Kaksitahtimoottori

Kaksitahtimoottori, eli kierroskone on polttomoottori, jonka työkierto koostuu työtahdista ja huuhteluvaiheesta. Nelitahtimoottorista poiketen kaksitahtimoottorin täydellinen työkierto tapahtuu yhden kampiakselin kierroksen aikana männän liikkuessa kerran ylös ja kerran alas.[1] Kaksitahtimoottori voi olla otto- tai dieselmoottori.

Saabin kaksitahtimoottori
Havainnekuva kaksitahtimoottorin toimintaperiaatteesta

Kaksitahtimoottorissa moottorin voiman antava työtahti esiintyy siis jokaisella kampiakselin kierroksella, eikä joka toisella, kuten nelitahtimoottorissa. Tämän vuoksi kaksitahtimoottori on periaatteessa vastaavankokoista ja -painoista nelitahtimoottoria tehokkaampi. [1] Nelitahtimoottorista poiketen kaksitahtimoottorin voitelu tapahtuu kaasun asennon mukaisesti. Tämän takia voimakasta moottorijarruttelua tulisi välttää, koska tällöin moottorin kierroksen nousevat, mutta öljyn saanti putoaa minimiin. Vaarana voi olla moottorin ennenaikainen väljistyminen tai kylmänä pahimmassa tapauksessa kiinnileikkaaminen.

Kiristyneiden päästönormien vuoksi kaksitahtitekniikkaa käytetään nykyisin pääasiassa mopoissa ja skoottereissa, moottorisahoissa, kevytmoottoripyörissä, sekä muualla, missä tarvitaan edullista, kevyttä ja yksinkertaista, painoonsa nähden tehokasta moottoria.[2] Aiemmin kaksitahtisia voimanlähteitä käytettiin yleisesti autoissa, kuten Trabantissa, DKW:ssä, Wartburgissa ja Saabissa, ja moottoripyörissä, kuten Kawasakin kolmisylinterisessä H1:ssä. Dieseltoimisia kaksitahtimoottoreita käytetään usein vieläkin laivoissa, sillä niillä voidaan saavuttaa erittäin hyvä, jopa yli 50 % hyötysuhde. [3] Kauko-ohjattavien lennokkien moottoreissa käytetään keveytensä vuoksi kaksitahtitekniikkaa, toisinaan myös ultrakevyissä lentokoneissa.

Kaksitahtimoottorin kaasunvaihto

Huuhteluvaiheen aikana sylinteriin virtaa tuoretta polttoaine-ilmaseosta (bensiinimoottori) tai puhdasta ilmaa (dieselmoottori) ja edellisen työtahdin aikana syntyneet palokaasut poistetaan sylinteristä. Huuhtelu toteutetaan yleensä huuhtelupumpun avulla, jotta saavutetaan riittävän tehokas huuhtelu. Kaksitahtisessa bensiinimoottorissa myös osa tuoreesta, palamattomasta seoksesta huuhtoutuu palamattomana ulos huuhtelun yhteydessä, mikä huonontaa hyötysuhdetta ja lisää päästöjä. Kaksitahtisessa dieselmoottorissa, jossa huuhtelu tapahtuu pelkällä ilmalla ja polttoaine ruiskutetaan sylinteriin vasta huuhteluaukkojen sulkeuduttua, tätä ongelmaa ei ole. Tämän vuoksi kaksitahtinen dieselmoottori on hyötysuhteeltaan oleellisesti kaksitahtista bensiinimoottoria parempi.

Kampikammiohuuhtelu

Pienissä kaksitahtimoottoreissa suosittu ratkaisu on kampikammiohuuhtelu, jossa mäntä toimii samalla myös huuhtelupumpun mäntänä. Kampikammiohuuhtelun etuna on rakenteellinen yksinkertaisuus. Haittapuoli on huuhteluun kuluva työ, joka vähentää suoraan moottorista saatavaa hyötytehoa. [4]

Mekaaninen huuhtelupumppu

Hieman suuremmissa moottoreissa huuhteluvirtaus synnytetään yleensä erillisellä kompressorilla tai puhaltimella. Kampikammiohuuhteluun nähden etuna on mahdollisuus kehittää suurempi paine ja tilavuusvirta. Haittapuolena on edelleenkin kompressorin kuluttama teho, joka on otettava kampiakselilta ja joka siten vähentää moottorista saatavaa hyötytehoa.

Turboahtaminen

Hidaskäyntiset kaksitahtimoottorit ovat yleensä turboahdettuja. Tällöin huuhteluvirtausta ei tarvitse kehittää moottorin hyötytehon avulla, vaan energia saadaan pakokaasuvirrasta. Osakuormalla ajoa varten tarvitaan kuitenkin yleensä erillinen kompressori.

Poikittaishuuhtelu

Tässä tyypissä kaasut virtaavat huuhteluvaiheen aikana sylinterin poikki. Rakenne on yleinen pienissä moottoreissa, joita käytetään esimerkiksi moottorisahoissa, lehtipuhaltimissa ja mopoissa. Haittana on huono huuhteluaste, joka rajoittaa moottorin tehoa. Etuna on yksinkertaisuus, sillä venttiilejä ei tarvita.

Mutkahuuhtelu

Mutkahuuhtelussa sisään virtaavan ilman reitti on hieman monimutkaisempi kuin poikittaishuuhtelussa. Mutkahuuhtelu ei edellytä venttiilejä, ja sillä saavutetaan parempi huuhteluaste kuin poikittaishuuhtelulla. Mutkahuuhtelua käytetään lähes kaikissa mopoissa ja kaksitahtisissa moottoripyörissä. Tapa on käytössä myös kilpakoneissa.

