Strona główna


Mazowiecki o. Klubu Wartburga

Wstąp do Klubu!

Członkowie

Warszawa

Pruszków

Dotychczasowe zloty

Zapowiedzi zlotów

Klubowe gadżety

Przydatne adresy


Historia

Historia Wartburgów

Eisenach

Prototypy

Prospekty reklamowe

Produkcja/sprzedaż

Melkus


Galeria

Wartburg 1000

Wartburg 353

Wartburg 1.3

Wasze zdjęcia


Technika

Dane techniczne

Porady, Tuning

Testy Wartburga

Wykresy


Inne

Linki

Dlaczego Wartburg?

Redakcja Strony

Bibliografia

Dwusuwy - to jeszcze nie koniec historii

Opracował na podstawie materiałów historycznych DKW Jerzy Kossowski

W poprzednich odcinkach dowiedzieliśmy się podstawowych informacji o silnikach dwusuwowych oraz o kilku szczególnych rozwiązaniach. Teraz opowiemy o bardzo ciekawych i chyba mało spopularyzowanych rozwinięciach silników, znanych nam głownie jako źródło napędu tanich i nieskomplikowanych pojazdów. Niewątpliwym światowym liderem w konstrukcji tego silnika byli Niemcy. W żadnym innym państwie nie osiągnięto tak wiele w rozwoju, jak się dzisiaj wydaje, ślepej ścieżki ewolucji silników spalinowych. Ale o tym wiemy dopiero dzisiaj, kiedy prawdy ekologiczne decydują o konstrukcjach pojazdów. Warto też wiedzieć, że to nie niebieskie spaliny dwusuwów stanowią o ich szkodliwości dla środowiska, wszak zaawansowane konstrukcje wymagały dodatku oleju w stosunku 100:1. Dawało to zużycie oleju na poziomie czterosuwów sprzed kilkunastu lat, kiedy wiele z nich miało normę zużycia (spalenia) oleju na poziomie 1 litra na 100 km.

Wśród firm niemieckich niekwestionowanym chyba liderem była firma DKW konstruująca już w końcu lat 20. motocyklowe silniki wyczynowe o wydajności zbliżające się do 100 KM z litra pojemności - wydajności nieosiągalnej wtedy dla czterosuwów. Wyczynowe Bugatti ze sprężarką dochodziły do ok. 70 KM z litra.

Jakimi drogami szły myśli konstruktorów modyfikujących dwusuwy? Oczywiście wielokierunkowo. Po pierwsze, należało zaprojektować silnik dwusuwowy, aby jak najdokładniej usunąć spaliny z cylindra napływającą mieszanką paliwowo - powietrzną. Po drugie, "wtłoczyć" tej mieszanki jak najwięcej, nie powodując jej utraty do kanałów wydechowych. Po trzecie, zwiększyć jak się tylko da obroty silnika, co w przypadku dwusuwów było łatwiejsze, niż w czterosuwach. Wszystkie te zabiegi dawały łącznie efekt w postaci zwiększonej mocy jednostkowej i momentu obrotowego. Dopracowano również układy korbowe i tłokowe pod kątem zminimalizowania tarcia. Pracowano też nad zjawiskami dynamicznymi w gazach, gdyż, jak wiadomo, silnik dwutaktowy jest silnikiem rezonansowym i można uzyskać w pewnych określonych warunkach (oczywiście w pewnym uproszczeniu) efekt doładowania skrzyni korbowej przez drgający słup mieszanki paliwowej. Można uzyskać też efekt "odsysania" spalin z cylindra poprzez dyfuzorowy układ wydechowy. Wiedzą o tym np. motorowodniacy startujący na ślizgaczach, gdzie kierowca ma możliwość dostrajania długości układu wydechowego nawet w trakcie wyścigu. Pamiętajmy - zdjęcie tłumika z silnika dwusuwowego na ogół powoduje zmniejszenie mocy! Trudno w to uwierzyć, ale to prawda. Także zastosowanie innego, niż fabryczny układu wydechowego może zaowocować niekorzystnymi zmianami w charakterystyce silnika. Wszyscy zajmujący się zwiększaniem mocy dwusuwów wiedzą doskonale, jaki wpływ na moc silnika może mieć banalna zmiana polegająca na zmianie łuku rury wydechowej, nie mówiąc o bardziej złożonych modyfikacjach. Kiedy się o tym czyta, widać dopiero, jak wielkie pole do popisu inwencji inżynierów daje dwusuw.

