Dvojtaktný a štvortaktný motor: Ich porovnanie, výhody, nevýhody a princíp práce
V dnešnom článku si predstavíme a porovnáme dvojtaktný a štvortaktný motor, teda lepšie povedané princíp, na ktorom tieto dva odlišné motory pracujú. Piestové spaľovacie motory vo všeobecnosti premieňajú energiu na mechanickú prácu a môžu fungovať podľa dvoch princí
pov - ako dvojtaktné alebo štvortaktné. V dnešnej dobe kraľujú v našich automobiloch štvortaktné motory, ktoré môžeme zaradiť k najpoužívanejším motorom vo vozidlách. Dvojtaktné motory sa v dnešnej dobe používajú prevažne len v motorkách a športových autách. Poďme sa pozrieť na ich princíp práce.
Obsah
- Dvojtaktný motor / dvojdobý motor
- Mazanie motora
- Pracovný cyklus zážihového dvojtaktného motora
- Pracovný cyklus vznetového dvojtaktného motora
- Výhody dvojtaktného motora
- Nevýhody dvojtaktného motora
- Štvortaktný motor / štvordobý motor
- Zážihový štvortaktný motor
- Vznetový štvortaktný motor
- Výhody štvortaktného motora
- Nevýhody štvortaktného motora
- Záver
Dvojtaktný motor / dvojdobý motor:
Dvojtaktný motor, taktiež označovaný aj ako dvojdobý motor či ľudovo dvojtakt, je piestový spaľovací motor pracujúci na dve doby alebo inak povedané v dvoch taktoch. To znamená, že pracovný cyklus motora prebehne počas dvoch zdvihov piestu a jednej otáčky kľukového hriadeľa.
Aby v tom bolo jasno, činnosť dvojtaktného motora tvoria tiež štyri takty rovnako ako pri štvortaktnom motore. Niekoľko z nich však prebieha súčasne. Zníženie počtu dôb zo štyroch na dve sa dosahuje tým, že na výmene náplne valcov sa podieľa aj priestor pod piestom a teda kľuková skriňa.
Mazanie motora:
Pri dvojtaktných motoroch sú pohyblivé časti motora, ako napríklad kľukové či ojničné ložiská zaplavované palivom, čo znamená, že ich nie je možné premazávať klasickým spôsobom ako pri štvortaktných motoroch. Palivo však vo väčšine prípadov nemá dostatočné mazacie schopnosti , čo je vlastne dôvod, prečo sa do paliva dolieva olej.
Pracovný cyklus zážihového dvojtaktného motora:
1. Prvý zdvih piesta (nasávanie a kompresia):
Piest sa pohybuje zo svojej dolnej úvrate smerom hore k hornej úvrati.
Nad piestom:
Piest pri svojom pohybe z dolnej úvrate do hornej úvrate najskôr zatvára prepúšťací kanál skrz ktorý sa zmes vytláčala do priestoru nad piestom. Následne na to piest zatvorí aj výfukový kanál, čím vznikne izolovaný priestor vo valci, čo následne vedie k stláčaniu zmesi.
Pod piestom:
Po tom, ako piest prekoná približne polovicu svojho zdvihu, otvorí jeho spodná hrana sací kanál. To spôsobí, že sa do kľukovej skrine začne nasávať zápalná zmes z karburátora. To však nie je všetko. Tesne pred hornou úvraťou piestu, preskočí medzi elektródami zapaľovacej sviečky iskra, čo spôsobí zážih (zapálenie) zmesi.
Horením vzniká tepelná energia, ktorá sa prejavuje zvýšením tlaku vo valci, čo posúva piest smerom dole a premieňa tak tepelnú energiu paliva na mechanickú prácu motora.
2. Druhý zdvih piesta:
Piest sa pohybuje zo svojej hornej úvrate smerom dole do dolnej úvrate.
Nad piestom:
Pri druhom zdvihu piesta prebieha v priestore nad piestom expanzia, ktorá tlačí na piest smerom z hornej úvrate do dolnej úvrate.
