A kétütemű belsőégésű motor a belső égésű motorok egyik fajtája, abban különbözik a négyütemű motortól, hogy mindössze két ütem (egy motorfordulat) alatt hajtja végre azt a ciklust, amit a négyütemű motor két fordulat alatt. Így a kétütemű motornál minden fordulatra esik egy munkaütem, szemben a négyüteművel, ahol csak minden második fordulatra. A kétütemű motor fontos tulajdonsága, hogy mindkét irányban megindítható és üzemben tartható.
Kétütemű motorok használatosak a legnagyobb és legkisebb teljesítmények tartományában. Közepes teljesítményeknél sokkal kisebb a jelentőségük.
Előnyei :
- A kevés alkatrész kevesebb hibaforrást és kisebb önsúlyt jelent.
- Nagyobb a teljesítménye, mint egy azonos lökettérfogatú négyütemű motornak.
- A motor reverzálható (megfordítható a forgásiránya)
Hátrányai:
- Jelenleg környezetvédelmi okokból egyre inkább szűkül a felhasználási területe, mivel bármely kialakítás esetén kerül olaj a környezetbe.
- A benzin kenőolajtartalma nem tud tökéletesen elégni és az átöblítési folyamat miatt sok elégetetlen üzemanyag kerülhet környezetbe, amit viszont a kipufogó kialakításával (rezonátor), közvetlen befecskendezéssel, meglehet valamennyire akadályozni.
- Katalizátorral sem javítható tartósan a károsanyag kibocsátás, mivel a kiáramló olaj és benzin ezt károsítja.
- A kenés nem tökéletes ezért gyorsabb az alkatrészek kopása, kivéve ha adagolószivattyút alkalmazunk.
A legkisebb benzinmotorok általában kétüteműek. Elterjedten használják motorcsónakok oldalmotorjánál, motorkerékpároknál, mopedeknél, robogóknál, hómobiloknál, go-kartoknál, repülőgép-modelleknél, láncfűrészeknél, fűnyíróknál, szegélynyíróknál. Mindezeknél az alkalmazásoknál azért népszerűek, mert egyszerű a szerkezetük (és ennélfogva olcsók), és nagyon jó a teljesítmény-súly viszonyuk (mivel kétszer annyi munkaütemet végeznek adott fordulatszám alatt, mint a négyütemű motorok). Kézi szerszámoknál további előnyük, hogy mindkét irányban működnek, valamaint az, hogy nincs olajtartályuk, ami a gravitációtól gyakorlatilag függetlenné teszi működésüket.
Szívás és sűrítés:
A felfelé (a hengerfej irányába) mozgó dugattyú a zárt forgattyúsházban vákuumot hoz létre. Ahogy a dugattyú felemelkedik, a szívónyílás szabaddá válik, ezáltal a forgattyúsházba beáramlik a porlasztó (karburátor) segítségével előállított keverék. Eközben a már hengerben lévő benzin-levegő elegyet a még mindig felfelé mozgó dugattyú összenyomja.
A ciklus folyamata:
Munkavégzés (Terjeszkedés):
A dugattyú FHP-ban (Felső Holtpont) van.
A főtengely 0 vagy 360°-os helyzetben.
A valóságban 0-tól 150°-ig tart, de ezen az ábrán 120°-nál ér véget.
Szívás/Sűrítés:
A dugattyú AHP-ból (Alsó Holtpont) FHP felé mozog.
A szabaddá vált szívónyíláson beáramlik a keverék (vagy légsűrítő berendezés /az ún. Roots-fúvó/ juttatja a hengerbe).
A vákuum kinyitja a reed-szelepet (szívónyílást elfedő membránszelep), ami beengedi a keveréket a forgattyúsházba.
A már hengerbe került benzin-levegő keveréket a felfelé mozgó dugattyú öszzepréseli.
Mielőtt a dugattyú elérné a Felső Holtpontot, a gyújtórendszer begyújtja az égéstérben lévő elegyet.
