• slide1
  • cln-slide
  • Ponton

Shiptech Dvojtakt verzus štvortakt

Pre a proti!

Dvojtakt s priamym vstrekom alebo štvortakt? Ako sa vyznať v skratkách HPDI, LPDFI, DFI, EFI, atď. Ťažká otázka, vzhľadom k desiatkam inovatívnych technológií od jednotlivých výrobcov. Jedno z najväčších rozhodnutí, či investovať do dvojtaktu alebo do štvortaktu a šírením dezinformácií ohľadom tejto témy, je veľmi ľahké zameniť si fikciu za skutočnosť.
Avšak ,nie je sa čoho obávať.

Z histórie

Pri konštruovaní prvých lodných motorov pre voľný čas a hlavne rybolov sa vždy kládol dôraz na váhu, jednoduchosť a spoľahlivosť.  Preto sa výroba priklonila k dvojtaktným motorom, ktoré najlepšie spĺňajú požiadavky ako je nízka hmotnosť a malo pohybujúcich sa častí v motore, ktoré minimalizujú možné poruchy. V každom dvojtakte drieme športový duch, ktorý sa prejaví už pri pohľade na akceleračnú páku. Avšak všetci dobre vieme, že okrem týchto výhod majú tieto motory aj svoje neresti. Každý motor má svoj štartovací rituál. Vysokú spotrebu palív, miešanie paliva s olejom a mračná dymu po prvom štarte.

Z legislatívy

Od roku 1996 U.S. EPA (Enviromental protection agency) zaviedla nové normy pre emisie lodných motorov. V troch fázach do roku 2025 sa zaviazala redukovať škodlivé latky, prevažne uhľovodíky o 75% obsiahnuté vo výfukových splodinách. Normou bola cieľená ochrana nielen ovzdušia, ale aj života pod vodou a pitných vôd. Táto rezolúcia bola prijatá aj Európskou úniou v roku 2005, s platnosťou  od 1. Januára 2007, o obmedzení a ďalej úplnom zastavení predaja motorov s produkciou vysokého množstva emisii, čo sa dotklo práve karburátorových dvojtaktov. Motory zakúpené pred týmto dátumom sa môžu naďalej používať, ak to zákony danej krajiny inak neobmedzujú.

Výnimkou je napríklad Švajčiarsko úplným zákazom používania dvojtaktov, ktorý bol zavedený už pred smernicou EPA a to už v roku 1992 na jazere Bodensee. Taktiež, napríklad v Českej republike, kde Vám platnosť lodného osvedčenia nepredĺžia, ak je vek motora starší ako 25 rokov a nespĺňa emisie podľa EPA a podobne. U nás na Slovensku žiadne ďalšie obmedzenia neplatia.

Aké sú motory spĺňajúce normy EPA

Aby bol dosiahnutý pokles emisii výfukových plynov podľa EPA výrobcovia sa museli popasovať  s novou výzvou a to radikálne znížiť emisie. Museli sa teda rozhodnúť akou cestou výroby pokračovať.  Buď dostať pod kontrolu emisie u motorov, ktoré už vyrábali alebo sa pustiť do výroby štvortaktných  motorov, pri ktorých je menší problém dostať emisie pod kontrolu vďaka ventilovej sústave. Avšak vývoj a výroba nového radu produktov, ako sú štvortakty, dosahovala niekoľkonásobne vyššie náklady a tým aj cenu výrobku.