Ale zacznijmy od początku, czyli od sposobu usuwania spalin z cylindra. Początkowo stosowano deflektor na tłoku, powołujący odchylenie strumienia mieszanki ku górze cylindra, nie pozwalając jej jednocześnie na wypłynięcie bezpośrednio przez kanał wylotowy. Ten system miał wiele wad - denko tłoka było nierównomiernie obciążone cieplnie, w komorze spalania powstawały "kieszenie", z których nie były usuwane spaliny i tam dochodziło do samozapłonów i lokalnych przegrzań.

Rysunek 1 . przedstawia kilka stosowanych usprawnień silników dwusuwowych, poprawiających napełnienie cylindra. Jak widać, niektóre z nich miały zawory! Na rysunku 2 . przedstawione zostały popularne systemy tzw. "płukania" cylindrów przez świeżą mieszankę. Jednakże przełomem było opatentowanie przez profesora Adolfa Schnürle systemu przepłukiwania zwrotnego wyposażonego w dwa lub więcej kanałów przelotowych. Rysunek 3. przedstawia istotę tego patentu, polegającego na tym, że świeża mieszanka ma przeciwny kierunek do uchodzących spalin. Silniki wyposażone w ten system przepłukiwania pozwalały na zastosowanie tłoków o płaskich i wypukłych denkach, gdzie wreszcie opanowano zjawiska cieplne. Uzyskano zwiększenie mocy przy jednostkowym spadku zużycia paliwa.

Dalej myśli instruktorów popłynęły w kierunku zwiększenia stopnia napełnienia skrzyni korbowej. Po wykorzystaniu możliwości tkwiących zmniejszeniu tzw. "martwej objętości" skrzyni korbowej poprzez dokładne dopasowanie jej kształtów do układu korbowego, wypełnianie przeciwwag lekkim materiałem itp., przyszła kolej na bardziej skomplikowane rozwiązania. Rysunek 4 . przedstawia prosty w pomyśle, ale znacznie trudniejszy w realizacji pomysł doładowania silnika. W rozwiązaniu tym w skrzyni korbowej znajduje się znacznej objętości tłok poruszany korbowodem od wału korbowego. Porusza się on w kierunku przeciwnym do tłoka roboczego. Jeżeli tłok roboczy porusza się ku górze, czyli następuje zasysanie mieszanki do skrzyni korbowej, tłok dodatkowy zwiększa jej objętość powodując zassanie dodatkowej porcji mieszanki. Jeżeli teraz tłok roboczy w suwie pracy porusza się w dół jednocześnie sprężając mieszankę w skrzyni korbowej, nasz tłok dodatkowy robi to samo, powodując dodatkowy wzrost ciśnienia w tejże skrzyni. Do silnika zostaje zassana dodatkowa porcja mieszanki równa objętości skokowej tłoka dodatkowego.

W 1926 roku jednocylindrowy, 175 centymetrowy silnik DKW uzyskiwał po wyposażeniu go w ten patent 12 KM (68 KM z litra) przy 4600 obr/min. To był dopiero początek drogi, ale silnik ten na wszelki wypadek był już chłodzony wodą. Następnym krokiem było zastosowanie asymetrycznego dwutłokowego silnika, wyposażonego w dodatkowy tłok i sterowanie zasysanej mieszanki za pomocą membrany. Jak działa sterowanie membranowe, wyjaśnia rysunek 5 . Elastyczna stalowa membrana (w postaci cienkiej blaszki) zamontowana na kanale ssącym, prowadzącym od gaźnika wprost do dodatkowego tłoka uchyla się, jeżeli nad nim powstaje podciśnienie, a zamyka się, gdy powstaje nadciśnienie i działa tak, jak tzw. zawór atmosferyczny znany z najstarszych czterosuwów. Smarowanie takiego silnika jak przedstawiony odbywa się niczym w czterosuwie. Budowano także silniki, gdzie membrana była montowana bezpośrednio na drodze mieszanki do skrzyni korbowej - stosowano wtedy smarowanie mieszankowe. Opisywany silnik wyposażony de facto w sprężarkę tłokową i zawór atmosferyczny (rys. 6 ) osiągał 22 KM z 250 cm3 przy 4200 obr/min, a w roku 1937 po pewnych zmianach dysponował już 24 KM oczywiście zachowując wodne chłodzenie. Rysunek 7 . przedstawia dwa rodzaje sterowania wlotem mieszanki - przez membranę i sterowanym kanałem dolotowym, przy zastosowaniu sprężarki tłokowej, napędzanej tym razem przez przekładnię do wału korbowego. Czyli dalszy postęp - mamy już silnik benzynowy, dwusuwowy ze sprężarką. Rysunek 8 prezentuje przekrój takiego silnika.

