9789147018871

SYSTEM

SYSTEM Motor

FOR DON · SYSTE M / MOTOR

D

e n här bo k e n riktar sig till alla som behöver

kunskaper om Bensin- och Dieselmotorer, hur de olika

komponenterna i motorerna fungerar och vilken uppgift de har. Du får en överblick över olika motorer, deras prestanda samt i vilka sammanhang de används.

Serien Fordon, där den här boken Motor ingår, kommer att omfatta faktaböcker och webbtjänster. Webbtjänsten, där Motor Online ingår, har animeringar och annat kompletterande material till faktaböckerna, där det också finns kontrolluppgifter och självtester.

Webbtjänsten kommer också att ge förslag på olika praktiska moment och hur de kan genomföras.

Motor Online (webbtjänst) Best. nr 47-90024-4

Best. nr47-00000-0 47-01887-1 Best.nr

FORDON

Motor

Tryck.nr 47-00000-0 Tryck. nr 47-01887-1

FORDON

OMSLAG - Fordon - motor_syst.indd 1

08-03-10 13.30.36

FOR DON SYSTEM Motor

I VA MAAS I N G 路 LI B E R

Fordon-Motor NY.indd 1

08-03-10 13.26.55

ISBN 978-91-47-01887-1 © 2008 Iva Maasing och Liber AB Redaktör : Sture Sahlström Bildredaktör: Ian Maasing Omslag, grafisk form och produktion: Mats Saldenius, Resultat Grafisk Form & Produktion AB Bildleverantörer Audi sid 23, 128, 136, 146, 151, 164 BMW sid 22, 43, 45, 46, 47, 49, 52, 53, 56, 57, 67, 73, 77, 90, 102, 108, 112, 142, 143, 148 BorgWarner sid 75 Bosch sid 82, 84, 86, 87, 88, 92, 93, 103, 104, 105, 119, 120, 122, 124, 131, 132, 150, 151, 152, 153, 156, 158,

159, 167, 182, 183, 201 Citroën sid 202 Daimler sid 28, 72, 81, 122, 157, 192 General Motors sid 46, 48, 51, 57, 60, 72, 79, 125, 128, 206 Honda sid 8, 10, 55, 203 Illustrator sid 35 Jaguar sid 7 Kolbenschmidt sid 50, 139 Mazda sid 15 Renault sid 155 Saab Automobile sid 74 Scania sid 25, 171, 173, 174, 175, 177, 180, 181, 183, 184, 186, 188, 189, 190, 194, 195, 197 Shell sid 31 Statoil sid 30, 31 Toyota sid 9, 198, 204 VW (Volkswagen) sid 44, 58, 63, 64, 70, 72, 76, 78, 79, 89, 116, 126, 127, 130, 165 Volvo sid 24, 170, 177, 178, 179, 185, 188, 193, 195, 196, 206 Volvo Personvagnar sid 42, 45, 65, 66, 69, 70, 96, 97, 113, 118, 121, 123, 130, 136, 137, 138, 144, 147, 154,

161, 162, 163 Illustrationer: Infocar AB

Första upplagan 1 Tryck: Korotan, Ljubljana, Slovenien, 2008 Repro: Resultat Grafisk Form & Produktion AB Kopieringsförbud Detta verk är skyddat av upphovsrättslagen. Kopiering utöver lärares rätt att kopiera för undervisningsbruk enligt BONUS-avtal är förbjuden. BONUS-avtal tecknas mellan upphovsrättsorganisationer och huvudman för utbildningsanordnare, t ex kommuner/universitet.

Den som brytet mot lagen om upphovsrätt kan åtalas av allmän åklagare och dömas till böter eller fängelse i upp till två år samt bli skyldig erlägga ersättning till upphovsman/rättsinnehavare.

Liber AB, 113 98 Stockholm Tfn 08-690 92 00 www.liber.se Kundservice tfn 08-690 93 30, fax 08-690 93 01 e-post: kundservice.liber@liber.se

Fordon-Motor NY.indd 2

08-03-10 13.26.55

Förord

Motor Förord Bilmotorer har genomgått en otrolig utveckling de senaste tio åren. De mekaniska komponenterna har vidareutvecklats och helt nya mekaniska system har tillkommit. Och det mesta på motorerna regleras av en allt mer avancerad elektronik.

Bilarna har på så sätt blivit enklare att köra och belastar miljön allt mindre. Utsläppen av växthusgasen koldioxid (CO2) och andra avgaser har minskat genom att de nya bilmotorerna arbetar effektivare och har en lägre bränsleförbrukning än motorer för 10–20 år sedan. De giftiga beståndsdelarna i avgaserna har i stor utsträckning eliminerats genom en allt effektivare rening. Denna lärbok sammanfattar de flesta av de nya mekaniska och elektroniska systemen i bilmotorerna samt förklarar vad de gör för nytta och hur de fungerar. Men det är omöjligt att här i detalj redogöra för alla de olika systemens uppbyggnad.

Animeringar

Den här symbolen finns på en del ställen i boken.

I de sammanhang den visas finns det animeringar i det webbaserade material som säljs till denna faktabok.

Fordon Motor Online Beställningsnummer 47-90024-4

3

Fordon-Motor NY.indd 3

08-02-26 12.54.55

Förord · 3

1. Olika motorprinciper · 7

2. Bensinmotorer för personbilar · 39

Bensinmotorns fyra takter · 39 Första takten · 39 Förbränningsmotorn · 7 Andra takten · 39 Elmotorer, ångmaskiner, gasturbiner

Tredje takten · 40 och stirlingmotorer · 8 Fjärde takten · 41 Hybriddrivning · 8 Bensinmotorns uppbyggnad · 42 Förbränningsmotorns utveckling · 10 Motorupphängning · 42 Fyrtakt helt dominerande · 11 Cylinderblock · 43 Enkla men törstiga och avgassmutsiga Serienummer · 43 tvåtaktsmotorer · 13 Aluminiumblock med eller utan Tvåtaktsmotorns två takter · 14

cylinderfoder · 43 Cirkelrunda, fram- och återgående Vevhus · 44 kolvar · 14 Cylinderhuvud · 45 Wankelmotor den enda med Ventilkåpa · 47 annorlunda kolv · 15 Oljetråg · 48 Slaglängd · 16 Torrsump · 49 Slagvolym/cylindervolym · 17 Kolv · 50 Antal cylindrar · 19 Kolvarna utsätts för stora krafter och hög Radmotor, V-motor, VR-motor, värme · 50 W-motor och boxermotor · 19 Aluminiumkolvar · 51 Motorstorlek · 22 Kolvringar · 51 Motorns verkningsgrad · 26 Kolvkylning · 52 Kylförlust · 26 Vevmekanism · 52 Avgasförlust · 26 Vevstake · 53 Stryp- och friktionsförluster · 26 Vevlager · 53 Bränsleförbrukning · 27 Vevaxel · 54 Specifika bränsleförbrukningen · 27 Ramlager · 55 Bilens bränsleförbrukning · 27 Svänghjul · 56 Vridmoment- och Startkrans · 56 effektmätning · 28 Vevaxellägesgivare · 56 Newtonmeter, kilowatt och Balansaxlar · 57 hästkrafter · 28 Ventilmekanism · 58 Internationella normer · 29 Toppventiler · 58 Bränslen · 30 Motor med en eller två överliggande Fossila bränslen · 30 kamaxlar · 58

Miljöbränslen · 33 Stötstångsmotor · 58 Framtida bilmotorbränslen · 34 Sidventilmotor · 58 Avgaser · 35 Fyra ventiler vanligast · 58 Intermittent förbränning · 35 Rullsläparm · 62 Koloxid CO · 36 Kamaxel · 63 Kolväten HC · 36 Kamaxeldrivning (transmission) med Kväveoxider NOX · 36

kamkedja · 63 Partiklar PM · 37 Kamrem · 64 Koldioxid · 37 Kamaxelomställning · 64 Avgasnormer · 37 Variabel ventillyfthöjd CPS · 66 Allt mindre utsläpp · 38 Variabel ventillyfthöjd VALVETRONIC · 67 4

