Under första hälften av 1900-talet förknippades till en början tändkulemotorer med högteknologi, låga driftskostnader och driftsäkerhet men senare också med smuts, sot, skakningar och ibland startsvårigheter. Under de sista 20-30 åren av 1900-talet började samlare och entusiaster intressera sig för denna typ av motorer som nu åter fått hög status som samlarobjekt.

En tändkulemotor är en direktinsprutad förbränningsmotor med ett speciellt tändsystem som kallas tändkula. "Kärt barn har många namn", säger man, och denna motortyp kallades från början fotogenmotor, senare också råoljemotor och numera semi-diesel. Då bränslet sprutas mot en het yta kallas ibland sättet att antända bränsle/luftblandningen för "yt-tändning". Ibland kallas motortypen för tändkula vilket är felaktigt då detta är beteckningen på motorns tändanordning. Med få undantag arbetar en svensk tändkulemotor enligt tvåtaktsprincipen.

Avance tvåtakts tändkulemotor med ingående delar.

Tändkulemotorns historia startade i England år 1890 då Herbert Acroyd Stuart tog patent på ett tändsystem med ett hålrum utan kylning som med en kanal stod i förbindelse med motorns förbränningsrum. Detta hålrum kallas idag för tändkula. De första motorerna med Acroyds tändkula tillverkades i några tiotal exemplar av G. Wailes and Co i London i storlekarna en till sex hästkrafter. Det nya tändsystemet, tändkulan, hade sett dagens ljus. Denna nya tidiga tändkulemotor påminner i viss mån om dieselmotorn, som år 1892 uppfanns av tysken Rudolf Diesel, men hade lägre kompressionstryck så att värme måste tillföras för att antända bränsle/luft blandningen. Det var tändkulan som tillförde denna extra värme, genom att en brinnande blåslampa värmde tändkulans utsida. Acroyd's tidiga tändkulemotorer fordrade en brinnande blåslampa hela tiden för att hålla tändkulan tillräckligt varm. Slocknade blåslampan så stannade motorn strax.

Akroyd Stuart's motor från 1890 med luftventil i i tändkulan.
(Patentritning från patent nr 7149 år 1890)r.

År 1891 startade ett samarbete mellan Acroyd Stuart och R. Hornsby and Sons Ltd. i Granthams och år 1892 påbörjades tillverkningen av en förbättrad motor. Motorn, som snart blev en succé, gick under benämningen Hornsby-Acroyd-motorn, och var av fyrtakts typ.

Sektionsvy av Hornsby-Akroyd motorn.

Fyrtakts motorer hade gjorts sedan år 1876 då tysken Nicolaus August Otto tog patent på denna, men dessa hade före acroyds tändkula varit utrustade med flamtändning, lågspännings- eller glödrörständning.

Ottos fyrtaktsmotor modell A i tidigt produktionsutförande
med flamtändning (Deutz fabriksfoto)

För att kringgå Ottos patent på 4-taktsmotorn experimenterade flera motortillverkare med tvåtakts, 6-takts- och t o m 8-takts motorer. Tillverkare som experimenterade med tvåtakts- motorer var t ex Benz, Brayton, Atkinson med flera. De flesta utan eller med måttlig framgång. Även Otto byggde en tvåtaktsmotor men avbröt snart experimentet på grund av hög bränsleförbrukning och ett antal andra problem.

Sir Dugald Clerk i England var den förste som med någorlunda framgång konstruerade en tvåtaktsmotor. Motorn som började säljas redan 1879 hade, som bilden nedan visar, en spolluftspump som en separat cylinder C vid sidan av arbetscylindern A, med en vev som låg 90 grader före arbetscylinderns vev.
En ventil E i förbränningsrummet släppte in en ny bränsle/luft-laddning då arbetskolven G öppnade avgasportarna F efter arbetsslaget. Motorn hade sina brister, så tillverkningen avbröts i början av 1880-talet. Ventilen D öppnades av det undertryck som skapades i spolluftcylindern C då kolven K rörde sig ut ur denna, varvid en gas/luftblandning sögs in.

Dugald Clerks tvåtaktsmotor.

Den tvåtaktsmotorn som vi är vana vid idag, med vevhuset som spolluftspump och med portar i cylinderväggen i stället för ventiler, patenterades av engelsmannen Joseph Day år 1891. Denna motor tillverkades i över tjugo år av Day & Co. i Bath England, i storlekarna 2,5 till 30 hästkrafter.

"Day's treports" tvåtaktsmotor men tätslutande vevhus från 1892".
Bilden visar motorn uppskuren med vevhusgaveln losstagen.

Den som var först med att kombinera tändkula med tvåtakt och med kapslat vevhus som spolluftspump, var den tyskfödde Carl W. Weiss som tog patent på denna konstruktion år 1897. Han lät, tillsammans med August Mietz som drev en verkstad i Amerika, starta bolaget Mietz & Weiss Engine Company i staden New York. Trots att motorn hade vissa brister och företaget hade måttliga försäljningsframgångar, varade deras sammarbete och tillverkningen av denna motortyp i ca 20 år. Både horisontella stationärmotorer och vertikala marinmotorer tillverkades. Kanske bidrog licensintäkter till att tillverkningen kunde vidmakthållas så länge trots att motorn aldrig blev någon riktig framgång.

