Her Kan du få gode råd og vink om tuning af 2 taktsmotorer.

 

 

Tuning

 

Hjem

Wenderby Engineering

Reexys Tunprogram

Udfoldning af megafoner

 

                                                                                                                                                                                                                                                                                                               

 

 

 

Lidt teori:

En to-taktsmotor består grundlæggende af tre ting. 1. En pumpe der sørger for at frisk gas pumpes ind i et forbrændingskammer. 2. Et forbrændingskammer, der har til opgave at forbrænde den indpumpede gasblanding. 3. Endelig transformeres den termiske energi der er opstået ved forbrændingen til mekanisk energi ved at påvirke et stempel, der via en krumtapbevægelse kan yde et stykke arbejde. Det komplicerede opstår fordi vi kobler alle tre ting sammen i et mekanisk system. Vi udnytter krumtaphuset og stemplets op og nedadgående bevægelse til friskgaspumpe. Det har den fordel at stemplet så at sige afkøles nedefra af den frisk indsugede gas. På oversiden har vi forbrændingskammeret, og det hele styres af stemplet, der åbner og lukker for indsugningskanalen. Stemplet styrer også skyllekanalerne, der forbinder krumtaphuset med forbrændingskammeret. Endelig lader vi stemplets overside åbne og lukke for udstødningskanalen.

 

En 2 taktsmotor burde slet ikke kunne starte!! - Tænk på at at en gasmængde skal afstemmes meget nøjagtig i blandingsforholdet (vægtmængde) 1:13 mellem benzin og luft for overhovedet at at kunne antændes. Når gasmængden er antændt, skal den afbrændes på den tid det tager motorens krumtap at dreje ca. 100 grader. Ved 6000 omdrejninger pr. minut, vil det sige, at forbrændingen skal være forplantet til et arbejdstryk mod stemplet på blot 0,0027 sekunder. Herefter ledes den afbrændte gas ud i udstødningssystemet. Efter ca. yderligere 20 graders krumtapbevægelse (0,0006 sekunder) åbnes skyllekanalerne og den friske gasmængde kan skylle ind i cylinderen. Med andre ord skal frisk brændbar gas sendes ind i cylinderen 0,6 tusinddel sekund efter at udstødningsgassen, med en temperatur på ca 550 grader, er begyndt at forlade cylinderen. På denne korte tid skal trykket i cylinderen sænkes så meget, at den nye friske gas kan strømme ind i cylinderen, i den periode skyllekanalerne står åbne (ca. 120 grader svarende til ca 0,003 sekund!). Nogle vil mene at der kun er 60 grader til rådighed til stemplet når bundstillingen. Det er dog så heldigt at gasblandingen vejer ca. 1 kg. pr. kubikmeter. I følge Newtons lov om enerti, betyder det at gasmængden, der strømmer fra krumtaphuset gennem skyllekanalerne, har opnået en hastighed og ikke lige lader sig stoppe. Derfor fortsætter gassen med at strømme ind i cylinderen efter at stemplet har forladt bundstillingen og er begyndt på kompressionsslaget. Dette sker samtidig med at udstødningskanalen stadig står åben. Når udstødningskanalen er lukket kan kompresionen fortsætte og den nye gasblanding antændes ca. 15 grader før toppunktet.

 

Som det fremgår af ovenstående burde det ikke kunne lade sig gøre at få en 2 taktsmotor til overhovedet at starte. Når det kan lade sig gøre, så er det fordi denne motortype på snildeste vis udnytter Newtons lov om enerti og samtidig benytter sig af teorien om gasarters udbredelse i åbne og lukkede rørsystemer. Ja selv egenfrekvensen i rør indgår i udviklingen af 2 taktsmotoren. De komplicerede forhold der gør sig gældende under motorens drift, gør at den har været genstand for megen forskning i årenes løb. Det har resulteret i mange opfindelser undervejs. Nogle er overlevet og andre er glemt som kuriøsiteter.

 

Lidt historie:

I 1904 patenterede Alfred Scott  sin 2 cylindrede vertikaltwin. Den specielle motorkonstruktion bestod af et svinghjul placeret mellem cylinderne og en krumtap der blot bestod af en skive med en akseltap (som på en cady knallert fra 1968!). Krumtappen blev drevet af rundt af strømlinede og højglanspolerede plejlstænger. Stemplerne var af "næsetypen" og cylinderen blev "længdeskyllet" via en enkelt skyllekanal, der var boltet fast udvendigt på cylinderen. Konstruktionen var så god at det i de følgende år endte med adskillige TT sejre på Isle of Mann.