Evolúcia výrobcov

Značka OMC sa nachádzala v stratách a videla novu šancu vzkriesenia  sa a dostať sa z červených čísiel. Preto sa pustila do priekopníckej práce a už v roku  1997. Vyšla na trh s novou produktovou radou pod názvom Ficht. Bol to jeden z prvých prepracovaných 2-taktov s priamym vysokotlakovým riadeným vstrekovaním paliva, ktorý spĺňal normy EPA. Motor používa priame benzínové vstrekovanie vyvinuté firmou Ficht GmbH Nemecko. Ďalšími výrobcami uberajúcimi sa týmto smerom bola firma Mercury zo svojím Optimax-om od roku 2000 a Yamaha s motormi radu HPDI a V-MAX.
Po skrachovaní firmy OMC v marci roku 2001 jej záväzky prevzala firma BRP. Tá ďalej pokračuje vo výrobe a vývoji priamo vstrekovaných dvojtaktov pod novým označením Evinrude E-Tec , a to od strednej až po najvyššiu radu motorov, ktorú tvoria modely od 25 do 300 koní.

Cestou nízkotlakových vstrekovaných dvojtaktných motorov spĺňajúcich tieto normy sa poberala firma Tohatsu (predávaný aj pod značkou Nissan) a Selva zo svojimi LPDFI (low prescure direct fuel iniegtion) motormi. Táto technológia nízkotlakového vstrekovania je najpoužívanejšia v automobilovom priemysle. Palivo sa vstrekuje do sacieho potrubia tesne pred vstupom do spaľovacieho priestoru. Tento spôsob sa osvedčil pri motoroch strednej triedy od 40 do 115 koní. Tohatsu ďalej doplnilo svoj produktový rad od 2,5 do 30 koní novými štvortaktami, ktoré od roku 2006 ponúka vo svojich farbách aj Mercury. BRP (Johnson, Evinrude) ich ponúka do 15 koní.

Honda bola priekopníkom vo výrobe štvortaktov so svojím prvým modelom GB30 už v roku 1964 a preto sa s týmito normami nepotrebovala veľmi zaoberať. Jej motory po drobných úpravách spĺňali EPA normy dávno pred ich schválením. Nepotrebovali preto inováciu motorov a až na pár malých zmien tieto motory vyrábajú po technickej stránke rovnaké niekoľko rokov. V roku 1985 má Honda kompletnú výkonnostnú radu závesných motorov. V roku 1998 predstavuje 15 modelov motorov , ktoré spĺňajú pravidlá EPA. V roku 2006 predstavuje prvé dva motory strednej triedy (75 a 90) so vstrekovaním. V roku 2008 a 2009 pribúdajú aj trojválcové 40, 50 a neskôr aj 60 koňové motory osadené vstrekovaním.

Yamaha investovala najviac energie a prostriedkov do vývoja svojich nových štvortaktov  pri prechode na nízko emisné normy. So svojim vývojom a kvalitou sa stala lídrom pri výrobe 4-taktov. Prvý štvortakt predstavila v roku 1984. V dnešnej ponuke nájdete viac ako 180 modelov od 2,5 do 350 koní. Svojou neprekonateľnou strednou radou štvortaktov od 40 do 115 koní s priamym vstrekovaním  zásobuje blokmi motorov aj iných výrobcov, ako je napríklad Mercury a začiatkom 21. storočia aj firmu OMC. Tieto motory si osadzovali svojou elektronikou a palivovým systémom. Priekopníkom tejto Yamaháckej rady bol v roku 1998 prvý motor o výkone 100 koní, osadený 16-ventilovou technikou DOHC. Po roku 2001 Yamaha predstavila ako prvá svoje najúspornejšie motory osadené priamym vstrekovaním a najnižšou váhou jednotlivých výkonnostných modelov.

Suzuki urobilo skok oproti svojím, nie moc obľúbeným, dvojtaktom.  Svoju novú radu 4-taktov vyvážila! Každý štvortakt od najvyššej výkonnostnej triedy je voči svojej zvislej osi posunutý dopredu a to prevodovým súkolím priamo pod blokom motora. Posunutím váhy motora odľahčili záves, čo v neposlednom rade napomáha aj vyváženiu člna.  Menšia rada motorov Suzuki , od 2,5 do 30 koní sa tiež predávala pod značkou OMC.

Čo mi ponúka viac, moderný štvortakt alebo dvojtakt?

