Eftersom jag de senaste åren blivit mer eller mindre tvungen att sätta mig in i Vespamtorernas funktion, tänkte jag försöka mig på en beskrivning. Jag tror att många, liksom jag, känner sig osäkra på alla termer och beskrivningar man hittar på forumet. Den här beskrivningen gäller (än så länge) bara själva cylindern och vevhuset, d v s den del där bensinen förbränns och blir till rörelse. Någon regnig dag kanske jag skriver om fler delar - vi får se.

Tvåtaktsmotorn

 

Vesporna fram till och med PX-modellen har tvåtaktsmotor. Alla "nyare" modeller har också samma princip för styrningen av insuget (undantaget är vespa SS180). För att förstå tvåtaktsmotorns funktion, bör man vara bekant med en del termer, vilka i princip förekommer i all litteratur. Jag kommer att använda de svenska termerna.

På bilden här till höger ser vi en schematisk bild av hjärtat i en tvåtaktsmotor. Jag ska försöka beskriva de olika delarna. Den motor jag beskriver är mer specifikt den motor som sitter i en Primavera (VMA2M), men bortsett från vissa detaljer jag anger, skulle det kunna gälla vilken modernare Vespamotor som helst.

Den som sysslat en smula med motorer förut kan förstås hoppa över dessa beskrivningar, de är mer för novisen.

