Bensinmotor

En bensinmotor er en intern forbrenningsmotor som først og fremst brukes i biler. Omtrent 80% av alle biler har firetakts bensinmotor, de aller fleste andre har firetakts dieselmotor. I desember 2005 ble det for første gang i Norge registrert flere personbiler med dieselmotor enn med bensinmotor.

Typer

Bensinmotorer opererer vanligvis etter stempelprinsippet. Unntaket er Wankelmotoren.

Firetaktsmotoren er mest vanlig fordi den har virkningsgrad på omkring 35%, noe som er høyt i forhold til totaktsmotoren. Ulempen med firetaksmotoren er at den er relativt tung og komplisert i forhold til arbeidet den kan utføre, derfor brukes totaksmotoren ofte i lette kjøretøy og maskiner, som i snøskutere og motorsager.

Virkningsgraden er imidlertid høyest i dieselmotorer og nyere dampmaskiner.

Virkemåte

En bensinmotor fungerer etter stempelprinsippet. I motsetning til i dieselmotorer blir drivstoffet blandet med inntaksluften før blandingen blir sluppet inn i sylinderen. I tradisjonelle firetaktsmotorer og i totaktsmotorer brukes en forgasser til å blande inntaksluft og drivstoff, men i så godt som alle nye biler med firetaktsmotor benyttes elektronisk innsprøytning, der monterte injektorer sprøyter drivstoff inn i inntaksmanifolden når inntaksventilen åpnes. At det brukes elektronisk innsprøytning vises ofte ved en i i slutten av bilens modellnavn. Fordelen med dette er at en styringsenhet (ECU) kan regulere nøyaktig hvor mye drivstoff som skal sprøytes inn hver gang.

Firetaktsmotor

Firetaktsmotoren eller Otto-motoren ble utviklet av den tyske ingeniøren Nikolaus Otto i 1876. Den har ventiler i toppen av hver sylinder hvor en eller flere slipper inn en blanding av luft og drivstoff, og andre slipper ut eksos. Bakgrunnen for navnet «firetakt» er at prosessen foregår i fire «takter».

Innsugningstakt – stempelet trekkes utover, innsugsventilen(e) åpner seg, og blandingen av luft og bensin suges inn.
Kompresjonstakt – stempelet dyttes innover, ventilene er stengte, blandingen komprimeres til omtrent en 1/10 av volumet.
Forbrenningstakt – en tennplugg antenner bensin-luft-blandingen. Ventilene er fortsatt stengte. Eksplosjonen presser stempelet tilbake med voldsom kraft.
Utblåsningstakt – stempelet dyttes innover igjen, eksosventilen(e) åpner seg, og eksosen stempelet skyver forbrenningsgassene ut av sylinderen.

Ventilene styres av en eller flere kamaksler som roterer nøyaktig halvparten så fort som veivakselen. Kamakselen dytter på ventilløftere, som åpner ventilene. I en vanlig firesylindret motor har man gjerne 8 ventiler, men noen firesylindrede motorer har 16 ventiler, dvs. to innsugsventiler og to eksosventiler for hver sylinder. Man har da to kamaksler, en for innsug og en for eksos. Siden ventilene må gå i takt med motoren, altså veivakselen, går det en tannet registerreim fra veivakselen til kamakselen. Noen produsenter velger å bruke et kjede i stedet for en reim til denne oppgaven. Det finnes også motorer med underliggende kamaksler. Disse har støtstenger som som overfører bevegelsen fram kamakselen til ventilløfteren, som i sin tur overfører bevegelsen til ventilene. Denne konstruksjonen er lite brukt i nyere bilmotorer. Den brukes hovedsaklig på amerikanske V8-motorer.

Totaktsmotor

Bensintotaktsmotorer er svært enkle, med få bevegelige deler. De trenger ikke ventiler, fordi det er stempelet som dekker og avdekker innsugs- og utblåsningsåpningen(e). Fordi begge sider av stempelet er i bruk, blir det litt feil å si at stempelet går ut og inn. Vi kan heller kalle det opp og ned, der opp er mot topplokket. De 2 taktene:

Når stempelet er på topp, eksploderer bensin-luft-blandingen, og presser stempelet ned. Samtidig under stempelet, i veivhuset, stenges en tilbakeslagsventil, såkalt Reedventil, slik at en blanding av luft og bensin som er der nede ikke kommer ut, og den blir kompimert.

