Egyszerű, erős, de nem elég tiszta
Ha a jelenből tekintünk vissza a kétütemű motorokra, elképzelhetetlennek tartjuk, hogy ezek a hajtóegységek személygépkocsikba kerüljenek, holott volt olyan időszak, amikor messze nem volt egyértelmű, hogy a négy- vagy a kétütemű erőforrás az alkalmasabb erre a feladatra – és talán ma is vita tárgyát képezné a kérdés, ha nem bukkannak fel az emissziós normák, melyeket akkor képtelenség volt teljesíteni a kétütemű motorokkal.
Ebben a cikkben bemutatjuk, hogy hogyan működik ez a motortípus, miért szorult ki pontosan az autóiparból és hogy van-e esélye valaha visszatérni.
Történeti áttekintés
Az első igazi kétütemű erőforrást a skót származású Sir Dugald Clerk mérnök és feltaláló alkotta meg 1878-ban, melyre 1881-ben szerzett szabadalmat. Ekkor még nem nyerte el mai ismert formáját, ugyanis a motor külön töltő hengerrel is rendelkezett.
Ám alig egy évtizedet kellett várni, hogy az angol mérnök, Joseph Day előálljon az első forgattyúsház-elősűrítésű kétütemű blokkal. Érdekesség, hogy a dugattyú általi résvezérlést viszont Joseph Day alkalmazottja, Frederic William Caswell Cock találta fel a motorhoz 1894-ben – ezzel kialakult a ma is létező forma jelentős része.
Az 1900-as évek elejével elkezdődött a termék sorozatgyártása. A személygépkocsik gyártói kevesebb lelkesedéssel érdeklődtek a kétütemű motor iránt, ám annál keresettebb lett a motorkerékpárok körében. Nagy-Britannia után Németországot és Ausztriát is meghódította a találmány, elsőként a Zündapp, a DKW és a Puch használta fel a termékeihez.
Egészen az 1930-as évekig a kétütemű motorok nagy töltetcsere-veszteséggel üzemeltek, kiviteltől függetlenül, így kifejezetten pazarló módon működtek – cserébe viszont kiemelkedő teljesítményt nyújtottak.
Erre szolgált megoldásul a német Adolf Schürle találmány, a hurkos öblítés, melyet elsősorban kétütemű dízelmotorokhoz fejlesztett. Kezdetben a szabadalomra kizárólagos jogot szerzett a DKW, így csak annak lejárta után szorította ki a versenytársakat a piacról.
A következő nagy áttörés az ötvenes években történt, amikor rájöttek arra, hogy hogyan használják ki a gázok lengését, illetve nyomáshullámait a motor hatékonyabb felöltésére. A kipufogórendszerben lévő expanziós kamra, más néven rezonátor kamra elve már a 30-as években létezett, és az 50-es évek végén a kelet-német Walter Kaaden által fejlesztett MZ (korábban IFA) versenymotorokkal komoly eredményeket sikerült elérnie az innovatív megoldásnak.
Mire azonban igazán révbe érhetett volna az MZ, egy disszidens, Ernst Degner kicsempészett magával nyugatra egy versenymotort, mely a Suzuki birtokába került. Ez természetesen katalizálta a találmány elterjedését, ám az MZ számára végzetes csapásnak bizonyult.
Felépítés, működés
Amikor a munkafolyamat a dugattyú két teljes lökethossznyi elmozdulása, vagyis egyetlen főtengelyfordulat alatt történik meg, kétütemű motorról beszélünk, ha kétszer ennyi alatt, akkor négyüteműről.
Természetesen ez nem jelenti azt, hogy a kétütemű motor ciklusából kimaradna valami. Ebben az esetben is ugyanúgy le kell játszódnia a munkafolyamat minden elemének. Két ütem alatt ez akkor megvalósítható, ha segédtereket (forgattyúsház), vagy segédberendezéseket (kompresszor) használunk fel.
A kétütemű erőforrásoknál a sűrítés és a terjeszkedés a két fő ütem, ezek alkotják a löketek jelentős részét, a maradék időt pedig a másik két szakasz, a szívás és a kipufogás alkotja.
A kétütemű Otto-motor nem rendelkezik szelepekkel, mint a négyütemű változata. A keverék be- és kiáramlása a hengerek falán lévő réseken vagy csatornákon keresztül valósul meg. Ezeket a réseket a dugattyú mozgása nyitja, illetve zárja – jellemzően a felső élével a kipufogó- és átöblítő, alsó élével pedig a szívó nyílásokat.
A szakaszok lebonyolításában a forgattyúsház is részt vesz, ugyanis a motor oda szívja be a friss keveréket, ott történik meg az elősűrítés is, majd pedig az átömlő csatornán keresztül kerül be a hengertérbe.
Komoly konstrukciós előny az egyszerűsége, a kis fajlagos méret és tömeg, az egyszerű kezelés és hosszú élettartam. Azonos lökettérfogat és fordulatszám mellett 60-80%-kal nagyobb teljesítményre képes, mint egy négyütemű változat.
Ezekhez az előnyökhöz azonban nagy fajlagos fogyasztás, rossz hatásfok, és számottevő károsanyag-kibocsátás társul – ez pedig olyan leküzdhetetlen feladatként tornyosul a mai napig a kétütemű motor előtt, hogy jelenleg sincs gyakorlati esélye, hogy személygépkocsikban alkalmazzák. A múltban neves autómárkák kísérleteztek az erőforrással (Subaru, Saab, Suzuki, Auto Union stb.), ám mostanra mindegyik vállalat felhagyott a gyártásával.
A kétütemű dízelmotor
Fontos hozzátennünk, hogy kétütemű erőforrásból nem csak Otto-, hanem Diesel-ciklusú változat is létezik. Ez a motor is egy főtengelyfordulat alatt bonyolít le egy teljes munkaciklust. Itt a töltetcsere vegyes vezérléssel valósul meg: a friss levegő a dugattyú által vezérelt réseken keresztül jut a hengertérbe, a kipufogógáz pedig a hengerfejben elhelyezett szelepen vagy szelepeken át távozik.
Lényeges különbség, hogy a dízelmotor esetén a levegő hengertérbe történő bejuttatása nem a forgattyúsházon keresztül, hanem a főtengelyről meghajtott, mechanikus feltöltőn (Roots-fúvó), vagy külső hajtású kompresszorral történik.
Meglepőnek tűnhet, de a kétütemű dízelmotor rendelkezik a legnagyobb fajlagos teljesítménnyel a négy- és kétütemű motorok körében, és még a fogyasztása is egészen kiemelkedő.
Ugyanakkor a motor a segédberendezések miatt annak ellenére is viszonylag bonyolult konstrukció, hogy a kétütemű motor alapvetően jóval egyszerűbb felépítésű négyütemű változatánál, nem mellékesen a feltöltő jelentős plusz tömeget jelent a konstrukció számára. Ez utóbbi ráadásul szignifikáns teljesítményt elvesz a motortól részterhelésen, tehát ebben az üzemállapotban kevésbé gazdaságos.
