Dvojtaktný motor

Na pohon dopravných prostriedkov (automobily a motocykle, lode, lietadla a pod.) ale aj na pohon rôznych prístrojov, stavebných a iných mechanizmov a náradia sa môžu používať motory spaľovacie, parné, elektrické a solárne. Väčšinou sa však používajú spaľovacie motory, v ktorých sa chemická energia paliva mení priamo v spaľovacom priestore motora na energiu tepelnú, ktorú motor premení na mechanickú prácu. V spaľovacom motore sa spaľuje vhodná zmes paliva so vzduchom v takom pomere, aby po zapálení rýchlo a pokiaľ možno bezo zbytku zhorela. V piestových spaľovacích motoroch piest túto zápalnú zmes najskôr nasaje do pracovného priestoru valca a potom ju stlačí. Vo vhodnom okamihu je zmes zapálená. Vplyvom uvoľnenej tepelnej energie vo valci prudko stúpne tlak a objem plynov. Vzniknutý tlak plynov tlačí na piest, pohybujúci sa vo valci motora, ktorého posuvný pohyb je kľukovým mechanizmom prevedený na pohyb otáčavý.

Pracovný cyklus dvojtaktného motora prebieha v dvoch taktoch (dobách),t.j. počas jednej otáčky kľukového hriadeľa.

1. Nasávanie + Kompresia:
Piest sa pohybuje smerom hore a priestor pod ním sa zväčšuje. Tým vzniká podtlak (kľuková skriňa musí byť u dvojtaktného motora plynotesná) Dolná hrana piestu pri pohybe nahor uvoľní sací kanál, čim sa do kľukovej skrine nasaje čerstvá palivová zmes z karburátora.
Súčastne sa nad stúpajúcim piestom stláča palivová zmes.

2. Expanzia + Výfuk (výplach):
Tesne pred tým ako piest dosiahne hornú úvrať, zapaľovacia sviečka zapáli stlačenú zmes. Rozpínajúce plyny konajú prácu a tlačia piest dole. Tým sa v kľukovej skrini stláča čerstvá zmes nasatá pri prvom takte. Krátko pred dolnou úvraťou uvoľní horná hrana piestu výfukový kanál, ktorým môžu prúdiť spaliny do výfuku. Bezprostredne potom horná hrana piestu uvoľní aj prepúšťací kanál (spája priestor pod a nad piestom). Tým môže stlačená čerstvá zmes z kľukovej skrine prúdiť do spaľovacieho priestoru. Určitý čas je pritom otvorený výfukový aj prepúšťací kanál súčastne (pokiaľ sa piest nepresunie cez dolnú úvrať a neuzavrie svojou hornou hranou výfukový kanál), čo má za následok to, že so spalinami uniká do výfuku aj časť čerstvej zmesi.

Celý cyklus sa takto opakuje.

Príčinou neekologickosti a neekonomickosti dvojtaktných motorov je práve únik nespálenej zmesi do výfuku. Ďalším problémom je mazanie pohybujúcich sa častí motora. Keďže v kľukovej skrini prebiehajú pracovné procesy nemôže byť využitá ako zásobárňa oleja ako je to pri štvortaktných motoroch.

Preto sa musí olej pridávať priamo do paliva, čo spôsobuje namodro zafarbený dym a charakteristický zápach dvojtaktných motorov.

Činnosť dvojtaktného motora s deflektorom na pieste a mazaním mastnou zmesou T3

Pri tomto druhu motora spravidla nebývajú ventily, ale sací a výfukový kanál obyčajne vyúsťuje po jednej strane do valca. Výfukový kanál býva umiestnený nad sacím kanálom. Na protiľahlej strane sacieho výfukového kanála je umiestnený tretí kanál, takzvaný prepúšťací, ktorý spája pracovný priestor valca s priestorom kľukovej skrine. Piest pri pohybe hore a dolu zatvára a otvára svojím povrchom jednotlivé kanály. Aby sa vstupujúca zmes usmernila, má piest na svojom dne náliatok, tzv. deflektor. Tento motor sa nazýva tiež piestovo-rozvodový, na rozdiel od ventilového motora. Kľuková skriňa dvojtaktných motorov má menšie rozmery a je vzduchotesne uzatvorená, pretože sa do nej nasáva zmes a tiež sa v nej aj stláča. Tento cyklus je znázornený na obrázku T3.

