový filtr, 4 – součást zapalovacího systému, 5 – válec, 6 – ventil, 7 – ložisko klikového hřídele.
Princip činnosti dvoudobého benzínového motoru
Pracovní cyklus 2-taktního motoru se skládá ze dvou zdvihů: komprese a expanze (výkonový zdvih). Nasávání palivové směsi a vypouštění výfukových plynů, které se u 4-taktních motorů vyskytují v samostatných taktech, u 2-taktních motorů nastávají při kompresi a expanzi.
Princip činnosti dvoudobého motoru
Princip činnosti dvoudobého motoru
Při stlačení se píst pohybuje z dolní úvratě do horní úvratě. Poté, co se nejprve uzavře proplachovací okénko (2), kterým vstupuje palivová směs do válce, a poté výfukové okénko (3), kterým odcházejí výfukové plyny, začne stlačování směsi vzduch-benzin. Současně se v klikové komoře (1) vytvoří podtlak, který nasává další dávku paliva z karburátoru. Když se píst blíží k horní úvrati, směs se zapálí jiskrou ze zapalovací svíčky a vzniklé plyny tlačí píst dolů, otáčí klikovým hřídelem a provádějí užitečnou práci.
V klikové komoře se při pracovním zdvihu zvyšuje tlak, čímž se stlačuje palivová směs, která se tam dostala v předchozím zdvihu. Když horní povrch pístu (jeho těsnící kroužek) dosáhne výfukového okna, otevře se výfukové okénko a uvolní výfukové plyny do tlumiče výfuku. Při dalším pohybu pístu otevírá proplachovací okénko a palivová směs, která je pod tlakem v klikové komoře, vstupuje do válce, vytlačuje zbývající výfukové plyny (proplachování) a vyplňuje prostor nad pístem. Když píst projde spodní úvratí, pracovní cyklus se opakuje.
Provozní a konstrukční rozdíly mezi dvoudobými a čtyřdobými benzínovými motory
Hlavní rozdíl mezi dvoudobým motorem a čtyřdobým motorem je způsoben rozdílem v jejich mechanismech výměny plynů – tzn. dodávání směsi vzduchu a paliva do válce a odstraňování výfukových plynů. U čtyřdobého motoru se procesy čištění a plnění válců provádějí pomocí speciálního mechanismu distribuce plynu, který v určitých okamžicích pracovního cyklu otevírá a zavírá sací a výfukové ventily.
U dvoudobého motoru dochází k plnění a čištění válce současně s kompresním a expanzním zdvihem – zatímco píst je blízko dolní úvratě. K tomuto účelu slouží ve stěnách válce dva otvory – vstup neboli proplach a výstup, kterými je vstřikována palivová směs a uvolňovány výfukové plyny. Dvoudobý motor nemá mechanismus rozvodu plynu s ventily, díky čemuž je mnohem jednodušší a lehčí.
Kapacita litrů. Na rozdíl od čtyřdobého motoru, u kterého nastává jeden výkonový zdvih na dvě otáčky klikového hřídele, u dvoudobého motoru nastává výkonový zdvih s každou otáčkou klikového hřídele. To znamená, že 2-taktní motor by měl mít (teoreticky) dvojnásobný objem litrů (poměr výkonu k zdvihovému objemu motoru) než 4-taktní motor. V praxi je však přebytek pouze 1,5-1,8násobek. Důvodem je neúplné využití zdvihu pístu při expanzi, horší mechanismus uvolňování válce z výfukových plynů, plýtvání části výkonu na proplachování a další jevy spojené se zvláštnostmi výměny plynů u 2-taktních motorů.
Spotřeba paliva. Zatímco čtyřdobý motor je lepší než čtyřdobý motor, pokud jde o litr a specifický výkon, dvoudobý motor je nižší než jeho účinnost. Výfukové plyny jsou vytlačovány směsí vzduchu a paliva, která vstupuje do válce z klikové komory. V tomto případě část palivové směsi vstupuje do výfukových kanálů, je odstraněna spolu s výfukovými plyny a nevytváří užitečnou práci.
Tuk. Dvoudobé a čtyřdobé motory mají různé principy mazání motoru. U dvoudobých modelů se to provádí smícháním motorového oleje s benzínem v určitých poměrech (obvykle 2:1-25:1). Směs vzduch-palivo-olej, cirkulující v klikové a pístové komoře, maže ojnici a ložiska klikového hřídele a také vrtání válce. Když se palivová směs vznítí, olej, který existuje ve formě drobných kapiček, hoří spolu s benzínem. Zplodiny jeho spalování jsou odváděny spolu s výfukovými plyny.
Existují dva způsoby míchání oleje s benzínem. Jednoduché promíchání před nasypáním paliva do nádrže a samostatné podávání, při kterém se směs paliva a oleje tvoří ve vstupním potrubí umístěném mezi karburátorem a válcem.