Mietz & Weiss tvåtaktsmotor men tätslutande vevhus i genomskärning.

Företagsfoto av motorn ovan.

I Sverige fanns under 1900-talets första år ett företag som betalade licensavgifter till Mietz & Weiss Engine Co, och som skulle visa sig betydligt mer framgångsrikt. Företaget i fråga startades 1898 av Johan Victor Svenson som blivit förmögen på tillverkning av fotogenkök (Primus-köket). Han inköpte markområdet Augustendal vid Nacka Strand utanför Stockholm, där han byggde en fabrik som fick namnet J.V.Svensons Automobilfabrik. Fabrikens överingenjör Amos Kruse blev, på en utställning i Köpenhamn, intresserad av en fotogendriven tvåtaktsmotor med tändkula av fabrikat Mietz & Weiss. Kruse som insåg att denna hade många fördelar framför andra motorer föreslog för fabrikör Johan Viktor Svenson att satsa på denna.

Sagt och gjort; ingenjör Carl Häger som tidigt anställdes på Automobilfabriken, reste till New York och träffade licensavtal med Mietz & Weiss. Utställningsmotorn, som var på två hästkrafter, inköptes och transporterades från Köpenhamn till Augustendal där den noggrant undersöktes. Den visade sig ha vissa svagheter, t ex kunde tändkulans temperatur inte regleras tillfredställande. Motorn förbättrades med bl a vatten insprutning för att kunna sänka tändkulans temperatur. Den första helt Augustendal-tillverkade motorn såldes i Juni år 1900 till en lantbrukare i Östergötland och fick namnet Avance. Härmed var den för Sverige så typiska tvåtakts tändkulemotorn född. Till en början hade motorerna horisontell cylinder, men snart tillverkades även motorer med vertikal cylinder.

År 1902 hade även Bolinders i Stockholm och Lysekils Mekaniska Verkstad börjat sälja liknande motorer. Snart följde en lång rad av motortillverkare efter.

De första tändkulemotorerna drevs med fotogen och var redan då billiga i drift. Kring 1909-1910 modifierades motorerna med bl a högre kompression och, vad gäller Avance och flera andra fabrikat, med spridarmunstucket monterat i tändkulans centrum och i riktning mot kolvtoppen. Detta gjorde det möjligt att använda den bara hälften så dyra råoljan som bränsle. Den låga bränslekostnaden bidrog i hög grad till att tändkulemotorn blev så populär. Råolja var i detta sammanhang bergolja som genom destillation befriats från bl a bensin.

Det nya tändsystemet skiljer sig från den tidigare glödrörständningen genom att bränsle, som kan vara råolja, solarolja, motorfotogen, dieselolja eller liknande, sprutas mot den varma tändkulans insida där det förångas och blandar sig med kvarvarande förbränningsgaser. Det antänds inte omedelbart på grund av för lite syre. Medan kolven komprimerar ren luft i cylindern tillförs tändkulan således syre genom kanalen som förbinder förbränningsrummet med tändkulan. Samtidigt som allt mer syre blandar sig med bränsleångan inne i tändkulan, stiger också blandningens temperatur på grund av komprimeringen och dess närkontak med den varma tändkulan. Strax innan kolven nått sitt vändläge (övre dödpunkt, ÖD) har blandningen nått så hög temperatur att den antänds. Det är av stor betydelse att blandningens temperatur inte är för hög, för då antänds den för tidigt, och mottändning sker med knackningar och effektförlust som följd. Detta avhjälptes på de tidigaste motorerna genom att införa vatten i förbränningsrummet och på så sätt sänka temperaturen. På senare motorer kunde man vinkla bränslestrålen så att den träffade en kallare yta, t ex kolven. Även andra lösningar såg dagens ljus, Bolinder hade t ex under en period, en kallare tändkula och en strypventil i spolluftskanalen som ströps för att minska mängden kall luft genom motorn då denna gick på låg belastning.

Det är lika viktigt att temperaturen inte är för låg, för då tänder det inte alls eller möjligen för sent vilket också orsakar effektförlust.

Tidig insprutning, finfördelad bränslestråle, hög kompression eller het tändkula bidrar till tidig tändning. Allt för tidig tändning kan orsaka att motorn tänder lätt, men ändå är svår få igång. Sen insprutning, bränslestråle utan spridning, dålig kompression, sval tändkula och vatteninsprutning ger sen tändning eller ingen tändning alls.

Motorer tillverkade före, eller på 10-talet, hade relativt lågt kompressionstryck. De sprutade in tidigt, kanske redan då kolven precis stängt avgasporten på väg upp. Senare motorer sprutar in senare. Motorer från 40-50-talet har högre kompressionstryck och sprutar in kring 45 grader före övre dödpunkt, eller senare. Somliga hade så högt kompressionstryck att de varma dagar kunde startas utan förvärmning.