Nader bekeken: Heeft de tweetakt nog toekomst?

Dan komen we weer terug op de tweetaktmotor. Steeds meer politici willen hem verbieden. Daar zijn een paar logische redenen voor: de emissie van schadelijke gassen en "partikels". Beide hebben te maken met het werkingsprincipe, dat sterk verschilt van een viertakt. De viertakt kent vier slagen: in de inlaatslag gaat de inlaatklep boven in de kop open, dan gaat de zuiger naar beneden, waardoor hij mengsel aanzuigt. Dan gaat de inlaatklep dicht en volgt de compressieslag, waarna een vonk op het bovenste dode
Een oldskool tweetakt cilinder in onderaanzicht

In de cilinderwand zijn in- en uitlaatpoorten en spoelpoorten aangebracht punt de verbrandings- of arbeidsslag inluidt. Heeft het hete verbrandingsgas de zuiger naar onderen geduwd, dan gaat de uitlaatklep open en duwt de zuiger op weg naar boven de uitlaatgassen de uitlaat in. Op het bovenste dode punt gaat de uitlaatklep dicht en begint het proces van voor af aan.

Tweetakt

Het tweetaktprincipe is heel anders. Een tweetakt heeft (doorgaans) geen kleppen, maar gebruikt de pompwerking van de zuiger in het carter om mengsel de cilinder in te pompen, via de zogenaamde spoelpoorten onderin de cilinderwand. Het inlaatspruitstuk met de carburateur is – bij ouderwetse tweetakten - op een inlaatpoort onderin de cilinder aangebracht. Als er een poort is, wordt deze een groot deel van de tijd afgesloten door de zuiger. Wanneer de zuiger omhooggaat, creëert die een onderdruk in het carter. Als de zuiger bijna bovenin is, komt de rand van het zuigerhemd voorbij de inlaatpoort, waardoor de inlaatopening vrijkomt. Door de onderdruk wordt het lucht-brandstofmengsel vanuit de carburateur het carter in gezogen.

Verbrandingsslag

Wanneer de zuiger bovenin staat, vindt boven de zuiger de verbranding plaats. Dan wordt de zuiger naar beneden wordt gedrukt door het hete, expanderende verbrandingsgas. Op weg naar beneden sluit de zuiger de inlaatpoort weer af en wordt er in het carter druk opgebouwd. Vlak voor het onderste dode punt komt de bovenrand van de zuiger (de zuigerbodem), langs de uitlaatpoorten. Het uitlaatgas blaast dan door de hoge druk vanzelf de uitlaat in. Een fractie later komen ook de spoelpoorten vrij. Het verse mengsel wordt dan door de overdruk vanuit het carter via de spoelpoorten de cilinder in geblazen, daarbij Een moderne tweetakt heeft het inlaatspruitstuk direct op het carter aangeslotenhet resterende verbrandingsgas voor zich uit blazend. Dan gaat de zuiger omhoog en begint het opnieuw.

Membraan

Bij modernere tweetakten is het inlaatspruitstuk niet op de cilinder, maar direct op het carter aangesloten. De inlaatbuis wordt dan dus niet door de zuiger geopend en afgesloten. Dat gebeurt met een membraanklep. Dat is een opening waarover een rubberen flap ligt. Als de zuiger omhooggaat, wordt de flap opengetrokken, zodat het mengsel het carter in kan stromen. Als de zuiger omlaaggaat, wordt de membraanklep door de tegendruk dichtgeduwd. Het voordeel van dit systeem is dat er eerder druk wordt opgebouwd, waardoor er meer lucht in de cilinder kan worden geblazen.

Voordelen

De tweetaktmotor heeft elke twee slagen - dus elke omwenteling - een verbrandingsslag, terwijl de viertaktmotor elke vier slagen - dus elke twee omwentelingen - een verbrandingsslag heeft. Een tweetakt heeft dus tweemaal zoveel verbrandingsslagen! Bovendien is er bij een tweetakt door het ontbreken van kleppen ook geen risico op klepzweving bij hoge toerentallen, zodat een tweetakt gemakkelijker hoge toerentallen aankan. Daarom kan een tweetakt bij gelijke cilinderinhoud in theorie meer dan tweemaal zo veel vermogen leveren als een viertakt. Of, nog beter, voor hetzelfde vermogen heb je met een tweetakt een veel lichter, kleiner motorblok nodig. Daarom waren tweetakten in de racerij zo populair en worden ze ook in de motorcross en endurosport nog steeds gebruikt. 

Nadelen

Tweetakten hebben ook nadelen. Bijvoorbeeld de emissie van schadelijke stoffen. Als de zuiger onderin staan, zijn zowel de in- als de uitlaatpoort geopend, waardoor ook onverbrand mengsel de uitlaat in gaat. Een ander probleem is, dat het mengsel via de carters wordt aangezogen. Daardoor is een gewoon druksmeersysteem is niet mogelijk. Er zou te veel olie in de cilinder terecht komen. Daarom wordt bij tweetakten speciale olie bij de benzine gemengd of apart in de inlaat verneveld. Die olie slaat deels op de lagers, wat bij een tweetakt dan ook altijd kogel- of rollenlagers zijn. Bimota was er meer dan 25 jaar geleden al als de kippen bij met de V Due, maar kreeg de injectie niet voor elkaar en moest uiteindelijk alle motoren terughalen. Het zou de ondergang inluiden van het kleine Italiaanse merkHelaas wordt er ook altijd een deel van de olienevel via de inlaatlucht naar de cilinders geblazen. Daar verbrandt het, hetgeen rook- en roetvorming geeft. 

