Toppdesign KTM TPI och andra

 De absolut flesta toppar till moderna 2-t motorer har samma principiella utformning en plan yta och därefter ett vanligtvis sfäriskt badkar. Designen kallas squishtopp.

300 TPI topp efter en runda i svarven

Den teoretiska bakgrunden är att gaserna som befinner sig i periferin av förbränningsrummet bidrar mycket mindre till förbränningens effektskapande samtidigt som gaserna riskerar att självantända(spika/detonera) pga tryckökningen från den expanderande förbränningen. Tanken är då att minska mängden gaser i periferin och komprimera dessa centralt nära tändstiftet. Detta uppnås genom att förbränningsrummet har ett sk squishband. Dessutom inducerar den inrusande blandningen från periferin turbulens vilket förbättrar förbränningens egenskaper.

Squishbredd är avståndet från toppens kant tills där squishbandet slutar. Brukar anges som en area och benämns då squisharea som procent av borrets totala area. Vanliga värden är 40-50% i squisharea.

Squishhöjd(squish clearance) är frigången mellan kolven och toppen då kolven befinner sig i toppläget (TDC). Det är alltid eftersträvansvärt att ha ett så liten squishhöjd som möjligt. Squishhöjden begränsas av att när motorn varvas så sträcks vevstake, kolv och lager när kolven bromsar mot TDC så den frigång som finns när man mäter i garaget minskar på maxvarv. Ju längre slaglängd motorn har desto större blir denna förändring och tumregeln säger att man skall ha 1% av slaglängden i frigång. I praktiken brukar man sikta på 0,7mm på en 125cc och 1-1,3mm på en 250/300. 

Squishhastighet (benämns MSV) är hastigheten på gaserna som rusar in från periferin av förbränningsrummet när kolven närmar sig TDC. Det är en produkt av squishhöjden,squishbredden och varvtalet. Mindre squishhöjd=högre hastighet. Större squishbredd=högre hastighet. Högre varvtal=högre hastighet. Squishhastigheten anges i m/s(meter per sekund) och ett rimligt värde vid varvtalet för max effekt är 30-35m/s beroende på framförallt bensin och tändsystemets begränsningar.

Så hur designar man en topp med rätt squish?

Det finns en uppsjö av programvaror för att räkna på teoretiskt lämpliga utformningar av förbränningsrummet från gratis Jan Bros via Bimotion för en tusing till betydligt dyrare proffsiga programvaror. Den stora fördelen med dyrare programvaror är möjligheten att exportera toppdesignen till CNC styrda maskiner när man skall omsätta den i verkligheten. Min erfarenhet är dock att majoriteten av förbättringspotentialen mot en produktionstopp går utmärkt att uppnå även med gratis programvara och lite tid i svarven.

Så gott som alla toppar till 2t motorer har från fabrik på tok för stor squishhöjd vilket både minskar MSV men framförallt så ger det onödigt mycket gaser kvar i periferin vilka riskerar att ge detonationer trots rimlig kompression. En KTM 300 TPI har tex från fabrik bortåt 2 mm mot det teoretiskt optimala strax över 1mm. Dessutom så har TPI toppen original en mjukt kurvad övergång från squishbandet något som är big no no om det är mycket effekt man letar efter.

Min designapparoach är att sätta squish-höjden så snålt det är rimligt för motortypen, därefter anpassa squishbredden tills jag når lämplig squishhastighet. 

Det sista som behöver anpassas är volymen i toppen som avgör kompressionen, här finns det lite att hämta i högre kompression även om fabrikanterna här är närmare vad som är rimligt utan racesoppa. En 300 TPI har kring 27cc original vilket också är den volym man får om man köper en topp från VHM. Toppar från S3 och Slavens Racing har volym på 24-25 cc och i detta härad ligger även min design. 
Vidare strävar jag efter att ha ett så grunt förbränningsrum som möjligt för att få tändstiftet så nära centrum av förbränningen som möjligt.