Techniek: zo werken tweetaktmotoren!

Auteur: , 32 Reacties

Voordat deze techniek helemaal niet meer wordt gebruikt omwille van milieu-eisen, lichten we het verhaal nog een keertje toe.

Saab Sonett II

Het principe van de meer conventionele viertaktmotor is waarschijnlijk bekend, maar we halen deze motor er kort bij omdat het eenvoudiger is om daarna de verschillen tussen twee- en viertakt aan te wijzen. Viertaktmotoren werken volgens het principe suck – squeeze – bang – blow, waarbij elk woord een bepaald type slag omschrijft. Vandaar inderdaad de benaming viertaktmotor. Uiteindelijk is de “bang” de arbeidsslag die power levert. Bij elke vier slagen is er één zogeheten arbeidsslag.

De diverse slagen doen het volgende, als we uitgaan van een benzinemotor:

  • Suck: het mengsel van brandstof en lucht wordt door de neergaande zuiger de verbrandingskamer binnengezogen
  • Squeeze: het mengsel wordt door de omhooggaande zuiger samengeperst. De druk en dus de temperatuur van het mengsel nemen toe
  • Bang: de bougie zorgt voor een vonk waardoor het mengsel ontbrandt en in zeer korte tijd uitzet. De zuiger wordt met kracht naar beneden gedrukt. Dit is de arbeidsslag die zorgt voor de power
  • Blow: de zuiger komt weer omhoog en stuwt het verbrande mengsel de cilinder uit

De volgende afbeelding geeft deze slagen schematisch weer:

Viertakt

Tweetakt, schematische weergave

Het belangrijkste verschil tussen twee- en viertaktmotoren, is dat tweetaktmotoren per twee slagen één arbeidsslag heeft in plaats van per vier slagen. Da’s inherent aan de werking van die dingen, die door onderstaande afbeelding wordt weergegeven:

Tweetakt

We kunnen nu volstaan door te zeggen dat je net zo lang naar dit plaatje kunt kijken tot het kwartje valt, maar dat zou een beetje flauw zijn. Bovendien valt er genoeg interessants te melden over tweetaktmotoren dus dat gaan we ook (proberen te) doen.

De verschillende onderdelen

Voor we overschakelen naar de werking van tweetaktmotoren is het goed om kort de diverse onderdelen te benoemen. Bij beide weergaven hierboven zie je aan de rechterzijde de inlaatpoort. In sommige gevallen zit in deze poort nog een extra klep die open en dicht kan. Het kanaal dat links op de plaatjes van het carter naar de verbrandingskamer loopt, is de spoelpoort. Iets daarboven zie je de uitlaatpoort. Verder zie je uiteraard de krukas, de zuiger zelf en de bougie.

Merk verder op dat tweetaktmotoren geen traditionele kleppen kennen zoals dat bij de viertaktmotor wel het geval is. Afdichting van de diverse poorten doet de zuiger namelijk zelf! Zodra de zuiger zich in de laagste positie bevindt, staan de spoel- en uitlaatpoort tegelijkertijd open en is de inlaatpoort afgesloten, al dan niet middels een klep. Zit de zuiger helemaal bovenin de cilinder, dan zijn spoel- en uitlaatpoort netjes afgedicht terwijl de (klep in de) inlaatpoort open staat. Een animatie dan, om een en ander te verduidelijken:

Tweetakt

De werking

Zo, die formaliteit is achter de rug, tijd voor business. Het mengsel van brandstof en lucht (en olie, komen we later op terug) wordt het carter in gezogen door de opwaartse beweging van de zuiger. Diezelfde zuiger komt omlaag waardoor het mengsel via de spoelpoort de verbrandingskamer in wordt gestuwd. De zuiger komt weer omhoog en als deze het hoogste punt bereikt, vonkt de bougie voor de arbeidsslag en wordt de zuiger weer naar beneden geduwd.

Bovenstaand verhaal lijkt rommelig. Er waren immers maar twee slagen, terwijl hierboven ogenschijnlijk meer stappen worden omschreven. Da’s niet zo, maar bepaalde dingen gebeuren tegelijkertijd of kennen een zekere mate van overlap.

Op het moment dat de zuiger omhoog gaat, wordt het mengsel boven de zuiger (en in de verbrandingskamer) samengedrukt. Tegelijkertijd wordt echter een nieuwe lading brandstof en lucht het carter in gezogen. Zodra de bougie vonkt en de zuiger omlaag wordt gedrukt, komt het nieuwe mengsel vanuit het carter via de spoelpoort de verbrandingskamer in gezogen en wordt het reeds verbrande mengsel via de uitlaatpoort de cilinder uitgebonjourd. Er vinden dus meerdere zaken tegelijkertijd plaats, wat de tweetaktmotor gemeen heeft met de wankelmotor.