Pri viacvalcových dvojtaktných motoroch býva kľuková skriňa rozdelená podľa jednotlivých valcov. Táto konštrukcia dvojtaktného motora a tzv. priečnym vyplachovaním a s deflektorom na pieste sa už takmer nepoužíva, pretože vyplachovanie valca od splodín horenia je nedokonalé a časť zmesi uniká do výfuku, aj keď sa usmerňuje deflektorom piesta. Najnovšie sa táto konštrukcia nahrádza konštrukciou s tzv. vratným vyplachovaním, ktorá je znázornená na obrázku T3/A.
Činnosť dvojtaktného motora s vratným vyplachovaním T3/A

Pri novších konštrukciách dvojtaktných motorov sa spaľovacia zmes usmerňuje dvoma, prípadne väčším počtom prepúšťacích kanálov, deflektor sa tu už nepoužíva. Týmto spôsobom sa valec lepšie vypláchne od výfukových plynov a zníži sa strata zmesi do výfuku. Piest bez deflektora je ľahší, lepšie sa z neho odvádza teplo, motor znesie vyššie otáčky. Prepúšťacie kanály sú umiestnené proti sebe a medzi nimi je výfukový kanál, oproti ktorému je trochu nižšie sací kanál.
Obidva prepúšťacie kanály ústia do vnútorného priestoru valca v šikmom smere hore tak, aby sa obidva prúdy zmesi, ktorá vstupuje nad piest, usmerňovali sklonom kanálov šikmo hore, smerom od výfukového kanála a ďalej postupujú hore k vydutému dnu hlavy valca, odkiaľ sa vracajú smerom dolu do ústia výfukového kanála. Preto sa táto konštrukcia motora nazýva tiež konštrukciou s vratným vyplachovaním. Usmernením vystupujúcej zmesi sa dosiahne oveľa lepšie vypláchnutie valca od výfukových plynov než pri motoroch s deflektorom na pieste.

Pri dvojtaktných motoroch má stena piesta dva protiľahlé otvory, ktorých rozmery odpovedajú spodným vstupným otvorom prepúšťacích kanálov. Len čo pri pohybe piesta dolu začne horná hrana piesta odkrývať horné výstupné otvory prepúšťacích kanálov, začnú spodné hrany otvorov v stene piesta odkrývať tiež spodné vstupné otvory prepúšťacích kanálov. Stlačená zmes v kľukovej skrini začne z vnútra piesta vstupovať otvormi v stene piesta do prepúšťacích kanálov nad piest.

1. Nasávanie + Kompresia:
Piest ide z dolnej úvrate do hornej úvrate a nad piestom nastáva kompresie už skôr privedenie zmesi. Pod piestom dochádza k podtlaku, a len čo spodná hrana piesta odkryje sací kanál, začne sa nasávať zmes do kľukovej skrine.

2. Expanzia + Výfuk ( výplach ):
V hornej úvrati piesta sa stlačená zmes zapáli elektrickou iskrou od zapaľovacej sviečky, tlak plynov vrhne piest dolu ( expanzia ), pričom sa vykoná práca. Pod piestom po zakrytí sacieho kanála ľavou spodnou stenou piesta sa začne stláčať zmes v kľukovej skrini.

Ak porovnáme dvojtaktný motor s motorom štvortaktným, vidíme, že pri dvojtaktnom motore je dvojnásobný počet pracovných zdvihov, a preto by mal byť aj výkon pripadajúci na 1l obsahu valca dvojnásobný. V skutočnosti má litrový dvojtaktný motor výkon len asi 1,2 krát väčší ako motor štvortaktný. Príčinou tejto skutočnosti je, že dvojtaktný motor má horšie plnenie a vyplachovanie valca ako motor štvortaktný a pracovný zdvih piesta je kratší o výšku výfukového kanála. Konštrukcia dvojtaktného motora je však jednoduchšia a lacnejšia, a preto sa používa najmä pri motocykloch.