Pitkittäishuuhtelu

Puhdas ilma virtaa yleensä sylinterin alaosassa olevista aukoista sisään ja poistuu sylinterikannessa olevasta pakoventtiilistä. Pitkittäishuuhtelulla saavutetaan paras huuhteluaste, ja se onkin yleisesti käytössä hidaskäyntisissä moottoreissa.

Pienet työkoneet

Kaksitahtimoottorilla on mahdollista saavuttaa suurempi tehopainosuhde kuin nelitahtimoottoreilla. Tästä syystä kaksitahtimoottorit ovat suosittuja käsin käytettävissä työkoneissa kuten moottorisahoissa ja siimaleikkureissa. Nämä moottorit ovat yleensä kipinäsytytteisiä ja käyttävät polttoaineenaan bensiiniä. Haittapuolia ovat suuret hiilivetypäästöt ja suuri polttoaineenkulutus, sillä ilman sijasta sylinteriin imetään ilman ja polttoaineen seosta. Tällöin osa polttoaineesta poistuu palamattomana pakokaasuvirtaan.

Perämoottorit

Kaksitahtimoottori soveltuu keveytensä ja yksinkertaisen rakenteensa ansiosta hyvin veneen perämoottoriksi. Viime vuosina suoraruiskutteiset kaksitahtimoottorit ovat yleistyneet, sillä suoraruiskutuksella moottorin hyötysuhdetta voidaan kasvattaa ja päästöjä pienentää. EU:n vuonna 2007 voimaan astuneet päästömääräykset ovat poistaneet muut kuin suoraruiskutuksella varustetut kaksitahtiset perämoottorit markkinoilta unionimaissa.

Laivat

Suurten rahtialusten pääkoneet ovat monesti kaksitahtisia hidaskäyntisiä dieselmoottoreita, joiden pyörimisnopeus on alle 100 kierrosta minuutissa. Moottori voidaan tällöin kytkeä suoraan potkurin akseliin, eikä alennusvaihdetta tarvita. Suurimmissa moottoreissa iskunpituus voi olla yli kaksi metriä ja sylinteriputken halkaisija lähes metrin.[3] Laivadieseleissä käytetään yleensä pitkittäishuuhtelua, turboahdinta ja joskus mekaanista huuhtelupumppua.

Suorasuihkutus

Suorasuihkutusmoottoreissa bensiini suihkutetaan suoraan sylinteriin vasta pakoaukon sulkeuduttua, jolloin palamatonta polttoainetta ei pääse poistumaan, toisin kuin kaasuttimella varustetuissa moottoreissa. Lisäksi saavutetaan parempi hyötysuhde. Bensiini suihkutetaan suurella paineella sytystulpan kärkeen, jolloin se syttyy helpommin ja polttoainetta tarvitaan vähemmän. Myös öljyn kulutus on yli 30 % pienempää kuin kaasuttimella varustetuissa moottoreissa, eikä suorasuihkutteinen kaksitahtimoottori savuta juuri ollenkaan, eivätkä pakokaasut haise kaksitahtiöljylle. Suorasuihkutusmoottorit ovatkin kaasutinversioita huomattavasti taloudellisempia ja vähäpäästöisempiä. Suorasuihkutteisella kaksitahtimoottorilla voidaan päästä jopa pienempään kulutukseen kuin vastaavan tehoisella nelitahtimoottoreilla. Hyvänä esimerkkinä taloudellisuudesta ovat suorasuihkutteiset skootterit, mm. Aprilia käyttää kyseistä tekniikkaa moposkoottereissaan. Suorasuihkutus ei ole sama asia kuin bensiinin ruiskutus.[5]

Tuorevoitelujärjestelmä

Tuorevoitelujärjestelmän (tai tuoreöljyvoitelun) tehtävänä on huolehtia kaksitahtimoottorin voitelusta. Järjestelmän etuna on, että voitelukohteet saavat koko ajan sopivan määrän tuoretta öljyä eikä kaksitahtiöljyä tarvitse sekoittaa bensiinin sekaan.

Voiteluöljy syötetään erillisestä säiliöstä kampiakselilta käyttöenergiansa saavan pumpun avulla imukanavan suuttimille ja joissakin malleissa lisäksi suoraan kampiakselin laakereille. Öljyn määrään vaikuttaa moottorin pyörimisnopeuden lisäksi myös kaasun asento (kuormitus), koska kaasukahvalta on vaijeri myös pumpulle ja sillä säädetään pumpun ns. tehollista iskunpituutta. Lopuksi öljy joutuu palotilaan. Haittapuolena voidaan pitää toiminnan mahdollista epävarmuutta sekä häiriöitä varsinkin korkeampiviritteisessä moottorissa.[6]

Katso myös

Lähteet
  1. http://science.howstuffworks.com/transport/engines-equipment/two-stroke1.htm science.howstuffworks.com. Viitattu 26.10.2013. (englanniksi)
  2. http://science.howstuffworks.com/transport/engines-equipment/two-stroke1.htm science.howstuffworks.com. Viitattu 26.10.2013. (englanniksi)
  3. http://www.emma-maersk.com/engine/Wartsila_Sulzer_RTA96-C.htm emma-maersk.com. Viitattu 26.10.2013. (englanniksi)
  4. http://science.howstuffworks.com/transport/engines-equipment/two-stroke4.htm science.howstuffworks.com. Viitattu 26.10.2013. (englanniksi)
  5. http://www.motot.net/wiki/Suorasuihkutus
  6. Jouko Rantala: Auto- ja kuljetusalan perusoppi 6: Moottori. Otava, 2011. ISBN 9789511185222. Suomi

    Aiheesta muualla

     

    This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.