Før stempelet når bunnen, avdekker stempelet utblåsningsåpningen(e), og mesteparten av eksosen forsvinner ut. Like før stempelet når bunnen, avdekker det også åpningen til en eller flere kanaler (innsuget) som forbinder oversiden og undersiden av stempelet. Mye av den komprimerte blandingen av luft og bensin slipper inn i rommet over stempelet og fortrenger det som er igjen av eksos.

Når stemplet har kommet så vidt over bunnpunktet, dekker det innsugningskanalen(e). Utblåsningsåpningen(e) er fortsatt åpne en bitteliten stund til, og dessverre er det ikke til å unngå at noe av bensin-luft-blandingen også forsvinner ut i eksosrøret. Stempelet fortsetter oppover, dekker over utblåsningsåpningen(e), og komprimerer blandingen. Samtidig under stempelet øker volumet, og det stadig lavere trykket får tilbakeslagsventilen til å åpne seg, slik at mer bensin-luft-blanding slipper inn.

Legg merke til at eksplosjonen bare skjer på oversiden av stempelet, men dobbelt så ofte som på firetakt.

For at minst mulig ubrent bensin og luft skal komme ut i eksosrøret, bør totaktsmotorer ha en litt motstand i eksosrøret. Ikke bare er det miljøvennligere, en totaktsmotor går faktisk bedre med riktig motstand enn med fri eksos. Derfor er totaktsmotorer godt egnet å ha turbo på, etter som det skaper litt motstand. Eksospotta har en spesiell funksjon på totaktsmotorer: Når utblåsningsåpningen(e) åpnes, sprer eksplosjonen seg ut i eksosrøret. Dette er en trykkbølge. Når den møter enden av det store rommet i eksospotta, kommer ekkoet tilbake inn i sylinderen. Ved et visst turtall vil trykkbølgen komme tilbake igjen rett før utblåsningsåpningen(e) lukker seg igjen, slik at ubrent luft og bensin i eksosrøret dyttes tilbake inn i sylinderen. Resultatet blir omtrent det samme som om motoren skulle hatt turbo.

Volum per sylinder

På høyt turtall blir tregheten i stemplene et problem, og fører til stor slitasje på motordelene. Derfor bør ikke stemplene være for tunge eller ha for lange bevegelser. Effekten til motoren er til enhver tid lik dreiemomentet ganger turtallet. For å øke dreiemomentet, kan man øke volumet i hver sylinder eller legge til flere sylindre. Øker man volumet per sylinder, øker også tregheten i hvert stempel, slik at motoren ikke tåler høyt turtall; dermed må en motor forstørres betraktelig hvis man for eksempel vil doble effekten.

Virkningsgraden blir ofte noe bedre med stort volum per sylinder, fordi friksjonen for eksempel er større i to små sylindre enn i én dobbelt så stor sylinder. Dessuten bruker store motorer ofte å kjøre på mer økonomiske turtall. Har motoren mer enn nok effekt, kan man også trimme den ned litt, altså modifisere den slik at det maksimale dreiemomentet kommer på lavere turtall. Det vil redusere effekten men øke virkningsgraden. Hvor stort volum en motor skal ha per sylinder er en balansegang mellom virkningsgrad og vekt. På biler er det vanlig å ha omkring 0,5 liter volum per sylinder. 1,1 liter og 0,23 liter per sylinder finnes også. Hvis resten av kjøretøyet veier mye, spiller det liten rolle for kjøreegenskapene om motoren også er tung. Det er slett ikke sikkert at en bil med stor motor bruker mer bensin enn en undermotorisert bil på å kjøre den samme veien. For stor motor er heller ikke bra, da bensinmotorer alltid bruker litt bensin på å holde seg i gang.

Se også