Fordon-Motor NY.indd 4

08-02-26 12.54.55

Innehåll

Inloppssystem · 68 Luftrenare · 68 Inloppsljuddämpare · 68 Luftmassemätare · 68 Gasspjäll · 69 E-Gas eller ETA · 69 Separata inloppsrör på en sugmotor · 69 Virvelspjäll · 70 Luftförvärmning · 71 Avgassystem · 72 Grenrör · 72 Katalysator · 73 Ljuddämpare · 73 Överladdning · 74 Turbokompressor · 75 Wastegate · 76 Kompressor · 78 Laddluftkylare · 79 Bränslesystem · 80 Bränsletank · 81 Äldre motorer har förgasare · 82 Indirekt insprutning · 84 Direkt insprutning · 89 Både direkt och indirekt insprutning · 94 Motorstyrdonet reglerar insprutning och tändning · 95 Bi-fuelsystem · 96 Flexifuelsystem · 97 Tändsystem · 98 Tändföljd · 98 Tändstift · 104 Självrening · 104 Smörjsystem · 107 Oljepump · 107 Tryckbegränsningsventil · 109 Oljefilter och oljekylare · 109 Fördelning av oljan · 109 Torrsump · 110 Kylsystem · 111 Kylvätska · 111 Luftkylning · 112 Kylvätskepump · 112 Termostatventil · 112 Expansionstank och trycklock · 114 Kylare · 115 Kylfläkt · 116 Avgasrening · 117 Motorinre åtgärder · 117

Extern avgasåterföring · 118 Sekundärluft · 119 Trevägskatalysator · 119 Lambda · 121 Kväveoxidlagringskatalysator · 122 Förkatalysator · 123 Vevhusventilation · 123 EVAP-system · 124 Motorns elektroniska reglering · 125 Motorstyrdonets funktion · 125 CAN-anslutning till andra styrdon · 129 Egendiagnos och nödprogram · 129 Generator · 130 Startmotor · 132

3. Dieselmotor för personbil · 133 Dieselmotorns fyra takter · 133 Motorkropp · 136 Cylinderblock · 136 Cylinderhuvud · 137 Cylinderhuvudspackningen · 138 Ventilkåpan · 138 Vevmekanism · 138 Förbränningsrum i kolven · 138 Personbilsdieseln har aluminiumkolvar · 139 Vevaxel och svänghjul · 141 Kraftigare ramlager · 142 Balansaxlar · 143 Ventilmekanism · 143 Inloppssystem · 145 Avgassystem · 146 Överladdning · 146 Wastegate · 147 Omställbara ledskenor · 147 Bränslesystem · 149 Bränsletank med armatur · 149 Äldre motorer har indirekt insprutning i förkammare eller virvelkammare · 149 Direktinsprutning med fördelarpump · 150 Direktinsprutning med common rail · 152 Högre insprutningstryck ger effektivare förbränning · 153 Flera delinsprutningar: förinsprutning,

huvudinsprutning, efterinsprutning · 154 Snabba piezoinsprutare · 155 5

Fordon-Motor NY.indd 5

08-02-26 12.54.56

Insprutare med flera hål · 156 Glödstift · 157 Körning med FAME/RME · 159 Fotogen kan eventuellt blandas i, men inte bensin · 159 Motorns elektroniska reglering · 160 Chipstrimning kan skada motorn · 161 Smörjsystem · 162 Högre oljetryck · 162 Dieselanpassad motorolja · 162 Kylsystem · 163 Ventiler reglerar kylvätskeflödet · 163 Tillsatsvärmare · 164 Avgasrening · 164 Oxidationskatalysator · 165 Partikelfilter · 165 Renbränning/regenerering av partikelfilter · 166 SCR- eller BLUETEC-rening · 167 Hjälpapparater · 168 Kraftigare batteri, generator och startmotor · 168

Avgasrening · 190 Avgasåterföring EGR · 190 Oxiderande katalysator · 191 SCR · 191 Partikelfilter · 192 Sluten vevhusventilation CCV · 193 Hjälpapparater · 194 Tryckluftskompressorn · 195 Kraftuttag · 195 Generator · 195 Startmotor · 196 Alternativa bränslen · 196 Etanoldrift · 196 Gasdrift · 197

5. Hybriddrivning · 198 Mikrohybrid, mildhybrid och fullhybrid · 200

4. Dieselmotor för lastbil · 169 Fyra, fem, sex eller åtta cylindrar · 169 Optimerade för Miljöklass 1 · 170 Motorkropp · 171 Cylinderblock · 171 Cylinderhuvud · 172 Kolv · 172 Vevstake · 174 Vevaxel och svänghjul · 174 Ventilmekanism · 175 Inloppssystem · 177 Avgassystem · 178 Avgasbroms och motorbroms · 178 Överladdning med turbokompressor · 179 Compoundturbin · 180 Bränslesystem · 181 Direktinsprutning · 182 Common rail-insprutning · 184 Bränslefilter · 184 Motorns elektroniska reglering/EDC/ECU · 185 Smörjsystem · 187 Kylsystem · 189 6

Fordon-Motor NY.indd 6

08-02-26 12.54.56

Kolv Kolven rör sig fram och tillbaka i cylindern. När bränsleluftblandningen tänds av tändstiftet är kolven nära sitt högsta läge och pressas nedåt av förbränningsgasernas tryck med upp till 3 tons kraft. Från kolven går kraften via kolvtappen och vevstaken till vevtappen på vevaxeln. Den nedåtriktade kolvrörelsen omvandlas till den roterande rörelse, som genom koppling, växellåda, slutväxel och drivaxlar överförs till bilens drivhjul.

Moderna bensinmotorer har låga kolvar med en liten kolvmantel, här grafitöverdragen för att glida så lätt som möjligt mot cylinderloppet.

Kolvtoppen är konkav för att ge önskad virvelbildning på bränsleluftblandningen.

Monterings- och viktklassnings­ märken syns på kolvtoppen. Två kompressionsringar och under dem en oljering. (Kolbenschmidt)

Kolvarna utsätts för stora krafter och hög värme

Förbränningsgaserna pressar kolven nedåt i cylindern under arbetstakten. För att inte förbränningsgaser ska läcka förbi kolven är den försedd med tätningar i form av kolvringar.

Förbränningsgaserna kan bli upp till 2 000 °C varma och värma kolven till över 300 °C samt vid fullast trycka på kolvens toppyta med upp till 3 tons kraft. Kolven utsätts således för stora kraft- och värmepåkänningar.

Många moderna bensinmotorer kan gå med 6 000 r/min varvid kolven går fram och åter i cylindern 100 gånger varje sekund. Kolven påverkas därför av en stor kraft (masskraft, accelerationskraft, tröghetskraft) när den ändrar hastighet och rörelseriktning i sina dödpunkter (ändlägen). För att minska denna kraft görs kolven så lätt som möjligt.

50

Fordon-Motor NY.indd 50

08-02-26 12.56.24

Bensinmotorer · Kap 2

Aluminiumkolvar

Kolvmaterialet är en värmebeständig aluminiumlegering.

Kolvsidan mot cylinderväggen (kolvmanteln) görs liten både för att minska kolvens vikt och för att reducera friktionen mot cylinderloppet. För att ytterligare minska friktionen kan kolvsidan vara överdragen med ett tunt skikt av grafit. På en del motorer har kolvmanteln urtag nedtill för att inte slå emot vevaxelns motvikter.

På kolvtoppen kan det finnas urtag för ventiler. (General Motors)

Ringbärare: en i kolven ingjuten ring av slitstarkt gjutjärn eller stål, med spår för kolvring.

Kolvtoppen har ibland urtag för att ventilerna inte ska slå i kolven när den är högst upp. Vidare kan kolvtoppen ha upphöjningar och nedsänkningar så att bränsleluftblandningen virvlar runt på önskat sätt under inlopps- och kompressionstakter. På kolvtoppen markeras tillverkningskod och viktklassning samt monteringsriktning. Kolvarna i en motor ska ha samma viktklassning för att undvika obalans.

Moderna, högt belastade bensinmotorer med överladdning (”turbomotorer”) kan ha en ingjuten ringbärare av gjutjärn eller stål för den övre kompressionsringen för att minska slitaget i kolvringsspåret, precis som på dieselmotorkolvar. Och liksom dessa kan de innanför kolvringsspåren ha en kylkanal genom vilken kylande motorolja cirkulerar. Motoroljan sprutas in i kanalens inloppshål från ett munstycke nedanför varje cylinder, och rinner sedan ut genom ett utloppshål på kolvens andra sida.

