Firetaktsmotoren - Slik er den konstruert
Hver takt tilsvarer en halv omdreining av veivakselen, altså én komplett stempelbevegelse opp eller ned.
Takt 1 – Innsuging – Stempelet er på topp og volumet i sylinderen er på sitt minste. Nå trekkes stempelet nedover. Innsugsventilen åpner seg og undertrykket som oppstår i sylinderen utlignes. Luften strømmer inn, eller retter sagt trykkes den inn av atmosfæretrykket. Dette kaller vi atmosfærisk lading. På bensinmotoren river luften med seg bensin fra forgasseren.
Takt 2 – Kompresjon – Stempelet trykkes oppover igjen. Nå er begge ventilene stengt og luften komprimeres. Da stiger temperaturen i sylinderen. Jo høyere kompresjon og fart, desto større temperaturøkning (sykkelpumpen). Når stempelet er på topp kommer gnisten fra en tennplugg og tenner bensin/luftgassen – eller forstøvet dieselolje sprøytes inn i sylinderen hvor temperaturen nå er så høy at den antennes. Dette er forskjellen på bensinmotoren og dieselmotoren.
Takt 3 – Arbeidstakten. Temperaturen og trykket øker voldsomt. Stempelet trykkes ned, og denne kraften overføres til veivakselen. Begge ventilene er lukket, men like før bunnen er nådd, åpner eksosventilen. Resttrykket setter fart på eksosen så den farer ut i eksosmanifolden gjennom den åpne ventilen.
Takt 4 – Tømmingen. Eksosventilen står fortsatt åpen når stempelet drives oppover igjen og trykker resten av eksosgassen ut. Eksosventilen blir stående åpen litt ut i neste takt 1 for å utnytte bevegelsesenergien i eksosgassen. Når den stenger, er praktisk talt all eksos ute av sylinderen.
Tvangsforing
Det er altså det atmosfæriske trykket som fyller sylinderen i et forsøk på å utligne undertrykket når stempelet er på vei nedover i innsugingstakten. På grunn av luftens treghet, og en litt kronglete og trang vei, blir ikke fyllingen helt optimal før innsugsventilen lukkes.
Vi kan imidlertid presse mer luft inn i sylinderen enn det normalt er plass til. Da kan det forbrennes med drivstoff, for det er jo der energien ligger. Det skjer ved overlading. Vi kan bruke en kompressor som drives av motoren selv. Dette er en pumpe som tvangsforer motoren med luft. Løsningen var i skuddet i mellomkrigstiden og ble særlig berømt i Mercedes’ SSK løpsvogner. Kompressoren fulgte med hele tiden og overladet motoren over hele turtallsområdet. Det kostet mye bensin, og kompressoren ulte festlig.
Løsningen ble dyr, så turboen tok over. Det er egentlig bare en enkel turbinvifte som setter fart på innsugingsluften. Turbinen drives normalt av eksosen. Den virker altså ikke før eksosen har fått fart på seg, altså ved høyere turtall. “Turboforsinkelse” er et kjent begrep som kan gi bilisten en overraskelse, og som kan gjøre at en litt for liten båtmotor forblir kraftløs under igangsetting fordi den ikke klarer å få fart nok på propellen – egentlig på motorturtallet.
Problemet kan løses med en større turbo. Den vil gi for høyt ladetrykk ved høye turtall, men det lar seg regulere ved en overtrykksventil som gjerne kalles waste gate.
Registerdrevne turboer – som altså drives av motoren selv – har vært brukt på løpsbiler, men nå ser det ut til at kompressoren er tilbake igjen, i langt mer sofistikert versjon. Enkelte båtmotorer blir nå utstyrt med begge deler (Volvos KAD-serie og Merceds’ K-versjoner). Her hjelper en liten kompressor motoren til å komme opp i fart, slik at turboen “slår inn”. Systemet er relativt enkelt, og det fungerer bra.
Ladeluftkjøling
Ønsker vi mer kraft, må motoren forbrenne mer drivstoff. Den må overlades – tvangsfores med mer luft enn atmosfæretrykket klarer. Luften komprimeres. Da varmes den opp som i sykkelpumpa og utvider seg. Litt av vinningen går altså opp i spinningen. For å råde bot på dette kan vi sette inn en luftkjøler mellom turboen og innsuget. Det kalles ladeluftkjøler eller mellomkjøler, eller intercooler, om vi vil være litt jålete. Kombinasjonen er svært effektiv. Mer luft (oksygen) kan forbrenne mer drivstoff. Altså økt effekt = sterkere motor.
Det er sammenheng mellom økt ladetrykk og motoreffekt. En hundre hesters motor som overlades med 0,2 kg, altså et totalt ladetrykk på 1,2 kg, vil få en effektøkning på 20% og teoretisk yte 120 hk. Det kommer altså 20 % mer luft og 20 % mer brennstoff inn i sylindrene. I teorien en effektøkning på 20 %.
Totaktsmotoren - Slik er den konstruert
Totaktsmotoren er en finurlig konstruksjon. De kommer det ett arbeidslag for hver gang stempelet er på vei nedover. Altså hver annen gang stempelet beveger seg. Det dobbelte av firetakteren. Det virker besnærende, men er dessverre en dårlig løsning når det gjelder drivstofføkonomi og miljø.