Samostatný mazací systém dvoudobého motoru: 1 – olejová nádrž; 2 – karburátor; 3 – oddělovač lanka plynu; 4 – plynová rukojeť; 5 – ovládací kabel přívodu oleje; 6 – plunžrové dávkovací čerpadlo; 7 – hadice přivádějící olej do sacího potrubí.
V druhém případě má motor olejovou nádrž, jejíž potrubí je napojeno na plunžrové čerpadlo, které dodává olej do sacího potrubí přesně v požadovaném množství v závislosti na množství směsi vzduch-benzín. Výkon čerpadla závisí na poloze plynové rukojeti. Čím více paliva je dodáváno, tím více oleje je dodáváno a naopak. Samostatný systém mazání dvoudobých motorů je pokročilejší. S ním může poměr oleje k benzínu při nízké zátěži dosáhnout 1:200, což vede ke snížení kouřivosti, snížení tvorby sazí a spotřeby oleje. Tento systém se používá například na moderních skútrech s dvoutaktními motory.
U čtyřdobého motoru se olej nemíchá s benzínem, ale dodává se samostatně. K tomuto účelu jsou motory vybaveny klasickým mazacím systémem, který se skládá z olejového čerpadla, filtru, ventilů a potrubí. Roli olejové nádrže může plnit kliková skříň motoru (systém mazání mokré jímky) nebo samostatná nádrž (systém suché jímky).
Mazací systém čtyřdobého motoru s mokrou a suchou vanou: 1 – olejová vana; 2 – příjem oleje; 3 – olejové čerpadlo; 4 – olejový filtr; 5 – pojistný ventil.
Při mazání „mokrou“ jímkou čerpadlo 3 nasává olej z jímky, čerpá jej do výstupní dutiny a poté jej přivádí kanály do ložisek klikového hřídele, částí klikové skupiny a mechanismu distribuce plynu.
Při použití suchého mazání se olej nalévá do nádrže, odkud je pomocí čerpadla přiváděn na třecí plochy. Ta část oleje, která přitéká do klikové skříně, je odčerpávána přídavným čerpadlem, které ji vrací zpět do nádrže.
K dispozici je filtr pro čištění oleje od produktů opotřebení částí motoru. V případě potřeby je také instalován chladicí chladič, protože během provozu může teplota oleje stoupnout na vysoké teploty.
Vzhledem k tomu, že olej hoří u dvoudobých motorů, ale nikoli u čtyřdobých motorů, požadavky na jeho vlastnosti se velmi liší. Olej používaný ve dvoudobých motorech musí zanechávat minimum usazenin popela a sazí, zatímco olej používaný ve čtyřdobých motorech musí poskytovat konzistentní výkon po co nejdelší dobu.
Porovnání hlavních parametrů dvoudobých a čtyřdobých motorů:
- Kapacita litrů. U 2-taktních motorů je 1,5-1,8 krát vyšší než u 4-taktních motorů.
- Měrný výkon (poměr výkonu k hmotnosti motoru). Také vyšší pro 2-takt.
- Zajištění přívodu paliva a čištění válců. 4-taktní motory jsou vybaveny mechanismem distribuce plynu, který u 2-taktních motorů chybí.
- Hospodárný. Vyšší u 4-taktních motorů, jejichž spotřeba paliva je přibližně o 20-30 % nižší než u 2-taktních motorů.
- Mazací systém. Olej pro 2-taktní motory se ředí v benzínu nebo (mnohem méně často) přivádí z olejové nádrže do sacího potrubí a spaluje spolu s palivem v komoře pístu. 4-taktní motory mají kompletní systém, který zajišťuje kvalitní mazání motoru a dlouhodobé používání oleje.
- Přátelský k životnímu prostředí. 4taktní jsou vyšší. Výfukové plyny z 2-taktních motorů jsou toxičtější.
- Hlučný provoz. 4-taktní motory jsou méně hlučné.
- Složitost designu. 2-taktní motory jsou mnohem jednodušší než 4-taktní motory.
- Pracovní zdroj. Vyšší pro 4taktní motory díky pokročilejšímu systému mazání a nižším otáčkám klikového hřídele.
- rychlost otáček. 2-taktní motory mají vyšší otáčky.
- Servis. U čtyřdobých motorů je to obtížnější kvůli přítomnosti mechanismu distribuce plynu a složitějšího systému mazání.
- Hmotnost. 2 tahy jsou mnohem lehčí.
- Cena. 2 takty jsou levnější.
Díky své vysoké hustotě výkonu, nízké hmotnosti a snadné údržbě mají dvoudobé motory poměrně širokou škálu aplikací. U některých benzinových zařízení se otázka, jaký motor použít – dvoudobý nebo čtyřtaktní – ani nenabízí. Například u motorových pil je dvoudobý motor díky své nízké hmotnosti a vysoké hustotě výkonu bezkonkurenční ve srovnání se čtyřtaktním motorem. 2-taktní motory jsou také široce používány v skútrech, motocyklech a modelování letadel.