Kolvringar

De två övre kolvringarna kallas kompressionsringar och är av 1 gjutjärn eller stål. De pressas mot cylinderväggen både av egen fjäderkraft och av förbränningsgasernas tryck och ger på så sätt en effektiv tätning. Vidare leder kolvringarna bort värme 2 från kolven till cylinderväggen.

1. Kompressionsringar 2. Oljering

Kolvringarna flyttar sig runt i sina spår på grund av de växlande sidokrafterna när kolven rör sig fram och åter. Det gör att ringfogen inte blir kvar på samma läge, varför man undviker avlagringar i ringspår och att fogen ständigt skaver mot samma del av cylinderväggen.

Den nedersta kolvringen är en oljering (oljeskrapring), som kan vara delad och ha en innanförliggande fjäder som pressar ringen med lagom tryck mot cylinderväggen. Oljeringen skrapar bort större delen av oljan från cylinderväggen, men lämnar kvar lite olja för smörjning av kompressionsringarna.

51

Fordon-Motor NY.indd 51

08-02-26 12.56.25

Sidoförsättning Sidoförsättning

Kolvkylning

Moderna bensinmotorer, i synnerhet de överladdade motorerna, kan liksom dieselmotorer ha oljekylda kolvar.

Nedanför varje cylinder finns i så fall ett uppåtriktat munstycke som sprutar kylande motorolja mot kolvens undersida. Se bild på sidan 140.

Trycksida Trycksida

Kolvtapp Kolvtappen (kolvbulten) överför kraft mellan kolv och vevstake och är fast eller flytande inpassad i kolven. När kolven är på väg upp trycker vevstaken kolvens ena sida mot cylindern och när den är på väg ned trycker vevstaken den andra kolvsidan mot cylinderloppet. Under arbetstakten, när kolven utsätts för en stor kraft från förbränningsgaserna, kan detta medföra att kolven lutar något i cylinderloppet. Följden blir att förbränningsgaser kan tränga förbi kolven och det kan höras slagljud (kolvljud). För att motverka detta förskjuts kolvtappen något åt ena sidan. Vid montering är det viktigt att kontrollera monteringsmärket på kolven så att kolvtappens förskjutning kommer åt rätt håll.

Lutnings­Lutningsriktningen förändras genom riktningen sidoförsättningen förändras genom sidoförsättningen

Kolv med sidförskjuten kolvtapp.

Vevmekanism

Vevmekanismen, som består av vevstakarna och vevaxeln, omvandlar kolvarnas fram- och återgående rörelse till den roterande rörelse som driver bilen.

Kraften från respektive kolv överförs via kolvtapp och vevstake till vevaxeln. (BMW)

52

Fordon-Motor NY.indd 52

08-02-26 12.56.29

Bensinmotorer · Kap 2

Vevstake Vevstaken överför kraft mellan kolven och vevaxeln. Vid fullast kan denna kraft vara över 3 ton. Vevstaken ska alltså tåla stora krafter samtidigt som den måste vara lätt för att de masskrafter som orsakas av vevstakens fram- och återgående rörelse inte ska bli för stora.

I-sektion: vevstaken har ett tvärsnitt i form av ett I för att tåla stora krafter och samtidigt väga litet.

Vevstaken är smidd i en I-sektion av aluminium, stål eller sintrat stål, dvs. av små stålkorn som smälts och pressats samman till önskad form under hög temperatur. Kolvtappen (kolvbulten), som överför kraften mellan kolven och vevstaken, är vanligen flytande inpassad i vevstakens lillände (övre ände). Vevstakens storände (nedre ände) är lagrad med ett vevlager på en vevtapp.

Vevlager

Vevstake med kolvtapp och kolv.

Storändens lageröverfall är spräckt.

(BMW)

På många motorer används aluminiumlager som vevlager.

Lageröverfallet, det vill säga vevlagrets nedre del, kan ha en bearbetad anliggning mot den övre delen. Allt vanligare är spräckt lageröverfall. Vid tillverkningen pressas vevstakens storände isär och spräcks i två delar med ett specialverktyg.

Spräckningen sker på ett exakt angivet ställe. Vevstaken blir på så sätt enklare och billigare att tillverka och lageröverfallet blir noggrannare och stadigare inpassat mot vevstaken.

Vevmekanismen på en fyrcylindrig motor, med kolvar, vevstakar och vevaxel. Ett tandhjul till vevaxel­ lägesgivaren för motorstyrdonet är monterat mellan tredje och fjärde cylindern. (BMW)

53

Fordon-Motor NY.indd 53

08-02-26 12.56.32

Vevaxel Från vevstakarna går kraften till vevtapparna, som sitter i vevaxelns vevslängar. När vevaxeln roterar orsakar varje vevsläng och storänden på vevstaken en centrifugalkraft som balanseras med en eller två motvikter (balanser) på motsatta sidan av vevaxeln. När vevaxeln tillverkas balanseras motvikterna med hjälp av en eller flera urborrningar i ytterkanten.

De flera ton stora krafterna från vevtapparna utsätter vevaxeln för stora vrid- och böjpåkänningar, som dess­ utom växlar riktning hundratals gånger varje sekund.

Motorkonstruktörerna gör därför vevaxeln mycket stabil och lagrar den stadigt i ramlager i cylinderblocket.

Vidare ser konstruktörerna till att vevaxeln är svängnings­ dämpad så att den inte råkar ut för torsionssvängningar (vridsvängningar) som ger motorn en vibrerande och bullrande gång samt förkortar motorns livslängd. Skulle vevaxeln brytas av kan det leda till ett totalt motorhaveri med stora reparationskostnader till följd. Man sätter därför ofta en svängningsdämpare i vevaxelns framända.

Svängningsdämparens nav är fastskruvat vid vevaxeln. Navet är med ett fastvulkaniserat dämpningsgummi förbundet med en ringformad svängmassa som motverkar vevaxelns torsionssvängningar. Svängningsdämparen är ofta hopbyggd med en remskiva för remmen som driver hjälpapparaterna.

Dämparring Dämparring Gummi Gummi Nav Nav

Svängningsdämpare.

På mindre belastade motorer kan vevaxeln av kostnadsskäl vara av gjutjärn, med ihåliga vevtappar för att få ned vikten. På högt belastade motorer smids vevaxeln oftast av stål. Vevaxelns lagerytor kan vara nitrerhärdade för att få ökad slitstyrka. På radmotorer är en vevstake lagrad på varje vevtapp, på V-motorer finns ofta två vevstakar på varje vevtapp. Vissa V-motorer har en sådan vinkel mellan cylinderraderna (cylinderbankarna) att kraftpulserna kommer ojämnt om båda vevstakarna är lagrade på en och samma vevtapp. Man delar därför vevtappen på längden i två halvor, och förskjuter dem något i förhållande till varandra, så att kraftpulserna från cylindrarna kommer med jämna mellanrum.

Sådan delad vevtapp kallas split-pin eller offset-pin.

Split-pin vevtapp med 30° för­ skjutning mellan vevtapparna.

54

Fordon-Motor NY.indd 54

08-02-26 12.56.34

Bensinmotorer · Kap 2

Ramlager

På radmotorer är vevaxeln ofta lagrad i ett ramlager mellan varje cylinder. På V-motorer är det i regel ett ramlager mellan varje par V-ställda cylindrar.

Ett av ramlagren fungerar även som axiallager och har flänsar som tar upp krafter i vevaxelns längdriktning (axiella krafter) när kopplingen används eller när bilen accelererar eller bromsar.

Cylinderblock av aluminium

Ramlagren är på moderna motorer ofta aluminiumlager, eventuellt med olika legering och styrka i övre och undre halvan eftersom de utsätts för olika stora belastningar.

Ramlagerhalvorna har bearbetade ytor mot varandra, men spräckta ramlager liknande de spräckta storändarna på vevstakar används på några nykonstruerade motorer.

Vevaxel på en fyrcylindrig motor. Ramlageröverfallen är hopbyggda med en stadig mellanbädd. Det främsta ram­ lagret (till vänster) tar upp både radiella och axiella krafter.

