Traktorteknikk 2 : Motoren [2] 8258504428 [PDF]

Zitiervorschau

GUNNAR5IRØMSNES PER BERNT TUFTE

Traktorteknikk 2 Motoren BOKMÅL

B Nasjonalbiblioteket Depotbiblioteket

YRKESOPPLÆRING I • S 1987

© 1987, Yrkesopplæring i ■ s 1. utgave, 1. opplag Godkjent av Rådet for videregående opplæring i juli 1987 til bruk i den videregående skole. Omslag: Reidar Gjørven Illustrasjoner er hentet fra: Gunnar Strømsnes: Bilteknikk 1, Yrkesopplæring Kunze: Das Neue Traktorlexikon, Vogel-Buchverlag Informasjonshefter fra Bosch og John Deere Noen illustrasjoner er nytegnet ved forfatterne og Bjørn Norheim

Det må ikke kopieres fra denne boka i strid med åndsverksloven og fotografiloven eller i strid med avtaler om kopiering inngått med KOPINOR, interesseorgan for rettighetshavere til åndsverk. Kopiering i strid med lov eller avtale kan medføre erstatningsansvar og inndraging, og kan straffes med bøter eller fengsel. Printed in Norway by PDC • Printing Data Center a.s, 1930 Aurskog, 1987

ISBN 82-585-0442-8

Forord

Denne boka er annet bind i en serie på fire bøker om landbrukstraktoren. De andre bøkene er: Hydraulikk Drivverk, styring og bremser Reparasjon og vedlikehold

Bøkene i serien er beregnet på elever i VK2 ved landbruksmekanikerlinjen i den videregående skolen. De vil også være tilpasset elever ved agroteknikerkurset i studieretning for landbruksteknikk. Denne boka, Motoren, bygger på gjennomgått videregående kurs 1 ved landbruksmekanikerlinjen. Andre som har tilsvarende kunnskaper vil også ha utbytte av å studere den. Boka om motoren i landbrukstraktoren krever gode kunnskaper i fysikk, om utbyttet av studiet skal bli godt. Den har dessuten med et kapittel som er beregnet til selvstudium. Det er kapittel 10. Det er først og fremst beregnet på elever med særlig interesse for stoffet, og som ønsker viten utover den oppsatte læreplanen for VK2.

Forfatterne

Innhold

1

Den moderne landbrukstraktoren.....................................................

Traktortyper .................................................................................... Forbrenningsmotoren .................................................................... Drivverk .......................................................................................... Styring og bremser .......................................................................... Hydraulisk og elektrisk utstyr........................................................ Sikkerhet, ergonomi, forurensning .............................................. 2

7 7 10 15 17 18 20

Motoreffekten ....................................................................................... 21 Innledning........................................................................................ 21 Kraft på stempelet og stempelarbeid ............................................ 23 Trykk og temperatur i motorsylinderen under kompresjonsarbeidet .............................................................. 24 Kompresjonsforholdet .................................................................... 26 Forbrenningen ................................................................................ 27 Forbrenningen i dieselmotoren. Utregning av trykk og temperatur .......................................................................... 29 Ekspansjonen .................................................................................. 31 Samlet trykkdiagram — kretsprosessen........................................ 32 Arealet i trykkdiagrammet ............................................................ 32 Middeltrykket.................................................................................. 34 Motoreffekten.................................................................................. 36 Virkningsgradene............................................................................ 37 Litereffekt, stempelhastighet og dreiemoment............................ 41 Eksempler og oppgaver.................................................................. 44

3 Lufttilførselen og avgassystemet .......................................................

Luftbehovet og motoreffekten ...................................................... Fylling av sylinderen........................................................................ Fyllingsgraden.................................................................................. Ventilmekanismen .......................................................................... Hvordan kamakselen blir drevet .................................................. Avgassystemet ................................................................................ Overlading........................................................................................ Dieselmotoren egner seg særlig godt til turboladning ................ 4 Brensel og forbrenning........................................................................

Brenseltyper .................................................................................... Hovedkrav til motorbrenslene ...................................................... De tekniske egenskapene til bensin .............................................. Oktantallet i bensin ........................................................................ Fordampningsegenskapene til bensin .......................................... Brensel til dieselmotoren................................................................ Mer om cetantallet og tenningsforsinkelsen ................................ Dieselbrenselet om vinteren .......................................................... Motorbrensel inneholder svovel.................................................... Mer om forbrenning og nødvendig luftmengde .......................... Oppgaver..........................................................................................

48 48 49 53 53 57 58 60 63 64 64 65 66 67 68 68 70 72 73 73 76

5

Brenseltilførsei i ottomotoren ........................................................... 77 Innledning ........................................................................................ 77 De viktigste oppgavene til forgasseren.......................................... 78 Tilmåling av bensin til luftmengden ved ulike belastninger på motoren ........................................................ 78 Arbeidsprinsippet til forgasseren .................................................. 79 Forgasseren...................................................................................... 80 Oppgaver.......................................................................................... 84

6 Dieselmotorens brenselsystem - brenselforbruk ............................ Innledning........................................................................................ Lavtrykksdelen i brenselsystemet..................................................

Høytrykksdelen i brenselsystemet ................................................ Innsprøytningspumper. Rekkepumper ........................................ Forinnsprøytningsvinkelen. Justering av rekkepumpa .............. Regulatoren til rekkepumpa .......................................................... Fordelerpumpe................................................................................ Mer om regulatoren ........................................................................ Forbrenningsrom ............................................................................ Innsprøytningsventilen .................................................................. Brenselforbruk ................................................................................ Øvingsoppgaver .............................................................................. 7

Tenningsanlegget i ottomotoren ....................................................... Oppgaven til tenningsanlegget ......................................................

Vanlig batteritenningsanlegg ........................................................ Magnettenning ................................................................................ Oppgaver.......................................................................................... 8

Smøresystemet .....................................................................................

Smøresystemets oppgaver.............................................................. Hvordan smøresystemet er bygd opp............................................ Smøreoljen ...................................................................................... Øvingsoppgaver .............................................................................. 9 Kjølesystemet ....................................................................................... Hvorfor det må være kjøling på motoren...................................... Temperaturene i sylinderen og sylinderslitasjen..........................

Væskekjøling .................................................................................. Luftkjøling ...................................................................................... Øvingsoppgaver .............................................................................. 10

85 85 86 87 87 91 93 94 99 101 105 107 116 118 118 118 120 124 125 125 127 129 133

134 134 135 135 140 143

144 Om treghetskrefter i motoren........................................................ 144 Treghetskreftene i en motor med én sylinder .............................. 144 Treghetskrefter fra de fram-og tilbakegående delene................ 146 Treghetskreftene i de roterende delene........................................ 148 Hvordan kan vi redusere virkningen av treghetskreftene? ........ 150 Når vi setter sammen flere sylindrer, kan vi oppnå god avbalansering av treghetskreftene ........................................ 151 Firesylindrede traktormotorer har ofte balanseaksler................ 152 Oppgaver.......................................................................................... 154 Vibrasjoner og avbalansering (tillegg) .............................................

Løsninger til regneoppgavene i kapittel 2 .................................... Stikkordliste ....................................................................................

155 157

1

Den moderne landbrukstraktoren

Traktortyper

Figur 1.1a Firehjulstraktor med drift på to hjul Dette er den vanligste traktoren i jordbruket.

Figur 1.1 b Firehjulstraktor med drift på alle hjul Denne traktortypen blir mer og mer vanlig.

7

Figur 1.1 c

Beltetraktor Beltetraktoren har stor trekkevne og kan ta seg fram i vanskelig terreng. Den blir lite brukt i jordbruk og skogbruk.

Figur 1.1 d

Rammestyrt traktor Denne typen blir også kalt midjestyrt eller senterstyrt traktor, eller leddtraktor. Den blir særlig brukt i skogbruket, men også noen få store jordbrukstraktorer er bygd slik.

8

Figur 1.1 e

Transporter Transporteren blir brukt i jordbruket der det er bratt. Lastekasse og forskjellige redskaper kan monteres på.

Figur 1.1 f

Redskapsbærer Denne traktoren gir god oversikt over redskapen, og det er særlig nyttig ved arbeid i radkulturer. Den er foreløpig lite utbredt.

Figur 1.1 g Tohjulstraktor Tohjulstraktorene er små i forhold til de firehjulsdrevne. De blir for det meste brukt der det er bratt, som motorslåmaskiner. Mellomstore og store tohjulstraktorer kan en montere ulike redskaper på, og de kan nyttes til transport.

9

F orbrenningsmotoren Det finnes flere typer motorer, og vi bruker visse kjennetegn for å skille dem fra hverandre. Ett skille går mellom totakts- og firetaktsmotorer. Et annet skille går mellom ottomotorer (bensinmotorer) og dieselmotorer. Navnene har de etter konstruktørene August N. Otto og Rudolf Diesel.

Figur 1.2 Firesylindret ottomotor for personbil

1 2 3 4 5

Innsprøytningsventil Returledning Grovfilter og finfilter Innsprøytningspumpe Matepumpe med håndpumpestempel og klareglass 6 Regulator 7 Kompressor 8 Glødeplugg

Figur 1.3 Sekssylindret dieselmotor med rekkepumpe (Bosch)

10

Totakts- og firetaktsmotorer Totaktsmotoren har fått sitt navn fordi den bruker to takter, eller én veivakselomdreining, for å få utført én arbeidsimpuls. Da er det som skjer foran og etter selve forbrenningen, medregnet. De fleste totaktsmotorene i landbruket arbeider etter ottoprinsippet og bruker bensin med smøreolje iblandet, og de har elektrisk tenning. Totaktsmotorene i landbruket er som regel små og lette og har høy rotasjonsfrekvens (høyt turtall). Motor­ saga er et eksempel. Det finnes også totaktsmotorer som arbeider etter dieselprinsippet. Dette er store motorer, og de tar ikke lufta som skal brukes i forbrenningsprosessen, gjennom veivhuset, slik som de små totaktsmotorene gjør. Totakts dieselmotorer har en spesiell spyleluftpumpe, som sørger for god gassveksling.Totaktsmotorene har både forde­ ler og ulemper i forhold til firetaktsmotorene.

Fordeler ved totaktsmotorene Enten de er av den lille bensintypen eller av den store dieseltypen, er totaktsmotorene små og lette i forhold til den effekten de gir. De har lite ubalanse fra roterende deler, og for de små typene gjelder det at kon­ struksjonen er enkel, lett og rimelig i pris.

Ulemper ved totaktsmotorene Totaktsmotorene har høyt brenselforbruk på grunn av tap i spyleprosessen, lavt middeltrykk på grunn av dårlig fylling i sylinderen og høy varmebelastning på grunn av vanskelig gassveksling. De går dårlig på tomgang på grunn av restgass i sylinderen. De fleste større motorene er firetaktsmotorer, således nesten alle traktormotorer. Firetaktsmotorene bruker fire takter, eller to veivakselomdreininger, for å utføre én arbeidsimpuls. Fordeler ved firetaktsmotorene Firetaktsmotorene har god sylinderfylling i størstedelen av rotasjonsfrekvensområdet på grunn av at gassvekslingen er effektiv. De blir lite påvir­ ket av trykktap i avgassystemet.

Ulemper ved firetaktsmotorene De har arbeidsprosess bare for annenhver omdreining av veivakselen, kompliserende og fordyrende register, kamaksel og ventilsystem.

Ottomotorer og dieselmotorer Ottomotorene bruker bensin eller gass som brensel, og de har elektrisk tenning. De fleste bruker flytende brensel (bensin) og må ha en forgasser til å blande brenselet med luft. Fordeler ved ottomotorene Ottomotorene har en enkel oppbygning, og de gir stor effekt i forhold til vekten av motoren. De har også lavt brenselforbruk ved høy belastning. Rotasjonsfrekvensen er høy.

11

Ulemper ved ottomotorene Brenseløkonomien er dårlig ved delbelastning, og det er forholdsvis mye av skadelige stoffer i avgassen.

Dieselmotorene har som kjennetegn at de har et innsprøytningsanlegg til å føre brenselet inn i motoren. Brenselet (dieselbrennolje) antennes av varmen fra komprimert luft i sylinderen. Det er vanlig med forvarming av lufta for å få lettere kaldstart. Dieselmotorene er ofte store og tunge og går med forholdsvis lav rotasjonsfrekvens. Praktisk talt alle traktormotorer er dieselmotorer. Fordeler ved dieselmotorene Brenseløkonomien er god, særlig ved delbelastning. Dieselmotorene har også lang levetid, og det finnes få skadestoffer i avgassen. Det er lett å øke effekten (med overlading). Dreiemomentet er høyt ved lav rotasjonsfre­ kvens. Ulemper ved dieselmotorene Dieselmotorene er kostbare å framstille. De har hard gange og et høyt lydnivå. Litereffekten er lav, og de er tunge.

Vi kan også skille mellom motorer ved å se på hvordan de er oppbygd, særlig etter hvordan sylindrene er plassert i forhold til veivakselen. Slik sett kan motorene være ganske forskjellige. Det finnes blant annet Vmotorer, W-motorer, X-motorer, H-motorer og stjernemotorer. Traktormotorer er nesten uten unntak rekkemotorer, der sylindrene står etter hverandre på rekke.

Motorer kan også deles inn etter måten de blir avkjølt på. Vi har væskekjølte og luftkjølte motorer. I de væskekjølte motorene brukes det vann med tilsetningsstoff for å fjerne varme fra motoren. Varmen blir transpor­ tert til en radiator, som fører den videre over til luft. På de luftkjølte motorene er det vanligvis kjøleribber, ledeskinner og vifter for å fjerne varmen. På begge motortypene kan det være en termostat som styrer kjølingen.

Enda et skille mellom motorer finner vi ved å se på hvordan forbrenningslufta blir ført inn i motoren. En normalladd motor eller «sugemotor» får inn en luftmengde som er bestemt av «sugeevnen» til motoren ved en bestemt rotasjonsfrekvens. Overladde (turboladde) motorer får inn en større luftmengde enn de normalladde, da lufta «blåses» inn av en «vifte» (kompressor). Viften blir drevet av en turbin, og turbinen drives av avgassen som strømmer ut. Hvor mye luft som blir fylt i sylinderen, kan vi vise ved hjelp av det vi kaller fyllingsgraden.

Effektbehov Som vi ser, er det mange faktorer og forhold som bør vurderes når en skal skaffe seg eller bruke en traktormotor. For å kunne vurdere virkemåten og effektforbruket til en traktor i arbeid, bør vi gjøre oss kjent med innholdet i begrepet effekt og med faktorer som henger sammen med det.

12

Motorens effekt, eller ytelse, er det samme som størrelsen på det arbeidet den kan utføre per tidsenhet. Effekt er lik kraft multiplisert med vei per tidsenhet (vei per tidsenhet er det samme som hastighet). Vi setter det gjerne opp som en formel:

effekt = kraft • hastighet

Overført til traktoren får vi: effektbehov = belastning • kjørehastighet

Det er den totale belastningen på motoren som avgjør effektbehovet. Dersom vi angir belastningen i newton (N) og hastigheten i meter per sekund (m/s), får vi effektbehovet i watt (W). Vi ser av formelen at effektbehovet blir større ved økende belastning og/eller større hastighet. Den effekten traktormotoren kan gi, går med til å drive kraftoverføringen til drivhjulene, kraftuttaket til arbeidsredskapene og til elektrisk og hydraulisk utstyr både på selve traktoren og på arbeidsredskapene som traktoren driver.

Det er fem hovedfaktorer som virker inn på motoreffekten. To av de grunnleggende faktorene er det totale slagvolumet og det vi kaller middeltrykket i motoren. En tredje viktig faktor er rotasjonsfrekvensen, det vil si tallet på omdreininger per sekund (turtallet), en fjerde er hvor mange av omdreiningene som inneholder en arbeidsimpuls. Den femte faktoren er motortypen, om motoren er en totakter eller en firetakter. Vi ser at flere av faktorene eller størrelsene er faste, de er bestemt av hvordan motoren er konstruert. Middeltrykk og rotasjonsfrekvens er variable faktorer. Middeltrykket er helt avgjørende for motorens dreiemoment. For traktormotorer som yter mellom 40 og 70 kW, er dreiemomentet vanligvis om lag 300 til 400 Nm, målt ved 25 r/s (1500 r/min). For traktormotorene blir også dreiemomentstigningen (seigdragningsevnen) oppgitt. Stigningen viser at dersom motorens rotasjonsfrekvens fal­ ler, vil dreiemomentet øke, slik at traktoren blir mer seigdragende. (Se figur 1.4.)

