Čtyřtaktní naftový motor asi znáte. Je to dříč pod kapotou vašeho pickupu nebo blokem motoru vašeho sedanu. Nasává vzduch, stlačuje ho a zapaluje výfukové plyny v rytmickém čtyřdílném cyklu. Pak je tu dvoutaktní motor, který možná znáte z vysokého kňučení motorové pily nebo guru vodního skútru. Tyto malé motory jsou jednodušší, lehčí a mají výkon při každé otáčce.
Co se ale stane, když tuto účinnost dvoutaktů přizpůsobíte velikosti domu?
Získáte giganty, kteří udržují světový obchod v pohybu. Obrovské dieselové motory, které pohánějí lokomotivy, kontejnerové lodě a dokonce i velké elektrárny, využívají více než jen naftu. Často kombinují účinnost spalování dieselu s rychlým cyklem dvoudobého motoru. Tento hybridní přístup vytváří některá z nejvýkonnějších mechanických zařízení, která kdy byla vyrobena.
Ponoříme se hlouběji do toho, jak tyto obří dvoutaktní diesely vlastně fungují. Není to jen větší verze motoru vašeho auta. Fyzika, inženýrství a měřítko samotné jsou v úplně jiné lize.
Mechanika obřích cyklů
Abyste pochopili, jak se tyto motory liší, musíte se podívat na samotný cyklus. U standardního čtyřdobého vznětového motoru vykoná píst dva zdvihy nahoru a dolů pro každý silový zdvih. Sání, komprese, zdvih, výfuk. Je to spolehlivé. Jedná se o vyspělou technologii. Ale je to také omezeno tím, kolikrát můžete pohnout pístem za hodinu.
Dvoudobý motor to zkrátí na polovinu. Jeden pohyb nahoru, jeden pohyb dolů. Síla úderu při každé revoluci.
Pro motorovou pilu to znamená vyšší výkon při nižší hmotnosti. Pro 60tunový lodní motor to znamená nepřetržitý, neutuchající točivý moment bez složitosti vačkových hřídelů a ventilů v tradičním slova smyslu. Ale je tu nuance. Jak napumpovat čerstvý vzduch a odstranit výfukové plyny, pokud všechnu práci odvede píst?
Odpověď spočívá v čištění.
“Vyplachování je proces odstraňování výfukových plynů z válce a jejich nahrazení čerstvým vzduchem.”
U malých dvoudobých motorů se to často provádí okny ve stěně válce. Samotný píst funguje jako ventil. Když se pohybuje dolů, otevírá výstupní okno. Když se pohybuje nahoru, zavře vstupní okno. Je to neslušné. Je to neúčinné. Část paliva se ztrácí. Ale u masivních motorů jednoduchost převažuje nad neefektivitou.
Nejde však jen o velké motorové pily. Jedná se o přesné nástroje. Velikost mění vše. Dvoudobý dieselový motor s 9 válci může být vysoký jako třípatrový dům. Samotný píst může vážit několik tun. A pracují při otáčkách výrazně nižších než motor automobilu, často se točí pod 100 ot./min.
Proč dvoutakt? proč teď?
Možná se divíte, proč výrobci nezůstali u čtyřdobých motorů u všeho. Čtyřtaktní motory jsou přece jen efektivnější z hlediska spotřeby paliva v menších aplikacích. Poskytují lepší kontrolu emisí. Snadněji se přizpůsobují.
Proč tedy zvolit dvoutakt pro obry?
Točivý moment.
Lodní motory nevyžadují vysoké otáčky. Nepotřebují měnit rychlostní stupně. Potřebují tlačit
Proč je u dvoudobých motorů nafta lepší než benzín
Pokud už znáte základy dvoudobých motorů, asi tušíte hlavní fakt: zapalují zapalovací svíčku dvakrát častěji než čtyřdobé motory. Jednou za otáčku klikového hřídele. Tato teoretická možnost znamená, že dvoudobý motor může produkovat dvojnásobný výkon než ekvivalentní čtyřdobý motor. Ale je tu jedno upozornění.
V tradičním benzínovém dvoudobém motoru se nasává předem namíchaná směs vzduchu a paliva. Tento proces je nečistý. Pokaždé, když se válec znovu naplní, část nespáleného paliva vyteče. To vede ke spotřebě paliva a znečištění životního prostředí.