Totaktsmotoren har ingen ventiler i topplokket. Det er helt tett. Mens bunnkassen til en firetaktsmotor er åpen mot atmosfæren, er totakterens veivhus også tett. Det må til for at totakteren skal virke. Veivhuset er nemlig både et reservoar for forbrenningsluft/bensin og et trykk-kammer – ja det bidrar til og med til å støte ut eksosen.
Til forskjell fra firetaktsmotoren er sylindren til totaktsmotoren ikke tett. I sin enkleste form har den tre åpne porter i veggene. Det er innløpsport, eksosport og innsugsport. Litt mer Stempelet sørger for gjennomstrømningen.
Selve innsugsporten står i direkte forbindelse med veivhuset gjennom en kanal i motorblokken. Åpningen befinner seg lavt nede i sylinderen. På motsatt side av sylinderveggen er eksosporten. Den står litt høyere. Stempelet åpner derfor denne litt før innløpsporten på sin vei nedover.
... og slik virker den
Totakteren har et vesentlig enklere, men samtidig langt enklere arbeidsprinsipp enn firetakteren.
Takt 1 – Innsuging og kompresjon. På vei oppover stenger stempelet både innløpsporten og eksosporten. Luft-/bensinblandingen i sylinderen komprimeres over stempelet. Samtidig utvides volumet i veivhuset, og fordi det er tett, synker trykket. Når stempelet er kommet et stykke opp, blottlegger stempelskjørtet innsugsporten. Atmosfæren vil trykke luft inn i veivhuset for å utligne trykkforskjellen. Luften passerer forgasseren på samme måten som på firetaktsmotoren og river med seg bensin som fordamper til gass i innsugsluften.
Takt 2 – Arbeid og utblåsing. Nær toppen, kommer gnisten som antenner drivstoffblandingen. Stempelet drives nedover igjen av det raskt økende trykket og overfører kraften til veivakselen, akkurat som på firetaktsmotoren. På sin vei nedover stenger det for innsugsporten slik at trykket bygger seg opp i veivhuset. Enda lenger ned åpner stempeltoppen for eksosporten og innløpsporten – eksosporten først – og eksosgass drives ut i atmosfæren av det overtrykket som er igjen i sylinderen. Når så stempelet åpner for innløpsporten på motsatt side, strømmer ny drivstoffblanding inn i sylinderen som følge av overtrykket i veivhuset.
Trykkforhold, åpningstider og formgiving av komponentene etterstreber best mulig presisjon i overgangen mellom eksos og ny drivstoffblanding.
I teorien et genialt prinsipp, men strømmende gass vil aldri oppføre seg nøyaktig slik vi ønsker. Konstruktørene er kommet svært langt i å få det til, men helt presist kan det aldri bli. Det vil alltid være eksos tilbake i sylinderen, og noe drivstoff vil alltid slippe ut med eksosen. Dette og flere andre årsaker gjør at totaktsmotoren får dårligere drivstofføkonomi enn firetaktsmotoren. Den forurenser mer.
Smøring
Ettersom veivhuset er en medspiller, kan det ikke tjene som reservoar for motorolje slik som på firetakstmotoren. Smøreoljen må tilsettes bensinen i stedet. På mindre motorer skjer det ved å blande den inn i bensintanken i et forhold på mellom 1 og 4 prosent. Større motorer har et apparat som doserer riktig mengde rett inn i bensinen når motoren går.
Den spesielle totaktsoljen forbrennes dårlig og forurenser derfor når den slippes ut med eksosen. Moderne motorer trenger imidlertid ikke mer enn 1% oljeinnblanding, så forurensningen er beskjeden.
I dag forsvinner totaktsmotorene fra markedet, men det er tusenvis igjen av dem på fjorden. Føler du at du burde skifte til en firetakters utenbordsmotor av miljøhensyn, er det ingen god ide. Det belaster miljøet mer å fremstille en ny motor enn du kommer til å forurense med den gamle. Tjener motoren deg vel, så la den fortsette med det. Firetaktsmotoren er ikke fri for å forurense, den heller.
Totakts dieselmotor
Både bensin- og dieselmotorer bygges i totaktsversjoner, men totaktsdiesler er ikke så aktuelle for tiden. Det går imidlertid en del Detroit V-6 totaktsdielser på fjorden i eldre, litt større motorbåter. De kjennetegnes av en sterk, litt syngende lyd omtrent som dieselelektriske lokomotiver (som bruker samme motortype). Dette er meget pålitelige og slitesterke motorer, blant annet fordi de er så enkelt bygget.
I motsetning til bensintotakteren, vil en totaktsdiesel smøres på samme måte som en firetaktsmotor. Oljen ligger altså et reservoar som ikke inngår i det trykksystemet som får totaktsmotoren til å gå. En totaktsdiesel gjør derfor bruk av en kompressor til erstatning for overtrykket i veivhuset, og som dessuten sørger for å sette fart på eksosen gjennom eksosportene.