A dízelmotoroknál 11-13°-os főtengelyhelyzetnél üzemanyagot fecskendez az FHP-be. Eddig a pontig csak levegőt sűrített. A hajtóanyag csak a sűrítés végső szakaszában jut a hengerbe.
Kipufogás és Öblítés:
A dugattyú FHP-ból AHP felé mozog.
120°-os főtengelyszögnél felfedi a kipufogónyílást, ahol magas nyomása miatt kipufogógáz hagyja el a hengert.
10-40°-nál friss elősűrített gáz érkezik a hengerbe.
A benzin/levegő/olaj keverék kifelé nyomja az égéstermékeket a hengerből.
A dugattyú ezután összesűríti az elegyet, és ezzel a maradék kipufogógáz is távozik az égéstérből.
Munkaütem és kipufogás:
Amikor a dugattyú az ütem vége felé halad, a gyertya begyújtja a keveréket és az égésben keletkező, gyorsan táguló gázok visszatolják a dugattyút.
Ahogy a dugattyú ereszkedik felfedi a henger oldalában lévő felömlő nyílást, ami kapcsolatot teremt a kipufogónyílással, így az elégett hajtóanyag szabadon elhagyja az égésteret.
A dugattyú lezárja a felömlőt, nyomás alá helyezve a dugattyú alatti teret. Ez a folyamat egy kis visszáramlást keltve egy kevés keveréket nyom vissza a szívónyílásba, ami lezárja a reed-szelepet, meggátolva ezzel, hogy a keverék a levegőszűrőbe kerüljön.
A benzin-levegő elegy a forgattyúsházat és a hengert összekötő felömlő járatokba kényszerül. A dugattyú felfedi ezen nyílások hengerbe vezető bejáratát(felömlő nyílás), így a keverék az alacsonyabb nyomású közeg felé(henger) áramlik. A felömlő nyílások egy kicsit alacsonyabban helyezkednek el, mint a kipufogónyílás, emiatt keverék lép a hengerbe az égésgázok távozása közben. A belépő friss elegy elősegíti ezen gázok távozását, vagyis a henger "öblítését".
Ahogy a henger leért, újra felfelé mozdul, elzárja a felömlő nyílást, majd összesűríti a keveréket. Ezután egy újabb ciklus kezdődik.
Öblítési eljárások
Kétütemű motorban az öblítéshez csak kb. 130fok forgattyústengely-szög áll rendelkezésre, tehát csupán egyharmada a négyütemű motor gázcsereidejének. A rövidebb töltetcsereidő nagyobb töltési veszteséggel jár. Ellenáramú öblités soran az átömlő kezdőtöltet áramlasi iránya ellentétes a kiömlő égéstermekgázéval. Emiatt a kezdőtöltet és a kipufogógáz keveredik. Az ellenaramú öblités alapformái a keresztáramú (vagy Saurer-rendszerű) öblités és a hurkos (más néven Schnürle-rendszerű) öblités.
A felfelé (a hengerfej irányába) mozgó dugattyú a zárt forgattyúsházban vákuumot hoz létre. Ahogy a dugattyú felemelkedik, a szívónyílás szabaddá válik, ezáltal a forgattyúsházba beáramlik a porlasztó (karburátor) segítségével előállított keverék. Eközben a már hengerben lévő benzin-levegő elegyet a még mindig felfelé mozgó dugattyú összenyomja.
A ciklus folyamata:
Munkavégzés (Terjeszkedés):
A dugattyú FHP-ban (Felső Holtpont) van.
A főtengely 0 vagy 360°-os helyzetben.
A valóságban 0-tól 150°-ig tart, de ezen az ábrán 120°-nál ér véget.
Szívás/Sűrítés:
A dugattyú AHP-ból (Alsó Holtpont) FHP felé mozog.
A szabaddá vált szívónyíláson beáramlik a keverék (vagy légsűrítő berendezés /az ún. Roots-fúvó/ juttatja a hengerbe).
A vákuum kinyitja a reed-szelepet (szívónyílást elfedő membránszelep), ami beengedi a keveréket a forgattyúsházba.