Spotreba

Aby sme pochopili spaľovanie a reálne šetrenie paliva Vášho motora  potrebujeme vedieť zopár čísiel a faktov.
Štvortaktný motor pracuje na štyri takty, to znamená, že každá druhá obrátka kľuky prevádza rovnakú činnosť. Plní valec a zapaľuje zmes každú druhú obrátku. Dvojtakt tak urobí každú obrátku.
Ak máme rovnaký obsah motora pri štvortakte a dvojtakte, tak dvojtakt sa bude teoreticky plniť zmesou dvojnásobne.
Avšak ak porovnávame motory rovnakého výkonu prevažne platí, že dvojtakt rovnakého výkonu má nižší obsah. Spotrebu na plný výkon značne ovplyvňujú aj maximálne dovolené otáčky motora.

Klasický benzínový karburátorový motor spaľuje homogénnu zmes. Homogénna zmes je zápalná iba v úzkom rozmedzí okolo stechiometrického pomeru (λ). Stechiometrický pomer je taký, pri ktorom teoreticky dôjde k dokonalému spáleniu a na konci reakcie nezostane navyše žiadna časť látok vstupujúcej do reakcie. Pretože bežné uhľovodíkové palivá majú hmotnostný podiel približne 15 % vodíka a 85 % uhlíka pre spaľovanie vo vzduchu je stechiometrický pomer približne 14,5 kg vzduchu na 1 kg paliva.

Zmes benzínu a vzduchu sa môže spaľovať aj pri iných pomeroch. Ak použijeme množstvo vzduchu 14,5 až 22 hmotnostných dielov k jednému dielu paliva (prebytok vzduchu),  hovoríme o chudobnej zmesi. Ak pomer množstva vzduchu je menší ako 14,5 a pomer je v rozmedzí od 14 do 7 hovoríme o bohatej zmesi. Iné zmesi mimo uvedenej hranice sú nezápalné. Sú príliš zriedené alebo majú príliš málo vzduchu.
Pri spaľovaní chudobnej zmesi sa palivo využíva najefektívnejšie a v tomto režime sa dosahuje najnižšia spotreba.

Dávkovanie paliva a mazanie

Karburátor mieša a reguluje prísun množstva vzduchu a paliva do motora. Je to mechanický proces, ktorý je riadený pohybom škrtiacej klapky. Táto klapka je priamo riadená plynovou pákou.
Platí, že klasický karburátorový dvojtakt spotrebuje na plný výkon na 1 jednu koňsku silu 0,35 litra za hodinu. To znamená, že 25 koňový motor spáli cca 8,75 litra alebo 100 koňový motor spáli cca 35 litra za hodinu.
Štvortaktné karburátorové motory majú nižšiu spotrebu o cca 18 až 22% v porovnaní s karburátorovým dvojtaktnými motormi. Výhody týchto karburátorových motorov spočívajú hlavne v nižšej obstarávacej cene.

Najlepším a momentálne jediným riešením, ktoré vyhovuje aj z pohľadu ekológie a aj z pohľadu ekonomického je presné dávkovanie paliva a vzduchu na každý pracovný obeh. Vstrekovaním paliva, teda presnou dávkou v presne určenom čase, sa dnes ovplyvňujú všetky požadované faktory a teda hlavne výkon a hospodárenie v celom zložení otáčok. Účelným sa v tomto prípade javí aj nastavenie
hodnôt podľa toho, v akej nadmorskej výške a oblasti sa uvažuje motor používať. Elektronicky riadené motory si tieto hodnoty vyhodnocujú automaticky.
Moderné Dvojtakty s riadeným dávkovaním paliva majú nižšiu spotrebu o cca 25 až 32% a pri zachovaní výbornej akcelerácie.
Štvortakty s riadeným dávkovaním paliva majú bezkonkurenčnú spotrebu o cca 28 až 35% nižšiu a dobrý výkon v celom rozsahu otáčok. Niektorí výrobcovia uvádzajú hodnoty až okolo 40%.