Directe injectie

Omdat er bij een tweetakt olie en onverbrand mengsel de uitlaatpoort in wordt geblazen, zijn de emissiewaarden van tweetakten moeilijk binnen de normen te krijgen. Daarom zijn er diverse pogingen gedaan om directe injectiesystemen te ontwikkelen. In dat geval kan er benzine worden geïnjecteerd nadat de uitlaatpoort is gesloten. Een bekend systeem is het Aprilia Ditec-systeem, dat je bijvoorbeeld ook bij Peugeot tegenkomt. Hierbij is er een soort tweetrapsinjector in de kop ingebouwd. Hierbij wordt benzine in een soort voorkamer gespoten, waar via een luchtpompje ook lucht in wordt gepompt. Dat wordt vervolgens samen in de cilinder gespoten, nadat de uitlaatpoort is afgesloten. Natuurlijk wordt de lucht vanwege het tweetaktprincipe nog altijd via het carter gepompt en zal er altijd een beetje smeerolie in de cilinder terecht komen, maar de emissies zijn in elk geval veel beter dan bij een tweetakt met carburateur. 

Honda?

De emissieproblemen hebben tweetaktmotoren de das om gedaan. Definitief? Dat is moeilijk te zeggen. Honda vroeg in 2014 patent aan voor een nieuw ontwikkelde tweetaktmotor. Hierbij wordt de brandstof in het carter, onder de zuiger ingespoten, wat voor extra koeling van de cilinder zorgt. Een uitlaatpoort heeft hij niet, bovenin de cilinder is een uitlaatklep geplaatst. Doordat die op tijd dicht moet om compressie op te bouwen, zal een deel van het uitlaatgas in de cilinder achterblijven. Als een soort interne EGR. Bij een warme motor blijft er relatief veel heet uitlaatgas in de cilinder achter. Ook ontstaat er via een vreemdsoortig hefboommechanisme een zeer lange slag, die een hoge compressieverhouding mogelijk maakt. Samen kan dat voor een spontane ontbranding zorgen, zonder bougievonk dus. Net zoals bij een diesel. Voor de koude start is er wel een bougie aanwezig. Een ander voordeel van interne EGR is dat de eindtemperatuur van de verbranding lager is, omdat uitlaatgas inert is. Dat zal zorgen voor een lagere verbrandingstemperatuur en Oplossing voor veel problemen, zeker bij een tweetakt: de elektrische turbodat voorkomt het ontstaan van schadelijke stikstofoxiden. Maar een zeer belangrijk voordeel van dit concept is dat het lijkt te kunnen werken op meerdere soorten brandstof, benzine, diesel, koolzaadolie, zonnebloemolie, noem maar op...

Elektrische turbo

Autofabrikanten hebben de tweetakt dus nog niet helemaal opgegeven. Er zijn op dit moment dan ook nog meer ontwikkelingen in de autotechniek, die een groot deel van de problemen met tweetaktmotoren kunnen wegnemen. Zo hebben toeleveranciers van de auto-industrie elektrische compressoren gebouwd, simpel gezegd een elektrische turbo. Zo’n compressor heeft als voordeel, dat ze vanuit hele lage toerentallen vol kan blazen. Zou je deze turbo toepassen op een tweetaktmotor, dan wordt de carterspoeling overbodig. Je kunt de lucht immers direct de cilinder inblazen. Dan kun je een gewoon wet-sump smeersysteem toepassen en hoeft er geen tweetaktolie in de verbrandingskamer terecht te komen, waarmee rook- en roetvorming tot het verleden behoort. Met directe hogedruk-injectie kun je benzine heel fijn vernevelen voor een volledige verbranding.
Mooi was die tijd

En innovatief bovendien. Gaan de oude tijden weer herleven? Omdat de benzine in de cilinder verdampt daalt de temperatuur, waardoor ook het ontstaan van stikstofoxiden wordt tegengegaan. Bovendien kun je de benzine toevoeren als de uitlaatpoort al dicht is. Tijdens de "poortoverlap" kan er hoogstens schone lucht de uitlaat in. Prima om CO en onverbrande koolwaterstoffen in een katalysator na te verbranden, terwijl een partikelfilter de laatste roetdeeltjes uit kan filteren. En dan kan de tweetakt zijn voordelen uitspelen: een hoog specifiek vermogen bij een compacte bouwwijze, met weinig pompverliezen en daarmee een hoog rendement. 50% schijnt nu al haalbaar te zijn. Oftewel, je kunt nu zuinige, compacte, relatief goedkope tweetaktmotoren bouwen met uitstekende emissies, zonder partikeluitstoot. Dat is een reden dat de auto-industrie de tweetaktmotor nog serieus als optie overweegt. Moet er alleen geen politicus met een voorkeur voor groene of blauwe doekjes aan de macht zijn. Het moet gaan om de emissies, niet om de technologie waarmee die emissies worden bereikt.