(Honda)

Vevaxel

Mellanbädd

Ramlageröverfallen kan vara sammanbyggda till en förstärkande mellandel (mellanbädd, ramlagerbrygga, bedplate). Framför det främsta ramlagret finns en tätning som hindrar motorolja och vevhusgaser att läcka ut ur vevhuset och smuts utifrån att tränga in i vevhuset. Liknande tätning sitter bakom det bakersta ramlagret.

55

Fordon-Motor NY.indd 55

08-02-26 12.56.37

Svänghjul Svänghjulet utjämnar kraftpulserna från de olika cylindrarna och lagrar upp den energi som behövs för inlopps-, kompressions- och avgastakterna. Svänghjulet kan vara av tvåmassetyp med den ena delen, primärmassan, fäst vid motorns vevaxel, och den andra delen, sekundärmassan, kopplad till primärmassan med fjädrar. Denna konstruktion dämpar torsionssvängningar.

Svänghjulet tillverkas av stål, stålplåt eller gjutjärn och väger mellan 5 och 25 kg. Vikten beror bland annat på antalet cylindrar och hur kvickt man vill att motorn ska svara på gaspådrag. En motor med ett fåtal cylindrar behöver ett tyngre svänghjul för att få en jämn gång än en motor med många cylindrar. En sportig motor, som ska varva upp snabbt när föraren ger gas får ett lätt svänghjul. Men en sådan motor kan tvärstanna om föraren inte gasar tillräckligt vid start och är därför besvärligare att köra i stadstrafik än en motor med ett tyngre svänghjul.

Startkrans

Svänghjulet är fastskruvat på en fläns vid vevaxelns bakre ände, där kraften överförs till kopplingen och växellådan. På svänghjulets ytterdel är fastkrympt eller på annat sätt fäst en startkrans (kuggkrans) för startmotorns kugghjul (startdrevet).

Vevaxellägesgivare

På svänghjulets ytterdel kan även finnas en tandkrans (tandhjul) för motorstyrdonets varvtalsgivare eller vevaxellägesgivare. På moderna motorer är denna tandkrans ofta ersatt med ett mindre givarhjul (inkrementhjul), som är fäst på vevaxeln mellan två cylindrar. Eller så sitter den invid vevaxelns svängningsdämpare/remskiva. En sådan placering ger en exaktare indikering av vevaxelläget eftersom torsionssvängningarna i vevaxeln inte är så stora som vid svänghjulet. Det gör att motorstyrdonet noggrannare kan bestämma när bränsleinsprutning och tändning ska ske.

På gamla, icke elektroniskt reglerade motorer, finns på svänghjulets ytterkrans inställningsmarkeringar som används vid manuell justering av tändinställningen med hjälp av en stroboskoplampa.

Svänghjulet sitter på vevaxelns bakre ände, hopmonterat med kopplingen. I vevaxelns främre ände är en remskiva med svängningsdämpare. (BMW)

56

Fordon-Motor NY.indd 56

08-02-26 12.56.39

Bensinmotorer · Kap 2

Balansaxlar I de flesta motorer uppstår det obalanser och vibrationer på grund av de masskrafter som uppkommer när kolvarna går fram och åter i cylindrarna. Obalanser uppstår även av de moment som orsakas av vevrörelsen. Genom att förse motorn med en eller två balansaxlar motverkar man mer eller mindre dessa obalanser och vibrationer.

Radmotorer med 6 cylindrar är helt balanserade och behöver inga balansaxlar, liksom boxermotorer med 6 cylindrar och V12-motorer med 60 ° vinkel mellan cylinderraderna.

V8-motorer med den vanligen använda 90 ° vinkel mellan cylinderraderna har så små vevrörelsemoment att balansaxlar inte behövs. Däremot kan kompaktbyggda V8-motorer med en mindre vinkel mellan cylinderraderna, liksom V6-motorer, behöva balanseras med en balansaxel.

Vevaxel Balansaxel

Balansaxel

Två balansaxlar, placerade på olika höjd i cylinderblocket.

(General Motors)

En del fyrcylindriga radmotorer har två balansaxlar på olika höjd i cylinderblocket. Balansaxlarna drivs med kugghjul eller kedja, roterar med dubbla vevaxelvarvtalet och kan vara lagrade i nållager för att minimera friktionsförlusterna. Andra fyrcylindriga motorer har två korta, intill varandra roterande balansaxlar sittande i en kompakt enhet nere i oljetråget.

Trecylindriga radmotorer kan ha en balansaxel, femcylindriga radmotorer två.

På en del sexcylindriga V-motorer samt någon kompaktbyggd V8-motor med endast 60 ° vinkel mellan cylinder­raderna (Volvo V8) motverkas obalanserna av en i vinkeln mellan cylinderraderna placerad balansaxel. På Volvos V8-motor drivs denna balansaxel av samma kedja som de överliggande kamaxlarna.

Balansaxel

En sammanbyggd balans­ axelenhet för en fyrcylindrig motor. (BMW)

57

Fordon-Motor NY.indd 57

08-02-26 12.56.43

Ventilmekanism Ventilmekanismen (ventilsystemet) öppnar och stänger ventilerna vid rätt tidpunkt och reglerar därmed gasväxlingen i motorns cylindrar. Ventilernas öppnings- och stängningstider kallas ventiltider och anges i vevaxelgrader.

Ventiltiderna visas i ett ventildiagram eller ett diagram över ventillyfthöjd. Ventilmekanismen består av kamaxlar, som roterar med halva vevaxelvarvtalet och med sina kamnockar öppnar ventilerna med hjälp av ventiltryckare, ventillyftare, släparmar eller vipparmar. Öppningsrörelsen bestäms av kamnockens öppningsramp. När kamnocken har roterat förbi ventiltryckaren, ventillyftaren, släparmen eller vipparmen, stänger ventilfjädern ventilen, med stängningsrörelsen styrd av kamnockens stängningsramp På de flesta bensinmotorer är ventilerna V-formigt placerade i cylinderhuvudet, påverkade av dubbla överliggande kamaxlar. Kamaxeln till höger trycker genom rullsläparmar på inlopps­ventilerna och kamaxeln till vänster på avgasventilerna. Rullarna som följer kamnockarna är nållagrade. Varje släparm sitter på ett hydrauliskt stöd som automatiskt justerar ventilspelet. Avgasventilerna på denna turboövarladdade motor är natriumkylda. (VW) ÖD 10° Inlopp öppnar 15° Utlopp stänger

Toppventiler

Alla bilmotorer har sedan 1950-talet ventilerna placerade i cylinderhuvudet. De kallas toppventiler eftersom cylinderhuvudet förr kallades topplocket. Alternativt kan sådana ventiler kallas hängande ventiler.

Ventilerna är i regel snedställda i cylinderhuvudet.

Inloppsventilerna lutar åt ena sidan och avgasventilerna åt andra. På så sätt kan ventilerna göras större och förbränningsrummet ges en lämplig kupolform (sfärisk form) eller takåsform. Därigenom blir förbränningsrummet kompakt och har minsta möjliga väggytor som kyler ned förbränningsgaserna. Det minimerar kylningsförlusterna och bränsleförbrukningen .

Utlopp öppnar Inlopp stänger 45°

47° ND

10 8 6 4 2 0 -2 90

140

190

240

290

Ventildiagram och diagram över ventillyfthöjd.

58

Fordon-Motor NY.indd 58

08-02-26 12.57.04

Bensinmotorer · Kap 2

Motor med en eller två överliggande kamaxlar

Nästan alla moderna bilmotorer har en ventilmekanism med en eller två överliggande kamaxlar, det vill säga kamaxlar som ligger uppe i cylinderhuvudet. En överliggande kamaxel, även kallad enkel överliggande kamaxel, påverkar ventilerna genom vipparmar. Två överliggande kamaxlar, även kallade dubbla överliggande kamaxlar, kan påverka ventilerna direkt via ventiltryckare, eller genom släparmar. Internationellt används ofta DOHC, Double Overhead Camshaft, som beteckning för dubbla överliggande kamaxlar.

Till vänster: Ventil­mekanism med en överliggande kamaxel. Till höger: Ventilmekanism med två överliggande kamaxlar.