Førest i trediverne eksperimenterede DKW med at forlænge indsugningstiden vha. bladventiler i indsugningsporten. De er senere blevet adopteret af Japanerne og mange tilskriver uretmæssigt Yamaha opfindelsen af reed ventilerne. Specielt inden for gokart motorer, har det været normalt at styre indsugningen med en drejeventil der direkte styret af krumtappen, afblænder indsugningskanalen (opfundet af franske Gerrard i 1906!!). DKW var langt fremme med udviklingen af 2 taktsmotoren i trediverne og Dr.E. Schneurle har fået æreren af at have opfundet vendeskylningsprincippet, der har overlevet helt til i dag. DKW fremstillede også en racer motor med et ekstra vandretliggende stempel, der forøgede motorens pumpeeffekt.

 

Puch fabrikken i østrig fremstillede i 50érne en serie motorer med dobbeltstempler, der var placeret på samme plejlstang, og med fælles forbrændingskammer. Fidusen var at semplerne kom til at bevæge sig op og ned en lille smule ude af takt. Dette kunne udnyttes til at lave asymetrisk skylletider, der igen øgede motorens pumpeeffekt. Der er også eksperimenteret med variabel porthøjde på udstødningsporten. I dag er det meget normalt med en vandretliggende aksel der styrer porthøjden på motocross motorcykler. Fordelen er at motoren både får godt drejningsmoment ved høje og ved lave omdrejninger. De senere år har holænderen ???? eksperimenteret med et roterende skyllesystem der består af en række udstødnings- og skyllekanaler der er jævnt fordelt hele vejen rundt om cylinderen. Kanalerne har en vinkel i forhold til cylindervægen hvilket går at gassen sættes i rotation under skylningen. Som ved så mange andre tuningsforsøg, har han valgt at bruge en Kreidler Floret som basis for eksperimenterne.

 

Nej - det er ikke en Suzuki på billedet!! 

 

Nu vil du nok undre dig over hvorfor de mange Japanske fabrikker med deres totaktsmotorer fra sidst i 60érne og frem til 80érne ikke er nævnt. - det er ganske enkelt fordi de ikke har opfundet noget som helst!! - De har ganske vist fået æren for totaktsmotorens genopfindelse i den nævnte periode, men fakta er at de stjasl med arme og ben, og samtidig benyttede sig af de bedste motoringeniører fra Europa.

Det der gav Japanerne deres succes, var først og fremmest deres evne til at fremstille ensartet kvalitet til en endog særdeles konkurrencedygtig pris. Desværre var Englænderne i de samme år faldet i udviklinsmæssig søvn og tyskerne havde endnu ikke genvundet deres popularitet fra før anden verdenskrig. Med andre ord Japanerne vandt fordi der ingen reel konkurrence var på markedet.   

 

 

 

Generelt om tuning:

Det der giver høj ydelse er godt drejningsmoment. Det eneste der kan skabe drejningsmomentet er forbrændingens tryk på stempektoppen. Dette tryk forplantes via plejlstangen til krumtappens roterende bevægelse. Drejningsmomentet måles i kraft gange arm, og udtrykkes i Newton/meter eller kg/meter. Når krumtappen har drejet sig 90 grader fra toppunktet er armen der påvirkes, slaglængden divideret med 2. Nær toppunktet, hvor krumtapsølen og stemplets krydspind er næsten på linie, er armen der påvirkes ganske lille og forbrændingens tryk vil fordeles med et lille tryk, der kommer drejningsmomentet til gode. Resten af trykket fordeles som et kraftparalellogram mellem spænding i materialet og et pres der driver stemplet ud mod cylindervægen. 

 

Drejningsmomentet er en funktion af hvor mange kulbrinter, der kan afbrændes i hvert stempelslag. Kulbrinter er i dette tilfælde lig med Benzin. Da den optimale blandingen mellem benzin og luft er givet på forhånd, er der kun en vej at gå. Få motorens pumpeeffekt til at blive så stor som muligt, så den indsugede, og dermed afbrændte gasmængde bliver så stor som muligt i hver arbejdscyklus. Hvis man kan få dette kredsløb til at foregå ved mange omdrejninger, har man en motor med stor effekt (arbejde pr. tidsenhed) Effekten måles typisk i Kilo-Watt eller hestekraft.