  • Cylinder - Det "rör" i vilket kolven rör sig upp och ner under drift. Cylindern på en luftkyld motor ser från utsidan "randig" ut på grund av de kylflänsar som är till för att transportera bort värmen från förbränningen till den omgivnde luften. Högst upp är cylindern avslutad med ett topplock. I topplocket sitter också tändstiftet. Tändstiftet antänder bensinblandningen vid rätt tidpunkt, varpå kolven trycks nedåt i cylinderloppet av explosionen.
  • Kolv - Den rörliga del som rör sig upp och ner i cylinderloppet. Kolven är precis så stor att den passar i cylindern ("röret"). För att ytterligare täta mellan cylinder och kolv sitter det kolvringar nära kolvens övre del. Dessa smala fjädrande ringar sitter i spår i kolven och pressar ut mot den glatta cylinderväggen så att inga gaser ska passera mellan kolv och cylindervägg. Vid förbränningen (explosionen) trycks kolven nedåt, vilket skapar rörelsen vi är ute efter. När kolven rör sig uppåt, komprimerar den också bensinblandningen så att den kan antändas av tändstiftet.
  • Vevstake - Kolven är (med hjälp av kolvbulten) fäst i vevstaken. När kolven rör sig upp och ner i cylinderloppet överför vevstaken rörelsen till den roterande vevaxeln. Vevstaken är i nederkant fäst i vevskivorna med ett lager (kullager t ex) och i överkant på motsvarande sätt i kolven. Kolvänden av vevstaken brukar kallas "lilländan" och vevskiveänden "storändan".
  • Vevskivor - Dessa, mer eller mindre, runda skivor sitter runt vevaxeln och omger vevstaken. Genom att dessa skivor roterar vid gång, överförs kolvens rörelse upp och ner till en roterande rörelse hos vevaxeln. I ena änden av vevaxeln finns också ett ganska tungt svänghjul vilket hjälper till att hålla rotationen igång när kolven är på väg upp, så att vevskivorna fortsätter rotera åt "rätt håll". Man startar motorn genom att skapa rotation på vevaxeln och därmed också på vevskivorna. Dessa för kolven upp och ner och bensinen antänds så småningom, vilket gör att rotationen fortsätter.
  • Vevaxel - Den axel kring vilken vevskivorna roterar. Vevaxeln är delad så att vevstaken kan passera mellan vevskivorna under rotationen. På den ena halvan av vevaxeln sitter svänghjulet, vilket också ser till att generera elektriciteten till tändstiftet. Vevaxelns andra halva går till transmissionen (d v s koppling och växellåda), det är här vevaxelns roterande rörelse så småningom blir bakhjulets roterande rörelse.
  • Vevhus - den kammare i vilken vevskivor och vevaxel roterar. Den är upptill öppen mot cylindern för att vevstaken ska kunna vara förbunden med kolven. Den är även förbunden med cylinderns övre del via spolkanalerna och spolportarna i cylinderväggen. Spolporten är dock täckt av kolven under en stor del av tvåtaktsmotorns rotation. Kolven och spolporten bildar en ventil som släpper in den färska bränsleblandningen i förbränningskammaren ovanför kolven när så är lämpligt. Vevhuset i en tvåtaktsmotor är tätt. Där sker en viss kompression under kolvens nedfart i cylinderloppet. Lagren i vevstaken, vevskivorna och ibland runt vevaxeln smörjs alltså inte av något annat än den olja som finns i bensinblandningen. Det är därför tvåtaktsmotorer kräver en viss inblandning av olja i bensinen, så att alla lager i vevhuset kan smörjas.
  • Insug - Det hål genom vilket bensin-luft-blandningen sugs in i vevhuset från förgasaren. På de flesta Vespamotorer sitter insuget i vevhusets vägg, medan många andra tvåtaktsmotorer har insuget i cylinderväggen. Att insuget går direkt in i vevhuset gör att Vespamotorn smörjs lättare av tvåtaktsoljan i bensinen. Det är bra eftersom det gör att Vesporna kan köras med endast två procents oljeblandning i bensinen, till skillnad från många andra tvåtaktsmotorer vilka kräver fyra till fem procents oljeblandning. Insuget i vevhuset öppnas och stängs genom att den ena vevhusskivan löper nära vevhusväggen och täpper till insuget när det inte ska vara öppet. En del av vevskivan är dock urtagen så att gaserna kan passera in i vevhuset vid rätt tillfälle. Vevskivan och insuget utgör en slidventil som reglerar införseln av bensinblandning i motorn.
  • Spolkanal - Från vevhuset går en eller flera kanaler utanför cylinderloppet till spolportarna. Genom dessa kanaler transporteras en något komprimerad bensinblandning från vevhuset upp till förbränningskammaren ovanför kolven. Ibland kallas dessa kanaler även för överströmningskanaler.
  • Spolport - Den öppning (eller de öppningar) som förbinder spolkanalen med cylinderns övre del. Genom spolporten kommer alltså bensinblandningen in i förbränningskammaren för att sedan komprimeras och förbrännas. Spolporten är öppen då kolven är i den nedre delen av cylinderloppet, hur högt spolporten sitter i cylindern avgör under hur lång tid bensinblandningen kan passera in i förbränningskammaren - spoltiderna.
  • Avgasport - Den öppning i cylinderväggen genom vilken avgaserna från förbränningen passerar ut. Den öppnas och stängs liksom spolportarna av kolvens upp och nedgående rörelse. På mina bilder ser det ibland ut som om avgasporten är förbunden med vevhuset när kolven är i sitt översta läge. Det är ett fel i mina ritningar, så är det inte i verkligheten. Kolven täcker avgasporten under hela cykeln utom en tid då kolven är i sitt lägsta läge. När både spolport och avgasport är öppna samtidigt, trycker den färska oförbrända bensinblandningen ut den förbrända (avgaserna) genom avgaspoirten, men en vis del av den oförbrända bensinen slinker med ut. Ju högre spolporten sitter, desto mer färsk bensinblandning går till spillo, men desto mer effekt får man också ur motorn. Genom att utforma ljuddämparen på speciella sätt kan man få den att bilda ett mottryck i avgasporten vid rätt tillfälle. Det ökar trycket i cylinderloppet och hindrar en del spill genom avgasporten. Ett s k avstämt avgassystem fungerar bra och effekthöjande vid vissa speciella varvtal då mottrycket (den s k avgaspulsen) kommer vid precis rätt tillfälle. Att köra en tvåtaktsmotor utan avgassystem är alltså effektsänkande, inte effekthöjande som vissa förletts att tro.