Stötstångsmotor Vipparmsaxel

Justerskruv

Vipparm

Ventilfjäder

Ventilstyrning Stötstång Ventil

Några amerikanska V6- och V8-motorer samt äldre europeiska motorer har en enklare typ av ventilmekanism med en enda kedje- eller kugghjulsdriven kamaxel, på V-motorer i vinkeln mellan cylinderraderna. Kamaxeln påverkar ventilerna genom stötstänger och vipparmar.

En motor med en sådan ventilmekanism brukar kallas stötstångsmotor. Man har behållit denna konstruktion för att den är enkel, prisbillig och slitstark.

Sidventilmotor

Riktigt gamla bilmotorer, från 1940-talet och tidigare, har ofta sidventiler.

Ventillyftare

Fyra ventiler vanligast Kamaxelhjul

Kamaxel Kam

Vevaxeldrev

Ventilmekanism med stötstänger och vipparmar.

De flesta moderna bensinmotorer har fyra ventiler per cylinder: två inloppsventiler och två avgasventiler. På en fyrcylindrig motor blir det 16 ventiler och på en sexcylindrig motor 24 ventiler, något som ibland anges i bil- eller motorbeteckningen.

Det finns ett fåtal motorer med två ventiler per cylinder och några med tre ventiler per cylinder: två inloppsventiler och en avgasventil.

Ett fåtal motorer för sportiga bilar (Audi och Ferrari) har haft fem ventiler per cylinder: tre inlopps- och två avgasventiler. Konstruktionen blev för dyrbar och gav i praktiken inga fördelar varför den inte används längre.

59

Fordon-Motor NY.indd 59

08-02-26 12.57.12

Inloppsventil av titan för 7-liters V8-motor till sportbilen Corvette. Från vänster den undre ventilbrickan som sitter mellan ventilfjäder och cylinderhuvud, övre ventilbrickan med ventillås (ventilknaster) och ventiltryckare samt ventilfjäder med mindre stigning och större diameter nedtill.

(General Motors)

Ventiler av stål

Ventilerna är i regel av stål och kan ha ventilspindeln (ventilskaftet) nitrerat för att minska slitaget.

På motorer för sportbilar kan inloppsventilerna vara av den lätta men dyra hårdmetallen titan.

Stellitbeläggning

Avgasventilerna blir vid hög belastning (stort gaspådrag) mycket heta, 600–800 °C. Ventiltallrikens tätningsyta mot ventilsätet kan därför vara belagd med en hård och värmebeständig metallegering för att minska risken för brännskador. Ofta används stellit som är en legering av metallerna kobolt, krom och volfram.

Nitrera: ythärdning av stål genom att stålet värms upp i ammoniak eller kvävgas; stålytan tar upp kvävet så att det uppkommer ett mycket hårt skikt av nitrider.

Natriumkylda avgasventiler

Motorer med högt effektuttag, främst överladdade motorer (turbomotorer), har ofta avgasventiler med ihålig ventiltallrik och ventilspindel. Ihåligheten är delvis fylld med metallen natrium. Natrium smälter redan vid 98 °C och när motorn går slungas den smälta natriumfyllningen fram och åter inuti ventilen och transporterar effektivt bort värmen från ventiltallriken till ventilspindeln. På så sätt sänks ventiltallrikens temperatur med ca 100 °C. Man säger att motorns avgasventiler är natriumkylda. På äldre motorer kan avgasventilerna kylas med en fyllning av metallsalt. Ventilerna är således saltkylda.

Varning! Natriumfyllda ventiler får inte tas isär eftersom natrium tänds och kan explodera när det kommer i kontakt med vatten eller fuktig luft.

Natrium Natrium

Natriumkyld avgasventil.

60

Fordon-Motor NY.indd 60

08-02-26 12.57.16

Bensinmotorer · Kap 2

Ventilernas tätningsytor C

44° 45° 46°

D

Ventilens tätningsyta.

Tätningsytorna på ventilen och ventilsätet har en vinkel på ca: 45°. För att få bästa tätning har man en liten vinkelskillnad, exempelvis 45° på sätet och 44,5° på ventilen. Med tiden slits tätningsytorna och anliggningen blir allt bredare vilket ger sämre tätning. Alternativt kan förslitningen leda till att tätningsytorna blivit så smala att värmeavledningen från ventiltallriken till ventilsätet blir för dålig och ventiltallriken överhettas och skadas. I båda fallen måste tätningsytorna fräsas och slipas om.

Ventilspel

När motorn går värms ventilerna upp och ventilspindlarna utvidgas (förlängs) av värmen och blir någon tiondels millimeter längre. Det måste finnas ett spel i ventilmekanismen för att ta hand om denna värmeutvidgning. I annat fall kommer ventilerna att ”stå på” hela tiden, dvs. inte sluta ordentligt mot ventilsätet och riskera att brännas sönder.

Förslitning i ventilmekanismen kan ge ett alltför stort ventilspel. Det hörs då ventilslammer och motorn känns svagare, eftersom det stora ventilspelet medför att ventilerna öppnar för sent och stänger för tidigt. Om ventilspelet är alltför litet eller stort, måste det justeras. Det görs på olika sätt beroende på motortyp.

Vipparmsskruv

På äldre motorer med stötstänger och vipparmar, justeras ventilspelet vanligen med en justerskruv på stötstångssidan av respektive vipparm. Är vipparmarna skålformade och varje vipparm är lagrad mot ett kulstycke på en vipparmsskruv, justeras ventilspelet med en justermutter ovanför kulstycket.

Självjustering av ventilspelet Justerbricka Ventiltryckare Tätning Ventillås Ventilfjäderbricka Ventilfjäder Ventilfjäderbricka Tätning

Ventilstyrning

Justerbricka

Många moderna motorer har en självjusterande mekanism som kompenserar för ventilernas värmeutvidgning. Mekanismen består av en hydraulisk ventillyftare för varje ventil, eller ett hydrauliskt stöd för varje ventilsläparm eller vipparm.

Justerbrickor av varierande tjocklek kan användas för inställning av ventilspelet på motorer med överliggande kamaxel bland annat på många Volvo.

61

Fordon-Motor NY.indd 61

08-02-26 12.57.20

Motorns oljetryck pressar med lagom kraft ut en liten kolv i lyftaren eller stödet så att ventilspelet elimineras och motorn får en tystare gång. När ventilen ska öppna, ser en backventil inne i kolven till att rörelsen överförs utan att kolven trycks in.

Den hydrauliska justeringen av ventilspelet ger motorn en tyst gång. Och minskar servicebehovet eftersom ingen manuell kontroll och justering av ventilspelet ska göras.

A

A

A

Hydraulisk utjämning av ventilspelet.

Ventilfjäder

Ventilfjädern som stänger ventilen är en skruvfjäder av legerat fjäderstål. Fjäderns stigning kan variera utmed längden med mindre stigning (tätare lindning) nedtill och större stigning (glesare lindning) upptill för att motverka egensvängningar A hos fjädern.

Egensvängningar medför bland annat en ökad förslitning.

Fjädern kan även ha större diameter nedtill och mindre diameter upptill för att dämpa egensvängningar. På äldre motorer använder man ibland dubbla ventilfjädrar, den ena innanför den andra, av samma skäl.

Rullsläparm

På allt fler motorer överförs ventilrörelsen från kamaxelns nock till ventilen med en rullsläparm. Släparmen ligger an mot kamnocken med en rulle, som är nållagrad för att minimera friktionsförlusten.

62

Fordon-Motor NY.indd 62

08-02-26 12.57.22

Bensinmotorer · Kap 2

Kamaxel Kamaxeln har kamnockar som ser till att ventilerna öppnar och stänger vid rätt tidpunkt, dvs. vid rätt vevaxelgradtal.

För att motorn ska arbeta så effektivt som möjligt vid olika körförhållanden måste ventilernas öppnings- och stängningstider ändras med motorvarvtalet och belastningen.

Därför införs omställbara kamaxlar på allt fler motorer.

Kamaxlar med sina kamnockar tillverkas av stål eller gjutjärn och görs numera ofta ihåliga för att få låg vikt. Några motorer har ännu lättare kamaxlar tillverkade av stålrör på vilka kamnockarna, ofta av sintrat stål, pressats fast.

