Vad är en tvåtaktsmotor?

en tvåtaktsmotor är en typ av förbränningsmotor som fullbordar en kraftcykel med två slag av kolven under endast en vevaxelrevolution. Detta står i kontrast till en ”fyrtaktsmotor”, som kräver fyra slag av kolven för att slutföra en effektcykel under två vevaxelvarv.

i en tvåtaktsmotor sker slutet på förbränningsslaget och början på kompressionsslaget samtidigt, med insugnings-och avgasfunktionerna samtidigt.

tvåtaktsmotorer har ofta ett högt effekt-till-vikt-förhållande, kraften är tillgänglig i ett smalt intervall av rotationshastigheter som kallas ”power band”. Jämfört med fyrtaktsmotorer har tvåtaktsmotorer ett kraftigt minskat antal rörliga delar.

historia av tvåtaktsmotor

den första kommersiella tvåtaktsmotorn med incylindrig kompression tillskrivs skotsk ingenjör Dugald Clerk, som patenterade sin design 1881. Men till skillnad från senare tvåtaktsmotorer hade hans en separat laddningscylinder.

den vevhusrensade motorn, som använder området under kolven som laddningspump, krediteras vanligtvis engelsmannen Joseph Day. Den 31 December 1879 producerade den tyska uppfinnaren Karl Benz en tvåtaktsgasmotor, för vilken han fick ett patent 1880 i Tyskland.

den första riktigt praktiska tvåtaktsmotorn tillskrivs Yorkshireman Alfred Angas Scott, som började producera tvåcylindriga vattenkylda motorcyklar 1908.

versioner av bensin (gnisttändning) är särskilt användbara i lätta eller bärbara applikationer som motorsågar och motorcyklar.

men när vikt och storlek inte är ett problem, gör cykelns potential för hög termodynamisk effektivitet den idealisk för dieselkompressionständningsmotorer som arbetar i stora, viktkänsliga applikationer, såsom marin framdrivning, järnvägslokomotiv och elproduktion.

i en tvåtaktsmotor överför avgaserna mindre värme till kylsystemet än en fyrtakts, vilket innebär mer energi för att driva kolven, och om det finns en turboladdare.

Hur fungerar en tvåtaktsmotor?

som namnet antyder kräver tvåtaktsmotorn endast tvåkolvrörelser (en cykel) för att generera kraft. Motorn kan producera kraft efter en cykel eftersom gasens avgaser och intag sker samtidigt.

det finns en ventil för insugningsslaget som öppnas och stängs på grund av förändrade tryck. Dessutom, på grund av sin frekventa kontakt med rörliga komponenter, blandas bränslet med olja för att lägga till smörjning, vilket möjliggör mjukare slag.

sammantaget innehåller en tvåtaktsmotor två processer:

• kompressionsslag: inloppsporten öppnas, luftbränsleblandningen kommer in i kammaren och kolven rör sig uppåt och komprimerar denna blandning. En tändstift tänder det komprimerade bränslet och börjar strömslaget.
• Effektslag: den uppvärmda gasen utövar högt tryck på kolven, kolven rör sig nedåt (expansion), spillvärme är uttömd.

värmeeffektiviteten hos dessa bensinmotorer varierar beroende på fordonets modell och design. I allmänhet omvandlar bensinmotorer 20% av bränslet (kemisk) energi till mekanisk energi-där endast 15% kommer att användas för att flytta hjulen (resten går förlorad för friktion och andra mekaniska element).

jämfört med fyrtaktsmotorer är två slag lättare, effektivare, har förmågan att använda lågkvalitativt bränsle och mer kostnadseffektivt. Därför resulterar de lättare motorerna i ett högre förhållande mellan effekt och vikt (mer effekt för mindre vikt).

de saknar dock manövrerbarheten i fyrtaktsmotorer och kräver mer smörjning. Detta gör en tvåtaktsmotor idealisk för fartyg (behöver bära mycket Last), motorcyklar och gräsklippare-medan en fyrtakt skulle vara idealisk för bilar som bilar och lastbilar.

konstruktion av en tvåtaktsmotor

• kolv: kolv överför gasens expanderande kraft till vevaxelns mekaniska rotation genom en anslutningsstång.
• vevaxel: den omvandlar fram-och återgående rörelse till rotationsrörelse.
• anslutningsstång: den överför rörelse från en kolv till en vevaxel och fungerar som en hävarm.
• svänghjul: det är en mekanisk anordning som används för att lagra energi.
• tändstift: den levererar elektrisk ström till förbränningskammaren och tänder i sin tur luftbränsleblandningen som leder till abrupt expansion av gaser.
• motvikt: motvikt på vevaxeln används för att minska vibrationerna på grund av obalanser i den roterande enheten.
• inlopps-och utloppsportar: dessa portar tillåter frisk luft med bränsle att komma in och ut ur cylindern.

typer av tvåtaktsmotor

den mekaniska detaljerna i olika tvåtaktsmotorer skiljer sig beroende på typ. Designtyperna varierar beroende på metoden för att införa laddningen till cylindern, metoden för att avlägsna cylindern och metoden för att tömma cylindern.