 

Desværre er det ikke så let at øge pumpeeffekten, da den indsugede gas først skal acceleres op gennem indsugningskanalen, komprimeres i krumptaphuset, og siden acceleres op gennem skyllekanalerne. Da enhver hastighedsændring af en masse, koster energi, går øvelsen ud på at designe dette kredsløb så godt, at gassen strømmer så jævnt som muligt igennem hele systemet. En del tuningsteorier, går på at dimmensionere kanalerne, så gassen transporteret med samme hastighed gennem alle tværsnit. Enheden der bregnes efter kaldes tidsareal, og er krumtappens vinkelbevægelse gange portarealet. I følge teorien kan en kort tid kompenseres med et stort portareal. Det er ikke så enkelt, da sugevolumen (ccm/sek,) er størst ved 90 graders krumtapvinkel (her bevæger stemplet sig med den største hasighed!), og 0 (nul) ved top og bund. Enertien sørger desuden for en vis træghed i hele systemet, så bevægelse af gassen forsinkes ved start af bevægelsen. Til gengæld vil gassen mase på, når først den er sat i bevægelse og dermed forlænge sugetiden.

Med andre ord. Der er udført megen spændende forskning og skrevet mange spændende artikler, men når alt kommer til alt, så fås de ypperste resultater kun gennem mange forsøg (ofte mislykkede). En hovedregl er at alle motorer der er fabrikeret til daglig brug på landevej kan tunes. Det har dog den omkostning at det omdrejningsområde hvor max drejningsmomentet afleveres, ofte stiger og drejningsmomentet ved lavere omdrejninger ofte falder. Det betyder snæver PowerBand eller med andre ord mere hidsig og ureagerlig motor. Med hensyn til porting så er det en god regel er at gå frem i små step. Husk at fabrikkernes motoringeniører godt ved hvad de gør, når de typisk vælger lidt mere konservative porttiden end hobby tuneren kan finde på at bruge.  

 

For at bevise at alle motorer kan tunes vil nedenstående case tage udgangspunkt i en Cady knallert fra 1968 - ikke typisk en motor man vil falde over som første valg til tuning, men bare vent og se!!

 

Udgangspunktet:

 

 

 

 

 

 

 

Porttider:

 

Når man kikker ind i en to-takts motors cylinder, vil man se at specielt den nederste del af cylinderen er perforeret af alle de kanaler, der forbinder krumtaphus, indsugning og udstødning med forbrændingskammeret. Portenes placering og udformning er altafgørende for motorens karakteristik. Det er her man vælger hvordan drejningsmomentet skal fordeles i forhold til de aktuelle omdrejningstal. Generelt kan man sige at høje porte, det vil sige porte der åbner tidligt i forhold til øverste toppunkt, vil give en motor der udvikler mest drejningsmoment ved høje omdrejninger. Omvendt vil en motor med lave porte, det vil sige korte porttider, give en motor med højere drejningsmoment ved lavere omdrejningstal. En motor beregnet til roadracing har typisk mange gear, og vil kunne udnytte omdrejningsmoment ved høje omdrejningstal. Svinghjulet vil her typisk være let og indsugningskanalen være kort, da det giver høj egenfrekvens og frit flow til krumtaphuset. I den modsatte ende af skalaen er motorer beregnet til Trial. Her skal der gerne være god trækkraft fra bunden. Det medfører lidt lavere porte, længere og mindre indsugningsport, samt tungere svinghjul.  

 

Anbefalede porttider:

 

 

Omdrejninger

Udstødning

Skylning

Indsugning

Tænding i grader

6000

174-176

110-119

130-150

21,5

7000

176-182

120-124

150-155

20,0

8000

182-184

124-128

160-165

18,0

9000

184-188

126-130

165-170

15,5

10000

188-194

128-132

170-175

13,5

11000

195-197

130-134

175-180

11,5

12000

197-202

132-136

180-185

9,5

13000

202-204

134-140

185-190

9,0

14000

206-208

136-142

190-200

9,5

 Måling af porttider med en graskala!

 

Ovenstående porttider er udtryk for den tid porten står åben. Det betyder at hvis man vælger at motoren skal yde sit bedste ved 9000 omdrejninger og man vælger at skyllekanalerne skal være åbne i 130 grader, så skal de åbne ved: (360 - 130)/2 grader = 115 grader efter øverste toppunkt.

