Kétütemű motorok és kipufogórendszerek: Előnyök, hátrányok és tudnivalók

A belső égésű motorok világában a kétütemű motor egy különleges, gyakran félreértett, mégis rendkívül fontos szereplő. Bár a modern technológia és a szigorodó környezetvédelmi előírások némileg háttérbe szorították, számos területen ma is nélkülözhetetlen, és évtizedekig a mobilitás, a munka és a szórakozás alapköve volt. Egyszerűsége, robosztussága és lenyűgöző teljesítmény-súly aránya miatt a mérnökök és a felhasználók körében egyaránt legendássá vált.

Ez a motortípus a belső égésű motorok egyik legrégebbi és legegyszerűbb változata, amely egyetlen főtengely-fordulattal és két dugattyúmozdulattal (egy fel és egy le) képes elvégezni a teljes égési ciklust. Ezzel szemben a ma elterjedtebb négyütemű motorokhoz két főtengely-fordulatra és négy dugattyúmozdulatra van szükség ugyanahhoz a folyamathoz.

A kétütemű motorok lelke az egyszerűségben rejlik. Nincsenek szelepek, nincsenek bonyolult vezérműtengelyek és szelephézag-állító mechanizmusok, amelyek a négyütemű motoroknál a gázcsere folyamatáért felelősek. Ehelyett a dugattyú maga, mozgásával vezérli a beömlő- és kipufogónyílásokat.

A működési elv két fő ütemre bontható le, melyek egyidejűleg, párhuzamosan zajlanak a hengerben és a forgattyúházban.

A két ütem működése

Amikor a dugattyú az alsó holtpontról (AHP) a felső holtpont (FHP) felé mozog, két párhuzamos folyamat zajlik.

Gittek használata veterán autók restaurálásakor

Először is, a dugattyú felfelé haladása során lezárja a henger falán elhelyezkedő átömlő- és kipufogónyílásokat. Ezzel a hengerben lévő, már befecskendezett és részben komprimált friss üzemanyag-levegő keveréket egyre jobban összesűríti a gyújtógyertya felé.
Másodsorban, miközben a dugattyú felfelé mozog, a forgattyúházban (a dugattyú alatti térben) vákuumot hoz létre. Ez a vákuum a beömlőnyíláson keresztül friss üzemanyag-levegő keveréket szív be a karburátorból vagy befecskendezőből. Ez az előzetes szívási fázis, amely a következő ciklus üzemanyagát készíti elő.

Amikor a dugattyú eléri a felső holtpontot, a gyújtógyertya szikrát ad, és a sűrített üzemanyag-levegő keverék berobban. Az égés során keletkező nagy nyomású gázok erőteljesen lefelé tolják a dugattyút, ezzel generálva a motor hasznos munkáját.

Ahogy a dugattyú lefelé mozog, először feltárja a kipufogónyílást. Ezen keresztül a forró, elégett gázok nagy nyomással kiáramlanak a hengerből a kipufogórendszerbe. Ez a kipufogási fázis. Rövid idővel ezután a dugattyú feltárja az átömlőnyílásokat is, amelyek összekötik a forgattyúházat a hengerrel.

A forgattyúházban a dugattyú lefelé mozgása közben nyomás keletkezett, és ez a nyomás most bepréseli a friss üzemanyag-levegő keveréket az átömlőnyílásokon keresztül a hengerbe. Ez az átömlési fázis, amely során a friss keverék segít kitolni a maradék kipufogógázokat a hengerből, miközben feltölti azt a következő sűrítési ciklusra.

A kétütemű motoroknál az öblítés rendkívül kritikus és egyben kihívást jelentő folyamat. A cél az, hogy a lehető legtöbb égéstermék távozzon, és a henger a lehető legtöbb friss keverékkel telítődjön. Azonban az átfedés miatt - miszerint a kipufogás és a beömlés egyidejűleg történik - mindig van némi veszteség: friss keverék távozhat az elégett gázokkal együtt a kipufogón keresztül.