1. Kolvstyrd inloppsport.
2. Reed inloppsventil.
3. roterande inloppsventil.
4. korsflödesrensning.
5. Slingrensning.
6. Uniflow rensning.
7. stegad kolvmotor.

Kolvstyrd inloppsport

Kolvport är den enklaste av konstruktionerna och den vanligaste i små tvåtaktsmotorer. Alla funktioner styrs enbart av kolvbeläggningen och avtäckning av portarna när den rör sig upp och ner i cylindern.

på 1970-talet utarbetade Yamaha några grundläggande principer för detta system. De fann att i allmänhet att bredda en avgasport ökar effekten med samma mängd som att höja porten, men kraftbandet smalnar inte som det gör när porten lyfts upp.

Reed inloppsventil

reedventilen är en enkel men mycket effektiv form av backventil som vanligtvis är monterad i inloppskanalen i den kolvstyrda porten. Det möjliggör det asymmetriska intaget av bränsleladdningen, förbättrar kraft och ekonomi samtidigt som kraftbandet utvidgas. Sådana ventiler används ofta i motorcyklar, ATV och Marina utombordsmotorer.

roterande inloppsventil

insugningsvägen öppnas och stängs av ett roterande element. En bekant typ som ibland ses på små motorcyklar är en slitsad skiva fäst vid vevaxeln, som täcker och avslöjar en öppning i vevhusets ände, vilket gör att laddning kan komma in under en del av cykeln (kallad skivventil).

en annan form av roterande inloppsventil som används på tvåtaktsmotorer använder två cylindriska element med lämpliga utskärningar anordnade att rotera en i den andra-inloppsröret har passage till vevhuset endast när de två utskärningarna sammanfaller.

vevaxeln själv kan bilda en av medlemmarna, som i de flesta glödpluggmodellmotorer. I en annan version är vevskivan anordnad att passa i vevhuset och är försedd med en utskärning som står i linje med en inloppspassage i vevhusväggen vid lämplig tidpunkt, som i Vespa-skotrar.

tvärflödesavskiljning

i en tvärflödesmotor är överförings-och avgasportarna på motsatta sidor av cylindern, och en deflektor på kolvens topp leder den färska insugningsladdningen in i den övre delen av cylindern, skjuter resterande avgaser ner på andra sidan av deflektorn och ut ur avgasporten.

Slingrensning

denna metod för rensning använder noggrant formade och placerade överföringsportar för att rikta flödet av färsk blandning mot förbränningskammaren när den kommer in i cylindern. Bränsle / luftblandningen träffar cylinderhuvudet, följer sedan förbränningskammarens krökning och avböjs sedan nedåt.

detta förhindrar inte bara bränsle/luftblandningen från att resa direkt ut ur avgasporten utan skapar också virvlande turbulens som förbättrar förbränningseffektivitet, kraft och ekonomi. Vanligtvis krävs inte en kolvdeflektor, så detta tillvägagångssätt har en distinkt fördel jämfört med tvärflödesschemat.

Uniflow-rensning

i en uniflow-motor kommer blandningen eller ”laddningsluften” i fallet med en diesel in i ena änden av cylindern som styrs av kolven och avgasutgångarna i den andra änden som styrs av en avgasventil eller kolv. Det rensande gasflödet är därför endast i en riktning, därav namnet uniflow.

stegad kolvmotor

kolven på denna motor är”topphatt” -formad; den övre delen bildar den vanliga cylindern, och den nedre delen utför en rensningsfunktion. Enheterna körs i par, med den nedre halvan av en kolv som laddar en intilliggande förbränningskammare.

tillämpningar av tvåtaktsmotor

• tvåtaktsmotorer föredras när mekanisk enkelhet, lättvikt och hög effekt / vikt-förhållande är designprioriteringar.
• de smörjs med den traditionella metoden att blanda olja i bränslet, de kan bearbetas inom vilken orientering som helst eftersom de inte har en reservoar beroende av tyngdkraften. Detta gör dem önskvärda för användning i handhållna verktyg som motorsågar.
• tvåtaktsmotorer finns i små vågar framdrivningsapplikationer som motorcyklar, mopeder och smutscyklar.