Két ütem? Négy ütem?

Mi is az ütemszám? Hát ez most így jó kérdés, hiszen ha úgy próbálnám megfogalmazni, hogy hány részfolyamatból áll egy teljes ciklus, akkor tévúton vagyok, hiszen a szívás-sűrítés-égés-kipufogás ugyanúgy megvan a kétüteműeknél is, mint ahogy négyüteműeknél is.  Sőt, a kétüteműeknél még alsó sűrítés is van, tehát még több dolog történik. Ha tehát meg akarnám magyarázni, akkor azt kellene mondanom, hogy hány félfordulat alatt zajlik le a teljes ciklus a motorban. Az pedig, hogy erre valóban a legalkalmasabb szó-e az “ütem”, nem célom felülbírálni; így szokták meg, ezt használják, mindenki így ismeri, pont.
Az ütemszámnak és a működési elvnek bármilyen kombinációja előfordulhat, csak legfeljebb valamelyikkel még nem találkozott az ember. Tehát bármennyire is meglepő, ugyanúgy vannak 2T és 4T Diesel-ek is, mint ahogy 2T és 4T Otto motorok is. A legjobb hatásfoka egyébként a 2T Diesel-eknek van, csak ennek a közúti használata több akadályba ütközik. Első körben leginkább abba, hogy a legmagasabb hatásfokot csak stabil fordulatú motorokban lehet elérni, és hát ez utcára alkalmatlan.

Négyütemű Otto motor felépítéseForgattyús mechanizmus. Még mielőtt nagyon elmerülnék az ütemszámok rejtelmeiben, úgy érzem, hogy feltétlen tisztázandó az a dolog, mi módon működik a motor? A körfolyamatok állandóságának a biztosításához folyamatosnak kell lennie a töltetcseréknek. A friss levegő beszívásától kiindulva az elégett gázok távozásáig bezárólag. Ha ez nem biztosított, akkor a motor nem fog működni. Ezen felül még biztosítandó az is, hogy a körfolyamat által létrehozott energiát át tudjuk alakítani valami olyan energiává - rendszerint mozgássá -, amit fel tudunk használni. Tehát az elterjedt motorokban használatos forgattyú mechanizmus a főtengellyel, hajtókarral (tudom, hajtórúd, de akkor is ez maradt meg a köznyelvben) és dugattyúval egyszerre képes ellátni a töltetcsere feladatát és képes betölteni az energia megfelelő mozgássá való alakítását. Természetesen vannak más megoldások is, mint pl. a Wankel motor, vagy épp a Gömbmotor, de erről egy kicsi később. És hogyan is épül fel a klasszikus forgattyús mechanizmus? Adott a főtengely amin a forgás középpontjához képest egy adott sugáron helyezkedik el egy hajtókar, s ennek a tetején van a dugattyú. A főtengely és a dugattyú  kapcsolatából fakadóan a töltetcsere, valamint az égésfolyamatok a főtengely forgó mozgása által azonnal megvalósulnak.

Négyüteműek. A négyüteműeket azért hívhatjuk így, mivel négy ütem alatt zajlik le a teljes ciklus. A négy ütem az négy félfordulat, vagyis két teljes fordulat alatt. És ami lényeges és mindenképpen megemlítendő, hogy az egyes ütemek alatt egy hengerben egyszerre csak egy folyamat zajlik. Az első ütemben, a dugattyú lefelé haladó mozgása alatt csak a szívás zajlik; ezt követően a második ütemben, a dugattyú felfelé haladó mozgása közben a sűrítés, majd az égés (szintén lefelé haladó mozgás közben), s végül (felfelé mozgás közben) a kipufogás. Tudom, már eddig is sokszor hangzott el ez itt korábban, de úgy érzem, hogy amikor arra kerül a sor, hogy egy probléma megoldásához logikailag kell felépíteni valamilyen ilyesmi elméletet, akkor sokszor már ott megdől a problémamegoldás, hogy ezt (miszerint két teljes fordulat a teljes ciklus) elfelejtik. S miért van ennek jelentősége? Mert a kétüteműeknél ez nem így van! De erről később. Tehát a négyütemű elvről sokkal többet nem kell, nem is lehet elmondani. Lényegében az is mindegy, hogy Otto vagy Diesel, az egyes ütemek alatt zajló részfolyamatok változatlanok.

Kétüteműek. A kétüteműek első ránézésre nagyon egyszerű szerkezetnek tűnnek a négyüteműek bonyolult finommechanikája mellett, de valójában bonyolultabb. Tervezési oldalról legalábbis. Ránézésre alig egy-két alkatrész van csak benne, de az, hogy azok hol vannak, miért ott vannak, miért akkorák, amekkorák, már nagyon nem mindegy.