Kétütemű motorok fő alkatrészei

Bár alapvetően egyszerűbbek, mint négyütemű társaik, a kétütemű motoroknak is megvannak a maguk jellegzetes alkatrészei és szerkezeti megoldásai, amelyek lehetővé teszik a speciális működési elvet:

Kipufogórendszerek katalizátor nélkül

Henger: A henger a motor szíve, ahol az égés és a dugattyú mozgása zajlik. Falán speciális nyílások találhatók: a beömlőnyílás (amelyen keresztül a friss keverék belép a forgattyúházba), az átömlőnyílások (amelyeken keresztül a keverék a forgattyúházból a hengerbe jut), és a kipufogónyílás (amelyen keresztül az égéstermékek távoznak).
Dugattyú: A dugattyú végzi a munka nagy részét. Nemcsak a gázok sűrítését és a munkaütemet biztosítja, hanem a mozgásával vezérli a henger nyílásait is, helyettesítve a szelepeket.
Hajtókar és főtengely: A hajtókar köti össze a dugattyút a főtengellyel, átalakítva a dugattyú egyenes vonalú mozgását a főtengely forgó mozgásává. A főtengely végzi a motor erejének átadását a hajtáslánc felé.
Gyújtógyertya: A gyújtógyertya szolgáltatja a szikrát, amely begyújtja a sűrített üzemanyag-levegő keveréket a hengerben.
Üzemanyag-ellátó rendszer (Karburátor vagy Befecskendező): A karburátor keveri össze a levegőt és az üzemanyagot megfelelő arányban, majd juttatja be a forgattyúházba.
Kipufogórendszer: A kétütemű motorok kipufogórendszere sokkal több, mint egyszerű zajcsillapító. A speciálisan kialakított, úgynevezett rezonancia kamrás kipufogó (vagy expanziós kamra) kulcsfontosságú szerepet játszik az öblítési folyamat optimalizálásában.
Kenési rendszer: Ez az egyik legkülönlegesebb aspektus. Mivel a forgattyúház nem tartalmaz olajsarat, mint a négyütemű motoroknál, a mozgó alkatrészek kenése az üzemanyagba kevert speciális kétütemű olajjal történik. Ez az olaj az üzemanyaggal együtt ég el, ami hozzájárul a jellegzetes kipufogófüsthöz és a magasabb károsanyag-kibocsátáshoz.

A kétütemű motorok konstrukciójának egyszerűsége nem jelenti azt, hogy tervezésük triviális lenne. Épp ellenkezőleg, a nyílások időzítése, a kipufogórendszer hangolása és az üzemanyag-ellátás precíz beállítása kritikus a motor megfelelő működéséhez és teljesítményéhez.

A kétütemű motor működése

A kétütemű motorok előnyei és hátrányai

A kétütemű motorok számos olyan tulajdonsággal rendelkeznek, amelyek bizonyos alkalmazásokban verhetetlenné teszik őket, és évtizedekig a technológiai fejlődés élvonalában tartották őket.

Előnyök

Magas teljesítmény-súly arány: Ez az egyik legkiemelkedőbb előnye. Mivel minden főtengely-fordulatra jut egy munkaütem, a kétütemű motor elméletileg kétszer annyi munkaütemet produkál, mint egy azonos fordulatszámú négyütemű motor. Kevesebb alkatrésze van, könnyebb, ezért az azonos lökettérfogatú négyütemű motorokhoz képest sokkal nagyobb teljesítményt képes leadni a saját súlyához viszonyítva.
Egyszerűbb felépítés és kevesebb mozgó alkatrész: Nincsenek szelepek, vezérműtengelyek, szelephimbák, tolórudak. Ez a szerkezeti egyszerűség kevesebb meghibásodási lehetőséget jelent, alacsonyabb gyártási költségeket és könnyebb karbantartást.
Alacsonyabb gyártási költség: A kevesebb és egyszerűbb alkatrész jelentősen csökkenti a gyártási folyamat bonyolultságát és költségeit.
Bármilyen pozícióban üzemeltethető: Mivel a kenés az üzemanyagba kevert olajjal történik, nincs szükség olajteknőre és olajszivattyúra, amely a gravitációra támaszkodna. Ez azt jelenti, hogy a kétütemű motorok bármilyen szögben, akár fejjel lefelé is működhetnek anélkül, hogy a kenés akadozna.
Gyors gázreakció és dinamikus teljesítmény: A gyakori munkaütemek miatt a kétütemű motorok rendkívül gyorsan reagálnak a gázadásra, és hirtelen, nagy nyomatékot képesek leadni.