A már hengerbe került benzin-levegő keveréket a felfelé mozgó dugattyú öszzepréseli.
Mielőtt a dugattyú elérné a Felső Holtpontot, a gyújtórendszer begyújtja az égéstérben lévő elegyet.
A dízelmotoroknál 11-13°-os főtengelyhelyzetnél üzemanyagot fecskendez az FHP-be. Eddig a pontig csak levegőt sűrített. A hajtóanyag csak a sűrítés végső szakaszában jut a hengerbe.
Kipufogás és Öblítés:
A dugattyú FHP-ból AHP felé mozog.
120°-os főtengelyszögnél felfedi a kipufogónyílást, ahol magas nyomása miatt kipufogógáz hagyja el a hengert.
10-40°-nál friss elősűrített gáz érkezik a hengerbe.
A benzin/levegő/olaj keverék kifelé nyomja az égéstermékeket a hengerből.
A dugattyú ezután összesűríti az elegyet, és ezzel a maradék kipufogógáz is távozik az égéstérből.
Munkaütem és kipufogás:
Amikor a dugattyú az ütem vége felé halad, a gyertya begyújtja a keveréket és az égésben keletkező, gyorsan táguló gázok visszatolják a dugattyút.
Ahogy a dugattyú ereszkedik felfedi a henger oldalában lévő felömlő nyílást, ami kapcsolatot teremt a kipufogónyílással, így az elégett hajtóanyag szabadon elhagyja az égésteret.
A dugattyú lezárja a felömlőt, nyomás alá helyezve a dugattyú alatti teret. Ez a folyamat egy kis visszáramlást keltve egy kevés keveréket nyom vissza a szívónyílásba, ami lezárja a reed-szelepet, meggátolva ezzel, hogy a keverék a levegőszűrőbe kerüljön.
A benzin-levegő elegy a forgattyúsházat és a hengert összekötő felömlő járatokba kényszerül. A dugattyú felfedi ezen nyílások hengerbe vezető bejáratát(felömlő nyílás), így a keverék az alacsonyabb nyomású közeg felé(henger) áramlik. A felömlő nyílások egy kicsit alacsonyabban helyezkednek el, mint a kipufogónyílás, emiatt keverék lép a hengerbe az égésgázok távozása közben. A belépő friss elegy elősegíti ezen gázok távozását, vagyis a henger "öblítését".
Ahogy a henger leért, újra felfelé mozdul, elzárja a felömlő nyílást, majd összesűríti a keveréket. Ezután egy újabb ciklus kezdődik.
Öblítési eljárások
Kétütemű motorban az öblítéshez csak kb. 130fok forgattyústengely-szög áll rendelkezésre, tehát csupán egyharmada a négyütemű motor gázcsereidejének. A rövidebb töltetcsereidő nagyobb töltési veszteséggel jár. Ellenáramú öblités soran az átömlő kezdőtöltet áramlasi iránya ellentétes a kiömlő égéstermekgázéval. Emiatt a kezdőtöltet és a kipufogógáz keveredik. Az ellenaramú öblités alapformái a keresztáramú (vagy Saurer-rendszerű) öblités és a hurkos (más néven Schnürle-rendszerű) öblités.
- keresztáramú öblités:
A keresztáramú öblités soran a kezdőtöltet és a kipufogógáz keresztirányban áramlik a hengeren keresztül, mert az atömlőrés és a kipufogórés szemben van egymassal. Ehhez a legrégibb öblitési eljáráshoz tarajos dugattyú szükséges, amely felfelé tériti el a beáramló töltetet. A dugattyúkiképzés eltéritőhatasa közvetlenül az átomlőrés kinyilása utan a legnagyobb, teljesen nyitott résnél (dugattyú az alsó holtpontban) a legkisebb. Ennek megfelelően az áramlás kezdetben a henger fala mentén, majd a henger közepén át halad, és a kezdőtöltet végül a legrövidebb úton, hasznosítás nélkül kiléphet a kipufogórésen. A keresztáramú öblitést ezért más öblitési módszerek szorították ki.