1 Maksimalt dreiemoment 2 Dreiemomentstigning 3 Reduksjon i rotasjonsfrekvensen

Figur 1.4 Dreiemomentet

13

Stigningen (2) på figuren er forskjellen mellom dreiemomentet ved maksi­ mal effekt og det maksimale dreiemomentet. Det er en klar tendens til at traktormotorene får større dreimomentstigning, se kapitlene 2 og 6. Hvor stor rotasjonsfrekvens en motor skal gå med, blir bestemt av en regulator. Regulatoren bestemmer hvor stor brenselmengde motoren skal få i for­ hold til det føreren stiller inn med «gassen» og i forhold til belastningen på motoren. Regulatoren «føler» belastningen som variasjoner i rotasjonsfrekvensen. For traktormotorer er det vanlig at rotasjonsfrekvensen ligger mellom 10 og 40 r/s (600-2400 r/min).

Effekten til en motor kan regnes ut etter flere ulike normer, for eksempel SAE, DIN eller SMMT. Målemetodene er forskjellige, derfor blir også effekttallene forskjellige. Skal effekttallene kunne sammenlignes, må de være oppgitt ved samme rotasjonsfrekvens. Etter de tre normene som er nevnt, blir effekten målt på motorakselen (veivakselen) og kalt svinghjulseffekten. For traktormotorer er det vanlig å måle effekten på kraftuttaksakselen etter OECD-normen. Her finner en altså kraftuttakseffekten. På grunn av tap i overføringen er kraftuttakseffekten noe lavere enn svinghjulseffekten. Tapet er til vanlig mellom 2 og 5 %. På samme måte gjør tapet i overføringen til hjulene at drivhjulseffekten blir mindre enn svinghjulseffekten.

Sluring og rullemotstand gjør at trekkeffekten eller trekkrokeffekten, blir mindre enn drivhjulseffekten.

Med motorens effektvekt, eller ytelsesvekt, mener vi vekten til motoren i forhold til den effekten den gir. Vanlige tall er fra 4 til 9 kg/kW for normalladde motorer og litt lavere for turboladde. Ser vi på forholdet mellom vekt og effekt for traktoren, finner vi at vanlige landbrukstraktorer har en ytelsesvekt mellom 50 og 75 kg/kW. Er vi interesserte i motorens effekt per sylinder, finner vi at vanlige normalladde motorer har fra 10 til 15 kW/sylinder, mens turboladde motorer har fra 15 til 20 kW/sylinder. Det arbeidet motoren gjør, blir uttrykt i kilowatt-timer (kWh). Dette er også et uttrykk for energimengde.

Det finnes mange former for energi, og i en motor finner vi flere av dem. Energi forsvinner ikke, men kan gå over til andre former. I brenselet er det bundet kjemisk energi, som går over til varmeenergi ved forbrennin­ gen. Varmeenergien går i sin tur over til mekanisk energi på veivakselen i motoren. I hele prosessen går det tapt varmeenergi, noe ved hver energiomforming.

14

Trekkraft R

Figur 1.5 Rulleradius (R)

For at traktoren skal kunne trekke med seg redskaper, må den ha en viss trekkevne. Vi sier at traktoren må kunne gi trekkraft. Trekkraften er avhengig av motorens dreiemoment og forsterkningen av dreiemomentet (dvs. utvekslingen) mellom motor og drivhjul. Dessuten er radien til drivhjulene (rulleradius) viktig. (Se figur 1.5.) Noe av dreiemomentet fra motoren går tapt på grunn av friksjon i moto­ ren og i kraftoverføringen, slik at vi også må ta virkningsgraden med i det totale bildet. En motor med høyt dreiemoment og stor forsterkning kan teoretisk sett gi meget stor trekkraft. Men problemet er å utnytte trekkraf­ ten i praksis. Her spiller flere faktorer inn. Friksjonsforholdene mellom traktorhjul og underlag er viktig. Det samme er normalkraften (tyngden) mellom hjul og underlag, og størrelsen på sluringen mellom dem. Trekkkraften (en kan også si skyvekraften) øker opp til en viss verdi med økende sluring. Det kommer av at underlaget (særlig jord) blir presset sammen og forflyttet på grunn av sluringen. Dette gir økt motstand, og hjulet får bedre tak. Til sammen er disse faktorene med på å avgjøre det som blir kalt traktorens trekkfaktor eller hjulgrepsfaktor.

Drivverk Med drivverket eller kraftoverføringen i traktoren mener vi overføringen fra motor til drivhjul og til kraftuttak. Som tidligere nevnt er det dreiemo­ ment, rotasjonsfrekvens og effekt det egentlig er tale om, men kraftover­ føring er mye brukt (selv om det samme uttrykket helst blir brukt om overføringen fra traktoren til en arbeidsmaskin). Uttrykket transmisjon blir også brukt om overføringen inne i traktoren. (Se figur 1.6.)

1 Motor 2 Svinghjul 3 Girkasse 4 Pinjong 5 Drivhjul 6 Portaldrev 7 Differensial 8 Kubbeakselen (mellomakselen) 9 Kopling (clutch)

Figur 1.6 Drivverk i traktoren

15

For at vi skal kunne bryte overføringen på en rask, sikker og skånsom måte, har traktoren en kopling, som i dagligtale blir kalt clutch, mellom motoren og girkassen. Koplingen er vanligvis en friksjonskopling, det vil si at den overfører dreiemoment og rotasjonsfrekvens ved hjelp av friksjonsplater som blir trykt sammen av fjærer. Det skjer ikke noe tap av dreiemoment i koplingen, men ved sluring synker rotasjonsfrekvensen «bak» koplingen, dvs. i girkassen. For at vi skal kunne endre kjørehastigheten og avpasse dreiemomentet til belastningen, har traktoren flere faste utvekslinger (forsterkere) som føre­ ren kan velge mellom. Utvekslingene ligger i overføringen mellom moto­ ren og drivhjulene. Til de faste utvekslingene hører den mellom pinjong og kronhjul og den som blir kalt sluttutvekslingen. De valgbare utvekslin­ gene finner vi vanligvis i girkassen. Noen traktorer har en reduksjonsgirkasse i tillegg. Mange traktorer har hurtiggir, som er et gir (ofte med to utvekslinger, «høy» og «lav») som gir oss mulighet til å skifte utveksling under fart og ved belastning. Det er alltid noe friksjon i tannhjul og lagre, og det gjør at dreiemomentet blir noe redusert i girkassen.

Rotasjonsfrekvensen blir sterkt redusert i overføringen fra motoren til drivhjulene. Det er ikke uvanlig at det på laveste gir trengs om lag 250 motoromdreininger for å få én omdreining på drivhjulene (utvekslingsforholdet blir 250 : 1). Samtidig blir dreiemomentet økt nesten tilsvarende. På noen traktorer er kraftoverføringen helt eller delvis hydraulisk. Vi skiller mellom hydrostatisk og hydrodynamisk overføring. Ved hydrosta­ tisk drift drar traktormotoren en oljepumpe som via et ventilsystem leve­ rer olje til en oljemotor. Oljemotoren drar drivhjulene, men der er en eller flere tannhjulsveksler imellom. I et slikt system er det stort trykk og liten volumstrøm, og systemet arbeider med forholdsvis store tap. Ved hydrodynamisk overføring blir bevegelsesenergien i oljen utnyttet, og volumstrømmen er svært høy. Trykket er forholdsvis lavt.

Drivorgan Det er drivorganene som sørger for overføringen av trekkraft mellom traktoren og underlaget. Drivhjul blir mest brukt, men det kan også brukes belter. Et drivhjul er bygd opp av tre deler: felg, slange og dekk. En type hjul mangler slange. Vi snakker gjerne om slangeløse dekk. Slangeløse dekk er vanlige på personbiler, men de blir ikke brukt på traktorer. Felles for alle hjul er at de blir pumpet opp med luft, og at det er denne lufta som bærer belastningen på hjulet. For at de skal kunne ta seg fram på løst og bløtt underlag, har traktordekkene et åpent mønster med kraftige ribber. Ribbene på traktordekkene blir presset ned i underlaget og gir en «tannhjulsvirkning» når hjulet går rundt. Blir traktoren hoved­ sakelig brukt til transport på fast underlag, er slitasjen på dekket forholds­ vis stor. Da bør en bruke «industridekk» med tettere og bredere mønsterribber. Det finnes ulike typer traktordekk. Ribbevinkelen er enten 45° eller 23°, og ribbene kan stå mer eller mindre tett. På den måten blir det forskjell i slitestyrke og trekkevne for ulike dekktyper.

16

Traktorens drivorganer - hjulene - har tre viktige oppgaver: De skal dra traktoren og redskapen, de skal være sterke nok til å bære traktoren og lasset, og de skal «flyte» på bløtt og dårlig underlag. Trekkevnen er blant annet avhengig av om dekket er bygd opp som diagonaldekk eller radialdekk. Trekkevnen henger også sammen med størrelsen på ribbene og hvor lett de har for å «ta tak i» underlaget. Beitedrift gir stor trekkevne, fordi ribbene får godt tak.

Bæreevnen avhenger av hvor sterk stammen i dekket er, og dermed hvor høyt lufttrykk dekket tåler. Diameteren og bredden på dekket er også viktig for bæreevnen. Flytevnen til dekket er viktig når traktoren brukes på løst og bløtt under­ lag. Lufttrykket og dimensjonen bestemmer flytevnen, siden det er stør­ relsen på bæreflatene i forhold til vekten på traktoren som er avgjørende. Marktrykket, som er vekten dividert med bæreflaten, er også viktig. Flere hjul på samme aksel øker flytevnen. Beitedrift gir stor bæreflate i forhold til tyngden, og dermed lavt marktrykk.

Kraftuttak Det er en selvsagt oppgave for traktoren å drive en maskin eller et redskap som er tilkoplet. Kraftuttaket (kraftuttaksakselen) kan være drevet gjen­ nom kjøreclutchen. Da blir kraftuttaket koplet inn eller ut med en klokopling. Men på de fleste traktorene er det en spesiell friksjonskopling (clutch) til kraftuttaket, slik at vi kan kople det ut eller inn uavhengig av kjøreclutchen. Det er dreiemomentet og rotasjonsfrekvensen som be­ stemmer hvor stor effekt som blir overført til kraftuttaket. Effekten varierer fra noen få kilowatt og opp til størsteparten av motoreffekten. De viktigste målene på kraftuttaket er standardiserte: dimensjon (diameter), rotasjonsfrekvens, rotasjonsretning, utforming o.a.

Styring og bremser Styrebevegelsen blir på de fleste traktorene over en viss størrelse overført hydraulisk fra ratt til styrehjul. Vi skiller mellom hydraulisk servostyring og helhydraulisk styring (hydrostatisk styring, ofte kalt orbitrolstyring).

Figur 1.7 Hydrostatisk styring på en traktor

17

Ved servostyring er det mekanisk forbindelse mellom ratt og hjul, mens den helhydrauliske styringen ikke har en slik forbindelse. Her er det hydrauliske slanger, rør og oljetrykk som står for overføringen. Ved begge typer styring får føreren hjelp til styrearbeidet av hydrauliske sylindrer. Olje fra en pumpe blir ledet til sylindrene via en styreventil. Styreventilen blir manøvrert med rattet. Begge typene av styring virker selv om motoren (egentlig: pumpa) stanser. Men da må vi bruke mye større kraft på rattet. Ved brudd på en eller annen del av det hydrauliske overføringssystemet vil det fremdeles være mulig å styre en traktor med servostyring, men ikke en med hydrostatisk styring. Pumpa får effekten fra motoren. Styringen krever om lag 2-3 % av motoreffekten.

Til bremsene blir det også til en viss grad brukt hydraulikk, særlig dersom traktoren har en tilhenger med gjennomgående bremsesystem. Det vil si at både traktoren og tilhengeren blir bremset med én bevegelse, med én pedal eller én hendel. Når føreren trår på bremsepedalen, blir en hydraulisk bremseventil påvirket. Denne ventilen slipper olje fra en pumpe ut til tilhengerens bremser, samtidig som traktorens egne bremser blir satt i funksjon.

Hydraulisk og elektrisk utstyr Hydraulikk En traktor er utstyrt med én eller flere hydraulikkpumper. Tannhjulspumper og stempelpumper er mest vanlige. De brukes til hydraulisk redskapsløft (trepunktkopling og andre typer), frontlaster, styring osv. På noen traktorer blir trykkolje brukt til bremsene eller til smøring av girkassen.

Pumpa har til oppgave å lage en oljestrøm (volumstrøm). Når denne strømmen møter motstand, stiger trykket slik at det vinner over motstan­ den. «Motstandene» er det vi kaller hydrauliske forbrukere, som for eksempel hydrauliske sylindrer og hydrauliske motorer, som i sin tur omformer hydraulisk effekt og energi til mekanisk energi. Hydraulisk effekt regner vi ut ved å multiplisere det aktuelle trykket i systemet med volumstrømmen (oljestrømmen). Dersom trykket blir opp­ gitt i megapascal (MPa) og volumstrømmen i liter per sekund (1/s), får vi effekten målt i kilowatt (kW).

Eksempel Det kreves et trykk på 15 MPa (150 bar) for å løfte en plog med redskapsløftet. Volumstrømmen er 0,7 1/s (42 1/min). Den hydrauliske effekten blir da 15 • 0.7 = 10,5 kW.

18

Denne effekten tas fra motoreffekten. Det er så mange hydrauliske for­ brukere på en traktor at til sammen blir de blant de største effektforbrukerne.

I det hydrauliske anlegget skjer det flere forskjellige effekttap: strupningstap, friksjonstap, tap på grunn av virvler og tap i ventiler. Energitapene blir omgjort til varme, og jo større tap (og dermed lavere virkningsgrad), desto større varmgang. Effektforbruket stiger, og brenselforbruket blir større.

Elektrisk utstyr Traktoren har en rekke elektriske forbrukere. De er koplet til ulike elek­ triske kretser. For å starte traktormotoren bruker vi startmotor og batteri. For å gjøre det umulig å kjøre traktoren ved hjelp av startmotoren skal traktoren ha en startsperre. Sperren er bygd inn i clutchen eller girkassen og virker slik at enten må vi trø clutchpedalen ned, eller så må en av girspakene stå i fri før startmotoren får strøm.

Startmotoren og glødesystemet trekker mye strøm fra batteriet. For å lade batteriet må motoren drive en dynamo, vanligvis en vekselstrømsdynamo. Ladesystemet må kunne begrense ladespenningen og strømuttaket auto­ matisk, og det må kunne bryte forbindelsen mellom batteriet og dyna­ moen når motoren ikke går. Den effekten som motoren må avgi til dynamoen, er avhengig av hvor mange og hvor store forbrukere som er koplet inn. Det kan blant annet være frontlys (kjørelys), arbeidslys, vindusvisker, varmeapparat osv. Skal alle disse forbrukerne brukes samtidig, må motoren avgi forholdsvis stor effekt til dynamoen. Dynamoen blir nemlig tyngre å dra jo mer elektrisk strøm den må gi. En elektrisk forbruker, med den elektriske motstanden den har, represen­ terer et behov for effekt. Elektrisk effekt regner vi ut ved å multiplisere strømstyrken med spenningen i anlegget. Eksempel Lys og elektrisk defroster er i bruk på en traktor. Strømmen i kretsen er 45 ampere, og spenningen i anlegget er 14,2 volt. Hvor stort blir effektfor­ bruket? Løsning: strømstyrke • spenning = 45 A • 14,2 V = 639 W = 0,639 kW.

All overføring av effekt i det elektriske anlegget fører til tap. Tapene gir seg utslag i varme. Heller ikke i en elektrisk krets er virkningsgraden 100 %. Er den for eksempel 92 %, vil det si at motoren må gi 8 % tilleggseffekt for at dynamoen skal kunne gi nok av sin effekt til forbru­ kerne.