Kétütemű motor működése

Hátrányok

Magasabb üzemanyag-fogyasztás: Ez az egyik legnagyobb hátrány. Az öblítési folyamat során, amikor a friss keverék beáramlik, miközben az égéstermékek távoznak, elkerülhetetlen, hogy némi friss, el nem égett üzemanyag-levegő keverék is távozzon a kipufogón keresztül. Ezt nevezzük öblítési veszteségnek.
Magasabb károsanyag-kibocsátás: A kipufogón keresztül távozó el nem égett üzemanyag és az égő kenőolaj miatt a kétütemű motorok károsanyag-kibocsátása (szénhidrogének, szén-monoxid, korom) lényegesen magasabb, mint a négyütemű motoroké.
Zajosabb működés: A motorok konstrukciója és a gyakori égési ciklusok miatt a kétütemű motorok jellegzetesen hangosabbak és élesebb hangúak, mint a négyüteműek.
Kenési problémák és korlátozott élettartam: Mivel a kenés az üzemanyagba kevert olajjal történik, az nem mindig optimális, különösen szélsőséges üzemi körülmények között. Az alacsony fordulatszámon vagy alapjáraton nem biztosított a megfelelő kenés, míg a magas fordulatszámon az olaj eléghet. Az olajlerakódások (kokszosodás) problémát okozhatnak a kipufogórendszerben és az égéstérben.
Szűkebb használható fordulatszám-tartomány: Bár a kétütemű motorok dinamikusak, a teljesítményük nagyon érzékeny a kipufogórendszer hangolására. Ez azt jelenti, hogy a legnagyobb teljesítményt és hatékonyságot általában egy viszonylag szűk fordulatszám-tartományban érik el, amit „power band”-nek neveznek.
Olaj keverési arány problémája: A megfelelő üzemanyag-olaj keverési arány betartása kritikus. Túl kevés olaj kenési problémákhoz és motorhiba vezethet, túl sok olaj pedig erős füstölést, gyertyaszennyeződést és teljesítménycsökkenést okoz.

A kétütemű motorok alkalmazási területei

Annak ellenére, hogy a személygépkocsik és a legtöbb utcai motorkerékpár esetében már régen átvették a helyüket a négyütemű motorok, a kétütemű technológia még ma is számos területen megállja a helyét, sőt, bizonyos esetekben felülmúlhatatlan.

Kézi kerti gépek: Ez a szegmens talán a kétütemű motorok legfőbb bástyája. A láncfűrészek, fűkaszák, sövényvágók, lombszívók és -fúvók szinte kizárólag kétütemű motorokkal működnek. Ennek oka egyszerű: ezeket a gépeket gyakran extrém szögben kell tartani, a kétütemű motorok pedig bármilyen pozícióban működőképesek a kenési rendszerük miatt. Emellett a kis súly és a nagy teljesítmény elengedhetetlen a könnyű kezelhetőséghez és a hatékony munkavégzéshez.
Kismotorok és terepmotorok: Bár a közúti forgalomban lévő nagymotorok szinte mind négyüteműek, a kétütemű motorok továbbra is népszerűek a kisebb robogók, mopedek, és főleg a terepmotorok, enduro motorok és motokrossz gépek világában. A motokrosszban a kétütemű motorok robbanékonysága, könnyű súlya és egyszerű karbantartása miatt sokáig dominánsak voltak. Bár a négyüteműek egyre inkább teret nyernek, sok versenyző és hobbi motoros továbbra is a kétüteműek nyers erejére és élvezetes vezetési élményére esküszik.
Hajómotorok: A külső hajómotorok (különösen a kisebb és régebbi modellek) szintén jelentős piacot jelentettek a kétütemű motorok számára. A könnyű súly, az egyszerű szerkezet és a jó gyorsulás tette őket ideálissá kis csónakok, halászhajók és vízi sporteszközök számára.
Hórobogók és quadok: A hórobogók (snowmobile-ok) és egyes quadok (ATV-k) szintén gyakran használnak kétütemű motorokat. A hidegindítási képesség, a nagy teljesítmény a kis súly mellett, és a robusztusság mind olyan tulajdonságok, amelyek jól jönnek a zord téli körülmények között, vagy terepen történő használat során.
Modellmotorok: A modellrepülők, modellautók és egyes drónok hajtásában is gyakran találkozhatunk kétütemű motorokkal. Itt a súly minimalizálása és a maximális tolóerő vagy sebesség elérése a cél, ahol a kétüteműek kiemelkedően teljesítenek.
Egyéb alkalmazások: A kétütemű motorok felbukkannak még kis generátorokban, vízszivattyúkban és egyéb hordozható berendezésekben is, ahol az alacsony ár, a könnyű súly és a megbízhatóság elsődleges szempont.