De voordelen

Wie weleens op een tweetakt kart zit weet dat je uit dit type motor relatief veel vermogen kunt halen. Je hebt dus niet veel cc’s nodig om aardig wat pk’s uit het blok te halen en dat heeft te maken met het feit dat tweetakt motoren per twee slagen een arbeidsslag leveren, in tegenstelling tot viertaktmotoren die daar vier slagen voor nodig hebben. Verder is deze techniek door het gebrek aan kleppen relatief simpel. Daardoor zijn ze makkelijker te bouwen en wegen ze vrij weinig. Ook hoeft geen rekening te houden met olie die van boven naar beneden moet sijpelen voor de smering van het blok. Tweetaktmotoren kunnen dus ook op hun kop werken want zwaartekracht speelt geen rol meer, maar daarmee komen we meteen op een paar fikse nadelen.

Cagiva

De nadelen

Smering! Bij viertakt motoren (met wet sump-smering) wordt de olie bovenaan de motor ingespoten. De olie komt door de zwaartekracht vanzelf weer in het carter terecht en wordt vervolgens omhoog gepompt. Alle tussenliggende onderdelen worden netjes gesmeerd en gekoeld en klaar is kees. Bij tweetaktmotoren gaat dat principe niet op, want het carter wordt al gebruikt om het nog onverbrande mengsel de verbrandingskamer in te krijgen. Geen plek dus voor een oliebad, maar daar is een oplossing voor.

Om die reden wordt aan het mengsel van brandstof en lucht ook nog olie toegevoegd, oftewel mengsmering. Ook tweetakten hebben immers smering nodig, anders loopt de boel gruwelijk vast. Geen ramp als het je grasmaaier betreft, wel heel vervelend als je op een racemotor zit. Die toegevoegde olie maakt dat tweetakten veel meer troep uitstoten dan viertakten en dat verklaart waarom je ze tegenwoordig steeds minder vaak ziet. Mengsmering werkt bovendien minder goed dan “gewone” smering, waardoor alsnog meer wrijving optreedt en de levensduur van tweetakten over het algemeen beperkter is.

Rotax
Rotax Max 125 cc tweetakt motor voor karts, levert 30 pk @ 11.500 rpm

Nog een puntje: verbruik. Zoals reeds beschreven staan de spoelpoort en de uitlaatpoort op een zeker moment gelijktijdig open. Dat betekent dus ook dat een deel van het onverbrande mengsel linea recta via de uitlaatpoort de verbrandingskamer uit wordt gedreven. Niet goed voor het verbruik en natuurlijk ook niet voor het milieu. Om dit probleem te ondervangen zie je op scooters en motoren (zoals die gruwelijk gave Cagiva hierboven) een zogeheten terugloop uitlaat die dit probleem min of meer ondervangt. Verder is het hogere verbruik inherent aan de werking van tweetaktmotoren, want er vinden twee keer zoveel arbeidsslagen plaats.

Verder leveren tweetakten hun vermogen vaak in een zeer beperkt en vrij hoog toerengebied, precies het tegenovergestelde van een elektromotor met z’n vlakke koppelkromme. Op zich geen probleem, maar je zult secuur moeten schakelen om in het juiste toerengebied te blijven. Om die reden worden veel scooters met tweetaktmotoren ook uitgerust met een CVT, want daarmee draait de motor altijd het juiste toerental.

Tot besluit

Bovenstaand verhaal geeft slechts een zéér beknopte weergave van de werking van tweetaktmotoren, want er valt nog veel meer over deze interessante techniek te vertellen. Belangrijkste om te onthouden is in elk geval dat dit type motoren twee keer zoveel arbeidsslagen kent als een viertaktmotor en daardoor meer vermogen levert bij eenzelfde cilinderinhoud. Verder is het vrij simpele techniek en dus goedkoop te produceren. Tweetakten zijn echter slecht voor het milieu vanwege de mengsmering én omdat het verbruik aanzienlijk hoger ligt dan bij tweetaktmotoren.

Headerfoto: Saab Sonett II met tweetaktmotor



32 reacties

Mijn vriendin is net een viertaktmotor…
@banaan7: Ze zuipt niet zoveel?
@denniss00: ligt eraan wat je met zuipen bedoelt
@banaan7: Die moet je vier keer slaan voordat ze een keer arbeid gaat leveren?
En het oorverdovende gejank als er een opgevoerde 2takt scooter voorbij komt krijsen. Ik zou het niet erg vinden als ik die in de toekomst hoef te missen.

Maar wat voelde ik me vroeger een Valentino Rossi op mijn Yamaha Aerox die bijna 100 kilometer per uur kon rijden. Mooie tijden.
@naamloos3: herkenbaar. Hetzelfde had ik vroeger op mijn Aprilia SR. Het is een wonder dat ik die tijd heb overleeft. Jeugdige onbezonnenheid…..mooi!
@susp1cious: sr heeft wel een prachtig en uniek blok, namelijk directe injectie. Jammer dat de ontwikkeling daarvan gestopt is…
@boomhauwer: KTM heeft een 2takt blok met injectie ontwikkeld voor de euro4 enduro modellen.
@naamloos3:
110 op een Honda MTX en dan aan die snelheid familie inhalen op een ringweg zonder het zelf door te hebben.
“het principe suck – squeeze – bang – blow”