Na scénu se dostává dieselový přístup.
Dieselové motory nejprve stlačí čistý vzduch. Poté vstřikují palivo přímo do tohoto horkého stlačeného vzduchu. Tato metoda je mnohem vhodnější pro cyklus push-pull. Protože nečerpáte surové palivo výfukovým systémem, účinnost se dramaticky zvyšuje. Emise klesají. Proto velcí výrobci velkých naftových motorů používají tuto konstrukci k vytváření silných monster.
Anatomie dvoudobého dieselového motoru
Podívejte se na konstrukci typického dvoudobého vznětového motoru. Nepřipomíná nic, co byste našli pod kapotou auta.
V horní části válce jsou dva nebo čtyři výfukové ventily. Všechny se otevírají současně. K dispozici je také vstřikovač nafty (na schématech zvýrazněný žlutě). Píst má podlouhlý tvar. Tato extra délka umožňuje samotnému pístu fungovat jako sací ventil. Ve spodní části zdvihu píst otevírá okna pro nasávání vzduchu.
Nasávaný vzduch je stlačován turbodmychadlem nebo kompresorem. Kliková skříň je utěsněná a obsahuje olej, stejně jako standardní čtyřtaktní motor.
Takto funguje dvoutaktní dieselový cyklus :
- Píst je na vrcholu svého zdvihu. Válec obsahuje vysoce stlačený vzduch. Dieselový vstřikovač rozstřikuje palivo do komory. Teplo a tlak jej okamžitě zapálí. Fyzika zapalování je stejná jako u standardního dieselového motoru.
- Spalovací tlak tlačí píst dolů. Toto je pracovní tah.
- V blízkosti spodní části zdvihu se otevřou všechny výfukové ventily. Výfukové plyny spěchají ven a snižují tlak.
- V nejnižším bodě píst otevře vstupní otvory. Stlačený vzduch bude proudit dovnitř a vytlačí zbývající výfukové plyny.
- Výfukové ventily se uzavřou. Píst se pohybuje zpět nahoru, uzavírá sací otvory a stlačuje čerstvý vzduch. Toto je kompresní zdvih.
- V blízkosti horního bodu se cyklus opakuje.
Rozdíl oproti benzínovému dvoudobému motoru je zřejmý. Do válce vstupuje pouze vzduch. Nespálené palivo nevytéká. Žádné ekologické katastrofy. Ale je tu kompromis. Dvoudobý naftový motor potřebuje turbodmychadlo nebo kompresor. To zvyšuje náklady a složitost. Dvoutaktní diesel v motorové pile nikdy nenajdete. Bylo by to nadbytečné. A příliš drahé.
Motory General Motors EMD
Řada motorů General Motors EMD definuje dvoudobé vznětové motory. Tito obři byli představeni ve 30. letech 20. století a pohánějí velkou část dieselových lokomotiv jezdících na amerických tratích.
Existovaly tři po sobě jdoucí řady: 567, 645 a 710. Čísla udávají objem v krychlových palcích na válec. Typická konfigurace má 16 válců. Celkový pracovní objem? Asi 10 000 kubických palců. Mějte na paměti, že 5litrový (305 kubických palců) motor je pro automobil považován za masivní. Motor EMD je úplně jiné plemeno.
Vezměte si například EMD 645E3. Zde jsou jeho charakteristiky:
- Průměr válce: 9-1/16 palce
- Zdvih: 10 palců
- Zdvihový objem na válec: 654 krychlových palců
- Válce: 16 nebo 20
- Kompresní poměr: 14,5:1
- Výfukové ventily na válec: 4
- Hmotnost (16 válců): 34 526 liber (15 661 kg)
- Hmotnost (20 válců): 40 144 liber (18 209 kg). Poznámka: Samotná olejová vana váží přes tunu.
- Volnoběžné otáčky: 315 ot./min
- Plná rychlost: 900 ot./min
- Výkon: ~4 300 hp
Tohle není auto. Jedná se o mobilní elektrárnu.
Další informace o dvoudobých dieselových motorech a dalších architekturách motorů naleznete na odkazech na další stránce.