A jövő kihívásai és a technológiai fejlesztések

A szigorodó környezetvédelmi előírások és a növekvő üzemanyagárak komoly kihívások elé állították a kétütemű motorok gyártóit. A direkt befecskendezéses (Direct Injection - DI) kétütemű motorok jelentik a legfontosabb áttörést ezen a területen. Ahelyett, hogy az üzemanyag-levegő keverék a forgattyúházon keresztül jutna a hengerbe, a DI rendszerek közvetlenül az égéstérbe fecskendezik be az üzemanyagot, hasonlóan a modern négyütemű dízel- és benzinmotorokhoz.

Kipufogó tisztítás tippek és trükkök

Ilyen rendszereket fejlesztett ki például az Orbital Engine Company (amelynek technológiáját számos gyártó licenceli), vagy az Evinrude E-TEC külső hajómotorok. A modern kétütemű motorokban az olajbefecskendező rendszerek egyre kifinomultabbá válnak. Ezek az elektronikus vezérlésű rendszerek a motor fordulatszámának, terhelésének és hőmérsékletének függvényében precízen adagolják az olajat a kritikus kenési pontokra.

A kipufogórendszerek tervezése is folyamatosan fejlődik. Bár a kétütemű motorok valószínűleg soha nem fogják visszaszerezni domináns pozíciójukat az autóiparban, a jövőben is lesz helyük a speciális alkalmazásokban. A könnyű súly, az egyszerűség és a nagy teljesítmény-súly arány továbbra is kulcsfontosságú lesz a kézi kerti gépek, a terepmotorok, a hajómotorok és a modellmotorok piacán. A kutatás és fejlesztés arra irányul, hogy a kétütemű motorok megfeleljenek a legszigorúbb emissziós normáknak is, miközben megőrzik alapvető előnyeiket.

Karbantartási tippek

A kétütemű motorok egyszerűbb felépítése ellenére a megfelelő karbantartás elengedhetetlen a hosszú élettartam és a megbízható működés érdekében.

Megfelelő üzemanyag-olaj keverék: Mindig a gyártó által előírt keverési arányt (pl. 1:25, 1:50) és a megfelelő minőségű kétütemű motorolajat használjuk. A modern, szintetikus kétütemű olajok sokkal jobb kenést biztosítanak és kevesebb lerakódást hagynak maguk után, mint a régebbi ásványi olajok.
Gyújtógyertya ellenőrzése: A gyújtógyertya állapota sokat elárul a motor belső égéséről. A gyertya elektródahézagát is ellenőrizzük és állítsuk be a gyártói előírások szerint.
Légszűrő tisztítása: A tiszta levegőszűrő létfontosságú az optimális égéshez és a motor élettartamához. A szennyezett szűrő korlátozza a levegő beáramlását, ami dúsabb keveréket és teljesítménycsökkenést eredményez.
Kipufogórendszer tisztítása: A kétütemű motoroknál az égő olaj miatt idővel kokszlerakódások keletkeznek a kipufogórendszerben, különösen a rezonancia kamrában. Ezek a lerakódások szűkítik az átmérőt, rontják a gázcserét és csökkentik a motor teljesítményét. Időnként szükséges a kipufogó szétszerelése és a koksz eltávolítása mechanikai úton, vagy speciális vegyi anyagokkal.
Karburátor beállítása: A karburátor beállítása kulcsfontosságú az optimális üzemanyag-levegő arány eléréséhez. A legtöbb kétütemű motor karburátora rendelkezik alapjárati, és magas fordulatszámú keverékállító csavarokkal. Ezt a beállítást lehetőleg szakemberre bízzuk, vagy nagyon óvatosan végezzük el, figyelembe véve a gyári előírásokat és a motor viselkedését.
Hűtőbordák tisztítása: A léghűtéses kétütemű motoroknál a henger és a hengerfej bordái biztosítják a megfelelő hűtést. Győződjünk meg róla, hogy ezek a bordák mindig tiszták és pormentesek, hogy a hő leadása hatékony legyen.
Konzerválás: Ha a motort hosszabb ideig nem használjuk (pl. télen), érdemes konzerválni. Ehhez a benzint ki kell engedni a tankból és a karburátorból, majd a hengerbe befecskendezni egy kevés speciális konzerváló olajat, miközben néhányszor átforgatjuk a motort.

