Kaksitahtimoottorille tyypillinen ominaisuus on, että sillä on työtahti, eli polttoaine syttyy (palaa) aina, kun mäntä on yläkuolokohdassa, eli se tuottaa tehoa joka kierroksella. Tämä tekee siitä erittäin tehokkaan, mutta kaksitahtimoottorit ovat myös lyhytikäisempiä ja tuottavat enemmän päästöjä kuin nelitahtimoottorit. Nelitahtimoottorissa vain joka toinen männän yläkuolokohtaan meno tuottaa työvaiheen.
Kaksitahtimoottorin etuna ovat lisäksi pieni koko ja yksinkertainen rakenne. Siitä puuttuu nelitahtimoottorin vaatima monimutkainen venttiilikoneisto, nokka-akselit ja nokkaketjut sekä -hihnat.
Alpha-Otto Technologies nimisellä yrityksellä on ratkaisu kaksitahtimoottorin ongelmiin. Sen kehittämä RevForce-moottori sisältää yhden muutoksen alkuperäiseen kaksitahtimoottoriin verrattuna: sen ansiosta ratkaisun tarjoamat edut säilyvät, mutta ongelmat poistuvat.
Ratkaisuna on kiertoventtiilin asentaminen moottorin pakoaukkoon. Joskus yksinkertaiset ratkaisut ovat tehokkaimpia. RevForgen design voi tulevaisuudessa muuttaa teollisuudenalaa merkittävästi.
Perinteisen kaksitahtimoottorin mäntä painuu alas sylinterissä polttoaineseoksen syttymisen jälkeen kulkien ohi pakokanavan ja sallien pakokaasujen poistua palotilasta. Samalla, kun mäntä menee alaspäin, se painaa ilma-kaasuseoksen alasmentyään imuaukon kautta sylinterin palotilaan. Kun mäntä taas nousee ylös, ilma-polttoaineseos puristuu kasaan ja sytytystulpan kipinä sytyttää seoksen, samanaikaisesti männän ylösnousun aikana kampikammioon on tyhjiön täyttämiseksi imeytynyt uusi polttoaineseos valmiiksi seuraavaa palosykliä varten.
2-tahtimoottorin ongelmat
Ongelmana kaksitahtimoottorin rakenteessa on se, että voitelua ei voi lisätä sylinterin alapuolelle kampikammioon, koska se toimii palamista edeltävänä imukammiona. Ja jotta puristustahti toimisi männän liikkuessa ylöspäin, pakokaasun poistoaukon ja imuaukkojen on oltava auki samanaikaisesti osan syklistä, jotta kaikki pakokaasut poistuvat kammiosta. Muuten syntyisi alipainetta, joka estäisi polttoaineen ja ilman seoksen pääsyn kammioon. Tämä tarkoittaa sitä, että osa polttoaineen ja ilman seoksesta poistuu myös ennen palamista, mikä kasvattaa moottorin polttoaineenkulutusta, eli on tehotonta.
Nykyaikaisissa kaksitahtimoottoreissa hyödynnetään pakokaasujen resonanssia "palauttamaan" osa polttoaineseoksen ylivuodosta takaisin sylinteriin, mutta tulokset ovat olleet rajallisia.
Suurempi ongelma kuitenkin on, että moottorityypin voitelu perustuu öljyn sekoittamiseen polttoaineeseen. Tällöin osa siitä palaa moottorissa, mikä lisää päästöjä ja lisää polttoaineenkulutusta.
Ratkaisu?
Alpha-Otto-moottorin kiertoventtiili on lisätty perinteiseen pakoputkeen hieman pakoaukon takapuolelle. Tämä poistaa ohitusportin tarpeen ja mahdollistaa sen, että alempaa kammiota voidaan käyttää voiteluun, aivan kuten nelitahtimoottoreissa. Pelkästään se vähentää päästöjä ja pidentää moottorin käyttöikää.
Kiertoventtiilin käyttö tarkoittaa myös sitä, että perinteisten lautasventtiilien ongelmat eivät haittaa, koska Alpha-Otossa niitä ei tarvita. Kun mäntä laskeutuu alas palosyklin aikana, kiertoventtiili avautuu oikeaan aikaan, jotta pakokaasut pääsevät poistumaan. Kun mäntä ohittaa iskun puolivälin ja alipaine alkaa pitää pakokaasuja sylinterissä, imuventtiili avautuu ja yksinkertaisesta mekaanisesta ahtimesta tuleva paineilma ajautuu kammioon, mikä jatkaa pakokaasujen työntämistä ulos. Sillä hetkellä, kun kiertoventtiili alkaa sulkea pakopuolta, polttoaineseos ruiskutetaan sylinteriin. Mäntä lopettaa alaspäin suuntautuvan iskun ja alkaa liikkua ylöspäin puristaen polttoaine-ilmaseosta, kunnes palaminen tapahtuu ja koko sykli alkaa alusta.