Pod piestom:
Cez otvorený sací kanál sa do priestoru kľukovej skrine nasáva zápalná zmes. Po tom, ako piest prekoná polovicu svojho zdvihu smerom k dolnej úvrati, zatvorí sa sací kanál, čo vedie k stláčaniu zmesi v kľukovej skrini. Tesne pred skončením expanzie otvorí piest výfukový kanál, čo spôsobí pokles tlaku vo valci.
Piest otvorí prepúšťací kanál a zápalná zmes z kľukovej skrine vyplachuje tlakom spaliny z valca von a zároveň ho plní na ďalší pracovný cyklus motora.
Pracovný cyklus vznetového dvojtaktného motora:
Princíp práce dvojtaktného vznetového motora je rovnaký ako pri zážihovom dvojtaktnom motore. Avšak je tu jeden podstatný rozdiel, a to ten, že zmes je vytvorená až vo valci. Palivo je teda kvôli presnému momentu vznietenia vstreknuté do valca až tesne pred koncom kompresie.
Väčšina vznetových dvojtaktných motorov využíva na vstreknutie paliva klasický ventil, ktorý je veľmi podobný ventilu zo štvortaktného motora.Poďme sa pozrieť na výhody dvojtaktného motora v porovnaní so štvortaktným motorom.
Výhody dvojtaktného motora:
Jednoduchá konštrukcia
Nižšia hmotnosť v porovnaní so štvortaktným motorom
Menšie rozmery motora
Absencia ventilového rozvodu
Nižšie náklady na výrobu
Jednoduchý systém mazania motora.
Chladenie je vo väčšine prípadov vzduchové, takže odpadajú všetky časti systému vodného chladenia
Možnosť pracovať v akejkoľvek polohe (aj hlavou dole)
Maximálny výkon je dosiahnutý v nižších otáčkach, nakoľko každý pohyb piestu smerom dole doprevádza spaľovanie
V niektorých prípadoch ide ľahšie do otáčok
Nevýhody dvojtaktného motora:
Neekologickosť kvôli primiešavaniu oleja do paliva
Vysoká spotreba paliva, kvôli častému úniku nespálenej zmesi do výfuku počas vyplachovania
Vyššia spotreba motorového oleja v porovnaní so štvortaktným motoromNepravidelný chod motora v nízkych otáčkach
Vyššia hlučnosť motora
Miešanie spálenej a nespálenej zmesi
Kvôli umiestneniu kanálov na bočnej strane valca dochádza k vyššiemu opotrebeniu piestnych krúžkov
Štvortaktný motor / štvordobý motor:
Pracovné cykly štvortaktného zážihového a vznetového motora sa mierne odlišujú, takže si napíšeme o oboch týchto motoroch samostatne.
Zážihový štvortaktný motor:
1. Nasávanie
Pri pohybe piestu smerom nadol sa priestor nad piestom zväčšuje a zároveň sa otvoria aj sacie ventily. To spôsobí pokles tlaku nad piestom (tlak nad piestom je nižší ako atmosférický tlak). Tento rozdiel tlakov umožní motoru nasať do valcov skrz nasávacie potrubie potrebné množstvo vzduchu.
Okrem samotného vzduchu sa však do valcov dostáva aj palivo. Vzduch a palivo spolu tvoria zápalnú zmes. Zápalná zmes sa tvorí buď to v nasávacích kanáloch, sacom potrubí alebo priamo vo valci v závislosti od technológie vstrekovania paliva.
2. Kompresia
Po tom, ako piest dosiahne svoju dolnú úvrať a fáza nasávania sa skončí, začne sa pohybovať smerom hore. Piest svojim pohybom smerom hore stláča zmes, ktorá sa vďaka tomu zahrieva a pretože sa nemôže rozpínať, stúpa aj tlak. Vysoká teplota a tlak podporuje odparovanie paliva a jeho premiešanie so vzduchom, vďaka čomu je zmes výbušnejšia.
Zmes však nesmie byť pri kompresii stlačená príliš, aby tak nedosiahla teplotu samovznietenia paliva (detonačné spaľovanie). Počas kompresie sú sacie a výfukové ventily zatvorené.
