Beranidlo

Zveřejněno: 13.08.2017 14:28,Kategorie: Návod,Zhlédnuto: 2337x,Komentářů: 1x,Hodnocení: 5.00 od 4 uživatelů

Jaký je typický průběh točivého momentu u dvoudobého motoru?

Co víme z předchozích dílů, průběh točivého momentu (a výkonu) je ovlivněn výfukovým potrubím zcela zásadně. Tento účinek vyvolává tlaková vlna šířící se potrubím, která je vyvolaná při náhlém otevření výfukového kanálu. Platí, že čím větší je tlak ve válci v okamžiku otevření kanálu, tedy při velkých úhlech výfuku, tím silnější je tento iniciační impuls. Silnější impuls je vyvolán u výfukových kanálů s rovnou a širokou horní hranou. Naopak, menší úhly výfuku dovolují spalinám více vyexpandovat už ve válci. To umožňuje získat více užitečné práce v některých režimech, nicméně účinek tlakové vlny je nižší a menší průřezy jak výfukových, tak i přepouštěcích kanálů nedovolují vyšší výkon v při rychlejších otáčkách.

Na prvním obrázku jsou typické průběhy točivého momentu, jak je lze očekávat u různých typů motorů. Úhel výfuku 145° bude charakteristický pro různé mopedy s jednostupňovou nebo dvoustupňovou převodovkou. Ve válci vyexpandované spaliny nemají schopnost vyvolat účinnou tlakovou vlnu, navíc výfukový kanál má horní hranu oblou a otevírá postupně, nikoli naráz. Cestovní motocykly budou mít úhel výfuku kolem 165°, více by znamenalo nutnost častého řazení. Sportovní motocykly pak budou mít mezi úhel výfuku mezi 180° a 200°- čím větší úhel výfuku, tím větší je účinek rezonátoru, ale s negativním dopadem na plnění válce v nižších otáčkách. Toto je vidět i na druhém obrázku. Na charakteristice motoru Suzuki RGV250 je pro plně otevřený výfukový kanál 190° vidět propad na cca 45% maxima.

Proč tomu tak je? Existuje několik zvlášních případů naladění frekvence rezonátoru a otáček motoru. První případ, jak bylo popsáno v předchozích dílech je sladění na rezonanční frekvenci. Po otevření výfukového kanálu vzniká tlaková vlna, která postupuje potrubím rychlostí zvuku. Po dosažení tlakové vlny do rozšiřující se expanzní části se zpět k válci pohybuje, opět rychlostí zvuku, částečně odražená vlna v opačné fázi, tedy podtlaková. Tato fáze umožní výplach válce, "vysaje" objem klikové skříně, a v případě použití jazýčkových ventilů nebo správně načasovaného šoupátka se do válce prosaje směs až ze sání. Reflexní část rezonátoru pak odráží přetlakovou fázi, která vrací do válce směs uniklou až do výfuku. Správně pracující dvoutakt se pozná tak, že výfukový kanál a první třetina "kolena" jsou mokré od čerstvé směsi s minimálním nánosem karbonu. Případné výfukové přívěry nebo klapky jsou pak dobře ochlazované a mazané, a není třeba se obávat o jejich životnost nebo funkci.

Druhý případ jsou už dříve zmíněné maximální otáčky, viz. obrázek s naznačeným průběhem tlaků na hraně výfukového kanálu. Časování motoru je v případě vyšších otáček, než jsou rezonanční, "rychlejší" než rezonátor. Vyvrcholí to stavem, kdy prakticky veškerá směs je vysáta do výfuku a přetlaková vlna, která by vrátila směs do válce začne působit až po uzavření výfukového kanálu. Zároveň dochází k pozdějšímu výplachu, kdy přetlak ve výfuku omezí dobu výplachu. Při maximálních otáčkách dokáže motor pokrýt pouze vnitřní ztráty a navenek nemá žádný výkon. Na ještě vyšší otáčky se může dostat pouze při pohánění vnějším účinkem, např. při nesprávném podřazení nebo sjíždění prudkého kopce. Vztah pro maximální otáčky je součástí obrázku. Po dosazení Uv=190°, Up=125°, Nrez=10800 ot/min vyjdou maximální otáčky Nmax = 1,206xNrez = 13030 ot/min

Při minimálních otáčkách pracuje motor stále ještě velice efektivně a na momentové křivce je vidět strmý nárůst výkonu před tímto bodem. Nyní je rezonátor o něco "rychlejší" než motor. Podtlaková vlna dorazí k válci právě v okamžiku stabilizace výplachových proudů z přepouštěcích kanálů, ztráty při výplachu samotném jsou tedy minimalizovány. Přesně toto je důvod, pro který uvažujeme při návrhu potrubí úhel rezervy. Přetlaková vlna dorazí k válci ještě v době otevřených přefuků a část směsi je zatlačena zpět do klikové skříně. Nicméně po celou dobu otevření výfuku je ve výfukovém kanále udržován přetlak, který zamezuje ztrátám směsi. Točivý moment je v tomto režimu nižší z důvodu menšího naplnění válce, z hlediska spotřeby paliva je účinnost dobrá. Vztah pro minimální otáčky je součástí dalšího obrázku. Po dosazení Uv=190°, Up=125°, Nrez=10800 ot/min vyjdou minimální otáčky Nmin = 0,854xNrez = 9220 ot/min

Efektivita plnění motoru pod minimálními otáčkami prudce klesá a minima dosahuje přibližně při 60% otáček rezonančních, při poměru časování Up/Uv=2/3. Tento režim se označuje jako dolní otáčky. Nejdříve dochází k předčasnému výplachu, kdy směs začne proudit do válce málo otevřenými přefuky, ještě před tím, než se výplach dokáže spojit ve stabilní proudy. To má za následek mísení směsi se spalinami a ztráty do výfuku. Následuje přetlaková vlna, která tlačí nejen směs, ale i část spalin zpět do klikové skříně. K přeměně fáze z přetlaku do podtlaku dochází přibližně v okamžiku uzavření přefuků a ve válci zůstává jen málo směsi, která je následně odsáta z válce do výfuku. Tento režim je nejméně efektivní a je důvodem použití výfukových přívěr u moderních motorů (přívěry apod. v dalším pokračování). Pro náš příklad Nd= 0,6xNrez = 6500 ot/min, což přibližně odpovídá i minimu na momentové křivce pro RGV 250, kde lze nalézt pouhých 43% největšího momentu při otáčkách kolem 7000 ot/min.

Poslední zvláštní stav jsou poloviční otáčky, kdy celý tlakový cyklus proběhne během otevření výfukových kanálů dvakrát. Proti režimu dolních otáček nastává zlepšení v závěrečné fázi, kdy je druhou přetlakovou vlnou vrácena část směsi z výfuku do válce. Na křivce pro Suzuki RGV 250 je v rozmezí 5500-6000 ot/min mírné zlepšení na 46% maxima momentu.

Z výše uvedeného je tedy zřejmé, že moderní dvoudobý motor s větším výkonem lze provozovat cca v 1/3 otáčkového rozsahu, pro Suzuki RGV 250 by to bylo od 9000 ot/min do 12500 ot/min. Mezi 12000 a 13000 otáčkami točivý moment rychle klesá, s nárůstem spotřeby paliva. Při otáčkách pod 8000 ot/min je práce motoru v základním režimu bez zapojení výfukové přívěry rovněž velice neefektivní. Ti, kteří znají z vlastní zkušenosti např. motokrosové motory ČZ ze 70. a 80. let, můžou jistě potvrdit, že jezdit s takovou charakteristikou motoru není, zvlášť v terénu, úplně snadné.