Ventillyftare Ventillyftare

Kam Kam Kamaxel Kamaxel

Kamprofil Kamaxel Inloppskamaxel med omställningsmekanism

Kamaxeldrivning (transmission) med kamkedja

Överliggande kamaxlar kan drivas från vevaxeln med en enkel- eller dubbelkedja av stål, alternativt med två efter varandra följande kedjor, eller med kugghjul plus en kedja.

Drivning med stålkedja, ibland av typ kuggkedja, är dyrare Kamkedja men håller längre och tar mindre plats än drivning med kamrem. För att kedjan inte ska slänga och rassla, spänns Hydraulisk den med en hydraulisk kedjespännare (kedjesträckare). kedjespännare Kedjespännarens ledskena av olje- och vämebeständig plast eller gummi trycks mot kamkedjan av en hydraulkolv, påverkad av motoroljans tryck.

Kedjestyrning

Kedja som driver oljepumpen

Kamkedjan smörjs av motoroljan och måste därför ligga innanför en tätslutande kåpa eller lock. Eftersom kamaxeldrivning även kallas transmission, benämns kåpan transmissionskåpa eller transmissionslock.

Dubbla överliggande kamaxlar drivna med en kedja, som spänns med en hydraulisk kedjespännare (till vänster). Inloppskamaxeln har omställningsmekanism vid kedjedrevet. (VW)

63

Fordon-Motor NY.indd 63

08-02-26 12.57.26

Kamrem

Kamaxlar kan också drivas av en kamrem. Kamremmen (kuggremmen) är av glasfiber- eller ståltrådsarmerat gummi ( vanligen kloropren- eller neoprengummi) och har en begränsad livslängd. Beroende på motortyp måste kamremmen bytas efter 80 000, 100 000 eller 120 000 km.

På några få, nykonstruerade motorer är kamremmen förstärkt och bytesintervallet förlängt upp till 240 000 km.

Ståleller Ståleller glasfiberförstärkning glasfiberförstärkning

Kuggrem Kuggrem

Kamremmen hålls spänd av en fjäderbelastad remspännare (remsträckare) och hindras att glida av hjulen genom sidokanter (styrplåtar) på något eller några av hjulen.

Kamremmen ska inte smörjas och kan skyddas av en enkel, icke tätslutande transmissionskåpa.

Det är viktigt att byta kamremmen i tid. Går kamremmen av under körning skadas motorn allvarligt eftersom kolvarna slår mot de ventiler som stannat i öppet läge, med krökta eller avbrutna ventiler och sönderslagna kolvar till följd.

På många äldre motortyper är kamremmen lätt att komma åt under en kåpa av plast och går snabbt att byta. På moderna motorer kan kamremmen vara svårare att byta eftersom den ligger innanför andra motorkomponenter som måste demonteras.

Överliggande kamaxel driven av en kamrem som hålls sträckt med en fjäderbelastad spännare, som har sidokanter (styrplåtar).

Här driver kamremmen även kylvätskepumpen. Remhjulet nere på vevaxeln är något elliptiskt för att motverka torsionssvängningar i kamaxeln och av dessa orsakade ryck i kamremmen. (VW)

Kamaxelomställning

Allt fler motorer har en omställningsmekanism för inloppskamaxeln och ibland även en omställningsmekanism för avgaskamaxeln. d2

d1

d2 > d1

64

Fordon-Motor NY.indd 64

08-02-26 12.57.31

Bensinmotorer · Kap 2

Ventiltiderna anpassas därigenom för olika motorvarvtal och belastningar för att få bästa vridmoment och renaste avgaser.

Omställningsmekanismen består ofta av en hydraulisk rotor vars lameller (rotorvingar) kan röra sig fram och åter i små cylindrar på kamaxeldrevet (kamremshjulet). Därmed kan kamaxeln vridas upp till 70 vevaxelgrader i förhållande till kamaxeldrevet. En elektro­hydraulisk omställningsventil, reglerad av motorstyrdonet, leder vid omställning trycksatt motorolja till lämplig sida av varje lamell.

ECM

På Volvos V8-motor får motor­ styrdonet (ECM, Engine Control Module) insignaler från en vevaxellägesgivare, och en kamaxellägesgivare vid var och en av de fyra överliggande kamaxlarna. Från motorstyrdonet går utsignaler till respektive kamaxels elektrohydrauliska omställningsventil, som reglerar oljeflödet till omställningsenheten vid varje kamaxeldrev. (Volvo Personvagnar)

Vid motorstart och tomgång är inloppskamaxeln omställd för sena ventiltider och avgaskamaxeln för tidiga ventiltider.

Det sker inget ventilöverlapp, det vill säga att avgasventilen har stängt innan inloppsventilen öppnar, vilket ger en stabil tomgång.

Vid högre varvtal omställs inloppskamaxeln mot tidigare ventiltider och avgaskamaxeln mot senare ventiltider, vilket ger en effektivare fyllning av cylindern. Det ger en ökning av motorns vridmoment vid låga och medelhöga varvtal.

Den uppkomna ventilöverlappningen, det vill säga den tid när avgas- och inloppsventilerna är öppna samtidigt, gör dessutom att en del avgaser blir kvar i cylindern när inloppstakten börjar. Det blir alltså en intern avgasåterföring, som minskar förbränningstemperaturen och därmed bildning av hälsofarliga kväveoxider.

1

Avgas

Inlopp

2

Avgas

Inlopp

Avgasventilers och inloppsventilers ventiltider vid motorstart och tomgång (övre bild). Avgasventilers och inloppsventilers ventiltider vid varvtal över tomgångsvarvtalet (nedre bild).

65

Fordon-Motor NY.indd 65

08-02-26 12.57.36

Variabel ventillyfthöjd CPS

Ett system som varierar inloppsventilernas lyfthöjd med varvtalet används av allt fler motortillverkare som ett komplement till kamaxelomställningen.

Honda, Porsche och Volvo använder systemet CPS, Cam Profile Switching, med intill varandra liggande, olika höga kamnockar för varje inloppsventil. En hydrauliskt reglerad mekanism kopplar in den ventiltryckare, vipparm eller släparm som följer den lägre kamnocken vid låga varvtal. Och den ventiltryckare, vipparm eller släparm som följer den högre kamnocken vid höga varvtal.

Motorvarvtal upp till ca 3 000 r/min

Motorvarvtal över ca 3 000 r/min

CPS-systemet har vanligen inloppsventilernas ventiltryckare uppdelad i en inre och en yttre del. Den inre delen följer den mellersta, lägre kamnocken, den yttre delen de högre kamnockarna som ligger på var sin sida om den lägre kamnocken.

En i sidled förskjutbar låspinne inne i en liten cylinder i ventil­ tryckaren avgör vilken del som används. Låspinnen förskjuts av motoroljan, som tillförs den ena eller andra sidan av låspinnen genom en ventil, reglerad av motorstyrdonet. (Volvo Personvagnar)

66

Fordon-Motor NY.indd 66

08-02-26 12.57.37

Bensinmotorer · Kap 2

VALVETRONIC vid minsta ventillyfthöjd. (BMW)

VALVETRONIC vid högsta ventillyfthöjd. (BMW)

Variabel ventillyfthöjd VALVETRONIC

BMW och PSA Peugeot Citroën använder systemet VALVETRONIC, som ger en kontinuerlig variation av inloppsventilernas lyfthöjd från ca 0,2 mm vid tomgång till närmare 10 mm vid fullgas och högt varvtal. Det är föraren som via gaspedalen och motorstyrdonet påverkar ventillyfthöjden och därmed den mängd bränsleluftblandning som strömmar in i cylindrarna, det vill säga gaspådraget.

Någon konventionell reglering av gaspådraget med gasspjäll behövs inte, vilket gör att de strypförluster som gasspjället orsakar vid dellast försvinner, och bränsleförbrukningen sjunker något. Skulle det bli fel på VALVETRONIC-systemet finns dock för säkerhets skull ett vanligt gasspjäll.

