Hvad er en totaktsmotor?

en totaktsmotor er en type forbrændingsmotor, der fuldender en effektcyklus med to slag af stemplet under kun en krumtapakselrevolution. Dette er i modsætning til en “firetaktsmotor”, som kræver fire slag af stemplet for at fuldføre en effektcyklus under to krumtapakselomdrejninger.

i en totaktsmotor sker slutningen af forbrændingsslaget og begyndelsen af kompressionsslaget samtidigt, hvor indsugnings-og udstødningsfunktionerne forekommer på samme tid.

totaktsmotorer har ofte et højt forhold mellem effekt og vægt, idet effekten er tilgængelig i et snævert interval af rotationshastigheder kaldet “strømbånd”. Sammenlignet med firetaktsmotorer har totaktsmotorer et stærkt reduceret antal bevægelige dele.

Totaktsmotorens historie

den første kommercielle totaktsmotor, der involverer kompression i cylinderen, tilskrives den skotske ingeniør Dugald Clerk, der patenterede sit design i 1881. I modsætning til senere totaktsmotorer havde his imidlertid en separat opladningscylinder.

den krumtaphus-skrællede motor, der anvender området under stemplet som en opladningspumpe, krediteres generelt englænderen Joseph Day. Den 31.December 1879 producerede den tyske opfinder Karl Bens en totaktsgasmotor, som han fik patent på i 1880 i Tyskland.

den første virkelig praktiske totaktsmotor tilskrives Yorkshireman Alfred Angas Scott, der begyndte at producere dobbeltcylindrede vandkølede motorcykler i 1908.

Bensin (gnisttænding) versioner er især nyttige i lette eller bærbare applikationer såsom motorsave og motorcykler.

men når vægt og størrelse ikke er et problem, gør cyklusens potentiale for høj termodynamisk effektivitet den ideel til diesel kompressionstændingsmotorer, der opererer i store, Vægtfølsomme applikationer, såsom marine fremdrift, jernbanelokomotiver og elproduktion.

i en totaktsmotor overfører udstødningsgasserne mindre varme til kølesystemet end en firetakt, hvilket betyder mere energi til at drive stemplet og, hvis det er til stede, en turbolader.

Hvordan fungerer en totaktsmotor?

som navnet antyder, kræver totaktsmotoren kun to-stempelbevægelser (en cyklus) for at generere strøm. Motoren er i stand til at producere strøm efter en cyklus, fordi udstødningen og indtaget af gassen forekommer samtidigt.

der er en ventil til indsugningsslag, der åbner og lukker på grund af skiftende tryk. På grund af sin hyppige kontakt med bevægelige komponenter blandes brændstoffet med olie for at tilføje smøring, hvilket giver glattere slag.

samlet set indeholder en totaktsmotor to processer:

• Kompressionsslag: indløbsporten åbnes, luftbrændstofblandingen kommer ind i kammeret, og stemplet bevæger sig opad og komprimerer denne blanding. Et tændrør antænder det komprimerede brændstof og begynder strømslaget.
• strømslag: den opvarmede gas udøver højt tryk på stemplet, stemplet bevæger sig nedad (ekspansion), spildvarme er opbrugt.

den termiske effektivitet af disse bensinmotorer vil variere afhængigt af køretøjets model og design. Generelt konverterer bensinmotorer imidlertid 20% af brændstof (kemisk) energi til mekanisk energi-hvor kun 15% vil blive brugt til at bevæge hjulene (resten går tabt på grund af friktion og andre mekaniske elementer).

sammenlignet med firetaktsmotorer er to slag lettere, mere effektive, har evnen til at bruge brændstof af lavere kvalitet og mere omkostningseffektiv. Derfor resulterer de lettere motorer i et højere forhold mellem effekt og vægt (mere effekt for mindre vægt).

de mangler dog den manøvredygtighed, der er mulig i firetaktsmotorer og kræver mere smøring. Dette gør en totaktsmotor ideel til skibe (har brug for at bære en masse gods), motorcykler og plæneklippere-mens en firetakt ville være ideel til biler som biler og lastbiler.

konstruktion af en totaktsmotor

• stempel: stempel overfører den ekspanderende kraft af gasser til den mekaniske rotation af krumtapakslen gennem en forbindelsesstang.
• krumtapaksel: det konverterer den frem-og tilbagegående bevægelse til rotationsbevægelse.
• forbindelsesstang: den overfører bevægelse fra et stempel til en krumtapaksel og fungerer som en håndtag.
• svinghjul: det er en mekanisk enhed, der bruges til at lagre energi.
• tændrør: det leverer elektrisk strøm til forbrændingskammeret og tænder igen luftbrændstofblandingen, hvilket fører til den pludselige udvidelse af gasser.
• modvægt: modvægt på krumtapakslen bruges til at reducere vibrationerne på grund af ubalancer i den roterende enhed.
• indløbs-og Udløbsporte: disse porte tillader frisk luft med brændstof at komme ind og ud af cylinderen.

typer af totaktsmotor

den mekaniske detalje af forskellige totaktsmotorer varierer afhængigt af typen. Designtyperne varierer alt efter metoden til at indføre ladningen til cylinderen, metoden til at fjerne cylinderen og metoden til at udtømme cylinderen.