19

Sikkerhet - ergonomi - forurensing Det har skjedd mange alvorlige traktorulykker opp gjennom årene. Det er svært viktig å tenke på sikkerheten. Traktoren må være konstruert slik at føreren blir beskyttet selv om traktoren velter, kjører utfor eller steiler. Traktorene er utstyrt med v erneramme («veltebøyle») eller førerhus. I førerhuset er det gjerne montert et varme- og ventilasjonsanlegg, og huset beskytter mot støy og avgass. Til sikkerhetstiltakene hører også at føreren og andre er beskyttet mot ulykker som har sammenheng med kraftuttak og kraftoverføringsaksler til redskaper. Å sikre traktoren mot brann er også viktig. Ergonomisk er traktorene dessverre ofte langt fra fullgode. Det er mange forhold å ta hensyn til: sittestilling, vibrasjoner, siktforhold, pedalkraft og plassering av betjeningsorganer. Undersøkelser viser at nettopp proble­ mer med føtter, armer, nakke og skuldrer er utbredt blant traktorførere.

Traktoren er også en kilde til forurensing.

Nitrogen Nitrogenoksider (NO) Karbonmonooksid (CO) Karbondioksid Svovelforbindelser Sot Aldehyder Hydrokarboner (HC) 2 Asbest- og gummistøv 3 Olje- og brensellekkasje 7

Figur 1.8 Forurensning fra traktoren

20

2

Motoreffekten

Innledning I dette kapittelet skal vi se nærmere på det som skjer i motorsylinderen. Vi vet at energien er bundet i brenselet ved en kjemisk binding. Ved forbren­ ningen i motorsylinderen blir energien frigjort fra brenselet, og det opp­ står et trykk på stempelet. Trykket er en form for energi, den kjemiske energien i brenselet blir omgjort til trykkenergi.

Mengden av kjemisk energi som omdannes til trykkenergi, er avgjørende for den effekten som traktormotoren kan yte. I dette kapittelet skal vi også lære hvordan vi ved hjelp av noen enkle likninger (formler) kan beregne motoreffekten.

Vi kommer blant annet nærmere inn på dreiemomentet til motoren og ser hvordan dreiemomentet og rotasjonsfrekvensen henger sammen med effekten. I dag har nesten alle traktorer firetakts dieselmotorer. I denne boka skal vi derfor i hovedsak ta for oss firetaktsmotorer, selv om vi også skal komme inn på totaktsmotorer her i innledningen til dette kapittelet. Vi har satt opp en sammenlikning mellom totakts- og firetaktsmotorene. Sammenlikningen vil også gi deg en repetisjon av hva som skjer i hver enkelt takt.

1. takt

Firetaktsmotor

Totaktsmotor

Stempelet blir trukket nedover i sylinderen av svinghjulet. Ny luftladning blir sugd inn i sylinderen gjennom innsugningsventilen.

Gasstrykket fra forbrenningen driver stem­ pelet nedover. Litt før stempelet når nedre dødpunkt, blir avgasskanalen åpnet, og avgassen strømmer ut. Litt nærmere nedre dødpunkt blir også spylekanalen åpnet, slik at luft strømmer inn i sylinderen og skyver avgassen foran seg ut gjennom avgasskana­ len.

21

Firetaktsmotor

Totaktsmotor

2. takt

Stempelet blir skjøvet oppover av svinghjulet. Luftladningen blir komprimert. For­ brenningen starter like før stempelet når øvre dødpunkt. I denne takten er innsugningsventilen stengt.

Lufta blir komprimert, og forbrenningen starter når stempelet står like under øvre dødpunkt.

3. takt

Forbrenningstrykket driver stempelet nedover. Like før stempelet når nedre død­ punkt, blir avgassventilen åpnet, og avgas­ sen begynner å strømme ut.

Som 1. takt,

4. takt

Stempelet blir skjøvet oppover av svinghjulet og skyver avgassen ut gjennom avgasskanalen.

Som 2. takt,

Totaktsmotor

Figur 2.1 Sammenlikning av firetakts- og totaktsmotoren

22

Første takt: Gasstrykket fører stempelet nedover, luft kommer inn, og avgassen blir presset ut

Andre takt: Lufta blir komprimert og forbrenningen starter

Det lønner seg å studere tabellen og figurene ovenfor nøye, slik at du er helt sikker på hva som skjer inne i motorsylinderen i alle taktene.

I resten av dette kapittelet skal vi se på hva som skjer i sylinderen til en firetakter. Etter hvert vil vi komme fram til formler som vi kan bruke til å regne ut motoreffekten. Samtidig kommer vi inn på beregninger av dimensjonene til motoren. Til slutt i kapittelet skal vi regne igjennom noen oppgaver for å øve inn det vi har lært.

Vær nøye med å gjøre disse oppgavene. De vil gi deg et godt inntrykk av det varmetekniske grunnlaget for motoren og gjøre det lettere å forstå hva vi mener når vi seinere kommer inn på for eksempel brenseltilførselen til motoren.

Kraft på stempelet og stempelarbeid Fra fysikken vet vi at et arbeid blir definert slik:

arbeid = kraft • vei Vi kan også skrive det slik: W = F ■ S (Nm)

Her er F = kraft (N) S = veilengden (m) W = arbeidet (Nm)

Betingelsen for at dette skal være riktig, er at veien (veilengden) blir målt i samme retning som kraften. I motorsylinderen vil gasstrykket gi en kraft på stempelet. Dette ser vi særlig godt under forbrenningen, fordi kraften da er særlig stor og klarer å drive stempelet nedover i sylinderen. Veilengden som stempelet kan gå, er begrenset. Stempelet går fra øvre dødpunkt, som er den aller øverste stillingen stempelet kan ha. Den laveste stillingen stempelet kan ha, kaller vi for nedre dødpunkt. Avstanden mellom dødpunktene kalles slaglengden. Vi bruker S som symbol for slaglengden.

Under bevegelsen fra øvre til nedre dødpunkt har stempelet utført arbei­ det: W = F ■ S (Nm)

Her er slaglengden S målt i meter (m).

23

Kraften mot stempelet kan vi skrive slik:

F = p • A (N) Her er p = gasstrykket i sylinderen (N/m), og A = arealet av stempelet (stempelflaten) (m) Sylinderdiameteren D blir sjelden uttrykt i meter. SI-systemet krever likevel at alle lengder skal regnes i meter (m).

Vi finner arealet av stempelet slik:

IT • D2

4

(m2)

Her er D sylinderdiameteren (boringen) (m). Vi regner alltid med at stempelet vil ligge helt inntil sylinderveggen, slik at gassen ikke kan trenge forbi stempelet. Fra praksis vet vi at det er nødvendig med tetninger for å få dette til. Stempelringene sørger for denne tetningen. Når vi regner stempelringene med til stempelet, gjelder likningen ovenfor.

Vi kan altså skrive kraften mot stempelet slik:

Vi ser at hvis vi kan fastlegge hvor stort sylindertrykket er til enhver tid, kan vi regne ut kraften mot stempelet. Da kan vi også finne arbeidet som stempelet utfører. I de neste avsnittene i dette kapittelet skal vi se at sylindertrykket endrer seg. Vi skal først gå igjennom hver enkelt takt, og til slutt setter vi sammen taktene til en samlet prosess.

Trykk og temperatur i motorsylinderen under kompresj onsbe vegelsen Sylindertrykket regner vi alltid som overtrykk. Det vil si at vi bare regner med det trykket som overstiger atmosfæretrykket. Kompresjonstakten begynner når stempelet starter bevegelsen fra nedre dødpunkt og begyn­ ner å presse sammen lufta inne i sylinderen. Vi regner med at innsugningsventilen er stengt. Et enkelt diagram hjelper oss til å få oversikt over hvordan trykket inne i sylinderen stiger etter hvert som stempelet går oppover. (Se figur 2.2.)

24

Figur 2.2 Kompresjonsdiagram

Langs den horisontale aksen har vi merket av sylindervolumet, og den vertikale aksen har skala for trykket. Diagrammet viser at trykket stiger når volumet over stempelet blir mindre. Det er jo nettopp det som skjer når stempelet går oppover i sylinderen. I begynnelsen av kompresjonen er luftladningen kaldere enn sylinderveggen. Derfor vil sylinderveggen gi fra seg litt varme til luftladningen og varme opp den. Dessuten vil det alltid være igjen litt restgasser i sylinderen fra den forrige forbrenningsprosessen. Disse gassene er varme, og de vil blande seg med lufta. Når luftlad­ ningen blir oppvarmet på denne måten, vil trykket i sylinderen stige litt mer enn det som svarer til sammentrykkingen.

Når stempelet trykker lufta sammen, vil sammentrykkingen også føre til at lufta blir oppvarmet. Oppvarmingen kommer av at svinghjulet, som skyver stempelet oppover i sylinderen, utfører et arbeid, dvs. gir fra seg noe energi. Denne energien finner vi altså igjen som oppvarming av luftladningen. Mot slutten av kompresjonen har luftladningen fått så høy temperatur at den vil gi fra seg varme til sylinderveggen. Dette fører naturligvis til at trykket inne i sylinderen blir litt lavere enn det ville ha vært uten kjøling fra veggen.

Vi kan tilnærmet regne ut trykket og temperaturen i sylinderen etter endt kompresjon med formlene nedenfor.

Kompresjonstrykk Middels stor dieselmotor og traktormotor uten turbolader: Pk ~ £1’35 (bar)

25

Traktormotor med turbolader: pk = 1,4 • E1’35 (bar)

£ er den greske bokstaven epsilon, og den står her for kompresjonsforholdet. Kompresjonsforholdet blir forklart nedenfor. Kompresjonstemperatur Middels stor traktormotor:

t = 300 • £°>33 - 273 (C°) Turboladd traktormotor: t = 350 •

e0’35

- 273 (C°)

I alle disse formlene står

e

for kompresjonsforholdet.

Kompresjonsforholdet Kompresjonsforholdet blir definert som det største volumet vi kan ha over stempelet dividert med det minste volumet:

£ = ----Vk

(Se figur 2.3.) Dersom vi fører inn slagvolumet, Vh, kan vi skrive

£ = n+n vk fordi V{ = Vh + Vk

Dette gir Figur 2.3 Volumene i sylinderen

e

=

y. —— + 1

n

Formelen ovenfor kan vi også skrive: Vh £- 1 Som regel bruker vi denne siste formelen, fordi det vanligvis er slagvolu­ met for motoren vi får oppgitt. Eksempel Volvo BM Valmet 805 har en firesylindret turboladd motor med 4,4 liter slagvolum. Hver av sylindrene har da et slagvolum på 1,1 liter, eller 0,0011 m3. Kompresjonsforholdet i denne motoren er £ = 16.

26

Ut fra disse opplysningene kan vi beregne kompresjonsvolumet. Vi går ut fra formelen for kompresjonsforholdet:

e = -^ + 1 n Nå «snur» vi denne formelen og finner kompresjonsvolumet Vk: Vk =

E-1

(n?)

Setter vi inn tallene for Valmet-traktoren, finner vi

som gir Vk = 0,000073 m3.

Husk at vi alltid må regne volumene i kubikkmeter i SI-systemet. Omreg­ net til cm3 blir dette kompresjonsvolumet 73 cm3.

Eksempel I dette eksemplet skal vi regne ut trykket og temperaturen etter endt kompresjon for Valmet-traktoren. Vi bruker da formlene i avsnittet oven­ for: pk = 1,4 • E1’35 (bar)

tk = 350 • £0’35 - 273 (°C) Ved innsetting av tall får vi: pk = 1,4-1,61>35 - 59,1 bar

tk = 350 • 160’35 - 273 = 650,7 °C

Forbrenningen Det som skjer ved forbrenningen, er forskjellig for ottomotorer og diesel­ motorer. I ottomotoren er brenselet til stede i sylinderen under kompresjonsbevegelsen. Bensinen får da god tid på seg til å blande seg med lufta og til å bli oppvarmet. Derfor vil hele brenselmengden kunne forbrenne straks ten­ ningen er innledet. Dette betyr at vi får en svært rask omdanning av energien, fra kjemisk bundet energi til energi i form av trykk mot stempe­ let. Siden alt brenselet deltar i denne omdanningen, lar det seg ikke gjøre å styre trykkutviklingen når luftladningen først er antent.

27

Tidligere trodde man at forbrenningen ikke tok noen tid i det hele tatt, og man kalte gjerne disse motorene for eksplosjonsmotorer. Nøyaktige målinger viser at forbrenningen tar litt tid, men forbrenningstiden er så kort at vi likevel ser bort fra den i den teoretiske modellen på figur 2.4.

N/m'

P3~-

Ottoprosessen

Forbrenning

Figur 2.4 Trykkløpsdiagram for kompresjon og forbrenning etter ottoprosessen

I modellen tenker vi oss at forbrenningen skjer ved konstant volum. I dieselmotoren er det annerledes. Her er luftladningen uten brensel under kompresjonen. Brenselet blir sprøytet inn når stempelet står like under øvre dødpunkt. Vi kan regulere innsprøytningen, det vil si at vi kan bestemme hvor fort vi vil sprøyte inn brenselet. På denne måten kan vi også bestemme trykkstigningen i sylinderen.

Figur 2.5 Trykkløpsdiagram for kompresjon og forbrenning etter dieselprosessen

28

Forbrenningen i dieselmotoren. Utregning av trykk og temperatur I den teoretiske modellen for prosessen i dieselmotoren regner vi med at forbrenningen utvikler et trykk samtidig med at stempelet beveger seg nedover i sylinderen. På den måten vil trykket i sylinderen holde seg konstant under forbrenningen. (Se figur 2.5.)

Varmemengden som blir utviklet, kan vi regne ut etter denne likningen: Qd = m • cp • (T3-T2) (joule)

Her er Qd m cp

T3-T2

= energimengden i brenselet (joule) = massen til luftladningen (kg) = spesifikk varmekapasitet for lufta. Gjelder når trykket er konstant = temperaturstigningen under forbrenningen (K)

Eksempel 4 bakerst i dette kapittelet viser hvordan du kan bruke denne likningen. Tall for den spesifikke varmekapasiteten til lufta finner du i tekniske tabeller. Husk å velge varmekapasitet for det temperaturområdet som forbrenningen foregår i.

Denne likningen kan vi også bruke til å regne ut temperaturstigningen under forbrenningen. Likningen forutsetter at vi vet hvor mye brensel som skal sprøytes inn.

Vi kalte den prosessen som figur 2.5 viser, en teoretisk modell for forbren­ ningen. Vi bruker ofte slike modeller, fordi de gir et godt grunnlag når vi skal drøfte det som skjer under den virkelige forbrenningen. I virkeligheten er det svært vanskelig å unngå at trykket stiger under forbrenningen. Det skyldes egenskapene til brenselet. Det lar seg ikke gjøre å få brenselet til å tenne straks den første dråpen er kommet inn i forbrenningsrommet. Derfor vil det samle seg opp litt brensel i forbrenningsrommet før tenningen skjer. Når så forbrenningen er innledet, vil den lille brenselmengden forbrenne svært fort. Forbrenningen blir da svært lik den i ottomotoren. Vi vil få en brå trykkstigning. Seinere i kapittelet skal vi se litt nærmere på dette. På figur 2.6 ser du hvordan den virkelige prosessen avviker fra den teoretiske modellen vi har snakket om hittil.

Vi har allerede nevnt at dieselmotoren arbeider med tilnærmet rein luft under kompresjonen. Små gassrester fra forrige forbrenning vil alltid være til stede, men restene er små, og vi kan betrakte ladningen som rein luft.

29

Figur 2.6 Virkelig dieselprosess

Vi kan bestemme hvor mye effekt motoren skal yte, ved å sprøyte mer eller mindre brensel inn i luftladningen. Det betyr at dersom brenselmengden er liten, som for eksempel ved tomgang, vil forbrenningen skje med et svært stort overskudd på luft. Etter hvert som vi sprøyter inn mer brensel, vil luftoverskuddet bli mindre. Alle dieselmotorene vi bruker i traktorer, har overskudd av luft under forbrenningen, selv når de arbeider med maksimal effekt.

