Kapitel 1: Topplock
Toppen kan vara antingen vattenkyld eller fläkt/fartvind kyld. Hur väl toppar kyls är inte baserad på fläns mönster eller flänsstorlek. Det viktiga för att få en jämn och effektiv nedkylning är arian den täcker. Ännu viktigare är utformningen av förbränningsrummet och placeringen av tändstiftet. En grej som en tävlings 2-taktare verkligen vill undvika är självtändningen. Självantändning är när en del av bränsle/luft blandningen självantänder spontant, efter normal antändning från tändstiftet.
Detta symptom kommer få eldfronten från tändstiftets antändning och eldfronten från den okontrollerade självantändningen att kollidera. När dessa två eldfronter kolliderar så hamras motorns interna delar. Vi som trimmar 2-taktare måste hålla ett vakande öga på dessa symptomer. Som tur är lämnar en självantändande motor spår efter sig.
Så som:
Kolvkronan får en sandblästrad yta. Främst i ytterkanten av kronan.
Aluminium cylindrar som är nikasil behandlade får också en sandblästrad yta i toppen av cylinderloppet.
Fortsätter man köra med en självantändande motor kommer den att skära alt. slå hål i kolvtoppen.
Anledningar till självantändningar kan vara följande:
För hög luft/bränsle densitet.
För hög kompression.
För högt bibehållande temperatur i topp.
Överdriven tändningsgrad.
En hög temp i kolvkrona och förbränningsrum leder också till detta.
Forskare har funnit att gaserna mot slutet/ytterkant av förbränningsrummet (även kallad END GASES) som självantänds. End gases värms upp av omgiven metall från kolvkrona och förbränningsrum. Sen värms gasen även upp av strålningen från den antända flamman. Men om den antända flamman färdas tillräckligt snabbt till ytterkant av förbränningsrummet skulle inte ”end gases” hinna självantända.
Här ligger nyckeln för att undvika självantändning. Håll ”end gases” kall och försöka få den antända flamman att nå ytterkant av förbränningsrummet så fort som möjligt. För att tända ”end gases” innan den hinner självantända.
Desto mindre förbränningsrum, desto snabbare når den antända flamman ”end gases”. En centrerad tändstifts placering ger minimalt avstånd för den antända flamman att vandra. Om vi flyttar förbränningsrummet nedåt, så nära kolvkronan vi kan komma. Kommer ingen förbränning av end gases ske, förrän kolven passerat TDC med goda marginaler.
Puch max toppen på bilden är en squeeseband topp. Till skillnad från Puch florida toppen som endast består av en enda stor kupol och ett centrerat tändstift, har Puch maxi toppen ett squeeseband runt kupolen. Idén bakom squeeseband principen är att pressa in gaserna från ytterkant av toppen till centrum där tändstiftet är placerat. Squeeseband tekniken har även fördelar så som en mer homogen blandning. När luft, bränsle och kvarlämnad avgas kläms ihop mot squessebandet blir blandningen mer homogen och mer effektiv förbränning uppstår.
Vid massproducering av motorer måste alltid tillverkaren ta hänsyn till feltoleranser. Det vill säga att mått kan diffa på olika motordelar till exempel. I rep-manualen för vår påhittade motor står det att klämspalten (mellanrummet mellan kolv och squeeseband) ska vara 0,7mm. Men mäter du upp klämspalten, kan den visa 1,7mm. Det är därför massproduceringen har svårt att hålla måtten exakt på tiondelen. Om vår klämspalt är 1,7mm (mäts med kolv i TDC) med en kolv som har 21mm från centrum på kolvbult till kolvkronan. Nu ska vi byta kolv och den nya kolven är anpassad till vår motor. Men mäter vi upp den nya kolven, så är den 22mm från centrum på kolvbult till kolvkronan. Det innebär att vår klämspalt med den nya kolven blir 0,7mm. Tänk nu att du ska byta kolv, cylinder och topp, om inte felmarginalerna är nog goda. Då finns det en stor risk att kolven slår mot godset i toppen. Där av har man alltid för stora spel i motorn än vad som utlovas av fabrikatet. Många tävlingsförare till ett specifikt märke kör med blueprintade motorer. Med blueprintade motorer menas det att man plockar isär motorn och bygger om den till dem exakta värdena som motortillverkaren utlovar att den ska vara.
