Jak działa dyfuzor w dwusuwie?

Dwusuwy. Albo kocha się je mocno, albo trochę mniej. Prosta budowa, duża moc przy stosunkowo niewielkiej pojemności i lekkość to ich oczywiste zalety. Prawda jest jednak taka, że bez nich nie byłoby offroadu i wyścigów w takiej formie, jaką znamy dzisiaj. Mimo, że czterosuwy aktualnie wyparły silnik 2T z większości dyscyplin motorosportu, to pozostały branże, które ciężko sobie wyobrazić bez dwusuwów. Zyskujące w ostatnim czasie na ogromnej popularności Hard Enduro to idealny poligon dla dwusuwów. Tam najbardziej liczy się bezawaryjność i lekkość, więc czterosuwy praktycznie nie mają z nimi szans.

Historia powstania dyfuzora w dwusuwie

Mimo, że przez budowę silnika dwusuwy nie są w stanie osiągać takiego sprężania, jak czterosuwy to potrafią generować ogromną moc, którą zawdzięczają zastosowaniu komory rezonansowej czyli dyfuzorowi. Ale co to tak właściwie jest dyfuzor w dwusuwie? Jak działa komora rezonansowa i dlaczego dyfuzory mają takie dziwne kształty? Tego wszystkiego dowiecie się poniżej, ale najpierw zacznijmy od historii powstania dyfuzorów

Wszystko zaczęło się od niemieckiego inżyniera Waltera Kaadena, który pracując w ośrodku Peenemünde podczas II wojny światowej zgłębił wiedzę pozwalającą wykrzesać ogromny potencjał z silnika dwusuwowego. Walter wiedział, jak wielki wpływ na silnik dwusuwowy mogą mieć zjawiska falowe i skonstruował pierwszy układ wydechowy z komorą rezonansową (dyfuzorem), kiedy został zatrudniony po wojnie w IFA przy budowie motocykli wyścigowych. Jako pierwszy skonstruował silnik o potencjale 200 KM na litr pojemności w swojej 125tce z 1961 roku. Jego silniki poprowadziły do trzynastu zwycięstw w Grand Prix i 105 podium zdobytych w latach 1955-1976.  Ostatecznie jednak przez złe warunki polityczne panujące w komunistycznych Niemczech z całą swoją wiedzą i dokumentacją dotyczącą silników dwusuwowych uciekł na Zachód, trafiając do Japonii.

Co to jest dyfuzor?

Dyfuzor to najważniejsza cześć układu wydechowego w silniku dwusuwowym. Jest to zagięta w specjalny sposób rura o zmiennym przekroju, której zadaniem jest wytworzenie fali ciśnieniowej cofającej nieprzepaloną mieszankę do cylindra. Brzmi jak czarna magia? To prostsze niż się wydaje!

Jak działa dyfuzor w silniku dwusuwowym?

Ze względu na „zawsze uchylony zawór wydechow”y, cześć mieszanki nie zostaje spalona podczas cyklu pracy w komorze cylindra i wydostaje się do układu wydechowego, więc zadaniem dyfuzora jest cofnięcie jej do cylindra i zmuszenie do dopalenia razem z kolejna dawką podczas kolejnych cykli. Jak to się dzieje?

Spaliny razem z falą ciśnieniową wędrują dyfuzorem z jednostajną prędkością, ale gdy średnica komory rezonansowej zwiększa się, gazy się rozprężają i zmniejsza się ciśnienie, a ich prędkość pozostaje taka sama. Gdy fala ciśnieniowa trafia na nagłe zwężenie (tzw. Stinger) fala zostaje wzmocniona i część z niej odbija się od stożka zwężającego cylinder i powstaje fala o przeciwnym kierunku „wędrująca” z powrotem do cylindra. Spaliny wędrują dalej układem wydechowym, wydostając się przez końcówkę na zewnątrz, a fala ciśnieniowa docierając do okna wydechowego „wpycha” do cylindra wydostającą się do dyfuzora niespaloną mieszankę paliwowo-powietrzną. W ten sposób zwiększone zostaje ciśnienie w komorze i zmniejszone straty spalania mieszanki.

Dlaczego dyfuzory mają różne kształty?

Wiemy już, że najważniejsza w dyfuzorze jest zwężka następująca po najszerszej części „gruchy”, ale zastanawiacie się pewnie, dlaczego motocykle o różnych przeznaczeniach i różnych pojemnościach mają różne kształty dyfuzorów? Otóż komory rezonansowe projektowane są pod konkretną prędkość obrotową, a odległość zwężki od cylindra uwarunkowana jest czasem, jaki musi przebyć fala ciśnieniowa żeby „wepchnąć” z powrotem do cylindra mieszankę, która akurat „ucieka”. Właśnie dlatego motocykle o małych pojemnościach mają dużo krótszą komorę rezonansową niż duże silniki.

Największym problemem jest to, że każda prędkość obrotowa ma inny czas wędrówki fali ciśnieniowej żeby wepchnąć z powrotem mieszankę do cylindra. W przypadku małych pojemności i głównie skuterów dyfuzory są dosyć proste, bo tam docelową prędkością obrotową jest ta maksymalna, bo jeździ się nimi z odwiniętą do końca manetką. Natomiast w przypadku większych pojemności i motocykli, które muszą wykazywać się użyteczną mocą należy wykazać się pomysłowością i znaleźć kształt, który poprawi osiągi w całym zakresie obrotów. Do tego dochodzi jeszcze „pokręcenie” kształtu komory rezonansowej, które spowodowane jest maksymalnym odsunięciem od ziemi i ochronieniem przed ewentualnym uszkodzeniem.

Uszkodzenie dyfuzora znacząco obniża moc generowaną przez silnik dwusuwowy. Najgorsze jest oczywiście jakiekolwiek pęknięcie, bo spada wtedy ciśnienie w komorze rezonansowej i fale ciśnieniowe wydostają się przez nią na zewnątrz, ale każde większe wgniecenie również obniża potencjał dwusuwa, ponieważ fala odbija się wtedy w nieodpowiednim momencie i dociera do cylindra nie wtedy, kiedy powinna.

Jak widać mimo ta czarna dwusuwowa magia nie jest wcale taka czarna i mamy nadzieję, że udało nam się rozjaśnić wam, jak działają dyfuzory i dlaczego są tak ważne.