Det som framförallt skiljer den här delen av Vespamotorn från många andra tvåtaktsmotorer är hur insuget regleras av ena vevskivan. Den s k vevstyrda tvåtaktsmotorn har många fördelar jämfört med en där insuget sitter i cylinderväggen och styrs av kolven. En s k kolvstyrd motor kan trimmas genom att man skär ut delar av kolvens nedre del, vilket kan förlänga insugstiden (insugsdurationen) och därmed öka effekten, motsvarande effekthöjning får man på vespamotorn genom att ta bort delar av vevskivan så att den öppnar insuget längre. Vevskivan ger möjlighet till bättre styrning av när insuget ska ske, vilket gör vevskivemodifikation till en mycket bättre trimåtgärd än kolvmodifiering.

Fördelen med den konstruktion Vespamotorn har i grunden är att den är väldigt robust, kräver lite oljeblandning och har goda lågvarvsegenskaper. Dock hade man länge svårt att få ut riktigt bra effekt ur Vespamotorerna, varför man tillfälligt använde kolvstyrning på modellen SS180, framförallt för att kunna konkurrera med Lambrettas motorstarkare maskiner. Snart var dock vevstyrningsmotorn ifatt och man har sedan början av sjuttiotalet hållt sig till denna motortyp.

Om det fortfarande känns obegripligt kan vi ju alltid hoppas på att begreppen klarnar när jag beskriver de olika momenten i tvåtaktsmotorns förbränningscykel nedan.


Nu ska vi gå igenom de olika stegen som motorn går igenom under de två takterna som utgör ett varv på vevaxeln. Vi börjar när tändstiftet antänder gaserna i förbränningskammaren.

Tändning - 24° före övre dödläge.

 

När man pratar om motorer nämns ofta olika gradtal före och efter övre eller nedre dödläget.

  • Övre dödläget - när kolven står i sitt absolut högsta läge (på engelska TDC - top dead center)
  • Nere dödläge - när kolven är i sitt absolut nedersta läge (på engelska BDC - bottom dead center)

Graderna (°) man talar om är alltså vevaxelns vridning i helt vanliga grader på en gradskiva. Säger man 45° FÖD/BTDC (före övre dödläge/before top dead center), menar man alltså en åttondels varvs vridning av vevstaken bakåt från övre dödläge. Analogt är 10° EÖD/ATDC (efter övre dödläge/after top dead center) en trettiosjättedels varv på vevaxeln framåt från det läge när kolven är som högst upp. Framåt och bakåt definieras här som att framåt är den riktning i vilken motorn roterar under drift.

Vi börjar undersöka primaveramotorns funktion vid 25° FÖD, den tidpunkt vid vilken tändstiftet ger ifrån sig sin gnista (andra motorer tänder vid andra gradtal, men en otrimmad primaveramotor vid detta).

Kolven är alltså fortfarande på väg uppåt när gnistan som ska antända bränslet kommer. Dock tar det en liten stund (mycket liten) för explosionen att utvecklas, så kolven möter inte explosionen förrän senare.

Hur tidigt gnistan skall komma är avhängigt av bland annat motorns kompression, det vill säga hur hårt bränsleblandningen trycks ihop innan den ska antändas. Vid högre kompression ska också gnistan komma senare (vid ett mindre antal grader FÖD). Trimmar man motorn måste man se till att tändpunkten ändras, antingen enligt specifikationer från tillverkaren av trimcylindern, eller enligt egna beräkningar. Många sätter ett ganska lågt tal för säkerhets skull. Tänder motorn för tidigt låter den konstigt och man får snart ett snyggt hål i toppen av kolven. Man skall alltid vara noga med tändläget när man mekar sin Vespa.

När kolven är på väg uppåt är även insuget öppet (den urtagna delen av vevskivan håller på att passera insugsöppningen i vevhuset). Eftersom kolven rör sig uppåt i cylindern bildas undertryck i vevhuset, som så att säga suger in bensin-luft-blandningen från förgasaren. Dessa gaser ska användas vid nästa tändning.

Karaktäristiskt för tvåtaktsmotorn är att den nästan alltid gör två saker samtidigt. Under kolvens uppfärd skapas undertryck under kolven och övertryck ovanför. Övertrycket är till för att skapa en bra explosion när gnistan kommer, medan undertrycket är till för att suga in nytt bränsle. Finurligt!