Minimum klämspalt spel:
Cylinder volymen cm3 Spel: mm
50-80cc 0,5-0,7mm
100-125cc 0,6-0,8mm
175-250cc 0,8-1mm
300-500cc 0,9-1,2mm
Kom ihåg att desto mer du varvar din motor, desto mer sträcker sig materialet. T ex. en motor som har 80cc och varvar 9000 RPM kan ha 0,7mm spel. Men säg att du trimmar motorn och varvar den 14000 RPM. Då kan det vara bra att ta hänsyn till hur materialet sträcker sig och lägga på några tiondelar på klämspelet. För att undvika att kolven ska kollidera med toppen vid 14000 RPM.
För att kunna bestämma din tjocklek på cylinderfot och topp packning, måste du göra följande:
Rengör packningens ytor mellan topp och cylinder, samt mellan cylinderfot och block.
Montera nu ihop allting utan packningar.
Stick sedan ned lödtenn igenom tändstifts hålet till du känner att ändan på lödtennstråden gått ända ut mot cylinder väggen/yttersta kant på squeesebanden.
Nu när du vrider runt motorn kommer du känna att det går tungt. Det är på grund av att kolven pressar lödtennet mot toppen. Nu tar du ut tennbiten och mäter den med skjutmått.
Vi säger att den visar 0,3mm.
Om vår påhittade 80cc motor har 0,3mm klämspaltspel utan packningar så innebär det att vi kan välja en cylinderfots packning som är 0,2mm tjock. Samt en toppackning som är 0,2mm.
0,2 + 0,2 + 0,3 = 0,7mm.
Med våra nya packningar får vi ett klämspaltspel på 0,7mm på vår 80cc motor.
Viktigt att tänka på när man flyttar runt toppen upp och ner är att volymen som din bränsle/luft blandning ska komprimeras mot ökar och minskar.
T ex. Suzuc 60cc, 45slag, 41borr, 11cc topp.
Den har cylindervolymen på 59,41cm3 och en toppvolym på 11cm3. För att räkna ut kompressions förhållandet tar vi cylindervolym + toppvolym/toppvolym.
59,41 + 11/11 = 6,4.
Då har denna motor ett kompförhållande på 6,4:1.
Nu tar vi bort 1mm från toppen och låt oss säga att man fick en volym på 11cm3 – 1,32cm3 = 9,68cm3.
Men vi fick ner klämspaltens spel till önskat 0,7mm. Nu gör vi en ny uträkning. På kompförhållandet med den nya toppvolymen.
59,41 + 9,68/9,68 = 7,1.
Nu har vi ett kompförhållande högre än önskat. Original har motorn ett kompförhållande på 6,4:1 och nu när vi nått vårt önskade klämspaltspel, så ökade vårat kompförhållande till 7,1:1. För att få tillbaka det önskade kompförhållandet måste vi bearbeta bort material mot svarande 1,32cm3 från kupolen i toppen. På så sätt får vi tillbaka toppens gamla volym på 11cm3. Samt att kompförhållandet kommer sjunka tillbaka till 6,4:1, som vi önskade.
Min Puch maxi topp har en 9mm brett squeeseband. Den är 45mm i diameter från ytterkanterna till ytterkant. Kupolen är 27mm i diameter. Det finns ett förhållande mellan kupol och squeeseband area.
Nu ska vi räkna ut arean på hela diametern som är 45mm.
Då tar vi radien av 45 gånger radien av 45 igen och slutligen gångrar vi det med talet Pi.
Då blir svaret följande:
22,5 x 22,5 x 3,14 = 1589,6mm2
Nu vet vi area på 45mm diameter.