A kétüteműek legfontosabb jellemzője, hogy a töltetcsere nem szelepeken keresztül történik, mint a négyüteműeknél, hanem résvezérelt. Mit jelent ez? Azt, hogy a szívó- és kipufogócsatornák közvetlenül a hengertérhez kapcsolódnak és a dugattyú alternáló mozgása nyitja, illetve zárja le ezeket a csatornákat a főtengely meghatározott szöghelyzetében.

Ütemszám. Mint az a fenti okfejtésből is kilogikázható, a két ütem két félfordulat alatt zajlik le, tehát egy fordulat alatt végbe is megy a teljes ciklus. Hogyan is történik meg mindez, mind a négy részfolyamat? Úgy, hogy egy ütem alatt egyszerre több részfolyamat is zajlik éppen a motorban.

Kétütemű Otto-motor elvi működéseA fenti sematikus ábra rendkívül jól szimbolizálja az összes fontos dolgot, ami egy kétütemű motornál fennáll. A motor a következőképpen épül fel. A szívóoldal a forgattyús térbe csatlakozik be. A forgattyús tér az ún. átömlőcsatornákon keresztül van összekötve a hengertérrel úgy, hogy  a gázokat a dugattyú mozgása kényszeríti át a forgattyús térből a hengertérbe. Itt, a hengertérnél pedig a dugattyú nyitja és zárja az átömlő csatornákat a főtengely megfelelő pozíciójában. Ugyanez igaz a másik oldalon a kipufogócsatornára is, a kipufogócsatornát is a dugattyú vezérlő élei fogják nyitni-zárni. A kétütemű motoroknak ezen felül van még egy érdekes “alkatrésze”, ez pedig a forgattyús tér, ami a gáztöltetcsere-funkció ellátásában fontos szerepet tölt be.

De hogy is néz ez ki a valóságban? Elemezzük ki elölről a rendszert, kezdjük a dugattyú AHP-i helyzetéből. A dugattyú elindul felfelé. Ekkor a forgattyús térben vákuum keletkezik, így a friss töltet beáramlik a dugattyú alatti térbe. A dugattyú a FHP-ból elindul lefelé, de mivel az az átömlőcsatornát még zárva tartja, így a forgattyús térben kialakul egy elősűrítés. De amint a dugattyú túlhalad az átömlőcsatorna felső élén, a csatorna megnyílik és az alul elősűrített gázok feláramlanak a hengertérbe. Az AHP-ot elérvén a dugattyú elindul felfelé, és a hengertérbe átáramlott gázt elkezdi sűríteni. A FHP-ban a szikra begyújtja a keveréket, ami munkát végez a dugattyún. A dugattyú lefelé haladó mozgásában, amint eléri a kipufogócsatorna felső élét, a gázok elkezdenek távozni a motorból és folytatódik minden elölről. Ami még mindenképpen kihangsúlyozandó, hogy minden ütem alatt a mind dugattyú alatti és feletti tér is használatban van. Vagyis a felfelé haladó mozgás alatt egyrészt alul megtörténik a friss töltet beszívása, másrészt felül pedig a sűrítés. Lefelé haladás közben pedig alul az elősűrítés majd átömlés, felül pedig az égés és kipufogás.

A motor működésében nagyon sok apró, de annál fontosabb műszaki részlet van, ami felett nem lehet átsiklani, különben nem úgy fog működni a motor, ahogy kellene neki. Ilyen például az, hogy az alsó sűrítésnél miért csak felfelé áramlik a gáz, s miért nem vissza a szívóoldal felé? Erre egy visszacsapó szelep funkciójú membrános megoldást szoktak alkalmazni, amely meggátolja a visszaáramlást. További kérdés, hogy mivel a kipufogócsatornának értelemszerűen korábban kell nyitnia, mint az átömlőcsatornáknak, mitől marad a feláramló gáz a hengertérben és nem távozik a kipufogón? Erre pedig a kipufogórendszer ad megoldást. Ezért is oly fontos a kétüteműeknél a megfelelően hangolt kipufogó. A friss gázok elkezdenek ugyan az elégett gázokkal együtt kiáramlani a kipufogón, de a megfelelően méretezett és hangolt kipufogóban kialakuló gázlengések (mint az nagyon jól látható a fenti sematikus ábrán is!) úgy alakulnak, hogy mielőtt a dugattyú lezárná a kipufogónyílás felső élét, a friss gázokat visszatolja a hengertérbe. És akkor remélem, ezt olvassa az az egy-két lelkes környékbéli suhanc is, aki akkora vigyorral feszít a levett kipufogójú 2T robogóján, hogy hátul majdnem összeér a szája:  ha a 2T motorról leveszed a kipufogót, akkor nem csak elviselhetetlenül hangos lesz, de menni sem fog! De legalább annyit fog enni, mint egy V6-os benzines autó…

Szóval óvatosan azzal a kétütemű tuninggal! Egyszerűnek tűnik, de nagyon sok apró, s annál fontosabb momentum határozza meg a működését!

Geree