A rendszeres és gondos karbantartás nem csak meghosszabbítja a kétütemű motor élettartamát, hanem biztosítja annak megbízható és hatékony működését is.

Rövid történeti áttekintés

A kétütemű motorok felbukkannak még kis generátorokban, vízszivattyúkban és egyéb hordozható berendezésekben is, ahol az alacsony ár, a könnyű súly és a megbízhatóság elsődleges szempont. Történelmileg természetesen számos személyautóban (pl. A kétütemű motorokat először a 19. század végéig nyúlik vissza, és számos innovációt és ikonikus járművet eredményezett, amelyek mélyen beírták magukat a technika és a kultúra történetébe.

Az első működőképes kétütemű motort Dugald Clerk szabadalmaztatta 1878-ban, de a koncepció alapjait már korábban is vizsgálták. A 20. század elején a kétütemű motorok egyszerűsége és alacsony gyártási költsége miatt gyorsan elterjedtek a motorkerékpárokban, mopedekben és egyéb kis járművekben. A második világháború utáni újjáépítés és a tömegmotorizáció igénye új lendületet adott a kétütemű motoroknak. Kelet-Európában, különösen az NDK-ban (Kelet-Németország) a Trabant és a Wartburg gépkocsik váltak a kétütemű motorok szimbólumaivá. Az 1960-as és 70-es években a japán motorkerékpár-gyártók (Yamaha, Suzuki, Kawasaki, Honda) is jelentős mértékben támaszkodtak a kétütemű technológiára.

Kipufogórendszerrel kapcsolatos tudnivalók

A kipufogórendszer minden egyes elemét lehet úgy hangolni, hogy a kiáramló kipufogógázok kisebb áramlási ellenállással találják szemben magukat, mint a gyári változatnál. A kisebb fojtás újabb felszabaduló lóerőket és - mellékhatásként - decibeleket jelent.

A fojtás legnagyobb részben a hátsó dobban következik be, így annak cseréje vitathatalanul a legköltséghatékonyabb megoldás. Azt is fontos tudni, hogy a fojtás egy része a katalizátorban van.

A katalizátor a teljesítményen mérve - teljesítményméréskor - csak a zöldkártya-vizsgálaton múlik, sport-katalizátorba fektessük a pénzt, mert az megfelel a környezetvédelmi szabványoknak.

A katalizátor után található a középdob, mely feladata a kipufogógáz hangtompítása. A középdob felgyorsul és így gyorsabban távozik, ezzel fejti ki áldásos hatását, de ha nincs a gyors gázcseréhez, egyenesen plusz fojtást jelent. Ezért a Magnum Tuning oldalai leömlőket is ajánlanak.

AdBlue adalék

Az AdBlue egy speciális folyadék, amelyet a modern dízelmotorokban használnak a káros nitrogén-oxid (NOx) kibocsátás csökkentésére. Kémiailag karbamid és víz 32,5%-os keverékéből áll, amelyet a motorokban a szelektív katalitikus redukció (SCR) rendszerrel együtt alkalmaznak.

Az AdBlue szigorú minőségi előírásoknak felel meg, és a Német Autóipari Szövetség által bejegyzett védjegy. Az AdBlue 32,5% karbamidot és 67,5% ioncserélt vizet tartalmaz, és az emissziócsökkentő rendszereihez fejlesztették ki. Az AdBlue egy adalékanyag, amelyet a dízelüzemű járművek kipufogórendszerébe fecskendeznek be. A folyadék reakcióba lép a nitrogén-oxiddal, és ártalmatlan nitrogénre és vízre bontja azt.

Fontos, hogy az AdBlue-t külön tartályban kerül tárolásra a járműben, amely különáll az üzemanyagtartálytól. Az AdBlue-t nagyjából 10,000 és 15,000 kilométerenként kell utántölteni, és az AdBlue szint alacsony szintjére a műszerfalon található jel figyelmeztet.

Az AdBlue használata hozzájárul a légszennyezés csökkentéséhez világszerte, de fontos, hogy a tárolásra és minőségre odafigyeljünk. Ha AdBlue-t az autóba töltünk, ellenőrizzük a folyadék tisztaságát és szagát. Ha figyelmeztető jelzés jelenik meg, azonnal töltsük fel az AdBlue tartályt.

tags: #ures #kipufogo #rendszer #előnyei #hátrányai