Ventilmekanismen på en fyrcylindrig BMWmotor med Bi-VANOS, dvs. omställning av både inlopps- och avgaskamaxeln, och VALVETRONIC för variation av inloppsventilernas lyfthöjd (till höger i bilden). Kamaxlarna drivs av en kedja från vevaxeln. Nedanför vevaxeln kedjedrivning till de två balansaxlarna, som går med dubbla vevaxelvarvtalet. (BMW)

67

Fordon-Motor NY.indd 67

08-02-26 12.57.41

Inloppssystem Inloppssystemet måste ha en luftrenare (luftfilter) som renar inloppsluften från damm. Dammet skulle annars ge ett onödigt slitage på kolvar, kolvringar och cylindrar och därmed förkorta motorns livslängd. Bullret som orsakas av den pulserande (stötvisa) insugningen dämpas med ljuddämpare.

Intaget till luftrenaren läggs i motorrummets främre del, vanligen vid sidan av kylaren för att ouppvärmd ytterluft ska strömma in. Luftintaget formas så att regn inte kan tränga in eller snö täppa igen intaget.

Luftrenare

På de flesta motorer består luftrenaren av ett hus av plast med ett utbytbart pappersfilter. Papperet i insatsen är av en hållbar och fukttålig typ, och veckat för att den filtrerande ytan ska bli så stor som möjligt. Pappersinsatsen får inte tvättas eller inoljas, utan den enda serviceåtgärden är att byta insatsen.

Eventuellt kan den blåsas ren med tryckluft.

På riktigt gamla motorer filtreras inloppsluften i ett oljebadsfilter. Luften strömmar först förbi ett oljebad där en del dammpartiklar fastnar. Den oljeblandade luften stiger sen genom metallull, där ytterligare damm och oljan fastnar. Denna olja droppar tillbaka ned i oljebadet. Oljan måste bytas ofta och metallullen tvättas ren om detta filter ska fungera.

Inloppsljuddämpare

Inloppsljuddämparen, som också är av plast, kan vara sammanbyggd med luftrenarhuset eller ligga separat. Den kan ha större eller mindre resonanskärl, resonator, som minskar inloppsluftens bullerskapande tryckvariationer (pulsationer).

Resonanskärl, det kan vara ett eller flera kärl anslutna till inloppssystemet, har en bestämd form och volym, och avger en viss luftvolym i takt med motorns insugningar så att den pulserande (stötvisa) luftströmmen blir jämnare.

Luftmassemätare

Inloppsluften leds därefter genom en luftmassemätare som signalerar till motorstyrdonet hur mycket luft som strömmar in i motorn. De pulsationer som fortfarande finns kvar i inloppsluften kan påverka luftmassemätarens mätfunktion.

I motorstyrdonet finns dock program som kompenserar för detta.

Pulsationer betyder här inloppsluftens tryck- och hastighetsändringar i takt med motorns insugningar.

Varje gång luften sugs in till en cylinder minskar trycket och ökar hastigheten på inloppsluften.

68

Fordon-Motor NY.indd 68

08-02-26 12.57.41

Bensinmotorer · Kap 2

Gasspjäll

På alla bensinmotorer, frånsett de som har ventilsystemet VALVETRONIC, regleras pådraget med ett vridbart gasspjäll som sitter i gasspjällshuset efter luftmassemätaren.

På kraftigt trimmade sportmotorer kan det för alla cylindrar gemensamma gasspjället vara ersatt med ett gasspjäll i varje cylinders inloppsrör. Gasspjället kan manövreras direkt från gaspedalen med en vajer eller på en del äldre motorer med länkar.

E-Gas eller ETA

Numera har många motorer E-Gas eller ETA, Electronic Throttle Actuator. Gasspjället manövreras med en elektrisk ställmotor, exempelvis en pulsreglerad likströmsmotor, som styrs av utsignaler från motorstyrdonet, som i sin tur får insignaler från givare vid gaspedalen. E-Gas eller ETA kan ha en nödfunktion, kallad limp-home-funktion, som gör att man vid fel i systemet kan fortsätta att köra med ett begränsat vridmoment för att komma hem eller till en verkstad.

Svängningsavstämd: luft eller annan gas som strömmar stötvis genom ett rör råkar i trycksvängningar (tryckvariationer), som är snabba i ett kort rör och långsamma i ett långt rör; man avstämmer rörlängden för att få önskad frekvens på trycksvängningarna.

Separata inloppsrör på en sugmotor

På en sugmotor, dvs. en motor utan kompressor eller turbokompressor, leds inloppsluften därefter till ett samlingskärl.

Från samlingskärlet går luften i separata och lika långa inloppsrör till varje cylinder. Inloppsrören, som är av glasfiberarmerad plast eller aluminium, är svängningsavstämda i stil med orgelpipor. Luften får därigenom ett övertryck vid inloppsventilerna strax innan ventilerna stänger. Det gör att mer luft kommer in i cylindern och mer bensin kan sprutas in och förbrännas, så att motorn ge ett högre vridmoment.

Inloppsrör

En sugmotor, här en femcylindrig Volvomotor, har i regel separata och lika långa inloppsrör till varje cylinder.

(Volvo Personvagnar) E-gas eller ETA Snöventil Luftmassemätare Luftrenare med resonanskärl (resonator)

Fordon-Motor NY.indd 69

Kåpa med motorstyrdon innanför

69

08-02-26 12.57.43

Direktinsprutning av typ common rail, reglerad av motorstyrdonet. (Bosch)

1 Luftmassemätare 2 Motorstyrdon 3 Högtryckspump 4 Common rail 5 Insprutare 6 Vevaxelvarvtalsgivare 7 Kylvätsketemperaturgivare 8 Bränslefilter 9 Gaspedalgivare

Direktinsprutning med common rail

De flesta dieselmotorer för personbilar har numera en av motorstyrdonet reglerad direktinsprutning av typ common rail, med ett bränslefördelningsrör (commonrail) gemensamt för alla cylindrar i en cylinderrad. På en V-motor finns det således två bränslefördelningsrör, ett för vardera cylinderraden.

Systemets högtryckspump, som pumpar bränslet med högt tryck till bränslefördelningsröret, drivs från vevaxeln eller en av de överliggande kamaxlarna. Insprutningstrycket varierar på dagens common rail-insprutning från 200–300 bar vid tomgång till 2 000 bar vid höga varvtal. Från common rail går ett kort tryckrör till varje insprutare.

Common rail eller bränslefördelningsrör är ett metallrör med kraftiga väggar.

Röret måste ju tåla tryck över 2 000 bar, alltså 2 000 gånger atmosfärstrycket.

Röret hålls ständigt fyllt med bränsle under högt tryck, och från röret fortsätter bränslet genom korta rör till den elektroniskt reglerade insprutaren i varje cylinder.

152

Fordon-Motor NY.indd 152

08-02-26 13.03.07

Dieselmotor för personbil · Kap 3

Högre insprutningstryck ger effektivare förbränning

I slutet på 1990-talet hade den första generationens common rail-insprutning ett högsta insprutningstryck kring 1 350 bar.

Den andra generationen lanserades 2001 och fick maximala insprutningstrycket kring 1 600 bar. Den tredje generationen, som infördes mellan 2003 och 2005, kom upp i 1 800 bar.

Fjärde generationen kom 2007 och har ett högsta insprutningstryck över 2 000 bar.

Common rail

Insprutare

Motorstyrdon

Högtryckspump

Common rail-systemets komponenter. Motorstyrdonet kallas ibland EDC, Electronic Diesel Control. (Bosch)

Elektromagnetiskt reglerad ventil

Piezoelement som reglerar ventil

153

Fordon-Motor NY.indd 153

08-02-26 13.03.15

Common rail-systemets trecylindriga högtryckspump.

På nyare system kan högtryckspumpen vara encylindrig. (Volvo Personvagnar) Matarpump

Högtryckspump

Flera delinsprutningar: förinsprutning, huvudinsprutning, efterinsprutning

Förinsprutningen (pilotinsprutningen), som inleder förbränningen tyst och mjukt, kan ha 1–3 % av hela den av styrdonet beräknade insprutningsmängden. Den kan vid låga motorvarvtal följas av ännu en förinsprutning för att få en stabil och tyst förbränning. Därefter kommer huvudinsprutningen, som även den kan vara uppdelad i delinsprutningar för att få en jämn och stabil förbränning. Slutligen kan det komma en eller två mindre efterinsprutningar, exempelvis om det behövs extra varma avgaser för att regenerera partikeltfiltret. Hela insprutningsförloppet (insprutningssekvensen) tar 0,1–0,2 ms (millisekunder) beroende på motorns varvtal och belastning.