 

Reglen er, at stort drejningsmoment ved lave omdrejninger, fås med  brede, men lave kanaler, hvorimod stort drejningsmoment ved høje omdrejninger fås med brede og relativt høje kanaler. Bemærk at ovenstående værdier giver en motor, der yder sit bedste ved et forholdsvist snævert omdrejningstal.

Et godt kompromis på en standard motor er at udstødningskanalen åbner ved ca. 100 grader efter toppunktet og skyllekanalerne åbner ved 120 grader. "BlowDown" perioden er således kun 20 grader, men det sikrer at der er godt bundtræk til at skyde ”raketten” ud af starthullerne.

 

Udstødning:

Hvis udstødningssystemet er godt afstemt i længden i forhold til omdrejningstallet, vil det være muligt først at hjælpe udstødningen ud af cylinderen, for kort efter at sende en trykbølge tilbage mod udstødningsporten, og derved sikre at den friske gas bliver inde i cylinderen, i stedet for at strømme ud i udstødningen. 

 

 

Udstødningssystemets udformning har været underkastet særlig interesse, lige fra systemet bestod af et lige rør, kun afstermt i længden til et bestemt omdrejningstal (frekvens som i en orgelpipe), samt en volumen af "potten" der gjorde at motoren afgav rimelig drejningsmoment over et bredt omdrejningsområde. Specielt Scott fabrikken startede udviklingen med deres TT racere i slutningen af tyverne og begyndelsen af trediverene i forrige århundrede.

Senere var det østtyskerne, der med deres chefingeniør Walter Kaaden udviklede MZ racere, efter præcis de principper ekspansionsrør er konstrueret i dag. En kuriøsitet er at Walter Kaaden havde sin viden om gasarters opførsel i åbne rørsystemer, fra sit arbejde som raketspecialist. Han arbejdede som Werner Von braun med konstruktiona af V1 bomben, der blev drevet af en Pulsjet motor med bladventiler, der mindede stærkt om dem man bruger i 2-taktsmotorer. 

 

 

Rent videnskabeligt er det nok professor Gordon P. Blair fra Queens University i Belfast, der har ydet den største indsats. Han har gennem flere år udviklet formelgrundlaget for konstruktion af ekspansionslydpotter. Han har udført utallige forsøg og prøvet at finde de universelle lovmæssigheder der fastlægger en lydpots dimmensioner. P. G. Blair går ud fra at styringen af udstødningsporten bedst sker ud fra beregninger om gasarters udbredelseshastighed i åbne rørsystemer. Han beregner længder ud fra den tid det varer for en trykbølge at gennemløbe turen gennem udstødningsrøret (LP01), megafonen(LP12 og 23), et lige rørstykke (LP34) og endelig blive sendt tilbage igen via en konisk indsnevring (LP45). Teorien er at når en trykbølge vandrer ud gennem en megafon, skabes der et modsat retttet undertryk, der kan hjælpe den afbrændte gas ud af cylingeren. Når trykbølgen i enden af systemet møder en konisk indsnevring, vi en del af trykbølgen blive sendt tilbage mod udstødningsporten. Hvis trykket rammer porten på det rette tidspunkt, vil den sende den friske gas der er undsluppet, tilbage til forbrændingskammeret.

 

Alt dette lyder i teorien simpelt nok, men i praksis er der en masse variabler, der skal tages højde for. Den afbrændte gas udbredes ikke med nøjagtig lydens hastighed, Hastigheden varierer med gassens temperatur og trykbølgen forstærkes når den rammer systemets egenfrekvans. Endelig spiller systemets volumen en afgørende rolle. Hvis volumen er for stor vil det betyde at trykbølgerne vil fade ud og virkningen vil forsvinde. Hvis volumen er for lille, vil det være volumen, der bedtemmer trykforholdene og dermed fjerne virkningen af trykbølgernes hastighed. Som billedet til venstre viser måtte selv Walter Kaaden ty til "Reverse Engineering" - med andre ord lav nogle forsøg - find den bedste løsning og efterfølgende udvikle  den teori der kan beregne nye konstruktioner.

 

 

    

 

En tak til:

”Expansion Chamber Design According to Blair”

 

 

 

Topstykke og Kompression:

Roadracing

trial

 

Formler:

 

 

 

 

                              

Teamets chefmekaniker tjekker de sidste justeringer!! 

Hav tålmodighed!

Denne side er under konstruktion!!