Kolejnym etapem zdawałoby się prostym i oczywistym było turbodoładowanie silnika dwusuwowego (rys. 9 .). Nie można było sprężarki napędzać gazami wylotowymi jak w dzisiejszym czterosuwie, z kilku powodów. Po pierwsze inżynieria materiałowa nie pozwalała na skonstruowanie dobrej sprężarki napędzanej gazami wylotowymi, po drugie zahamowanie wypływu gazów z dwusuwu spowodowałoby zakłócenie sprawności silnika. Zastosowano wtedy napęd mechaniczny od wału korbowego jak w silnikach czterosuwowych. Firma DKW stosowała tego rodzaju rozwiązanie w silnikach motocykli wyczynowych o pojemnościach 250, 300 i 500 cm3. Modele 350 cm3 osiągały blisko 50 KM (ok. 142 KM z litra) i to w roku 1939. Wszystkie te wysiłki konstrukcyjne wywołały nieustanny wyścig pomiędzy konstrukcjami włoskimi, angielskimi i niemieckimi, a wśród niemieckich pomiędzy głównymi konstruktorami z Zündappen, BMW, NSU i oczywiście DKW.

Ciągłe poszukiwanie nowych rozwiązań zaowocowało na przykład silnikami bezgłowicowymi o przeciwsobnym układzie tłoków. Ciekawe rozwiązanie zaproponowane przez Richarda von Küchena prezentujemy na rysunku 10 . Oprócz skomplikowanego układu korbowego, silnik pozwalał na asymetryczne sterowanie dopływem mieszanki, atak jak w znanym nam już silniku dwutłokowym. Ukoronowaniem poszukiwań był silnik czterocylindrowy o przeciwsobnym układzie tłoków z turbodoładowaniem. Został on zaprojektowany po II wojnie światowej w Chemnitz. Jego autorami byli specjaliści z DKW pozostali w radzieckiej strefie okupacyjnej. Silnik wybudowano w dwóch pojemnościach 250 i 350 cm3. Jak więc łatwo wyliczyć pojemność pojedynczych cylindrów była zupełnie mała. Silnik ten rozwijał z pojemności 250 moc 45 KM, a z 350 - 55 KM przy 7000 obr/min. Rysunek 11 . Pokazuje przekrój tego właśnie rekordowego silnika - także, jak i poprzednie chłodzonego wodą. Było to naprawdę dużo. Jako ciekawostkę można podać, że majowy numer Oldtimer Markt z roku 2000 prezentuje wyścigowy motocykl BMW R90/6 z czterocylindrowym dwusuwem (tak, to nie żart!) w układzie boxer z roku 1972, który z 350 cm3 osiągał 50 KM przy 9000 obr/min. Silnik powstał przy współpracy znanej firmy König produkującej dwusuwowe silniki do ślizgaczy.

Bardzo ciekawy był także rozwój silników modelarskich o mikroskopijnych pojemnościach, wśród których królują silniki dwusuwowe o zapłonie samoczynnym (systemu Sabathé, a nie jak się mylnie mówi Diesla) i zapłonie od świecy żarowej - warto im będzie poświęcić oddzielnie kilka słów. To jest także fragment historii dwusuwu. Osiągane tam moce jednostkowe mogą zadziwić niejednego miłośnika motoryzacji.

Wartburg Zone 2001-2005 copyright by JaNN, Papieju, Leloo & Sikor