Til tross for luftoverskuddet vil motoren ikke greie å forbrenne absolutt alt brenselet vi sprøyter inn. Når vi tar en prøve av avgassen (eksosen), finner vi at den inneholder rester av brensel. Disse restene er i dampform. Vi sier at det er hydrokarbonrester eller HC-rester i avgassen. Når det finnes HC-rester i avgassen, betyr det at noe av energien som vi tilførte motoren med brenselet, har gått tapt. Det største gasstrykket som oppstår i motoren, er da mindre enn det ville ha vært hvis absolutt alt brenselet ble brent opp. På den ene siden er dette gunstig for motoren, fordi lavere trykk betyr lavere mekaniske påkjenninger på motordelene. På den andre siden betyr det at brenselforbruket er større enn nødvendig. Derfor prøver motorprodusentene å redusere mengden av HC i avgassen. For oss som skal arbeide med vedlikehold av motoren, er det en oppgave å holde øye med innhol­ det av HC-rester. Det gir oss nemlig en pekepinn på hvor tett motoren er, og hvordan innsprøytningsventilene arbeider.

Her skal vi gi et eksempel: Har innsprøytningsventilene slitte dysespisser, blir brenselet dårlig forstøvet og kommer i store dråper. Dråpene forbren­ ner dårlig og gir derfor store mengder HC-rester i avgassen. Finner vi store mengder HC-rester ved en avgassanalyse, vil det være grunn til å demontere innsprøytningsventilene og kontrollere hvilken tilstand de er i.

30

Ekspansjonen Ekspansjonen blir innledet når stempelet har passert øvre dødpunkt og begynner å gå nedover i sylinderen.

Luftladningen har høy temperatur under ekspansjonen. Dette fører til at en del varme blir ledet gjennom sylinderveggen og ut i kjølevæsken. Her mister vi en ganske stor del av energien, ca. 25 til 30 prosent av den energien som blir tilført gjennom brenselet. En av årsakene til den høye temperaturen på gassen under ekspansjonen er det vi kaller etterbrenning. Etterbrenning er noe som skjer i alle dieselmotorer, men ikke i ottomotorer. Etterbrenning vil si at forbrennin­ gen fortsetter etter at innsprøytningsventilen er stengt. Vi kan ikke unngå dette, for den dråpen som kommer inn i forbrenningsrommet samtidig med at innsprøytningsventilen blir stengt, skal også forbrenne. Først må den varmes opp og fordampe, så brenner den. Selv om dette skjer svært raskt, har stempelet allerede beveget seg et stykke nedover i ekspansjonsslaget.

Etterbrenningen øker varmetapet til kjølesystemet. Slitte dyser gjør at den siste dråpen kan være stor, og da øker varmetapet enda mer. Mot slutten av ekspansjonen åpner avgassventilen, og avgassen slipper ut. På dette tidspunktet har gassen fremdeles høy temperatur og høyt trykk. Det er viktig at avgassen har trykk, fordi den skal presse seg ut gjennom avgassrøret og ut i fri luft. Figur 2.7 viser avgasstrømmen skjematisk.

Figur 2.7 Avgasstrømmen

Siden ventilen åpner mens gassen har et visst trykk og en del varmeenergi, går en del av den tilførte energien ut med avgassen. Vi kaller dette for avgasstapet. Avgasstapet kan bli stort. Tar vi med den delen av avgasstapet som er knyttet til uforbrent brensel, det vil si HC-restene, vil en vanlig traktor­ motor miste ca. 30 % av tilført energi med avgassen. Hvis motoren er turboladd, blir avgasstapet større. Det kan komme helt opp i om lag 36 % av den tilførte energien. Seinere skal vi se hvordan formen på forbrenningsrommet virker på forbrenningen og dermed også på HC-restene i avgassen.

31

Samlet trykkdiagram — kretsprosessen Hvis vi tegner opp trykkdiagrammer for alle taktene i motoren slik vi gjorde for kompresjonstakten og forbrenningstakten, og setter disse sammen til ett diagram, får vi en lukket kurve. Diagrammet viser en hel prosess, og vi kaller den gjerne for en kretsprosess. På figur 2.8 ser du kretsprosessen for en dieselmotor.

qo er den varmemengden som blir tilført med brenselet i løpet av én forbrenningsprosess. I diagrammet er også avvikene fra den reint teore­ tiske modellen tegnet inn. Bruk god tid på å sette deg inn i dette diagrammet. Det forteller mye om hva som skjer i motorsylinderen. I diagrammet har vi ikke tatt med det som skjer i sylinderen under utspylingen og under innsugningstakten. Disse to taktene skal vi studere nærmere i neste kapittel.

Arealet i trykkdiagrammet I avsnitt 2.2 fant vi at vi kan regne ut kraften som virker mot stempelet, av denne formelen: F = p•

tt

•

D2 — (N)

Vi husker at i denne formelen står p for trykket i sylinderen, regnet i N/m2.

32

Vi har også nevnt at trykket i sylinderen kan variere svært mye. Under kompresjonsbevegelsen øker trykket fra omtrent atmosfæretrykk til kompresjonstrykket. Når trykket øker, må stempelet utføre et arbeid. Vi skal se litt nærmere på dette arbeidet. Vi kan tenke oss at trykket holder seg konstant i en kort del av stempelbevegelsen. Da vil vi få en bestemt kraft på stempelet. Kraften vil altså ikke endre seg mens stempe­ let går denne korte delen av slaglengden. Kaller vi denne delen av stem­ pelbevegelsen for 5 (m), kan vi skrive det arbeidet som stempelet må utføre, slik: W = F■s

Her er W = arbeidet som stempelet må utføre for å komprimere luftlad­ ningen litt (Nm) F = kraften mot stempelet (N) s = kort bevegelse av stempelet (m)

Setter vi inn formelen for kraften, F, får vi: W = p•

tt

• ——

• s (Nm)

Nå vet vi at uttrykket D2 TT ' ---- • 5 4

blir en liten del av slagvolumet. La oss kalle denne delen for v (m3). Setter vi dette inn i likningen ovenfor, får vi:

W = p • v (Nm)

Figur 2.9 En del av kompresjonsarbeidet

På figur 2.9 har vi tegnet et diagram for en kompresjonsbevegelse. Vi har valgt ut et stykke av slaglengden. Siden høyden på det skraverte feltet er trykket p, og grunnlinjen er volumet v, vil arealet som det skraverte feltet dekker, være et uttrykk for arbeidet, W.

Gjentar vi dette resonnementet for et nytt felt ved siden av det første, vil vi få med en litt større del av det totale arbeidet som stempelet må utføre. Dette ser du bygd helt ut på figur 2.10. Her er altså trykklinjen erstattet av mange små trappetrinn. Hvert trinn står for konstant trykk. Arealet under hvert trinn står for et lite arbeid, og summen av arealene er det samlede arbeidet som stempelet må utføre under kompresjonen.

Figur 2.10 Kompresjonsarbeidet

Vi kan gjøre det samme tankeeksperimentet for ekspansjonslinjen. Vi vil finne at arealet under ekspansjonslinjen er det arbeidet som forbrenningsgassen overfører til stempelet når stempelet går nedover i sylinderen etter forbrenningen.

Tidligere har vi slått fast at kompresjonsarbeidet blir tatt fra svinghjulet og blir tilført luftladningen. Etter forbrenningen vil gassen utføre et arbeid på stempelet. Differansen mellom disse to arbeidene er det nettoarbeidet

33

vi kan få ut av motoren. Vi kaller ofte denne nettoen for arbeidsoverskud­ det. (Se figur 2.11.)

Figur 2.11 Arbeidsoverskuddet for en ottomotor

I hovedsak går arbeidsoverskuddet til tre ting: 1 Litt arbeid går med til å skyve avgassen ut av motorsylinderen og ut gjennom avgassrøret. 2 Noe arbeid går med til å fylle sylinderen med ny luft til neste forbrenningsprosess. 3 Resten av arbeidsoverskuddet bruker vi til å utføre arbeid med. Det er jo nettopp dette vi har traktoren til.

Det lar seg gjøre å regne ut arbeidsoverskuddet hvis vi klarer å få tegnet et diagram for forbrenningsprosessen. Og det kan vi klare ved å bruke elektronisk opptaksutstyr som kan registrere de raske trykksvingningene i sylinderen når motoren går. Når diagrammet er tegnet opp, måler vi arealene i diagrammet, og da kan vi finne arbeidsoverskuddet.

Middeltrykket Vi så i de forrige avsnittene at vi må kjenne til hvordan trykket endrer seg i sylinderen for å kunne regne ut arbeidsoverskuddet. Hele utregningen vil bli mye enklere om vi går ut fra et gjennomsnittstrykk for hele proses­ sen. Vi tenker oss altså at sylindertrykket ikke endrer seg, men holder seg konstant. Dette tenkte trykket blir kalt middeltrykket, og vi skriver det slik:

middeltrykket = pm (N/m2) Fører vi dette inn i formelen for arbeidet, får vi: W = pm • Vh (Nm) Her er W = arbeidsoverskuddet for prosessen (Nm) pm = middeltrykket, som er et tenkt trykk (N/m2) Vh = slagvolumet (m3)

Figur 2.12 Middeltrykket

På figur 2.12 er arbeidsoverskuddet tegnet som en rektangulær flate. Legg merke til at vi tenker oss at det i hele kompresjonsprosessen er ett, konstant trykk, og det er lik atmosfæretrykket. Deretter tenker vi oss at forbrenningen hever trykket til pm, altså til middeltrykket. Og så skjer ekspansjonen uten at dette trykket forandrer seg. Alt dette er altså en tenkt prosess. Det er bare én forutsetning knyttet til dette: Arealet under linjen for middeltrykket må være like stort som arealet i diagrammet som viser det virkelige arbeidsoverskuddet.

Vi kan snu om på likningen ovenfor slik at vi får en formel for middeltryk­ ket: W Pm = — (N/m2) kh

34

Tenker vi oss at vi har en stor motor med slagvolum på 1 m3, blir formelen enklere: Pm = W

Da ser vi noe som er svært interessant: / en motor med slagvolum 1 m3 vil middeltrykket være lik arbeidsoverskuddet.

Generelt kan vi si at middeltrykket (pm) er et uttrykk for den energimeng­ den som blir omdannet til varme og trykk ved hver forbrenningsprosess. Reint praktisk betyr dette at hvis en motor har høyt middeltrykk, er den sterkt belastet. Vi kan bruke middeltrykket til å sammenlikne motorer med og til å vurdere om en motor er sterkt belastet.

Eksempel A I en Massey Ferguson, type MF 690, sitter det en motor med slagvolum på 4060 cm3. Det er det samme som 4,06 1, eller 0,00406 m3. Denne motoren har et arbeidsoverskudd på 3000 Nm ved full belastning. Hvor stort blir middeltrykket? Løsning:

Pm

3000 --------- = 740 000 N/m2

Dette er det samme som 7,4 bar, fordi 1 bar er det samme som 100 000 N/m.

Eksempel B Dersom vi utstyrer motoren i eksempelet foran med en turbolader, øker arbeidsoverskuddet til W = 3600 Nm ved full belastning. Hvor stort blir middeltrykket da? Løsning:

3600 pm = ----------- = 890 000 N/m2 0,00406 Vi ser at belastningen er høyere på denne motoren enn på motoren i forrige eksempel. Dette er jo egentlig ikke noe merkelig, siden denne siste motoren kunne gi større arbeidsoverskudd.

Eksempel C I begge de to foregående eksemplene regnet vi ut middeltrykket ved største effekt. Det vil si at motoren arbeidet med fullt gasspådrag og med størst mulig rotasjonsfrekvens. Men det er også av interesse å se på middeltrykket når motoren arbeider med sitt største dreiemoment. En International 685XL har en motor på 3911 cm3. Ved største dreiemo­ ment har den et arbeidsoverskudd på 3020 Nm. Hvor stort blir middel­ trykket?

35

Løsning:

Pm

------------- = 770 000 N/m2 0,003911

Denne motoren er omtrent like stor som Massey Ferguson-motoren i eksemplene ovenfor. Siden International-motoren har et middeltrykk svært nær det Massey Ferguson-motoren uten turbolader har, kan vi regne med at International-motoren heller ikke har slik lader.

Motoreffekten I forrige avsnitt fant vi at arbeidet som motoren kan gi ved en enkelt forbrenningsprosess, kan skrives W = pm • Vh (Nm)

Før vi går videre, skal vi minne om at begrepet effekt blir definert slik: effekt — arbeid for hver tidsenhet

Det vil si at hvis vi har et gitt arbeid og deler dette arbeidet på den tiden det tar å utføre det, får vi effekten. Effekt måler vi derfor i newtonmeter per sekund (Nm/s).

Overfører vi denne definisjonen til traktormotoren, ser vi snart at vi først må vite hvor mange forbrenningsprosesser motoren klarer å gjennomføre i hvert sekund. Siden vi holder oss til antall forbrenninger per sekund, blir likningen for effekten: P = W • — (Nm/s) Her er P = motoreffekten (Nm/s = W) n = rotasjonsfrekvensen (r/s)

2-tallet i brøken skyldes at vi bare omtaler firetaktsmotorer. Du husker kanskje at disse motorene har forbrenning bare for annenhver omdrei­ ning.

Rotasjonsfrekvensen er altså antallet omdreininger motoren gjør hvert sekund. 1 Nm/s er det samme som 1 watt (1 W). 1000 watt = 1 kilowatt (1 kW). Setter vi inn formelen for arbeid i likningen ovenfor, blir den slik: P =

36

n

(W)

Denne likningen er den viktigste hjelpen vi har når vi skal vurdere og sammenlikne motorer. Legg merke til at slagvolumet, Vh, er det totale slagvolumet for motoren, det vil si samlet for alle sylindrene. Likningen viser hvor stor effekt som blir utviklet i hver av sylindrene i motoren. I det neste avsnittet skal vi se at ikke hele denne effekten blir overført til veivakselen og svinghjulet. For å finne den effekten må vi ta hensyn til motorens virkningsgrader.

Virkningsgradene Virkningsgradene til en motor blir definert slik: . , . , arbeid vi kan nytte virkningsgrad = --------------------------tilført energi

Som regel bruker vi et internasjonalt kjent symbol for virkningsgrad. Det er den greske bokstaven eta (17). Det er vanlig å skille mellom flere typer av virkningsgrader. I denne boka skal vi se på to av dem: 1 den effektive virkningsgraden 2 den mekaniske virkningsgraden

Effektiv virkningsgrad Det vi kaller effektiv virkningsgrad, er forholdet mellom det effektive arbeidet som vi kan gjøre oss nytte av på motorens veivaksel, og den varmemengden som blir tilført gjennom brenselet.

For å kunne regne ut det effektive arbeidet må vi gå ut fra arealet for effektivt arbeid i diagrammet som viser den virkelige prosessen. (Se figur 2.8.) Etter det vi har lært til nå, er det skraverte arealet et uttrykk for arbeidsmengden som gasstrykket overfører til stempelet. Noe av denne arbeidsmengden går med til å overvinne de mekaniske effekttapene i motoren. Disse tapene er: 1 Arbeid som går med til å overvinne friksjonen i motoren, blant annet friksjonen mellom stempel og sylinder. 2 Arbeid som går med til å pumpe ut avgassen og til å suge inn ny luftladning i sylinderen. 3 Arbeid som går med til å drive smøreoljepumpe, kjølevifte og brenselpumpene.

Når vi trekker dette arbeidet fra arbeidet som arealet på figur 2.8 er et uttrykk for, står vi igjen med det effektive arbeidet, We.

37

Forholdet mellom det effektive arbeidet og den varmemengden som blir tilført gjennom brenselet, blir kalt den effektive virkningsgraden'. We Ve = ------Qo

Som nevnt forteller den effektive virkningsgraden oss hvor mye av ener­ gien i brenselet som kan utnyttes effektivt på motorens veivaksel. Dermed er det klart at den effektive virkningsgraden har direkte sammenheng med brenselforbruket.

Brenselforbruket angir vi i antall gram brensel motoren bruker for å yte én kilowattime. Vi skriver dette slik: be g/kWh Vi kaller dette forbruket for det spesifikke brenselforbruket.

En traktormotor kan for eksempel bruke 230 g/kWh når den blir brukt til pløying. Når den samme traktoren blir brukt med bakmontert snøfreser, kan forbruket være 260 g/kWh. Kjenner vi brennverdien for brenselet, kan vi også finne den effektive virkningsgraden til motoren. Brennverdien (varmeinnholdet) til brenselet blir som regel angitt i megajoule per kilogram brensel (MJ/kg). For dieselbrensel (dieselbrennolje) er brennverdien om lag 42,8 MJ/kg. 1 megajoule = 1 million joule.