Övre dödläge

 

Precis när kolven är som högst upp i sin bana, alltså vid övre dödläget, möter den explosionen som började när tändstiftet antände den komprimerade bensin-luft-blandingen 25° tidigare. Man säger att en flamfront utvecklats och att kolven nu möter den.

Hur snabbt flamfronten utvecklas beror på hur blandningen är sammansatt och hur komprimerad den är. För mycket luft i blandningen ger en snabb och för varm flamfront, vilket kan göra att kolven möter flamfronten för tidigt. En motor som går för magert blir också varm (förutom det spikliknande ljudet som i extremfall uppkommer från motorn innan den nyper/skär eller hålar kolven). Tändstiftet blir vitglödgat på en sådan motor.

Vanligaste orsaken till för snabbt utvecklad flamfront är tjuvluft, det vill säga ett läckage som drar in friskluft in i vevhuset, antingen på grund av dåliga packningar i förgasare eller insug, eller genom packboxarna som omger vevaxeln läcker. Det senare är mycket vanligt på gamla Vespor.

Vid trimning kan den för varma motorn bero på att man inte ställt in förgasaren korrekt. En för varm motor avslöjar sig som sagt genom ett glödgat tändstift, medan en för kall motor (för mycket bensin i blandningen) avslöjar sig med ett svart och sotigt tändstift (ej fullständig förbränning).

Går motorn riktigt varm kan också de komprimerade gaserna självantända under kompressionen, vilket gör att motorn rusar. Så kallad glödtändning. Detta är ett säkert tecken på att man bör se till att få en fetare bensinblandning.

Insuget är fortfarande öppet och den färska bränsleblandningen från förgasaren strömmar som bäst in i vevhuset.


Insuget stänger 52° EÖD

 

Först vid 52° EÖD stänger vevskivan insuget genom att urtaget "tar slut". Under större delen av varvet täpps alltså insuget igen av den ena vevskivan. Precis runt insuget har vevhuset en extra plan och jämn yta som passerar extremt nära den roterande vevskivan och som gör (i kombination med den lilla mängden olja i vevhuset) att inte bränsleblandningen trycks tillbaka ut i förgasaren när kolven trycks nedåt av explosionen. Den plana skivan runt insugsporten i vevhuset kallas kompressionsplatta. Är den skadad och repig spottar maskinen tillbaka bensin genom förgasaren och motorn måste konverteras till någon annan typ av insugsstyrning (membranventiler i stället för vevstyrning är standardlösningen)

Man kan tycka att det är lite sent att stänga insuget först nu, men dels så har undertrycket inte helt försvunnit än, dels måste insuget vara fullt öppet när det behövs som bäst (ungefär mellan tändning och övre dödläge), och det krävs ju ett antal grader för att få (det ganska avlånga) insuget att stängas helt. Stängningen börjar redan sisådär en 20° EÖD, men är helt klar först nu.

Explosionen har gett kolven fart nedåt och (förhoppningsvis fullständigt) förbrända gaser expanderar nu i cylindern ovanför kolven.

Dessa helt förbrända avgaser vill vi ha ut genom avgasporten, men de far inte ut helt frivilligt...


Avgasporten öppnas 71° FND

 

När vi nu passerat 90° EÖD, börjar vi ange graderna FND (före nedre dödläge). Nedre dödläge är naturligtvis 180° från övre dödläge, varför 71° FND skulle kunna kallas 109° EÖD istället, men så gör vi alltså inte.

Vid detta intressanta gradtal passerar kolven den övre kanten på avgasporten, varför avgaserna nu kan börja strömma ut från området ovnför kolven och ut i avgassystemet. Det är fortfarande ganska högt tryck efter explorionen, så avgaserna rusar ut med hyfsad fart.

Man skulle kunna öppna avgasporten tidigare, men det skulle också göra att den stängdes senare och mer färsk bränsleblandning skulle gå till spillo ut genom avgasröret än som redan nu kommer att ske. Trimmade motorer öppnar vanligtvis avgasporten tidigre än såhär.