Ett praktiskt exempel: Insprutningssystemet på senare versioner av Volvos femcylindriga dieselmotor är programmerat att under normala körförhållanden ge en förinsprutning och en huvudinsprutning vid motorvarvtal upp till ca 3 400 r/min.

Vid högre varvtal sker enbart en huvudinsprutning. Vid låg yttertemperatur (under +4 °C) och höjd överstigande 1 000 m över havet sker vid varvtal under 2 800 r/min två förinsprutningar för att få en stabil och tyst förbränning. En efterinsprutning sker vid halvlast mellan ca 1 500 och 2 500 r/min för att förbränna sot inne i cylindern. När partikelfiltret ska regene-

Regenerera: av ett latinskt ord som betyder ”återskapa”; man återskapar partikelfiltrets fulla verkan genom att bränna bort de sotpartiklar som höll på att sätta igen filtret.

154

Fordon-Motor NY.indd 154

08-02-26 13.03.16

Dieselmotor för personbil · Kap 3

reras sker två efterinsprutningar för att hetta upp avgaserna så mycket att sotet i filtret börjar brinna

Snabba piezoinsprutare Piezoinsprutare öppnas och stängs av ett i insprutaren inbyggt piezoelement, som består av flera hundra lövtunna tunna lager av piezoelektriska kristaller, vanligen av en kiselförening.

Läggs en elektrisk spänning över kristallerna, ändrar de omedelbart sin struktur och blir högre. De ovanpå varandra staplade kristallagren förlänger då tillsammans piezoelementet något mindre än en tiondels mm, vilket räcker för att öppna insprutaren.

Många moderna system för direktinsprutning har piezoinsprutare, som arbetar upp till fyra gånger snabbare än elektromagnetiskt styrda (solenoidstyrda) insprutarna. Det gör att insprutningen kan delas upp i ännu fler delinsprutningar från tomgång upp till höga varvtal, vilket ger renare avgaser och en tystare gång på motorn.

I insprutaren finns en stapel av 400–500 ca 0,1 mm tjocka piezoelement som påverkas av strömpulser från motorstyrdonet.

En elektrisk puls för att öppna insprutningen kan exempelvis vara på 160 V och 8A.

Piezoelement Hydraulmodul (förstärkare)

Ventil Insprutningsvolym mm3/ms

Vevaxelvinkelgrader Piezoinsprutare som vid motorvarvtalet 3000 r/min ger fyra delinsprutningar. (Renault)

155

Fordon-Motor NY.indd 155

08-02-26 13.03.17

Insprutare med flera hål

Insprutarens nederdel, spridaren, är på direktinsprutade motorer en hålspridare. Genom dess 5, 6, 7 eller 8 precisionsbearbetade hål sprutas bränslet finfördelat och likformigt in i förbränningsrummet. Hålen kan ha en så liten diameter som 0,16 mm. Ju högre insprutningstryck desto mer fördelas bränslet upp i mikroskopiska bränsledroppar.

Ju mindre bränsledropparna är desto snabbare tänds och förbränns de. Det ger högre energiutbyte och mindre risk för att oförbrända eller delförbrända bränslerester kommer ut som hälso- och miljöfarliga avgaser och partiklar. Med andra ord medför högre insprutningstryck lägre bränsleförbrukning och renare avgaser.

Insprutare med det finfördelade bränslet strömmande ut genom sex hål. (Bosch)

156

Fordon-Motor NY.indd 156

08-02-26 13.03.22

Dieselmotor för personbil · Kap 3

Sex bilder tagna med en höghastighetskamera i en delvis genomskinlig forsknings­ motor. De visar hur bränslet sprutas ut genom spridarens sex hål och tänds av den komprimerade, heta luften. Mellan två av bränslestrålarna syns det inkopplade glödstiftet som en ljus punkt. (Daimler)

Initiera: i det här fallet betyder det att sätta igång på ett föreskrivet sätt.

Insprutare finns i olika klassningar på grund av toleransskillnader. Vid byte ska man se till att samtliga insprutare för en motor tillhör samma klassning. Vid insprutarbyte måste i regel motorstyrdonet omprogrammeras eller initieras.

Glödstift

För att underlätta start i kallt väder finns i varje cylinder ett av motorstyrdonet reglerat glödstift. Numera används snabbverkande glödstift, som på några sekunder kommer upp i närmare 1 200 °C. Därför kan moderna dieselmotorer startas nästan lika snabbt som bensinmotorer. Även vid minusgrader tar startförloppet bara 2–3 sekunder. För att motorn ska gå jämnt och tyst, och inte släppa ut för mycket avgaser (blårök eller vitrök bestående av oförbränt bränsle) kan glödstiften förbli inkopplade 3–4 minuter efter en kallstart.

157

Fordon-Motor NY.indd 157

08-02-26 13.03.37

Stavglödstift

Det finns olika slags glödstift, anpassade för olika motorer och reglersystem. Stavglödstift har en värmespiral inuti en glödstav av värmebeständigt material. Självreglerande stavglödstift har en mycket snabbt upphettad värmespiral ytterst i glödstaven. Seriekopplad med värmespiralen finns en reglerspiral som höjer det elektriska motståndet med stigande temperatur så att glödstiftet inte överhettas och smälter.

Keramikglödstift

Keramikglödstift har en extra värmetålig glödspiral innesluten i keramiskt material, till exempel silikonnitrit. Keramikglödstift finns med självreglering. Nackdelen med keramikglödstift är att keramikskiktet är ömtåligt och kan lätt skadas vid oförsiktig montering.

Gödstiftets heta spets sticker en bit ned i förbränningsrummet och höjer den komprimerade luftens temperatur så att det insprutade bränslet tänds ordentligt vid en kallstart. (Bosch)

158

Fordon-Motor NY.indd 158

08-02-26 13.03.41

Dieselmotor för personbil · Kap 3

Genomskärning av glödstift.

Körning med FAME/RME

De flesta moderna dieselbränslesystem är anpassade för upp till 5 % inblandning av biobränslet FAME (Fat Acid Metyl Ester) eller RME (Raps Metyl Ester). Större inblandning rekommenderas inte av vissa dieselmotortillverkare bl. a. för att FAME/RME kan göra bränslet trögflytande med tiden, så att insprutningssystemet inte fungerar som det ska. Om bilen ska stå en längre tid, mer än två–tre veckor, och har körts på FAME/RME-bränsle, rekommenderar dessa motortillverkare att tanken fylls med vanligt dieselbränsle och bilen körs minst en halvtimme så att FAME/RME-bränslet spolas ur bränslesystemet.

Fotogen kan eventuellt blandas i, men inte bensin

En del motortillverkare tillåter inblandning av fotogen i dieselbränslet för att göra det mer lättflytande vid sträng kyla.

Däremot får man inte använda bensin för detta ändamål eftersom bensin inte kan smörja dieselpumpar, som då kan skära ihop. Av samma skäl får man absolut inte starta en dieselmotor om man av misstag fyllt bensin i tanken.

159

Fordon-Motor NY.indd 159

08-02-26 13.03.43

SYSTEM

SYSTEM Motor

FOR DON · SYSTE M / MOTOR

D

e n här bo k e n riktar sig till alla som behöver

kunskaper om Bensin- och Dieselmotorer, hur de olika

komponenterna i motorerna fungerar och vilken uppgift de har. Du får en överblick över olika motorer, deras prestanda samt i vilka sammanhang de används.

Serien Fordon, där den här boken Motor ingår, kommer att omfatta faktaböcker och webbtjänster. Webbtjänsten, där Motor Online ingår, har animeringar och annat kompletterande material till faktaböckerna, där det också finns kontrolluppgifter och självtester.

Webbtjänsten kommer också att ge förslag på olika praktiska moment och hur de kan genomföras.

Motor Online (webbtjänst) Best. nr 47-90024-4

Best. nr47-00000-0 47-01887-1 Best.nr

FORDON

Motor

Tryck.nr 47-00000-0 Tryck. nr 47-01887-1

FORDON

OMSLAG - Fordon - motor_syst.indd 1

08-03-10 13.30.36