Hoewel de principes dezelfde blijven, verschillen de mechanische details van verschillende tweetaktmotoren naargelang het type. De ontwerpen verschillen naar gelang van de methode om de lading in de cilinder te brengen, de methode om de cilinder te spoelen (verbrande uitlaatgassen uitwisselen voor vers mengsel) en de methode om de cilinder uit te blazen.
Zuigergestuurde inlaatpoortEdit
Zuigerpoort is het eenvoudigste van de ontwerpen en komt het meest voor bij kleine tweetaktmotoren. Alle functies worden uitsluitend geregeld door de zuiger die de poorten afdekt en ontsluit terwijl hij in de cilinder op en neer beweegt. In de jaren zeventig werkte Yamaha enkele basisprincipes voor dit systeem uit. Zij ontdekten dat, in het algemeen, het verbreden van een uitlaatpoort het vermogen evenveel doet toenemen als het verhogen van de poort, maar dat de vermogensband zich niet vernauwt zoals het geval is wanneer de poort wordt verhoogd. Er bestaat echter een mechanische limiet voor de breedte van een enkele uitlaatpoort, bij ongeveer 62% van de boringdiameter voor een redelijke levensduur van de ringen. Daarboven gaan de ringen uitpuilen in de uitlaatpoort en slijten ze snel. Een maximum van 70% van de boringbreedte is mogelijk bij racemotoren, waar de ringen om de paar races worden vervangen. De inlaatduur ligt tussen 120 en 160°. De overbrengingsduur is ingesteld op een minimum van 26°. De sterke, lage-druk puls van een race tweetakt expansiekamer kan de druk laten dalen tot -7 psi wanneer de zuiger in het dode punt staat, en de overslagpoorten bijna wijd open staan. Een van de redenen voor het hoge brandstofverbruik bij tweetakten is dat een deel van het binnenkomende brandstof-luchtmengsel onder druk over de bovenkant van de zuiger wordt geperst, waar het een koelende werking heeft, en rechtstreeks uit de uitlaatpijp. Een expansieruimte met een sterke omgekeerde puls stopt deze uitgaande stroom. Een fundamenteel verschil met typische viertaktmotoren is dat het carter van de tweetaktmotor afgesloten is en deel uitmaakt van het inductieproces bij benzine- en warmeluchtmotoren. Diesel tweetakten voegen vaak een Roots blower of zuigerpomp toe voor scavenging.
Reed inlaatklepEdit
De rietklep is een eenvoudige maar zeer effectieve vorm van terugslagklep die gewoonlijk wordt gemonteerd in het inlaattraject van de door de zuiger bediende poort. Het maakt asymmetrische inname van de brandstoflading mogelijk, waardoor vermogen en zuinigheid verbeteren en de vermogensband breder wordt. Dergelijke kleppen worden veel gebruikt in buitenboordmotoren van motorfietsen, ATV’s en schepen.
Roterende inlaatklepEdit
Het inlaattraject wordt geopend en gesloten door een roterend lid. Een bekend type dat soms op kleine motorfietsen wordt aangetroffen, is een aan de krukas bevestigde schijf met gleuven, die een opening in het uiteinde van het carter afdekt en weer blootlegt, waardoor lading gedurende een deel van de cyclus kan binnenkomen (een schijfklep genoemd).
Een andere vorm van roterende inlaatklep die bij tweetaktmotoren wordt gebruikt, maakt gebruik van twee cilindrische delen met geschikte uitsparingen die zijn gerangschikt om in elkaar te draaien – de inlaatpijp heeft alleen doorgang naar het carter wanneer de twee uitsparingen samenvallen. De krukas zelf kan een van de delen zijn, zoals bij de meeste motoren met gloeibougies. In een andere versie is de krukasschijf zo geplaatst dat hij precies in het carter past, en is hij voorzien van een uitsparing die op het juiste moment samenvalt met een inlaatopening in de carterwand, zoals bij Vespa-scooters.
Het voordeel van een roterende klep is dat de inlaattiming van de tweetaktmotor asymmetrisch kan zijn, wat niet mogelijk is bij motoren met een zuigerpoort. De inlaattiming van het zuigertype motor opent en sluit voor en na het dode punt bij dezelfde krukhoek, waardoor het symmetrisch is, terwijl de roterende klep de opening eerder laat beginnen en sluiten.
Roterende klepmotoren kunnen worden aangepast om vermogen te leveren over een breder toerentalbereik of meer vermogen over een smaller toerentalbereik dan een zuigertype motor of een rietklepmotor. Wanneer een deel van de roterende klep deel uitmaakt van het carter zelf, is het van bijzonder belang dat er geen slijtage optreedt.
Cross-flow scavengingEdit
In een cross-flow motor, bevinden de overbrengings- en uitlaatpoorten zich aan weerszijden van de cilinder en een deflector op de bovenkant van de zuiger leidt de verse inlaatlading naar het bovenste deel van de cilinder, waarbij het resterende uitlaatgas langs de andere kant van de deflector naar de uitlaatpoort wordt geduwd. De deflector verhoogt het gewicht van de zuiger en het blootgestelde oppervlak, en het feit dat het de koeling van de zuiger en het bereiken van een effectieve verbrandingskamervorm moeilijker maakt, is de reden waarom dit ontwerp na de jaren 1960 grotendeels is verdrongen door uniflow scavenging, vooral voor motorfietsen, maar voor kleinere of langzamere motoren die directe injectie gebruiken, kan de deflectorzuiger nog steeds een acceptabele benadering zijn.