1. Stempelstyret indløbsport.
2. Reed indløbsventil.
3. roterende indløbsventil.
4. tværstrømsopfangning.
5. Loop scavenging.
6. ensartet rensning.
7. trinvis stempelmotor.

Stempelstyret indløbsport

Stempelport er den enkleste af designene og den mest almindelige i små totaktsmotorer. Alle funktioner styres udelukkende af stemplet, der dækker og afdækker portene, når det bevæger sig op og ned i cylinderen.

i 1970 ‘ erne udarbejdede Yamaha nogle grundlæggende principper for dette system. De fandt ud af, at udvidelse af en udstødningsport generelt øger effekten med samme mængde som at hæve porten, men strømbåndet indsnævres ikke, som det gør, når porten hæves.

Reed indløbsventil

reedventilen er en enkel, men meget effektiv form for kontraventil, der almindeligvis er monteret i indsugningskanalen i den stempelstyrede port. Det tillader det asymmetriske indtag af brændstofladningen, forbedrer strøm og økonomi, mens strømbåndet udvides. Sådanne ventiler anvendes i vid udstrækning i motorcykler, ATV ‘ er og marine påhængsmotorer.

roterende indløbsventil

indsugningsvejen åbnes og lukkes af et roterende element. En velkendt type, der undertiden ses på små motorcykler, er en slidset skive fastgjort til krumtapakslen, som dækker og afdækker en åbning i enden af krumtaphuset, så ladningen kan komme ind i løbet af en del af cyklussen (kaldet en skiveventil).

en anden form for roterende indløbsventil, der anvendes på totaktsmotorer, anvender to cylindriske elementer med passende udskæringer, der er indrettet til at rotere den ene inden i den anden-indløbsrøret har kun passage til krumtaphuset, når de to udskæringer falder sammen.

selve krumtapakslen kan danne et af medlemmerne, som i de fleste glødestikmodelmotorer. I en anden version er krumtapskiven indrettet til at være en tæt frigang i krumtaphuset og er forsynet med en udskæring, der linjer op med en indløbspassage i krumtaphusvæggen på det passende tidspunkt, som i Vespa-scootere.

tværstrømsopfangning

i en tværstrømsmotor er overførings-og udstødningsportene på modsatte sider af cylinderen, og en deflektor på toppen af stemplet leder den friske indsugningsladning ind i den øverste del af cylinderen og skubber den resterende udstødningsgas ned på den anden side af deflektoren og ud af udstødningsporten.

Loop scavenging

denne metode til scavenging bruger omhyggeligt formede og placerede overførselsporte til at lede strømmen af frisk blanding mod forbrændingskammeret, når det kommer ind i cylinderen. Brændstof / luftblandingen rammer cylinderhovedet, følger derefter krumningen af forbrændingskammeret og afbøjes derefter nedad.

dette forhindrer ikke kun brændstof/luftblandingen i at køre direkte ud af udstødningsporten, men skaber også hvirvlende turbulens, der forbedrer forbrændingseffektivitet, kraft og økonomi. Normalt kræves der ikke en stempelafbøjning, så denne fremgangsmåde har en klar fordel i forhold til tværstrømningsskemaet.

ensartet rensning

i en ensartet motor kommer blandingen eller “ladeluften” i tilfælde af en diesel ind i den ene ende af cylinderen, der styres af stemplet, og udstødningsudgangene i den anden ende styres af en udstødningsventil eller stempel. Den skyllende gasstrøm er derfor kun i en retning, deraf navnet ensartet.

trinvis stempelmotor

stemplet på denne motor er”top-hat” -formet; den øverste sektion danner den almindelige cylinder, og den nederste sektion udfører en rensningsfunktion. Enhederne kører parvis, hvor den nederste halvdel af et stempel oplader et tilstødende forbrændingskammer.

anvendelser af totaktsmotor

• totaktsmotorer foretrækkes, når mekanisk enkelhed, letvægt og høj effekt / vægt-forhold er designprioriteter.
• de smøres ved den traditionelle metode til blanding af olie i brændstoffet, de kan bearbejdes inden for enhver retning, da de ikke har et reservoir, der er afhængigt af tyngdekraften. Dette gør dem ønskelige til deres brug i håndholdte værktøjer såsom motorsave.
• totaktsmotorer findes i små skalaer fremdrift applikationer såsom motorcykler, knallerter og snavs cykler.