Brennverdien i 1 kg brensel blir kalt for spesifikk brennverdi, Hu. Diesel­ brensel har da en spesifikk brennverdi på Hu = 42,8 MJ/kg. Hvis en traktormotor har et brenselforbruk på be g/kWh, betyr det at den får tilført en varmemengde på: h • tt

e« = ^(MJ/kWh)

For å komme videre må vi regne om arbeidsmengden, som er angitt i kWh, til samme benevningen som den tilførte varmemengden, nemlig til MJ. 1 kW i løpet av én time svarer til 1000 W i 3600 sekunder:

1 kWh = 1000 • 3600 Ws (wattsekund)

Nå vet vi at 1 Ws = 1 J. 1 kWh blir da lik 3,6 MJ. Nå kan vi finne den effektive virkningsgraden: 3600 he = ---------bc'Hu

38

Legg merke til at vi må bruke benevnelsen g/kWh for det spesifikke brenselforbruket.

Eksempel Motoren som bruker 230 g/kWh ved pløying og 260 g/kWh ved snøfresing, får en effektiv virkningsgrad på ,

3600

Vc = 230-42 8

= 0,37 Ved P Øymg

, > 3600 „„„ J . b) ne = ------------- = 0,32 ved snøfresmg 260-42,8

Mekanisk virkningsgrad Vi har tidligere nevnt de mekaniske tapene i motoren. Når vi trekker disse tapene fra den arbeidsmengden som gasstrykket overfører til stempelet, sitter vi igjen med det arbeidet som kan nyttes til effektivt arbeid. Vi kan skrive det slik:

We = W-Wtap(Nm)

Her er We = effektivt arbeid (Nm) W = gasstrykkarbeidet (arbeidsoverskuddet) (Nm) Wtap = tapsarbeidet (Nm) Den mekaniske virkningsgraden er forholdet mellom det effektive arbeidet og gasstrykkarbeidet'.

Motorprodusentene arbeider seriøst med å redusere de mekaniske tapene. Det gjelder særlig friksjonen mellom stempelet og sylinderveg­ gen, fordi dette er det største tapet. Utviklingen av gode smøreoljer har vært særlig viktig. Når friksjonen blir redusert, blir tapene mindre og den mekaniske virkningsgraden større.

S vingh j ulseffekten I avsnittet ovenfor fant vi at det effektive arbeidet kunne skrives

We =

• W (Nm)

Tidligere har vi funnet at vi kan skrive gasstrykkarbeidet (arbeidsover­ skuddet) slik:

W = pm • Vh (Nm)

39

Kombinerer vi disse to uttrykkene, får vi:

We = Vm ' Pm'

(Nm)

Produktet pm • p kaller vi det effektive middeltrykket, pme:

Pme = Pm * Pm (N/tt?) Dette kan vi bruke til å finne det effektive arbeidet i en arbeidsprosess slik:

W. = Pme ' Vh (Nm) Nå er vegen over til motorens nettoeffekt kort: Pc = IVe-y (W)

Denne likningen gjelder for firetaktsmotorer. Setter vi inn verdier for det effektive arbeidet, We, får vi:

P< = pme-vh y (W)

Denne likningen har svært stor betydning i motorteknikken. Vi kaller den for motorens hovedlikning.

Nettoeffekten kaller vi gjerne for motorens svinghjulseffekt. Navnet fortel­ ler at dette er den effekten vi har til disposisjon til arbeid utenfor selve driften av motoren. I tabellen nedenfor ser du noen eksempler på den største svinghjulseffekten og det tilhørende effektive middeltrykket for noen kjente traktormodeller.

Traktormerke/modell International 685 Massey Ferguson 600 Volvo 2105 Turbo med mellomkjøler

40

Svinghjulseffekt kW 51,5 49,0 120

Effektivt middeltrykk N/m2 7,75 • 105 7,60 • 105 11,48 • 105

Litereffekt, stempelhastighet og dreiemoment Litereffekt Forholdet mellom motorens effekt og slagvolum (målt i liter) kaller vi motorens litereffekt. Vi kan skrive forholdet slik: litereffekt =

motoreffekt (pe)

slagvolum (Vh)

Legg merke til at dette bryter med regelen om å bruke kubikkmeter som målenhet for volum. Grunnen til at vi trekker fram litereffekten, er at traktorprodusentene ofte angir slagvolumet til sine motorer i liter i stedet for i kubikkmeter.

Litereffekten er i likhet med middeltrykket et mål for varmebelastningen på motoren. Vi kan bruke litereffekten til å sammenlikne motorer med, men betingelsen er at de motorene vi sammenlikner, har omtrent samme rotasjonsfrekvens .

Stempelhastighet Stempelet står stille i begge dødpunktene. Fra det ene dødpunktet blir stempelet akselerert opp til sin største hastighet. Denne hastigheten når stempelet omtrent midt på slaglengden. Herfra og til neste dødpunkt må stempelet bremses ned (retarderes), slik at det stanser igjen i det andre dødpunktet.

Vi kan regne ut den gjennomsnittlige stempelhastigheten, cm: cm = 2 • S • n (m/s) Her er S = slaglengden (m) n = motorens rotasjonsfrekvens (r/s)

Eksempel Volvo BM Valmet 805 har en motor på 70 kW. Slaglengden er 120 mm, og hele slagvolumet er 4,4 1. Maksimaleffekten får vi ut ved en rotasjons­ frekvens på 35 r/s. Hva blir litereffekten og hvor stor blir den gjennom­ snittlige stempelhastigheten? Løsning: 70 ----- = 15,9 kW/1 4,4

41

Stempelhastigheten ved maksimal effekt er: 2 • 0,12 • 35 = 8,4 m/s

Dreiemoment Dreiemomentet fra motoren blir forsterket i girkassen og mellom pinjong og kronhjul, slik at det blir stort nok til å dreie drivhjulene rundt. Dreie­ momentet på drivhjulsakselen må være stort nok til å gi traktoren til­ strekkelig skyvekraft. Skyvekraften er altså direkte avhengig av motorens dreiemoment.

Motorens dreiemoment er på sin side avhengig av effekten og rotasjons­ frekvensen. På figur 2.13 ser vi dette: En kraft F virker på omkretsen til en sirkel. Sirkelen har radius R. Når kraften har gjort én omdreining rundt sirkelen, har den utført dette arbeidet:

W = F•

2tt •

R (Nm)

Hvis kraften går rundt sirkelen med rotasjonsfrekvensen n, blir effekten:

P = F•

2tt •

R • n (W)

Vi kan se av figuren at kraften gir momentet: M = F • R (Nm)

Setter vi dette inn i effektlikningen, får vi: P = 2tt • M • n (W)

Vil vi ha P i kW, blir likningen slik:

P = eller P =

Løser vi denne likningen med hensyn på momentet, får vi:

M = ——— (Nm) 2tt • n Et slikt roterende moment blir kalt for dreiemoment, og det er vanlig å bruke betegnelsen for det. Erstatter vi P med formelen for svinghjulseffekten (se avsnitt 2.12), får vi

Effekt

= Pme-Vn (Nm) 47T

Her kan vi forkorte med n og får da: Md = Pme'Vh (N/m) 4tt

Legg merke til at rotasjonsfrekvensen n nå ikke lenger inngår i formelen for motorens dreiemoment. Det betyr at når vi har en bestemt motor, med et bestemt slagvolum, er dreiemomentet bare avhengig av middeltrykket.

Eksempel Figur 2.14 gjelder motorene i Volvo BM Valmet 2005 og 2105. Kurvene for effekt, dreiemoment og brenselforbruk har vi fått fra fabrikken. For å finne kurven for det effektive middeltrykket går vi ut fra formelen for dreiemomentet. Vi løser formelen med hensyn på middeltrykket:

Pme =

Figur 2.14 Ytelseskurver for Volvo BM Valmet2005 og 2105

4tt •

Md (N/m2)

Setter vi inn verdien for motorenes slagvolum (begge har slagvolum Vh = 5,5 1), får vi: 4tt

pmc =----------- Md (N/m2) 0,0055

Kurven for det effektive middeltrykket er tegnet inn sammen med kur­ vene for dreiemomentet.

Til vanlig oppgir fabrikkene bare effekten ved fullt pådrag på motoren. Dette er også tilfellet for motorene i eksempelet ovenfor. Men nesten all kjøring med traktoren krever mindre pådrag. Vi har nesten aldri gasshåndtaket i stilling for fullt pådrag, unntatt ved transportkjøring.

---- -------------------------- n Figur 2.15 Delbelastninger

Når vi kjører med lavere effekt på dieselmotoren, sprøyter vi inn mindre brensel i sylindrene ved hver forbrenningsprosess. Dermed synker mid­ deltrykket. Varmebelastningen blir også mindre. Figur 2.15 viser en rekke kurver. Hver av kurvene gjelder en bestemt stilling på gasshåndtaket. Vi ser at når middeltrykket synker, vil både dreiemomentet og svinghjulseffekten bli mindre.

Dreiemomentstigning Dreiemomentstigningen for en motor regner vi ut etter denne formelen:

Her er Afs = dreiemomentstigningen i prosent Mm = maksimalt dreiemoment Mt — dreiemomentet ved maksimal effekt

43

Eksempel En traktormotor har et maksimalt dreiemoment på 290 Nm. Momentet ved maksimal effekt er 240 Nm. Regn ut dreiemomentstigningen. Løsning:

Ms =

Ms =

290 - 240.100 240

^-•100

Ms = 22 %

Eksempler og oppgaver Eksempler Eksempel 1 Motoren i IH 585 har slaglengde 5 = 111,1 mm og boring B = 98,4 mm. Den har fire sylindrer. a) Regn ut slagvolumet. b) Finn stempelhastigheten hvis rotasjonsfrekvensen er n = 1600 r/min. c) Regn ut kraften mot stempelet når gasstrykket er 50 • 105 N/m. Løsning: \ ci i + i/ ir-D2 a) Slagvolumet Vh =---------- S 4 Setter vi inn tall, finner vi:

— • (0,0000984)2- 4 -0,111 = 0,003376 m3 4 b) Stempelhastigheten blir cm = 2 • S • n (m/s)

Her må rotasjonsfrekvensen regnes per sekund. Med tall får vi da cm = 2-0,111-

60

c) Stempelkraften blir:

F =

44

= 5,92 m/s

Med tall får vi:

F = — • 0,9842 • 104 • 50 = 38,0 N 4 Eksempel 2 En traktormotor har kompresjonsforhold pl2c = 16. Slagvolumet i én sylinder er 1008,5 cm3. Hvor stort er kompresjonsvolumet? Løsning: Vi husker kompresjonsforholdet:

Vi løser denne likningen med hensyn på kompresjonsvolumet, Vk: Vn _ -1 ”

1008,5 16-1

Eksempel 3 Hvor høy er kompresjonstemperaturen for motoren i eksempelet oven­ for? Løsning: Vi kan regne ut kompresjonstemperaturen ved hjelp av formelen i avsnitt 2.3:

rk = 300 • 160’33 - 273 = 476 °C

Eksempel 4 I en motor stiger temperaturen med 1500 °K under forbrenningen. Denne motoren har et slagvolum på 900 cm3 i hver sylinder. Hvor stor varme­ mengde har forbrenningen gitt? Vi regner med at den spesifikke varmeka­ pasiteten for lufta i det aktuelle temperaturområdet er 1380 J/(kg-K). Løsning:

Q = m • cp • (T3-T2) (J) Vi vet at temperaturstigningen T3 - T2 er 1500 °K, og vi kjenner cp = 1380 J/(kg-K). Men vi vet ikke hvor mye luft det er i sylinderen. Vi kan finne størrelsen på denne luftmassen av likningen: m = pL-0,9-10~3 (kg)

Vi går ut fra at tettheten til lufta er: Pl

= 1,25 kg/m3

Da får vi: m = 1,25 • 0,9 • 10~3 = 1,125 • 10-3 kg

45

Nå kan vi finne varmemengden:

Q = 0,001125-1380-1500 = 2193,8 J Eksempel 5 Motoren i eksempelet ovenfor har tre sylindrer. Under arbeid med pløy­ ing er det spesifikke brenselforbruket 220 g/kWh. Motoren arbeider da med en rotasjonsfrekvens på 24 r/s og gir 29,4 kW.

Hvor stor varmemengde er blitt frigitt i hver sylinder? Og hva blir den effektive virkningsgraden?

Løsning: Først finner vi forbruket av brensel for hvert sekund: de-Pe 220-294 Bc = ——~ = ------------ = 1,8 g 3600 3600 Siden veivakselen roterer 24 ganger i løpet av ett sekund, har det vært 12 forbrenninger. Det betyr at det er tilført:

i de tre sylindrene for hver forbrenningsprosess. Hver sylinder har da fått:

°’-15— = 0,05 g per rforbrenningsprosess k — Regner vi nå med at brenselet har en spesifikk brennverdi på 42,8 J/g, vil den tilførte varmemengden være Q = 0,00005 • 42,8 = 0,00214 MJ per forbrenningsprosess Virkningsgraden finner vi av likningen:

3600 3600 r/c = ---------- = ------------- = 0,38 bc ■ Hu 220 • 42,8 Eksempel 6 Motoren i eksempel 1 gir maksimalt dreiemoment på 220 Nm ved n = 23,3 r/s. Hvor stor er svinghjulseffekten, og hvor stort er det effek­ tive middeltrykket ved denne rotasjonsfrekvensen? Løsning:

Pe =

2-tt •

M • n

= 2tt

• 220 • 23,3

Pe = 32 207,6 W ( = 32,2 kW)

~

46

4-M _ Vh ~

4-220 3,376-10-3

pmc = 818 898,6 N/m ( = 8,19 bar)

Du husker vel at 100 000 N/m2 er det samme som 1 bar?

Oppgaver 2.1 En firesylindret motor har slaglengde 125 mm. Boringen er 110 mm, og kompresjonsforholdet er 16. Motoren gir maksimal effekt på 59,5 kW ved n = 20 r/s. Største dreiemoment er 268 Nm ved 1000 r/min. a) Regn ut slagvolumet og kompresjonsvolumet til motoren. b) Regn ut litereffekten og største stempelhastighet. c) Regn ut største effektive middeltrykk. Ved hvilken rotasjonsfrekvens har vi dette middeltrykket? 2.2 En sekssylindret motor har et samlet slagvolum på 5800 cm3. Effekten er 74 kW ved n = 36,7 r/s. Største dreiemoment er 360 Nm ved n = 23,3 r/s. Figur 2.16 Motorkarakteristikk for en sekssylindret traktormotor

Diagrammet på figur 2.16 viser hvordan effekt og dreiemoment endrer seg med rotasjonsfrekvensen. Tegn inn en tilsvarende kurve for effektivt middeltrykk.

2.3 Motoren i oppgave 2.2 bruker 230 g/kWh ved største dreiemoment, a) Regn ut hvor mye brensel traktoren bruker i løpet av en time. b) Regn ut hvor mye brensel som blir sprøytet inn i hver sylinder for hver forbrenningsprosess. c) Regn ut effektiv virkningsgrad ved største dreiemoment og ved største svinghjulseffekt.

Vi kan her regne med at innsprøytningsmengden til sylindrene er like stor ved største svinghjulseffekt som ved største dreiemoment.

Hvordan vil du forklare forskjellen i virkningsgrad? 2.4 En traktor har en firesylindret motor med slagvolum 3,911 1. Motoren gir største dreiemoment på 240 Nm ved n = 26,7 r/s. Ved største svinghjuls­ effekt er dreiemomentet 10 % lavere og det spesifikke brenselforbruket 10 % høyere. Effektiv virkningsgrad er = 0,35 når motoren gir største dreiemoment. a) Finn spesifikt brenselforbruk ved største dreiemoment. b) Regn ut største svinghjulseffekt og effektiv virkningsgrad ved største dreiemoment. c) Finn varmemengden ved hver forbrenningsprosess ved største dreiemo­ ment. d) Regn ut temperaturstigningen under forbrenningen. Sett den spesifikke varmekapasiteten for luftladningen til cp = 1380 J/(kg-K). Velg selv en passende verdi for tettheten til lufta.

47

Lufttilførselen og avgassystemet

Luftbehovet og motoreffekten I fysikken lærer vi at den prosessen hvor brenselet forbinder seg med oksygen, blir kalt forbrenning. Forbrenningen frigjør varme. Det er denne varmen som får forbrenningsgassene til å ekspandere og gi trykk mot stempelet. Slik oppstår den gasskraften som i sin tur blir omgjort til mekanisk energi fra motoren.