Dat zijn de betere principes!
@torsen: Wacht.. wat?
I love the smell of twostroke in the morning…
Heerlijk hoe die dingen klinken, hoe fel ze rijden en hoe lekker ze ruiken. Iedere keer weer als ik zon ding zie moet ik denken aan het ouwehoeren van vroeger op het land van de boer.
Klein dingetje, het feit dat de uitlaat “terugloop” is doet niks aan de tweetakt werking. Die kan net zo goed recht zijn ( theoretisch gezien zelfs het beste voor de werking ), wat daarin wel uber belangrijk is voor de afstelling en het soep lopen is de expansie in de uitlaat. Wat je perfect ziet in de gif is dat de uitgaande uitlaatgassen een drukgolf creeren in de uitlaat die door de ( ontzettend belangrijke ) vorm van de uitlaat weer worden teruggekaatst. Als de vorm van deze uitlaat perfect is voor de rest van de opbouw van het blok creert het een drukgolf terug, die het onverbrande “verse” mengsel terug stuwt de cilinder in, zonder(!) verbrande uitlaatgassen terug te stuwen. Zoals je al leest komt dit principe echt ontzettend nauw en kun je geen twee uitlaten met elkaar vergelijke, zelfs niet als ze exact t zelfde type zijn. Toen ik nog op hoog niveau met de brommer races mee deed testte we soms wel 4/5 uitlaten en zat er zomaar 2/3-10e pk verschil tussen twee exact dezelfde uitlaten.

Dat toont de derde uitdaging aan van de tweetakt motor.. de afstelling ( bij de uitgeknepen blokken ) komt ontzettend nauw. Waar we in nederland bij tempratuur X zoveel vermogen hebben gemeten, kon het zomaar zijn dat we in duitsland op de races totaal andere waardes hebben gemeten en ook de afstelling compleet on konden gooien wat echt 1/10e seconden scheelde

Excuses voor het simplistische schrijfgedrag :)
@ricksmits: dat geld ook voor 2-takt carts etc. Als t blok koud was dan was t handig soms even je hand voor t luchtfilter te houden en als t te warm werd ging je op zoek naar meer koeling. Ook de sproeiers van de carburateurs soms 1mm verschil konden veel vermogen schelen..
Prachtig Saabje! Heb er wel eens in gereden, wat een beleving… De snerp van de 2-takt is heerlijk. Met de ervaringen van moderne motoren heb je steeds het idee dat je max. toeren rijd!
@svenska_aeroplan_ab: Hier woont een ex Saab dealer. Die heeft zo’n hele vroege 93. Reed toevallig net nog door t dorp er mee. Ook 2takt aan het pluimpje te zien ;)
Niks beter dan de geur van mengsmering, zelf vele 2takt crossers en motoren gehad. Voor mij is een powerband juist geweldig. Met een 300cc+ tweetakt blok zodra je in de powerband zit en je je best moet doen om het voorwiel op de grond te houden.
Leuke headerfoto! Wat een guitige wagen
@toyotafortuner: Saab sonnet 2 :)
2-takt maakt zelfs een diesel goed klinken.
Dikke Sonnet || op de header <3
Nog een leuke toevoeging: omdat je bij tweetakt aan vaste spoelpoorten en uitlaten vast zit kan je de motor slechts optimaal maken voor één toerental. Maar hierdoor kan je ook de motor heel erg efficiënt maken op dat toerental. Nog efficiënter dan een 4 takt want in theorie heb je goede controle over je spoeling. Één van de redenen dat die enorme scheepsdiesels ook 2takt motoren zijn, en dat zijn de meest efficiënte motoren die er zijn.
@lekbak: die grote jongens hebben dan wel een uitlaatklep en turbo.
Als 2 takt ooit verboden wordt ga ik dood van binnen. Maar ktm heeft net een 2 takt met euro 4 ontwikkeld http://www.motor.nl/nieuws/tweetaktcrossers-met-injectie-van-ktm/
@blata: Met injectie!
@MauritsH Terugloop uitlaat moet expansie uitlaat zijn…
Naast BMW 6 cilinders heb ik nog een andere hobby……Kreidler RS het roemruchte merk uit vervlogen tijden. 50cc 2takt en zelfs vandaag de dag is het nog ongelovelijk hoeveel kracht er uit zo.n machientje is te toveren….heden ten dage met de kennis van nu….zijn snelheden van tussen de 100 en 150km voor een straat Kreidler mogelijk….en het blijft nog heel ook.
Is het ook niet een voordeel van 2takt dat de kans op pingelen niet bestaat/kleiner is en daardoor het toerental hoger kan liggen dan bij een 4takt met kleppen?
Ik had een foto van Golf TSI van een paar jaar terug verwacht.
Ergo : Koopt één Trabant !
Toch wel jammer dat deze motoren bijna niet meer gezien worden. Vind het altijd best dik klinken. Vooral die moto GP dingen toen ze nog 2takt waren

Geef een reactie:

Je moet ingelogd zijn om reacties te posten, registreren kan HIER (ook via Facebook).