Loop scavengingEdit
- Top dead center (TDC)
- Bottom dead center (BDC)
Deze methode van spoelen maakt gebruik van zorgvuldig gevormde en gepositioneerde transferpoorten om de stroom van vers mengsel naar de verbrandingskamer te leiden wanneer het de cilinder binnenkomt. Het brandstof/luchtmengsel slaat in op de cilinderkop, volgt dan de kromming van de verbrandingskamer, en wordt dan naar beneden afgebogen.
Dit voorkomt niet alleen dat het brandstof/luchtmengsel rechtstreeks uit de uitlaatpoort stroomt, maar creëert ook een wervelende turbulentie die de verbrandingsefficiëntie, het vermogen en de zuinigheid verbetert. Meestal is een zuigerkering niet nodig, zodat deze aanpak een duidelijk voordeel heeft ten opzichte van het kruisstroomschema (boven).
Vaak aangeduid als “Schnuerle” (of “Schnürle”) loop scavenging na Adolf Schnürle, de Duitse uitvinder van een vroege vorm in het midden van de jaren 1920, werd het wijd aangenomen in dat land tijdens de jaren 1930 en verspreidde zich verder over de wereld na de Tweede Wereldoorlog.
Loop scavenging is het gemeenschappelijkste type van brandstof/lucht mengseloverdracht dat op moderne tweetaktmotoren wordt gebruikt. Suzuki was één van de eerste fabrikanten buiten Europa om loop-scavenged, tweetaktmotoren goed te keuren. Deze operationele eigenschap werd gebruikt in combinatie met de expansiekamer uitlaat ontwikkeld door de Duitse motorfiets fabrikant, MZ, en Walter Kaaden.
Loop scavenging, schijfkleppen, en expansiekamers werkten op een hoogst gecoördineerde manier om de vermogensoutput van tweetaktmotoren aanzienlijk te verhogen, vooral van de Japanse fabrikanten Suzuki, Yamaha, en Kawasaki. Suzuki en Yamaha waren in de jaren 60 succesvol in Grand Prix motorraces, niet in de laatste plaats dankzij het grotere vermogen dat door loop scavenging werd verkregen.
Een bijkomend voordeel van loop scavenging was dat de zuiger bijna vlak of licht gebogen kon worden gemaakt, waardoor de zuiger aanzienlijk lichter en sterker kon zijn, en daardoor hogere toerentallen kon verdragen. De “flat top” zuiger heeft ook betere thermische eigenschappen en is minder gevoelig voor ongelijkmatige verwarming, expansie, zuiger vastlopen, dimensionale veranderingen, en compressie verliezen.
SAAB bouwde 750- en 850-cc drie-cilinder motoren op basis van een DKW ontwerp dat redelijk succesvol bleek bij het toepassen van loop-belading. De oorspronkelijke SAAB 92 had een twee-cilinder motor met een relatief laag rendement. Bij kruissnelheid trad er met een te lage frequentie blokkering van de uitlaatpoort op door weerkaatsing van de golven. Door gebruik te maken van het asymmetrische drie-poorts uitlaatspruitstuk dat in de identieke DKW motor werd toegepast, verbeterde het brandstofverbruik.
De 750-cc standaard motor leverde 36 tot 42 pk, afhankelijk van het modeljaar. De Monte Carlo Rally variant, 750-cc (met een gevulde krukas voor een hogere basiscompressie), leverde 65 pk. Een 850-cc versie was beschikbaar in de 1966 SAAB Sport (een standaard trim model in vergelijking met de deluxe trim van de Monte Carlo).Base compressie omvat een deel van de totale compressieverhouding van een tweetaktmotor.Werk gepubliceerd bij SAE in 2012 wijst erop dat loop scavenging is onder alle omstandigheden efficiënter dan cross-flow scavenging.
Uniflow scavengingEdit
- Top dead center (TDC)
- Bottom dead center (BDC)
In een eenstromingsmotor komt het mengsel, of “laadlucht” in het geval van een diesel, aan het ene uiteinde van de cilinder binnen dat door de zuiger wordt geregeld en verlaat de uitlaat de cilinder aan het andere uiteinde dat door een uitlaatklep of zuiger wordt geregeld. De gasstroom is dus maar in één richting, vandaar de naam uniflow. De opstelling met kleppen komt veel voor bij tweetaktmotoren voor wegverkeer, off-road en stationair gebruik (Detroit Diesel), bepaalde kleine tweetaktmotoren voor de scheepvaart (Gray Marine), bepaalde tweetaktdiesellocomotieven voor de spoorwegen (Electro-Motive Diesel) en grote tweetaktmotoren voor de voortstuwing van schepen (Wärtsilä). Gepoorte types zijn vertegenwoordigd door het ontwerp met tegengestelde zuigers, waarbij in elke cilinder twee zuigers zitten die in tegengestelde richting werken, zoals de Junkers Jumo 205 en de Napier Deltic. Het ooit populaire split-single ontwerp valt in deze klasse, omdat het in feite een gevouwen uniflow is. Met geavanceerde uitlaatgastiming kunnen uniflow motoren worden opgeladen met een door de krukas aangedreven (zuiger- of Roots) blower.
Getrapte zuigermotorEdit
De zuiger van deze motor heeft de vorm van een “hoge hoed”; het bovenste deel vormt de normale cilinder, en het onderste deel vervult een spoelfunctie. De eenheden werken paarsgewijs, waarbij de onderste helft van de ene zuiger een aangrenzende verbrandingskamer vult.
Dit systeem is nog gedeeltelijk afhankelijk van smering door middel van total loss-smering (voor het bovenste deel van de zuiger), terwijl de andere delen in een carter worden gesmeerd, wat de reinheid en betrouwbaarheid ten goede komt. Het gewicht van de zuiger is slechts ongeveer 20% zwaarder dan een loop-scavenged zuiger omdat de rokdiktes minder kunnen zijn.