Det oksygenet som trengs til forbrenningen, tar traktormotoren fra lufta. I vanlig luft er det om lag 21 % oksygen. Motoreffekten er avhengig av hvor mye brensel som blir forbrent ved en forbrenningsprosess. Siden brenselet må ha luft for å forbrenne, betyr dette at det egentlig er luftmengden i sylinderen som bestemmer hvor stor energimengde som kan frigjøres. Motoren kan ikke utnytte mer brensel enn den har luft nok til.

I dette kapittelet skal vi se nærmere på hvordan lufta føres inn i sylinde­ ren. Vi vil også komme inn på hvordan vi kan øke effekten til motoren ved å overlade sylinderen med luft. Til slutt i kapittelet skal vi se på avgassanlegget, som sørger for at motoren blir kvitt avgassene. På figur 3.1 ser du hvordan «pusteorganene» til motoren er oppbygd. Figuren viser det vi kaller en normalladd motor.

48

På figur 3.2 ser du et prinsippbilde av en overladd motor. Denne motoren har en turbolader som suger inn luft, komprimerer den noe og deretter trykker lufta inn i sylinderen. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Innsprøytningsventil Sylinder Avgassmanifold Innsugningsmanifold Brenselventil til kaldstart Returledning Innsprøytningsrør Turbolader Gassturbin Turbinhjul Avgassrør Luftfilter

Figur 3.2 Motor med overladning Det blir mer og mer vanlig med turbolader på traktorer. Lenger bak i boka skal vi komme nærmere inn på denne teknikken.

Fylling av sylinderen Før vi går videre, skal vi forklare hva vi mener med fylling av sylinderen.

Fyllingen er den luftmengden som er til stede i sylinderen under forbrennin­ gen. Fyllingen er avhengig av flere faktorer. Når motoren selv suger inn lufta, slik tilfellet er med en normalladd motor, oppstår det et undertrykk (sug) i sylinderen. Undertrykk vil si at trykket er lavere enn atmosfære trykket.

Jo større dette undertrykket er, desto tynnere er lufta inne i sylinderen. Ved kraftig undertrykk vil luftmengden som motoren rekker å suge inn, det vil si fyllingen, bli mindre. På figur 3.3 ser du hvordan trykktilstanden er i sylinderen i innsugningstakten.

Figur 3.3 Trykk i sylinderen under gassvekslingen

49

Innsugningen begynner i punkt a. Der synker trykket til under atmosfæretrykket, og lufta vil strømme gjennom luftfilteret og innsugningsrøret til sylinderen. Dersom lufta møter motstand på veien til sylinderen, vil undertrykket i sylinderen bli kraftigere og fyllingen dermed mindre. Stor motstand mot luftstrømmen får vi dersom for eksempel luftfilteret er mer eller mindre tilstoppet. Derfor er det viktig å holde luftfilteret reint. Støvinnholdet i lufta kan bli opptil 0,2 g/m3. Støvmengden er selvsagt avhengig av hvordan omgivelsene og været er.

Støvet inneholder små mineralpartikler som blander seg med smøreoljen. Er det mye støv i innsugningslufta, kan motoren bli nedslitt på svært kort tid. I landbruket kan det være mye støv der vi kjører, men mengden kan variere mye. Ved gode forhold kan det være 0,001 g/m3, mens det ved dårlige forhold kan være 0,2 g/m3 støv i lufta. Det farligste støvet kommer fra sand eller leire. For hver liter brensel som motoren bruker, trenger den samtidig om lag 10 m3 (10 000 liter) luft. Dersom vi ved harving i tørr leirjord bruker 100 1 brensel, vil således omtrent 1000 m3 luft ha gått igjennom motoren. Dersom det er 0,1 g/m3 støv i lufta rundt traktoren, blir det i alt 1000 -0,1 = 100 g støv i innsugningslufta. En slik mengde ville ha gitt stor slitasje i løpet av kort tid.

At levetiden på en motor er så lang som den er, kommer av at innsug­ ningslufta blir godt filtrert, og at smøreoljen er av god kvalitet.

Det er luftfilteret som har til oppgave å rense lufta før den kommer inn i motoren. I traktormotorer skiller vi mellom to hovedtyper av luftfiltre: oljebadfiltre (se figurene 3.4 og 3.5) og tørre filtre (se figurene 3.6 og 3.7). Begge typer kan være med eller uten det vi kaller syklon eller sentrifugaldel. En syklon er en innretning som setter lufta i kraftig virvelbevegelse, slik at en stor del av støvinnholdet slynges ut. Støvet samles opp i en såkalt forrenser, som er lett å holde øye med og lett å tømme.

Figur 3.4 Luftfilter med oljebad Oljebad

50

På figur 3.4 ser du et oljebadfilter. Denne filtertypen passer til motorer i hard drift, der det er mye støv. Figur 3.5. viser de enkelte delene i filteret.

I de siste årene er de tørre filtrene blitt mer og mer vanlige. Disse filtrene har en tørr filterpatron laget av papir. Denne filtertypen har ikke noe oljebad, derfor kan den monteres i alle stillinger.

Figur 3.5 Delene i et oljebadfilter

1 Innløp 2 Utløp 3 Hus

4 Luftstrøm 5 Støvkammer 6 Filterpatron

Figur 3.6 Tørt luftfilter Figur 3.6 viser et eksempel på et slikt filter. Legg merke til hvordan lufta tvinges til en roterende bevegelse utenpå filterpatronen før den blir dratt inn gjennom filteret. Tørre filtre har etter hvert blitt omtrent enerådende. Årsaken til dette er blant annet at de er mer effektive, at vedlikeholdet er enklere, og at et oljebadfilter ikke virker så godt når traktoren går i hellende terreng. De tørre filtrene har ofte en indikator som varsler om filteret blir tett. Renseevnen er på minst 98 %. Et luftfilter vil vanligvis bremse noe på luftstrøm­ men, slik at fyllingsgraden blir redusert. Fyllingsgraden minker ytterligere dersom filteret tettes til. Et godt luftfilter skal ha liten strømningsmotstand, lavt lydnivå og god renseevne.

1 Innsugningsmanifold 2 Papirfilter 3 Forrenser

Figur 3.7 Tørt luftfilter med for­ renser

Figur 3.7 viser et tørt filter med forrenser.

51

På små motorer kan vi bruke enkle tørrfiltre. Dette gjelder først og fremst motorer til motorsager, pumper og liknende.

Luftstrømmen gjennom innsugningsventilen Sylinderen i en motor blir fylt gjennom innsugningsventilen. Ventilen tetter mot forbrenningsrommet, og i innsugningstakten blir den åpnet ved hjelp av en kam på kamakselen.

Figur 3.8 Innsugningsventil

På figur 3.8 ser du hvordan lufta strømmer rundt ventilen og inn i sylinde­ ren. Lufta går gjennom et ringformet areal. Høyden til dette arealet er h. Vi kaller denne høyden for ventilens løftehøyde. Størrelsen på arealet kan vi skrive:

Av =

it

• d • a (m2)

Legg merke til at a er høyden målt vinkelrett mot ventilsetet. Størrelsen på a vil derfor være avhengig av hvor stor setevinkelen er. Som regel er setevinkelen a enten 30° eller 45°. Vi finner a slik:

a = h • cos a (m) (Se figur 3.8.)

Det er viktig at dette arealet blir størst mulig for at strømningsmotstanden skal bli så liten som mulig. Det volumet som stempelet åpner for når det går nedover i sylinderen, skal fylles med luft. Vi finner lufthastigheten gjennom ventilen av denne likningen: ■^s ’

Her er As Cm Av vL

7 Roterende luftstrøm 2 Innsugningskanal

Figur 3.9 Innsugningsventil med turbulens

52

‘

= = = =

stempelarealet (m2) gjennomsnittlig stempelhastighet (m/s) arealet rundt innsugningsventilen (m2) lufthastigheten (m/s)

I ottomotorene må konstruktørene prøve å få til en så god sammenblan­ ding av bensin og luft som mulig. Nettopp under innsugningen lar dette seg lett gjøre ved å sette lufta i virvlende bevegelse under innstrømningen til sylinderen. Slik strømning blir kalt for turbulent strøm. Turbulensen øker motstanden noe, men virkningen av bedre sammenblanding av ben­ sin og luft opphever den økte motstanden. Også i dieselmotorer vil en turbulent strøm gi bedre forbrenning. Figur 3.9 viser en dieselmotor med slik roterende luftstrøm. Det er formen på innsugningskanalen som skaper den roterende bevegelsen.

Fyllingsgraden Teoretisk vil vi kunne fylle hele slagvolumet, Vh, med luft. Den størst tenkelige luftmengden som vi kan få inn i sylinderen, er: wLt = Vh • Qa (kg)

Her er mLt = teoretisk luftmengde i sylinderen (kg) Qa = tettheten i lufta ved vanlige atmosfæriske forhold (kg/m3) I normalladde motorer vil den virkelige luftmengden bli mindre enn den teoretiske mengden. Årsaken til dette kan du se ved å studere figur 3.3. Du ser at det effektive sugeslaget vil gi et mindre innsugd volum enn slagvolumet, Vh.

I turboladde motorer blir «innsugd» luftmengde større enn den teoretiske luftmengden. Dette skyldes at lufta er forkomprimert idet innsugningsventilen åpner. Forkomprimeringen i turboladeren gir lufta større tetthet enn tettheten ved vanlig atmosfærisk trykk. Fyllingsgraden er forholdet mellom den virkelige luftmengden mLv (kg) og den teoretiske luftmengden mLt (kg): ru*

j

^Lv

fyllingsgraden = —— "Tt

Fyllingsgraden er et tall uten benevning. Tallet blir ikke brukt til noe annet praktisk formål enn til å sammenlikne motorer med. Blant annet er det til god hjelp når vi skal sammenlikne overladde motorer med normal­ ladde. Fyllingsgraden har disse verdiene for ulike motortyper: Normalladde motorer Overladde motorer Bensinmotorer (ottomotorer)

0,75 -0,90 1,00 -1,80 0,70 - 0,80

Alle de verdiene vi har oppgitt her, gjelder ved fullt gasspådrag (helt åpent gasspjeld). For ottomotorer som blir kjørt med delbelastning, er fyllingsgraden vesentlig mindre.

Ventilmekanismen Firetaktsmotoren bruker en hel takt, det vil si hele slaglengden fra øvre til nedre dødpunkt, til fylling av sylinderen. Innsugningsventilen står åpen under hele denne bevegelsen. Innsugningsventilen åpner litt før øvre dødpunkt er nådd og stenger etter at stempelet har passert nedre død­ punkt.

Figur 3.10 Innsugningsperioden På figur 3.10 ser du hvor lenge innsugningsventilen står åpen.

53

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Vippearm Topplokk Ventil Sylinder Stempel Blokk Veivstang Kamaksel Veiv aksel

Figur 3.11 Tverrsnitt av motor med sidemontert kamaksel

På figur 3.11 ser du hvordan ventilsystemet på en vanlig traktormotor er bygd opp. Kamakselen er plassert ved siden av veivakselen, lavt nede i motorblokka. Støtstanga overfører løftebevegelsen til en vippearm som ligger over topplokket. Vippearmen aktiverer i sin tur ventilen. En slik mekanisme blir gjerne kalt for sidemontert kamaksel. En liten klaring mellom ventilstammen og vippearmen sikrer at ventilen kan lukke tett mot ventilsetet. (Se figur 3.12.)

Ventilklaringen blir justert ved hjelp av en skrue i vippearmen. Figur 3.13 viser et eksempel på justering av ventilklaringen. Figur 3.12 Ventilklaringen

1 Søkerblad 2 Justerskive (skjult) 3 Vippearm

Figur 3.13 Justering av ventilklaring

54

Hvor stor ventilklaringen skal være, er avhengig av temperaturfordelingen i topplokket. Det er også avhengig av hvilke materialer topplokket og ventilen er laget av. Det er vanlig med ventilklaringer på 0,2 til 0,5 mm.

Etter en tids kjøring kan det være nødvendig å etterjustere klaringen. Dette skyldes at ventilen «setter» seg på setet. At ventilen setter seg, gjør at den opprinnelige klaringen blir mindre. Ventilklaringen må være så stor at ventilen stenger helt, også når den er varm. Kamakselen har en kam for hver ventil. Figur 3.14 viser hvordan kamakselen kan se ut.

1 Registertannhjul 2 Kam 3 Lagertapp

Figur 3.14 Kamaksel

Vanligvis er kamakselen laget i ett stykke. Det er profilen på kammen som bestemmer hvordan ventilen skal åpne og stenge. Den første delen av åpningsbevegelsen går med til å ta opp ventilklaringen. (Se figur 3.15.)

Figur 3.15 Kam og kamfølger På figur 3.16 ser du et eksempel på en løftekurve. Til å begynne med blir ventilen løftet langsomt og gradvis. Seinere, det vil si når kamfølgeren (enden av støtstanga) glir over flanken på kammen, løftes ventilen rask­ ere. Når kamfølgeren glir over på kamspissen, vil løftehastigheten avta. På figuren har vi også tegnet inn akselerasjonen i løftebevegelsen. Aksele­ rasjonen har stor betydning for dimensjonen på ventilfjæra.

55

Figur 3.16 Løftekurve

Luftmassen som står i innsugningsrøret, har en viss treghet og krever litt tid for å komme i gang. Ventilen må derfor begynne å åpne før stempelet vender i øvre dødpunkt. For sein åpning gir større undertrykk i sylinderen enn nødvendig. Tregheten til luftmassen vil bremse luftstrømmen. Dette er vist med den stiplede linjen på figur 3.3. Slik strupning reduserer den mekaniske virkningsgraden. (Se avsnitt 2.12.)

Mot slutten av innsugningstakten vil tregheten i luftstrømmen komme til nytte. Dersom ventilen blir holdt åpen etter at stempelet har passert nedre dødpunkt, vil tregheten i luftstrømmen gi etterfylling av sylinderen. Denne etterfyllingen øker fyllingsgraden. Styringsdiagrammet hjelper oss til å holde oversikt over åpnings- og stengetidene for ventilene. Figur 3.17 viser et slikt diagram.

Figur 3.17 Styringsdiagram

56

Det er vanlig at styringstidene for avgassventilene også blir tegnet inn i det samme styringsdiagrammet. Åpnings- og stengetidene er merket som vinkelgrader på veivsirkelen. Legg merke til at innsugningsventilen og avgassventilen overlapper hverandre ved øvre dødpunkt. Overlapping vil si at begge ventilene står åpne samtidig. Tregheten i avgasstrømmen ut gjennom avgassventilen vil gjøre at det ikke strømmer avgass tilbake til sylinderen.

I dieselmotorer vil det strømme en del luft ut med avgassen (husk luft­ overskuddet!). Dette er gjort slik for at stempeltoppen skal få bedre kjøling. I overladde motorer er overlappingen større enn i normalladde motorer. På den måten øker den mengden av luft som bare tjener til å kjøle ned stempeltoppen. Vi kaller gjerne denne luftmengden for spyleluft. Spylin­ gen fører til tap av energi, og den mekaniske virkningsgraden blir redusert dersom mengden av spyleluft er stor. Dette skyldes at arbeidet som går med til å føre lufta inn i sylinderen, blir større. I kapittel 2, avsnitt 2.12, omtalte vi dette som tapt arbeid, og det fører til at det effektive arbeidso­ verskuddet som motoren kan gi, blir mindre.

Hvordan kamakselen blir drevet Både avgassventilen og innsugningsventilen skal åpne seg én gang for annenhver motoromdreining. Derfor må kamakselen gå rundt med halv­ parten så stor rotasjonsfrekvens som veivakselen: nv

"k = T Her er nk = rotasjonsfrekvensen for kamakselen (r/s) «v = rotasjonsfrekvensen for veivakselen (r/s) Slik utveksling får vi til ved å la tannhjulet på kamakselen ha dobbelt så mange tenner som tannhjulet på veivakselen.

Det går fram av det vi har sagt tidligere, at ventilene skal åpne ved riktige vinkler, målt på veivakselen. Dette krever at kamakselen står i en bestemt stilling i forhold til veivakselen. Stillingen må være helt stabil, det vil si at kamakselen ikke må forandre stilling i forhold til veivakselen mens moto­ ren går.