A přesto, kvůli toxicitě výfukových plynů a hluku, 2-taktní motory ztrácejí půdu pod nohama než 4-taktní motory. Jejich větší konkurenceschopnost je možná použitím nových technologických řešení. Jako je například myšlenka Aprilia a Orbital využít čistý vzduch k profouknutí dvoutaktního motoru. V jejich modelu je palivo dodáváno přes vstřikovač umístěný v hlavě motoru a do vyplachovacího vzduchu se přidává olej. Tento motor je ještě hospodárnější než čtyřdobý motor a jeho šetrnost k životnímu prostředí navíc odpovídá moderním požadavkům. Ale hlavní výhoda 2-taktních motorů – jednoduchost jejich konstrukce – poněkud trpí inovací.
Při používání obsahu tohoto webu musíte na tento web umístit aktivní odkazy, které budou viditelné pro uživatele a vyhledávací roboty.
Dvoudobý motor, spalovací motor, ve kterém je pracovní cyklus dokončen jednou otáčkou klikového hřídele, tj. plnění válce hořlavou směsí (nebo vzduchem), komprese a spalování, jakož i expanze a uvolňování plynů se vyskytují ve dvou zdvihech pístu.
Nevýhody dvoudobých motorů:
Nevýhodou je vysoké tepelné zatížení skupiny pístů, které snižuje spolehlivost motoru, a obtížnost proplachování.
Výhody dvoudobých motorů:
U dvoudobých motorů probíhají všechny pracovní cykly (procesy vstupu palivové směsi, výfukových plynů, proplachování) během jedné otáčky klikového hřídele ve dvou hlavních taktech. Motory tohoto typu nemají ventily (jako u čtyřdobých spalovacích motorů), jejich roli hraje píst, který při pohybu uzavírá sací, výfuková a čistící okna. Proto jsou designově jednodušší.
Výkon dvoudobého motoru se stejnými rozměry válců a otáčkami hřídele je teoreticky dvojnásobný oproti čtyřdobému motoru díky většímu počtu pracovních cyklů. Nedokonalé využití zdvihu pístu pro expanzi, horší uvolňování válce od zbytkových plynů a vynaložení části vyrobeného výkonu na proplachování však vedou ke zvýšení výkonu pouze o 60. 70 %.
Čtyřdobý motor je spalovací motor, jehož pracovní cyklus se skládá ze čtyř zdvihů (zdvihů pístů) probíhajících ve dvou otáčkách klikového hřídele motoru. Během jeho první otáčky dochází k nasávání a stlačení. K nasávání pracovní směsi (u karburátorového motoru nebo zážehového motoru) nebo vzduchu (u vznětového motoru) dochází při pohybu pístu z horní úvratě (TDC) do dolní úvratě (BDC). Stlačování pracovní směsi nebo vzduchu se provádí při pohybu pístu ode dna. m. t. do v. m.t. Během druhé otáčky klikového hřídele nastává silový zdvih (píst se pohybuje stejně jako při sání) a výfukový zdvih (píst se pohybuje stejně jako při kompresi). Pracovní zdvih (spalování – expanze) se provádí pod vlivem tlaku na píst produktů spalování paliva. Uvolnění je poslední pauza; při ní se z válce motoru odstraňují vyhořelé produkty spalování.
Nevýhody čtyřdobých motorů:
Všechny volnoběžné zdvihy (sání, komprese, výfuk) se uskutečňují kinetickou energií uloženou klikovým hřídelem a přidruženými díly během silového zdvihu, během kterého se chemická energie paliva přeměňuje na mechanickou energii pohyblivých částí motoru. Vzhledem k tomu, že ke spalování dochází ve zlomcích sekundy, je doprovázeno rychlým nárůstem zatížení krytu válce (hlavy), pístu a dalších částí motoru. Přítomnost takového zatížení nevyhnutelně vede k potřebě zvýšit hmotnost pohyblivých částí (pro zvýšení pevnosti), což je zase doprovázeno zvýšením setrvačných zatížení pohyblivých částí. Jsou výkonově nižší než dvoutaktní.
Mezi drobné nevýhody, které jsou více než vyváženy výhodami, patří práce na seřízení tepelné vůle ventilů a doba zrychlení skútru z klidu, která je o něco delší než u dvoutaktních mopedů.
Výhody čtyřdobých motorů:
– účinnost paliva;
-spolehlivost;
– snadná údržba;
-čtyřtaktní motor je tišší a stabilnější.
Na rozdíl od dvoudobého motoru, u kterého jsou kliková hřídel, ložiska klikové hřídele, kompresní kroužky, píst, pístní čep a válec mazány přidáním oleje do paliva; Klikový hřídel čtyřdobého motoru je v olejové lázni. Díky tomu nemusíte míchat benzín s olejem ani přidávat olej do speciální nádrže (u modelů dvoutaktních skútrů se samostatným mazacím systémem).
Také na zrcátku pístu a stěnách tlumiče a výfukového potrubí se tvoří výrazně méně karbonových usazenin. Kromě toho se u dvoudobého motoru uvolňuje palivová směs do výfukového potrubí, což je vysvětleno jeho konstrukcí.