3. Expanzia
Počas tejto fázy začína proces spaľovania. Na zapaľovacej sviečke preskočí iskra ktorá zapáli stlačenú zmes. Po zapálení začne zmes expandovať, čím tlačí na piest a posúva ho smerom dole k jeho dolnej úvrati čím dochádza k premene tepelnej energie na mechanickú prácu.
4. Výfuk
Počas tejto fázy sa otvoria výfukové ventily ktoré umožnia dostať sa výfukovým plynom von z valca. Na konci expanzie je tlak vo valci vyšší ako atmosférický tlak, vďaka čomu sú výfukové plyny vytláčané z valca von. Zvyšné výfukové plyny zas vytlačí piest pri pohybe k svojej hornej úvrati.
Aby sa však zlepšilo vyprázdňovanie valca, zatvárajú sa výfukové ventily až po tom, ako dosiahne piest svoju hornú úvrať a sacie ventily sú už otvorené.Po tom, ako skončia všetky štyri cykly, začína pracovný obeh motora odznova.
Vznetový štvortaktný motor:
Princíp činnosti štvortaktného vznetového motora je veľmi podobný činnosti štvortaktného zážihového motora. Hlavným rozdielom je fakt, že sa do valcov nasáva len čistý vzduch, do ktorého sa po stlačení a zahriatí vstrekuje nafta a vzniknutá zmes sa zapaľuje kompresným teplom.
1. Nasávanie
Piest sa pohybuje zo svojej hornej úvrate smerom nadol do dolnej úvrate, čím sa priestor nad piestom zväčšuje a zároveň sa otvoria aj sacie ventily, vďaka čomu sa do valcov skrz nasávacie potrubie dostáva potrebné množstvo vzduchu.
2. Kompresia
Po tom, ako piest dosiahne svoju dolnú úvrať a fáza nasávania sa skončí, začne sa pohybovať smerom hore. Piest teda putuje zo svojej dolnej úvrate naspäť do hornej úvrate, pričom svojim pohybom smerom hore stláča vzduch, ktorý sa vďaka tomu zahrieva, no rastie aj jeho tlak. Tesne pred tým, ako dosiahne piest svoju hornú úvrať sa do spaľovacieho priestoru vstrekne palivo, ktoré sa premieša, odparí a následne vznieti, čím vzniká expanzia.
3. Expanzia
Po vznietení zmesi sa horením uvoľňuje tepelná energia paliva, ktorá sa prejavuje zvýšením tlaku plynov vo valci. Tlak plynu teda pôsobí na piest motora, čím premieňa tepelnú energiu paliva na mechanickú prácu motora. Pri expanzii sa piest motora pohybuje zo svojej hornej úvrate smerom do dolnej úvrate.
4. Výfuk
Pri poslednej časti pracovného obehu štvortaktného vznetového motora sa piest pohybuje zo svojej dolnej úvrate do svojej hornej úvrate, pričom sú výfukové ventily otvorené. To znamená, že piest svojim pohybom hore vytláča výfukové plyny cez výfukový systém do ovzdušia. K uzatvoreniu výfukových ventilov dochádza tesne pred tým, ako piest dosiahne svoju hornú úvrať.
Všetky fázy štvortaktného motora prebiehajú pri dvoch otáčkach, teda počas dvoch otočení kľukového hriadeľa. Poďme sa však pozrieť na výhody a nevýhody štvortaktného motora v porovnaní s dvojtaktným motorom.
Výhody štvortaktného motora:
Nižšia spotreba paliva
Vyváženejší a kultivovanejší chod
Dostatočný výkon aj pri nižších otáčkach
Dokonalejší systém mazania
Nízka spotreba motorového oleja
Ekologickejšia prevádzka
Lepšie chladenie motora
Má dlhšiu životnosť
Nevýhody štvortaktného motora:
Vyššia hmotnosť
Zložitejšia konštrukcia
Nákladnejšie opravy v prípade poruchy
Na jeden pracovný obeh motora sú potrebné dve otáčky kľukového hriadeľa a štyri zdvihy piesta
Záver
Verím, že po tomto článku už budeš mať jasno v tom, aký je rozdiel medzi dvojtaktným a štvortaktným motorom.