Et slikt stabilt forhold kan vi bare få til ved å bruke tannhjul, tannreim eller kjede til å drive kamakselen. Vanlig kilereim er ikke brukbar, for den kan ikke hindre at kamakselen endrer stilling i forhold til veivakselen.

Som nevnt tidligere har traktormotorene vanligvis sidemontert kamaksel. Denne kamakselen blir drevet av et tannhjulspar: et lite hjul som er montert på veivakselen, og et dobbelt så stort hjul på kamakselen. De to

57

hjulene står enten i direkte inngrep med hverandre, eller det er satt inn et mellomhjul mellom veivakselhjulet og kamakselhjulet. (Se figurene 3.18 og 3.19.) På figur 3.18 ser du hvordan vi sikrer at kamakselen blir montert i riktig stilling i forhold til veivakselen. På tannhjulene er det slått inn merker som skal stemme overens med hverandre når stillingen er rett. Tilsvar­ ende merking finnes også når det brukes mellomhjul, slik figur 3.19 viser.

Figur 3.18 Tannhjulsdriften av kamakselen

1 2 3 4 5 6 7 8

Kamakselhjul Mellomhjul Hjul for innsprøytningspumpe Drivende tannhjul på veivakselen Hjul for oljepumpe Hjul for ventilasjonspumpe Mellomhjul Balanseaksler

Figur 3.19 Register for traktormotor

Figur 3.20 viser et annet eksempel på merking av tannhjulene.

Tannhjulsoverføringen til kamakselen, som ofte kalles for registeret, gir sikker og presis styring av kamakselen. Ulempen ved systemet er at tannhjulsvekselen må ha tilførsel av smøreolje, og at den ikke er lydløs.

1 2 3 4

Kamakselhjul Mellomhjul Hjul for innsprøytningspumpe Drivende hjul på veivakselen

Figur 3.20 Merking av tann hjulene i registeret

Avgassystemet Skal sylinderen kunne fylles med frisk luft, er det en betingelse at den er tømt for forbrenningsgasser. På figur 3.3 så vi hvordan trykket i sylinderen forandret seg under tømming og ny fylling av sylinderen. På figuren er trykket i sylinderen idet avgassventilen åpner, også tegnet inn. Vi så at trykket i sylinderen var forholdsvis høyt. Dette er nødvendig for at gassen som står i sylinderen, skal bli skjøvet ut gjennom avgassrøret, videre gjennom lyddemperen og ut i friluft. Idet strømningen starter, vil gassen som står igjen i røret fra forrige forbrenningsprosess, bli skjøvet ut først. Denne gassøylen har en viss treghet som trykket inne i sylinderen må overvinne. Etter at gasstrømmen er kommet i gang ut gjennom avgassventilen, må stempelet bruke en viss kraft for å skyve gassen ut. Dette skyldes strømningsmotstanden i røret.

58

Det er flere faktorer som er med på å bestemme hvor sterk strømningsmotstanden blir:

1

Et kort, rett rør gir lite motstand.

2

Lyddemperen må være bygd slik at den gir minst mulig motstand.

3

Om avgassventilen blir åpnet i god tid før nedre dødpunkt, vil ventiltverrsnittet rekke å bli stort før strømningen kommer i gang for fullt. Da blir strømningsmotstanden mindre.

4

Om avgassventilen begynner å stenge for tidlig, vil avgasstrømmen gjennom ventiltverrsnittet bli strupt. Da øker strømningsmotstanden.

Figur 3.21 Trykkgangen i sylinderen ved normal og ved for tidlig stenging av avgassventilen

Diagrammet for trykkgangen i sylinderen på figur 3.21 viser et eksempel på vinkler for åpning og lukking av avgassventilen. Slike diagram gir god oversikt over hvordan trykket i sylinderen forandrer seg under gassvekslingen.

Avgassventilen blir utsatt for sterk oppvarming når motoren går. Den blir først utsatt for varmebelastning under forbrenningen. Temperaturen på gassen kan komme opp i 1700-1800 °C i denne fasen. Når avgassventilen åpner, blir den spylt av de varme forbrenningsgassene etter hvert som de skyves ut i røret. Ventilen kan bare bli avkjølt mens den ligger an mot ventilsetet, og ventilstammen har kontakt med topplokket. Derfor er det særlig viktig at selve motorkjølingen er god på disse punktene. Er det dårlig tetning mot ventilsetet, fører lekkasjen av varme forbrenningsgasser svært fort til brente ventiler.

Figur 3.22 Trykket i avgass rørene

Det er viktig at trykket i avgassrøret er så lavt som mulig når avgassventi­ len åpner. Lavt trykk i avgassrørene gir minst utstøtningsarbeid og der­ med god mekanisk virkningsgrad. (Se figur 3.22.)

59

Trykket i avgassrørene kaller vi gjerne for mottrykket. Høyt mottrykk vil altså gi lav mekanisk virkningsgrad. I alle flersylindrede motorer vil utstøtingsperiodene i de enkelte sylindrene overlappe hverandre. Har motoren for eksempel fire sylindrer, vil stempelet i den ene sylinderen være i ferd med å avslutte utstøtingen når neste sylinder blir åpnet. Et eksempel vil forklare dette nærmere.

Eksempel I en traktormotor åpner avgassventilen 45° før nedre dødpunkt. Ventilen stenger igjen 10° etter øvre dødpunkt. Motoren har fire sylindrer, og tenningsrekkefølgen er 1- 3-4 -2. Når sylinder nummer 1 nærmer seg øvre dødpunkt i utstøtingsslaget (avgassventilen er åpen), vil neste sylinder ligge nøyaktig 180° etter. Det vil si at sylinder nummer 3 vil være i ferd med å åpne sin avgassventil. Åpningen skjer 45° før nedre dødpunkt. I den neste delen av veivakselbevegelsen vil altså sylinder nummer 3 ha åpen avgassventil. Det har også sylinder nummer 1. Denne avgassventilen stenger ikke før 10° etter øvre dødpunkt. Da har avgassventilen til sylinder nummer 3 stått åpen 45° + 10° = 55°. Dette betyr at det har strømmet avgass ut i avgassrørene fra begge de nevnte sylindrene i til sammen 55° av veivaksel­ bevegelsen. I dette eksempelet har vi sett på en firesylindret motor. Hvis motoren har flere sylindrer, blir overlappingen enda større. Overlappingen skaper mottrykk i avgassrørene. I motorer med fire sylind­ rer er dette mottrykket ikke større enn at vi kan la alle fire sylindrene slippe avgassen ut i én avgassmanifold som tar imot avgassen fra alle fire sylindrene. Er antallet sylindrer større, må avgassmanifolden ha separate rør et stykke ut fra topplokket før rørene løper sammen til et felles avgassrør. De separate rørstykkene må være tilstrekkelig lange til at trykkstøtene fra de enkelte avgassventilene blir dempet noe ned før avgassrørene løper sammen.

Som regel er traktorer utstyrt med gnistfanger. Den kan være montert ved utløpet av avgassrøret.

Overlading Vi vil igjen ta utgangspunkt i formelen for motoreffekten: pc = pm-vh- y (W) Av formelen ser vi at vi kan øke motoreffekten ved enten å a) øke det effektive middeltrykket, pme, eller b) øke rotasjonsfrekvensen, n.

Som regel lar det seg ikke gjøre å øke rotasjonsfrekvensen. I hvert fall vil det ikke være særlig lønnsomt, fordi fyllingen av sylinderen blir dårligere, og slitasjen øker.

60

Derimot vil vi få en gunstig forbedring av motoreffekten ved å øke det effektive middeltrykket, pme. Det kan vi gjøre ved å lade sylindrene med mer luft enn det motoren selv klarer å suge inn. Når vi får inn mer luft, kan vi sprøyte inn mer brensel, og middeltrykket stiger. Vi har allerede nevnt at gassvekslingen krever arbeid. Noe av dette arbeidet går med til å skyve ut avgassen. En normalladd motor bruker i tillegg noe energi (arbeid) til å suge inn lufta. Denne energimengden tar motoren fra svinghjulet.

Dersom vi ønsker å lade sylindrene med mer luft enn det motoren greier å suge inn, må vi ha en pumpe som kan blåse eller trykke luft med høyere trykk enn atmosfæretrykket inn i sylindrene. Vi kaller dette å overlade motoren (turbolading).

Til turbolading av motoren bruker vi en pumpe (en kompressor) som blir drevet av en gassturbin. Gassturbinen utnytter energiinnholdet i avgassen. Dette er energi som er bundet til avgassen i form av trykk og høy temperatur. I normalladde motorer vil denne energien forsvinne med avgassen. Når avgassventilen åpner, er det fremdeles ganske høyt trykk i avgassen. Temperaturen er også høy. Når gassen strømmer gjennom ventilen, redu­ seres trykket, men energiinnholdet blir stort sett uendret. Denne energi­ mengden er ganske stor. Opptil 40 % av energien som vi fører til motoren med brenselet, er fortsatt bundet i avgassen. En del av denne energien kan vi gjøre oss nytte av ved å la gassen drive turbinen i turboladeren. I turbinen vil gassen ekspandere slik at trykket går ned mot atmosfæretryk­ ket, og den blir kaldere. Begge deler fører til at den gir fra seg energi. På figur 3.23 ser du et diagram som viser den energien vi kan utnytte. I diagrammet er energien vist som et areal.

Figur 3.23 Energi i avgassen I avgassrøret fra gassturbinen er det også strømningsmotstand, og gassen må ha igjen nok energi til å vinne over denne motstanden. Den energien vi ikke kan nytte i turbinen, er merket med dobbel skravering på figuren. Når avgassventilen åpner, vil vi få et trykkstøt i retning mot gassturbinen. Trykkstøtet gjør at gassen strømmer til turbinen med stor hastighet.

61

Figur 3.24 viser hvordan en turbolader er bygd opp.

Figur 3.24 Turbolader

Ladehjulet (også kalt pumpehjul eller kompressorhjul) suger inn luft fra luftfilteret og komprimerer den før lufta strømmer over til innsugningsmanifolden. Siden lufta er litt komprimert før den kommer fram til manifolden, vil den ha et overtrykk når innsugningsventilen åpner. Normalt lager «turboen» et overtrykk på 0,4-1,0 bar foran ventilen. Trykket er høyere jo større motoren er. Når lufta går inn i sylinderen, vil den trykke mot stempelet. Dette trykket innebærer at motoren blir tilført et arbeid mens sylinderen blir fylt. På figur 3.23 har vi merket av dette arbeidet som «Tilført energi». Denne energien kommer i tillegg til energien fra forbrenningen.

Vi forstår av dette at tapsarbeidet i motoren er mindre når vi bruker turbolader. En del av energien som trengs til gassvekslingen, blir tatt fra avgassen. Dette er energi som ellers ville ha gått tapt. Turboladde moto­ rer har derfor høyere mekanisk virkningsgrad enn ndrmalladde. I en amerikansk undersøkelse har en funnet at det spesifikke brenselfor­ bruket er opptil 25 % lavere i turboladde enn i normalladde motorer.

Vi forstår at turboladeren må ha en viss energimengde for å kunne virke tilfredsstillende. Ved start og på tomgang er avgassmengden liten, og det betyr også at energimengden i gassen er liten. Da vil ikke turboladeren gi tilstrekkelig med luft til sylinderen, slik at motoren selv må suge inn den luftmengden som trengs. Motoren arbeider da som en normalladd motor. Under slike driftsforhold må motoren suge lufta forbi ladehjulet i turbola­ deren. Det gir ekstra stor motstand, og da er den mekaniske virkningsgra­ den mindre enn for den normalladde motoren.

Av dette forstår vi at den turboladde motoren egner seg best til tungt arbeid, der avgassmengden er stor. Det gir rikelige mengder med energi til å drive turboladeren, slik at vi sparer brensel.

62

Dieselmotoren egner seg særlig godt til turboladning Vi vet at i en dieselmotor går tenningen lettere jo høyere kompresjonstemperaturen er. Kompresjonstemperaturen blir høyere jo mer vi komp­ rimerer lufta. Det betyr at forkompresjonen i turboladeren allerede hever kompresjonstemperaturen noe. Deretter vil kompresjonen i sylinderen heve temperaturen videre på vanlig måte. Derfor vil kompresjonstempe­ raturen ende på et høyere nivå i en turboladd motor enn i en normalladd. Turboladning virker gunstig på dieselmotoren på en annen måte også. Den får en mykere gang, og den karakteristiske «dieselknakkingen» er mindre støyende enn i en normalladd dieselmotor.

Nesten alle tunge dieselmotorer er turboladde. Turboladningen øker motoreffekten uten at vekten på motoren øker nevneverdig. Derfor vil trolig turboladning bli stadig mer vanlig i traktormotorer. Vi kan likevel ikke forlate dette emnet uten å nevne de ulempene turbo­ ladning fører med seg. Det er særlig varmebelastningen på forbrennings­ rommet som kan bli for stor. Derfor er det spesielt viktig at flatene i forbrenningsrommet blir godt avkjølt av spyleluft. Dette fører naturligvis med seg litt større tap av luft til luftladningen, og dermed også noe lavere mekanisk virkningsgrad.

Spylingen med friskluft blir større fordi lufttrykket i sylinderen er større i den turboladde motoren. I tillegg er det vanlig at overlappingen av venti­ lene er noe større enn i den normalladde motoren. Vi kan øke kjølevirkningen ved å kjøle ladelufta i en mellomkjøler («intercooler»). Dessuten er det i store motorer vanlig å bruke stempelkjøling i tillegg til spylingen med friskluft.

2 Veivaksling 3 Veivhus

Figur 3.25 Stempelkjøling

Varmeutviklingen kan føre til at det blir brent hull i stempelkronen. Derfor må stempelet kjøles spesielt. Det er vanlig å bruke en oljestråle fra en dyse som er plassert i veivhuset. Det er den vanlige oljen fra smøresys­ temet som blir brukt. (Se figur 3.25.) Stempelkjølingen øker oljetemperaturen, og derfor har slike store moto­ rer en oljekjøler.

63

4

Brensel og forbrenning

Brenseltyper I dette avsnittet skal vi se nærmere på brenslene, eller drivstoffene, som brukes til traktorer og andre motorer i landbruket. Vi deler brenslene i to hovedtyper: bensiner og dieselbrensler. Bensinene er den største gruppen. Det blir solgt mer bensin til motorbrensel enn noe annet brensel. Bensin blir brukt til bilmotorer og andre ottomotorer.

Dieselbrenslene er den andre store gruppen. Det blir stadig tatt i bruk flere dieselmotorer, særlig fordi denne motortypen forurenser mindre, og fordi dieselmotorene er mer brenseløkonomiske enn ottomotorene. Etter hvert som turboladning blir mer vanlig, vil nok dieselmotorene få enda større utbredelse. Hittil har de vært mindre populære til bruk i personbiler. Det er i traktorer, lastebiler og andre nyttekjøretøy at diesel­ motoren blir brukt. I denne typen kjøretøy betyr ikke vekten av motoren så mye.

I biler - og særlig i personbiler - betyr vekten av motoren i forhold til hver kilowatt effekt svært mye. Er motoren tung, vil bilen få dårlig akselera­ sjon, og nyttelasten blir liten.

Turboladeteknikken gjør at motoren får mindre vekt for hver kilowatt effekt, og da vil alle fordelene ved denne typen lading gjøre at dieselmoto­ ren blir mye mer brukt.

Tabellen nedenfor viser tetthet og brennverdi for noen brenseltyper.

Tetthet g/cm3 kcal/kg Dieselolje Rapsolje Bensin Etanol Metanol

64

0,83 0,92 0,72 0,79 0,79

10200 9400 10600 6400 4700

kcal/1 8500 8700 7600 5100 3700

Brennverdi MJ/kg MJ/1 42,8 39,2 44,5 26,8 19,9

35,5 36,4 31,7 21,2 15,5

kWh/kg kWh/1 11,9 10,9 12,3 7,4 5,5

9,9 10,1 8,8 5,9 4,3

Hovedkrav til motorbrenslene I motoren blir energien som er bundet i brenselet, omgjort til mekanisk energi. Omgjøringen av energien skjer ved forbrenningen. Dette forklarer hvor viktig forbrenningen er for oss som skal stelle med traktormotorer. Vi kan nemlig bare få til forbrenning hvis motoren opp­ fyller noen bestemte krav:

a b

c

Brenselet må kunne fordampe (gå over til gassform). Vi må kunne lede luft inn til brenseldampen. Det er oksygenet i lufta vi har bruk for. Blandingen av luft (egentlig oksygen) og brenseldamp må kunne varmes opp til tenningstemperatur, slik at forbrenningen kan komme i gang.