RevForce-kaksitahtimoottorin edut.
Ratkaisun etuna on, että kaksitahtimoottorin korkea vääntö ja teho säilyvät samalla, kun saavutetaan nelitahtimoottorin puhtaus ja pitkäikäisyys. Lisäksi pakopuolen kiertoventtiiliä, ilman kompressiota ja polttoaineen ruiskutusta ohjataan elektronisesti, joten niitä voidaan säätää lennossa ajoituksen muuttamiseksi tarpeen mukaan.
Tämä lennossa tapahtuva säätö on myös syy siihen, miksi RevForce-moottoria voidaan käyttää eri polttoaineilla, kuten paineistetulla maakaasulla, sekä vaihtaa lennossa esimerkiksi vetyyn tai bensiiniin tai muihin polttoaineisiin. Alpha-Otto on testannut kaksitahtimoottoriaan ainakin maakaasulla, vedyllä, bensiinillä, dieselillä ja biopolttoaineilla sekä ammoniakilla.
Lisäosia moottorissa tarvitaan vain vähän nelitahtimoottoriin verrattuna: Mekaaninen ahdin ja kiertoventtiili. Miltei kaikki autoissa käytetyt bensiini- ja dieselmoottorit ovat tänä päivänä ahdettuja, joten lisäys on pieni.Lisäksi männän helmassa on kaksi ylimääräistä männänrengasta pitämässä voiteluöljyt kampikammion puolella, mikä hieman lisää kitkaa.
Kaksitahtinen RevForce-suoraruiskutusmoottori on toimiva prototyyppi, jonka teho on 200 hevosvoimaa (149 kW). Sen kaksi sylinteriä on sijoitettu rinnakkain ja sen kuutiotilavuus on ainoastaan 578 cm3. Moottori on kevyt, se painaa vain hieman alle 50 kg. Kaksitahtimoottorin hyvä tehopainosuhde on siis tallella.
Joukkorahoituskampanja menestys
Alpha-Otto käynnisti WeFunder-joukkorahoituskampanjan heinäkuun puolivälissä päästäkseen prototyyppivaiheen ohi ja kyetäkseen aloittamaan rajoitetun tuotannon. Pienin kampanjassa sijoitettava summa on 250 dollaria. Tätä kirjoitettaessa kampanja on miltei jo päässyt tavoitteeseensa: koossa on 911 780 dollarin summa tavoitellusta 950 000 dollarista.
Alpha-Otton WeFunder-kampanjaan voit tutustua täällä.
Yritys tähtää uudella moottoriratkaisullaan aluksi kiinteisiin sähköntuotantojärjestelmiin, koska tämä teollisuudenala on paljon helpompi kohde kuin autoteollisuus. Perimmäisenä tavoitteena on, että moottorille löydettäisiin käyttöä monissa eri sovelluksissa, autoilu mukaan lukien. Moottorin yksinkertaisuus ja pieni koko mahdollistaisivat ehkä sen käytön myös moottoripyörissä?
Ratkaisu on rakenteeltaan yksinkertainen ja helposti skaalattavissa. Lisätietoja Alpha-Otton sivuilla, jonne pääset tästä. Sivuilla on myös videoita siitä, miltä moottori kuulostaa, kun sitä vaihdetaan lennosta käymään eri polttoaineilla.
Mikäli Alpha-Otton RevForce-moottorin toimintaperiaate ja ratkaisut kiinnostavat, kannattaa katsoa oheinen video, jolla "Driving 4 answers" Youtube-kanavaa pyörittävä videobloggari hienosti selostaa kaksi- ja nelitahtimoottorien toimintaperiaatteet sekä sen, miten RevForce toimii, sekä miten sen ratkaisut eroavat perinteisestä kaksitahtimoottorista. Voit katsoa videon myös täällä.
Edit 19.7. klo 13.56: Korjattu nelitahtimoottorin työtahtien määrä. Kiitos korjauksesta lukijallemme!