Nu måste vi räkna ut arean på kupolen. Kupolen var 27mm i diameter.
13,5 x 13,5 x 3,14 = 572,2mm2
Nu har vi kupolens area, som är 572,2mm2. Sedan har vi den totala arean som är 1589,6mm2. Med dessa två faktorer kan vi räkna ut arean på squeesebandet.
1589,6 – 572,2 = 1017,4mm2
Squeeseband area: 1017,4mm2
Kupol area: 572,2mm2
Nu kan vi räkna ut förhållandet mellan kupol och squeeseband:
572,2/1017,4 = 0,56
I detta fall innebär det att kupol arean är 56% av squeeseband arean.
Varför ska vi veta förhållandet mellan squeeseband och kupol?
Jo, alla toppar kör inte på den här ca 50% förhållandet. 50% förhållandet är ett väldigt använt mellanvärde.
En motor som alltid ligger under tungbelastning på sitt peak vridmomet, behöver en mer koncentrerad och exakt förbränning för att undvika självantändning. Samt att det ger mer effekt på peaken. Tänk så här, motorn går under tungbelastning och vi har ett för smalt squeeseband, låt oss säga 15%. Motorn kämpar sig igenom sina 2 cyklar (arbetsmoment) och nu är det dags för förbrännings fasen som ska slunga iväg kolven, med sådan kraft att den orkar göra sina 2 arbetsmoment. Under den tunga belastningen motorn ska dra. Tills motorn går mot en ny förbrännings takt.
Det som händer nu när vi kör på 15% squeeseband är att kupolen blir större. Vår bränsle/luft blandning rör sig långsammare. Eldfronten från den förbrända blandningen blir bredare och värmer större area av kolvkronan. Kort sagt, tungt belastad motor behöver den exakta kraften vid den exakta tidpunkten för att orka sina arbetsmoment under belastning. En mer koncentrerad och fixerad förbränning i sådana här fall, leder till att motorn går kallare också.
Nu tar vi en titt på squeeseband vinklar. Lägre vinklar ger upphov till mer effekt på lägre varv medan högre/snävare vinklar ger upphov till mer effekt på högre varv. En motor som byggs för att hålla god effekt på låga varv har en squeeseband vinkel mellan 10-17 grader.
Angående kompressions förhållanden, så är inte alltid högre bättre. Tillverkarna har testat fram ett kompförhållande som passar motorn i fråga bäst. Det du kan göra är att kolla så kompförhållandet stämmer samma med tillverkarnas utlovande specifikation. Men absolut får man testa höja och sänka kompförhållandet ändå.
På gamla 2takts motorer utan avstämt avgassystem kan man köra på lite högre kompförhållande, då cylindern har sämre flöde igenom sig och fyllnadsgraden inte är lika hög som på en modern 2taktare. Moderna 2takts motorer har bättre fyllnadsgrad, tack vare deras avgassystem. Lite snabbt, diffusen på avgassystemet ger upphov till undertryck och suger avgaserna ut ur motorn, samtidigt suger den in en ny laddning med bränsle/luft. Sen har systemet en buffel på slutet, som bromsar upp den sugande effekt. Därav bättre fyllnadsgrad i cylinder och det är därför moderna 2taktare är känsligare på deras ändringar i kompförhållandet.
Blanda inte ihop kompression och kompressionsförhållande.
Kompressionsförhållande räknar man ut följande:
CR = CV + CCV / CCV
CR = Compression Ratio
CV = Cylinder Volume
CCV = Combustion Chamber Volume
Viktigt att tänka på är att inte sätta för högt kompförhållande till förhållande oktanhalt.
Har man för högt kompförhållande riskerar man att självantända bränsle/luft blandningen under kompressions takten och på så sätt hamrar man sönder motorn. Det är därför vissa tävlingsåkare kör 110 oktan race bränsle.
Tack för att ni läste!
Mvh//Egon Karlsson och familj