Dvojtakt verzus štvortakt

Do prevádzkových nákladov nesmieme zabudnúť  zarátať aj náklady na mazivá. Spotrebu oleja!
Štvortaktné motory potrebujú výmenu oleja aj s olejovým filtrom cca každých 100 motohodín, prípadne raz za sezónu. Priemerná náplň 50-koňového motora je 2,5 až 3 litre oleja, pri 115-koňovom to je 4 až 4,8 litra a pri 150 koňovom motore je to 5 až 5,5 litra oleja.
Pri dvojtaktnom motore nesmieme zabúdať na spotrebu oleja. Olej je treba dopĺňať podľa potreby. Motor si zo zásobníka dávkuje olej na mazanie sám podľa jeho otáčok a to vo variabilnom pomere od 50:1 až po 100:1. Zväčša motor dostáva menšie dávky oleja keď je bez záťaže na malé otáčky kvôli dymivosti.

Ekológia

Splodiny, ktoré motory vypúšťajú do ovzdušia počas svojej práce, sú pri bežnom karburátorovom dvojtaktnom motore od 150 do 200g uhľovodíkov za Kilowatthodinu (KW/h) .
Dvojtaktný motor s riadeným dávkovaním vypustí do ovzdušia od 30 do 65g uhľovodíkov za KW/h,
kde štvortaktný motor s riadeným dávkovaním vypustí iba od 4 do 30g uhľovodíkov za KW/h.

Dvojtakt verzus štvortakt

Váha

Váha motora patrí medzi veľmi dôležité faktory vyváženia, ovládania a ekonomickej prevádzky plavidla. K tomu značne prispieva aj jeho váha. Všeobecne je známe, že ak je loď zle vyvážená dokáže spáliť až o 25% viac paliva. Staršie lode boli konštruované na ľahšie dvojtaktné motory, preto pri zámene motora za modernejší   vznikali problémy práve s vyvážením člna. Prvá vlna štvortaktných motorov bola hmotnostne hendikepovaná a preto mnoho krát pri výmene motora s rovnakým výkonom bolo zrkadlo člna preťažené.  Dnes pri kúpe člna s motorom, čiže setu tej istej značky, tento problém úplne eliminujete. Prípadne pri kúpe samotného člna výrobcovia uvádzajú maximálny dovolený výkon motora a maximálne dovolené zaťaženie zrkadlá člna (držiak motora).
Ďalším vývojom štvortaktných motorov sa stali konkurencie schopné aj v problematike váhy.
Nezabúdajte, že najvyšší nárast spotreby pri všetkých lodných motoroch je prechod s výtlačnej plavby do sklzu. Je to rýchlosť, ktorej dolná hranica je okolo 11km/h. Ak je motor vybavený trimom (hydraulickým odklápaním motora) a vieme ho dobre ovládať môžeme túto nadmernú spotrebu eliminovať na minimum.

Zhrnutie

Plus pre štortaktné motory hovorí kultivovanosť, nižšia hlučnosť, lepšie hospodárenie s palivom a krútiaci moment širokej škále otáčok.  Pozitívum pre dvojtakty do dnešnej doby prinášala váha a vynikajúce zrýchlenie.
Mnohokrát známe meno výrobcu na kryte motora, môže zakryť nejakú negatívnu vlastnosť.
Preto pri každej výkonnostnej rade si treba zrovnať pozitívne a negatívne faktory všetkých výrobcov.
Platí , že najväčší podiel pri výbere Vášho motora bude hrať predajca. Nesmiete však zabúdať ,že predajca je často ovplyvnený práve ziskom z predaja ponúkanej značky a nie všeobecným rozhľadom o konkurenčných výrobkoch.

Autor: Ing. Tomáš Čermák

Zdroje:

  • prospekty a brožury výrobcov
  • oficiálne stránky výrobcov
  • norma EPA
  • zahraničná odborná litertúra
  • inforácie získane z praxe a servisu motorov

Článok prevzatý so súhlasom autora.