- hurkos öblités:
A hurkos öblitésnél a kipufogóréstől, ill. a kipufogórésektől jobbra és balra egy-egy átömlőrés van. Az öblítőáramlást (átömlés) a henger tengelyéhez viszonyitva ferde helyzetű öblítőcsatornák a kipufogással szemben fekvő hengerfalra terelik. Ott a kezdőtöltet felemelkedik és a henger falát követve a kipufogórésen kitolja a kipufogógázt. Az öblitőáramlás tehát megfordul a hengerben. Mivel az öblitőáramlás vezetése a hurkos öblités folyamán nagyon jó, lapos tetejű dugattyú alkalmazható . A hurkos öblitést a három átömlőrés miatt háromáramú öblítésnek is nevezik.
Keverékképzés
A keverékképzés történhet:
- karburátorral: az üzemanyag-olaj-levegő keveredése a porlasztóban megy végbe és a dugattyú már ezt szívja be a forgattyúsházba.
- injektorral: az üzemanyag forgattyúsházba juttatását befecskendező végzi. A dugattyú csak levegőt szív be.
- közvetlen befecskendezéssel: a dugattyú csak levegő-olaj keveréket szív be, majd ez a munkaütemek során a hengerbe jut ahol a kipufogó csatorna zárása után történik meg az üzemanyag befecskendezése közvetlenül a hengerbe mialatt a dugattyú már felfelé halad. előnye hogy ezzel megakadályozható az üzemanyag környezetbe jutása, csökken a fogyasztás.
Vezérlési módok
Szimmetrikus vezérlés
A dugattyú által vezérelt töltetcserével müködő kétütemű motorban a beömlő-, kipufogó- és átömlőrések pontosan ugyanannyi fokkal nyilnak az alsó, ill, a felsó holtpont előtt, mint amennyivel utánuk záródnak. Ezért teljesen szimmetrikus vezérlési diagram adódik. A felső holtpont felé mozgó dugattyú először az átömlőrést, majd a kipufogórést zárja. Eközben kezdőtöltet kerülhet ki a kipufogórésen (öblitési veszteség). Ezt káros utókipufogásnak nevezzük.
- Résvezérlés:
A dugattyú végzi a vezérlést. A dugattyú palástja nyitja és zárja a beömlő-, kipufogó- és átömlőréseket.
Aszimmetrikus vezérlés
- Membránvezérlés:
A kezdőtöltet bevezetését membránszelep vezérli. Amikor a dugattyú a felső holtpont felé mozog, akkor a forgattyúházban csökken a nyomás (szivó hatás jön létre), a membránszelepet a kezdőtöltet légköri nyomása kinyitja. A kezdőtöltet beáramolhat a forgattyúházba, amig a lefelé mozgó dugattyú nyomása által keltett elősűritési nyomás és az előfeszitett membrán zárja a beömlőcsatornát.
- Forgótárcsás vezérlés:
A beömlő- és az átömlőcsatornákat a forgattyús tengelyről hajtott, henger alakú vagy lemez körtárcsák vezérlik. Az ilyen kétütemü motor öblitése és hengertöltése jobb, fajlagos tüzelőanyag-fogyasztása kisebb, alkatrészigénye azonban lényegesen nagyobb, mint a szimmetrikus vezérlési diagramú, egyszerübb, haromcsatornas kétütemű motoroké.
Kipufogó rendszer
A kétütemű motorok esetében gyakran speciális kipufogókat alkalmaznak amelyek kialakításuk miatt segítenek a gázlengések szabályozásában, a töltéscserében. Az öblítés lengés jellegű folyamat. Ezért a kipufogóvezeték a hangtompítóval és a szívóvezeték a légszűrővel egymáshoz pontosan össze van hangolva. Meg nem engedett módosítások esetén a motor károsodhat, teljesítménye csökkenhet, a károsanyag kibocsátása megnőhet, a megengedett zajszint átlépése esetén a környezetet is zavarhatja.