Under tiden komprimeras den färska bränsleblandningen i vevhuset, men färskgaserna är fortfarande instängda i vevhuset, vi vill inte ha ut dem bland avgaserna riktigt än.


Spolporten öppnas 56° FND

 

Såhär pass sent (56° FND) öppnas de förhållandevis små spolportarna genom att kolven nu passerar deras övre kant.

Den komprimerade bränsleblandningen i vevhuset trycks nu upp i övre delen av cylindern med hygglig fart, vilket pressar ut resten av de förbrända avgaserna genom avgasporten.

Trycket i vevhuset minskar naturligtvis successivt, men kolven är fortfarande på väg nedåt, så det finns mer att ge från vevhuset.

Tyvärr slinker en del färskgaser också ut genom avgasporten, vilket är en av de stora anledningarna till att tvåtaktsmotorer är relativt törstiga jämfört med sina fyrtaktsvänner.

Primaverans relativt lågt placerade spolportar gör att motorn är avpassad för ett högt effektuttag vid blygsamma 3400-3900 varv per minut. En otrimmad primavera har också väldigt goda lågvarvsegenskaper.


Nedre dödläge

 

Nu har kolven nått sitt nedersta läge och de färska oförbrända gaserna håller som bäst på att passera genom spolkanalerna och ut ovanför kolven.

De gamla förbrända gaserna pressas vidare ut genom avgasporten till ett avgassystem där de förhoppningsvis kommer att studsa på finurliga trattformade plåtkonstruktioner för att senare bilda en motriktad puls som hindrar alltför mycket färska gaser att försvinna samma väg.


Spolporten stängs igen 56° END

 

Spolporten stängs lika långt efter nedre dödläge som den öppnades före nedre dödläge. Så är det förstås med alla portar som öppnas och stängs av kolven.

Nu ska all färsk bränsleblandning man vill ha upp ovanför kolven vara på plats. Dock är avgasporten fortfarande inte stängd.

Med ett väl avpassat avgassystem har nu bildats mottryck i avgasröret, vilket gör att inte så mycket färskt bränsle passerar ut genom avgasporten medan kolven nu återtar sin färd upp.

Om avgassystemet är rätt avpassat hjälper också avgaspulsen till att skapa bra kompression i cylindern under den återstående kompressionsfasen som leder fram till nästa explosion.


Avgasporten stängs 71° END

 

Analogt med spolporten stängs förstås avgasporten vid lika många grader efter nedre dödläge som den öppnades före dito.

Nu krävs inte längre någon avgaspuls för att hålla kvar den färska bränsleblandningen i cylindern ovanför kolven.

Gaserna ovanför kolven komprimeras nu av kolvens uppåtgående rörelse. Samtidigt skapas visst undertryck i vevhuset (eftersom spolporten nu är stängd). Undertrycket hjälper till at suga in nya färskgaser, men det kan ju inte ske än eftersom insuget fortfarande är stängt.


Insuget öppnar 89° FÖD

 

När det nästan är ett kvarts varv kvar innan övre dödläge öppnar primaveramotorn sitt insug igen. Den färska bränsleblandningen från förgasaren kan nu strömma in i det tomma och "undertryckta" vevhuset.

En vanlig trimåtgärd är att låta insuget öppna tidigare, vilket ger en längre insugsduration och därmed kan släppa in mer färska gaser för vidare förmedling till området ovanför cylinder under nästa varv.

Medan den nya färska bränsleblandningen strömmar in i vevhuset komprimeras det bränsle som finns ovanför kolven, så att det kan antändas av tändstiftet och ett nytt varv kan påbörjas.


Alltihopa sammantaget...

 

Som en liten avslutning, har jag pillat ihop den här lilla animationen. Den visar alla stegen vi gått igenom i en aldrig sinande ström, så man kan få en känsla av hur motorn arbetar.

En tvåtaktsmotor gör utan vidare 6000 sådana här varv under en minut, vilket ju innebär hundra varv under en sekund.

Egentligen är det fantastiskt att det kan fungera så bra som det gör....