A kipufogó részei:
- Leömlő:
Feladata a motor hengeréből kiáramló kipufogógáz szűkítése egy csővezetékbe, valamint a hengerekben keletkező nagy hő elvitele, zajcsökkentés. Tömítése a hengernél kipufogó-tömítéssel történik, mely egyszer használatos.
- Diffúzor:
A kiszélesedő rész az egyre táguló jellegétől fogva kiszívja a hengerből a már elégett gázokat (kipufogógáz), de attól függően, hogy a dugattyú az alsó holtponthoz közelítve az átömlő csatornákat is nyitja, még egy kis friss keveréket (benzin-levegő) is.
- Konfúzor:
Amikor a kipufogógáz, és egy kevés friss keverék is eljutott hozzá, szűkülő jellegéből adódóan az egész folyamat megtorpan, és így egy ellentétes nyomáshullám indul el, ami a friss keverék egy részét visszanyomja az égéstérbe, ezáltal jobban feltöltve azt, és akadályozza ezzel a hengerbe került friss keverék kipufogóba áramlását (hasonlóan, mint a 4 ütemű motorok kipufogószelepének zárásánál történik).
- Dob vagy hangtompító:
A hangtompító feladata a kipufogási zaj csillapítása, amely a következő módokon lehetséges: rezonanciával, elnyeletéssel, ellenfázisú hullámmal. Az első megoldásnál a kipufogó dob belső tere eltérő méretű kamrákra van felosztva, amelyek csövekkel állnak egymással kapcsolatban. A kamrák és csövek kombinációja olyan üreg, vagy más néven Helmholtz rezonátorokat eredményez, amelyek mindegyike egy bizonyos hangmagasságú hangot tompít. Tehát a kipufogó rezonátor gyakorlatilag nem más, mint egy egyszerű, a kipufogógázban erőteljes gázlengéseket okozó acélcsövecske, melynek átmérője és hossza pontos számításokkal méretezve van, mégpedig úgy, hogy a benne állandó nyomáson álló gáz és a rezonátor saját frekvenciája pontosan meg-egyezzen az adott fordulaton a motorból kiérkező gáz lengésszámával. A két frekvencia mennyiség rezonanciájától a gázhullámok (bizonyos fordulatszám-tartományban) felgyorsulnak, így mintegy elszippantják a hengerek elhasznált töltetét, miáltal a motor frissebben képes ismét felvenni a munka ütemét, leadni megfelelő teljesítményét.
Olajozás
Keverékolajozás Mivel a motor a forgattyúházban elősűríti a kezdőtöltetet, ezért szinte valamennyi kétütemű motor keverékkenésű, vagyis a kenőolajat a tüzelőanyagba keverik. Ennek hátránya, hogy motorfékezésnél, hirtelen gázelvételnél nem jut a fordulatszámnak megfelelő mennyiségű keverék a motorba és nem lesz kielégítő a kenés. Ezért ezekkel a motorokkal nem ajánlatos használni a motorféket, megoldásként szabadonfutót is alkalmaznak, ami gázelvételre oldja a tengelykapcsolót.
Adagolószivattyús olajozás A kétütemű motoroknál a tüzelőanyag és a kenőolaj külön tartályokban is elhelyezhető. Az olajtartályból adagolószivattyú szállítja a kenőolajat a karburátorba, és abban meg a fő fúvóka előtt a tüzelőanyaghoz keveri. Az adagolószivattyú dugattyúját a motor forgatja hajtóművön keresztül, így az adagolás fordulatszámfüggő. A szivattyú dugattyújának lökete, és így az adagolt mennyiség is a fojtószelep helyzetétől függ, tehát terhelésfüggő. Mivel az adagolt mennyiség a motor fordulatszámától és a szivattyú dugattyújának löketétől is függ, az olajhányad a fordulatszám és a terhelés függvénye. Előnye hogy az olajozás mindig kielégítő akár egy négyütemű motor esetében, hátránya hogy meghibásodás vagy az olajtartály kiürülése esetén a motor besülhet, azaz a dugattyú megszorulhat a hengerben.