De fleste av de motorbrenslene vi bruker i dag, er hydrokarboner. Navnet forteller at brenslene er kjemiske bindinger mellom de to grunnstoffene hydrogen (H) og karbon (C). Ofte blir hydrokabonene delt i tre grupper:

1 2 3

flytende brensler gasser faste brensler

I motorer er det bare de to første gruppene som blir brukt. De flytende brenslene er som tidligere nevnt bensinene og dieseloljene. I tillegg må vi regne de to alkoholene metylalkohol og etylalkohol til denne gruppen, men de er ikke hydrokarboner. I vårt land er det hovedsakelig metylalkohol som er blitt brukt. I dagligtale kaller vi denne alkoholtypen for metanol. Som motorbrensel er det nesten bare som tilsetningsstoff til bensin at den blir brukt. Gassene er uten unntak LPG. Dette er forbokstavene i Liquefied Petro­ leum Gas, som på norsk heter flytgass. Navnet kommer av at det er lett å kondensere gassen til væske, og da er den lett å transportere og lagre. I praksis er det propan som brukes mest, men også butan og blandinger av de to gassene kan nyttes til motorbrensel.

Det er mest til traktorer og trucker som blir brukt innendørs, at det blir brukt gass som brensel. Gassene forbrenner fullstendig og gir avgass uten giftige stoff. Faste brensler blir ikke brukt som drivstoff til motorer i dag.

65

De tekniske egenskapene til bensin I tabellen nedenfor ser du hvilke krav vi stiller til de tekniske egenskapene til bensin.

Minstekrav til drivstoff for ottomotorer (bensin) Normal Super Sommer Vinter Sommer| Vinter 0,73 - 0,78 0,715- 0,755 Tetthet ved 15 °C (g/ml) 97,4 91 ,0 Minste oktantall ROZ 82 ,0 87,2 MOZ 0,15 Blyinnhold (g/1) 0, 15 Fordampningsegenskaper: Fordampet mengde (volum-%) 15 - 40 20 - 45 15-40 20-45 til 70 °C 42 - 65 45 - 70 42-65 45-70 til 100 °C 90 90 90 90 til 180 °C (minimum) Høyeste 2 15 fordampningstemperatur (°C) Største ufordampede rest (volumprosent) 0,45-0,7 0,6-0,9 0,45 - 0,7 0,6-0,9 Damptrykk (bar) 0,1 0,1 Største svovelinnhold 0,1 0,1 (masseprosent) 44 ,0 43,5 Varmeinnhold (MJ/kg) Disse kravene er satt opp etter tysk standard DIN 51 600. Seinere har det kommet nye krav om at bensin etter hvert skal gjøres helt blyfri.

Oktantallet i bensin Vi skal se litt nærmere på oktantallet i bensin, fordi oktantallet forteller noe om den viktigste egenskapen til brensel for ottomotorer. Det er evnen til å motstå selvtenning i sylinderen. Selvtenning vil si at bensin-luft-blandingen tenner av seg selv på tilfeldige steder i forbrenningsrommet. På figur 4.1 ser du et forbrenningsrom hvor det kan forekomme selvtenning.

Figur 4.1 Selvtenning

66

Som vi vet, blir forbrenningen innledet mellom elektrodene i tennplug­ gen. Der oppstår det en flammefront som etter hvert brer seg utover i forbrenningsrommet som kuleskall. (Se figur 4.1.) Flammefronten stråler ut varme til den delen av bensin-luft-blandingen som ennå ikke er antent. Oppvarmingen fører til trykkstigning, fordi gassen prøver å utvide seg. Trykket og temperaturen kan bli så høy at den bensinrike gassen selvtenner. Vi får altså en tenning utenfor tennpluggen.

Er oktantallet lavt, oppstår det lett slik selvtenning. Ved selvtenning skjer forbrenningen svært raskt. Vi sier at gassen i forbrenningsrommet detone­ rer. Detonasjonene fører til sterke trykksvingninger i forbrenningsrom­ met, slik som vist på figur 4.2.

Figur 4.2 Trykksvingninger som skyldes selvtenning Trykksvingningene fører i sin tur til at både stempelet og veggflatene i forbrenningsrommet får en mye større varmebelastning enn det som er normalt. Resultatet blir at de mest utsatte stedene får skader. Ofte ser vi at det går hull på stempelkronen. Bensinen som vi kjøper på bensinstasjonen, kalles ofte for «vanlig handelskvalitet». Den består av en blanding av mange forskjellige molekyltyper, men alle er satt sammen av bare hydrogen- og karbonatomer. Hver molekyltype har sin bankefasthet. Med dette mener vi at de har større eller mindre evne til å motstå selvtenning. På figur 4.3 ser du et eksempel på et molekyl med høy bankefasthet. Dette molekylet heter isooktan og har gitt navn til begrepet bankefasthet: oktantall. H-atomer

Siden handelsbensinen er en blanding av mange ulike hydrokarbonmolekyler, er det nesten umulig å beregne oktantallet. Derfor blir bankefastheten bestemt ved hjelp av en prøvemotor (CFR-motor).

Figur 4.3 Isooktan C8H18

Prøvemotoren er en ensylindret motor som er utstyrt slik at vi kan for­ andre kompresjonsforholdet mens motoren går. Vi kjører denne motoren på den bensinen vi ønsker å finne oktantallet for. Vi øker kompresjonen

67

etter hvert mens motoren går, helt til vi hører at motoren selvtenner (banker). Da låser vi fast kompresjonsforholdet.

I neste fase av testen kjører vi motoren på en blanding av to kjente karbonforbindelser. Med kjent mener vi at vi kjenner oktantallet til de to molekyltypene. Nå kan vi endre blandingsforholdet mellom de to kjente stoffene til vi finner den blandingen som gir samme banking som prøvebensinen.

Det ene av de to hydrokarbonene er isooktan. Du ser oppbygningen av det på figur 4.3. Det andre kjente hydrokarbonet er normalheptan. Nå skjønner du hvorfor vi kaller bankefastheten for oktantall: blandingsprosenten av isooktan er nettopp det tallet vi angir som oktantall. Dersom vi finner fram til en blanding av for eksempel 95 % isooktan og 5 % normal­ heptan, sier vi at oktantallet er 95.

Fordampningsegenskapene til bensin For at forbrenningen skal komme i gang i motorsylinderen, må brenselet først fordampe. Bensinen begynner å fordampe allerede i forgasseren, og fordampningen blir fullført i forbrenningsrommet. Varmen som trengs til fordampningen, tar bensinen fra den innsugde forbrenningslufta og fra veggene i forgasseren, innsugningsmanifolden og forbrenningsrommet. Fordampningen gjør at forbrenningslufta blir noe nedkjølt, og det har en positiv virkning på temperaturen i forbrennings­ rommet.

Det er dette behovet for varme til fordampningen som skaper startvanskeligheter om vinteren. Da kan det nemlig lett bli for lite varme, særlig hvis det i bensinen er lite av molekyler som fordamper lett. Derfor er det viktig at den bensinen vi skal bruke om vinteren, har større mengde av små, lette molekyler. Når innsugningslufta er varmere, slik som om sommeren, er det viktig at bensinen ikke fordamper for lett. Det vil nemlig kunne føre til at motoren blir vanskelig å starte når den er varm. Stanser vi en varm motor, vil varmen bre seg til forgasseren, og det vil lett danne seg dampblærer i bensinkanalene, damplås. Denne dampen inneholder lite bensin i forhold til volumet av blærene. Resultatet er at motoren ikke vil starte.

Brensel til dieselmotoren I en dieselmotor antennes brenselet av den varme forbrenningslufta. Motoren fyller sylinderen med rein luft som blir komprimert til høyt trykk. For traktormotorer ligger kompresjonsforholdet på omkring 16 : 1. Hvor høyt temperaturen stiger på grunn av kompresjonen, er avhengig av om motoren er driftsvarm eller kald. Dessuten vil sluttemperaturen være

68

avhengig av temperaturen på innsugningslufta. En kald vinterdag vil temperaturen etter kompresjonen være lavere enn den er om sommeren.

I likhet med bensin må også dieseloljen fordampe før den kan tenne. I dieselmotoren blir all varme til fordampningen tatt fra den komprimerte lufta. For å hjelpe på fordampningen må dieseloljen forstøves best mulig under innsprøytningen. God forstøvning betyr at brenselet deles opp i tusenvis av mikroskopisk små dråper. Overflaten til alle disse små drå­ pene til sammen er mye større enn om det bare var noen få, store dråper. Den store overflaten som kommer av forstøvningen av brenselet, gjør at dieseloljen lett tar opp varme fra den komprimerte lufta.

Ligger nå temperaturen i lufta over tenningstemperaturen for brenseldampen, vil brenseldampen ta fyr. Og det vil begynne å brenne i hele forbren­ ningsrommet med en gang. Men hvor lang tid som går før det tar fyr, er avhengig av en annen egenskap ved dieselbrenselet, nemlig tennevnen. H-atomer

/ qY

c-atomer k

q Y

ø Y

Å

| L

Figur 4.4 Alfametylnaftalen Ci}HI0

På samme måte som bensin er også dieselolje sammensatt av flere ulike molekyltyper. Noen av disse molekylene er formet som kjeder, andre som ringer. De kjedeformede molekylene er lettest å antenne. De har stor tennevne. Det finnes flere prøvemetoder for å finne tennevnen, og like mange talluttrykk som blir brukt som benevnelse. Det vanligste talluttrykket er cetantallet. Navnet skriver seg fra molekyltypen cetan. Dette molekylet er kjedeformet og har i alt 16 C-atomer og 34 H-atomer. Tennevnen til dette molekylet er definert til«cetantall 100». I den andre enden av cetanskalaen har vi molekylet alfametylnaftalen. (Se figur 4.4.)

Dette molekylet er ringformet, to ringer er hektet sammen. Alfametylnaf­ talen har 11 C-atomer og 10 H-atomer. Ringformede molekyler har van­ skeligere for å tenne enn kjedemolekylene. Det er bestemt at tennevnen til alfametylnaftalen skal settes til «cetantall 0». Vi har allerede nevnt at dieseloljen er satt sammen av mange ulike molekyltyper. Vanligvis vet vi ikke nøyaktig hvilke molekyler brenselet består av. Derfor måler vi tennevnen til en dieselolje ved hjelp av en prøvemotor, på liknende måte som når vi skal finne oktantallet for bensin. Prøvemotoren blir først kjørt på det ukjente brenselet som vi vil under­ søke, og tenningsforsinkelsen blir målt.

Tenningsforsinkelsen er den tiden som går fra innsprøytingen av brenselet begynner, til brenselet blir antent. Når vi har fastlagt tenningsforsinkelsen til det ukjente brenselet, kjører vi motoren på en blanding av referansestoffene cetan og alfametylnaftalen. Den blandingen som gir samme tenningsforsinkelse som det ukjente bren­ selet, viser cetantallet.

Cetantallet er lik den prosentvise andelen av cetan i referanseblandingen. Dieselindeks er også et begrep som oljeselskapene ofte bruker.

69

Eksempel En blanding av 55 % cetan og 45 % alfametylnaftalen gir samme tenningsforsinkelse som det ukjente brenselet. Det ukjente brenselet har derfor cetantallet 55. I tabellen nedenfor ser du de tekniske egenskapene til den dieseloljen vi får kjøpt i Norge:

Tetthet ved 15 °C (kg/m3) Tåkepunkt (°C) Blokkeringspunkt (°C) Tennevne (cetantall) Brennverdi (MJ/kg)

sommer 840 —3 —12 48

vinter 830 —16 —24 47 42,8

Mer om cetantallet og tenningsforsinkelsen På figur 4.5 ser du et diagram som viser hvordan trykket endrer seg i forbrenningsrommet under den siste delen av kompresjonen og i forbren­ ningen.

Langs den horisontale aksen er det satt av en skala for antall grader som veivakselen dreier, og den vertikale aksen har skala for trykk. Følg nå kurven opp til punkt A i diagrammet. Så langt har trykket økt på grunn av kompresjonen. I A begynner innsprøytingen av brensel. Legg merke til at vi nå er like foran øvre dødpunkt (ØD).

70

Innsprøytingen varer til punkt D. Hvor lenge innsprøytingen varer, er avhengig av hvor stor effekt motoren skal gi. Stor effekt betyr stor brenselmengde som skal sprøytes inn. Dette tar lengre tid, og flere gra­ ders dreining av veivakselen, enn innsprøyting av en mindre brensel­ mengde. Derfor er punkt D bare et tilfeldig valgt punkt, et eksempel på når det er sprøytet inn en viss mengde brensel.

Tenningsforsinkelsen er tiden og dermed dreiningen av veivakselen fra A til B. Tenningen skjer i punkt B. I løpet av den tiden som tenningsforsinkelsen tar, arbeider innsprøytningspumpa videre. Den fører derfor en viss mengde brensel inn i forbren­ ningsrommet før forbrenningen tar til. Derfor er den første delen av forbrenningen særlig hurtig og eksplosjonsliknende, det vil si etter punkt B i diagrammet. Vi kaller dette den ukontrollerte delen av forbrenningen, og vi antar at den slutter ved punkt C. Etter dette kommer det en fase hvor brenselet forbrenner straks det kommer inn i forbrenningsrommet. Grunnen til dette er at forbrenningsgassene fra den ukontrollerte delen av forbrenningen er svært varme. Fordampningen av det nye brenselet som kommer inn, går derfor svært fort. Vi kaller dette for den kontrollerte delen av forbrenningen.

Etterbrenningen er den fasen hvor det siste brenselet forbrenner. Ved punkt E er all forbrenning slutt, og ekspansjonen begynner. Vi har sett at cetantallet til et dieselbrensel er nøye knyttet til tenningsfor­ sinkelsen. Jo høyere cetantall, desto kortere tenningsforsinkelse.

Jo bedre motoren er konstruert, desto mer kan vi påvirke tenningsforsin­ kelsen gjennom de ytre faktorene også. Det er altså flere faktorer som er med på å bestemme tenningsforsinkelsen. Hovedbetingelsen for å få lett tenning er høy temperatur på forbrenningslufta ved slutten av kompresjonen, for det er i det øyeblikket brenselet blir sprøytet inn og fordampningen straks begynner.

Høy temperatur etter kompresjonen får vi først og fremst når innsugnings­ lufta har god temperatur, altså om sommeren. Vi får større vanskeligheter med starten om vinteren. Det kan rett og slett bli for kaldt i forbrennings­ rommet, slik at brenseldampen ikke vil tenne. Mange motorer har derfor en glødeplugg i forbrenningsrommet. Høyt kompresjonsforhold øker også temperaturen på luftladningen.

En annen viktig forutsetning for å få kort tenningsforsinkelse er at brense­ let forstøves godt og fordeles utover i forbrenningslufta. God forstøvning får vi med høyt innsprøytningstrykk.

Skal forbrenningen bli god, må brenselet ha god tilgang på oksygen. Derfor er det svært viktig at brenselet blir fint forstøvet, og at sammen­ blandingen med forbrenningslufta ér god.

71

Det er først og fremst innsprøytningsdysen og formen påforbrenningsrommet som avgjør hvor godt brenselet blandes med lufta.

Innsprøytningstidspunktet har også betydning for tenningsforsinkelsen. Hvis innsprøytningen kommer for tidlig, er kompresjonstemperaturen ikke kommet høyt nok. Da blir tenningsforsinkelsen stor. På den andre siden må innsprøytingen ikke komme for seint, for da vil stempelet rekke å komme langt ned i ekspansjonsslaget før forbrenningen blir fullført. Dette gir høy temperatur på avgassen, altså blir varmetapet fra motoren høyt. Det er vanlig at innsprøytningen starter når veiva står noen få grader foran øvre dødpunkt.

Dieselbrenselet om vinteren I vårt klima er vinteregenskapene til brenselet svært viktig. Derfor så vi allerede i tabellen sist i avsnitt 4.6 at det brenselet vi kaller vinterdiesel, har andre egenskaper på et par punkter enn sommerdiesel. Vi skal se litt nærmere på disse punktene. I dieselbrenselet er det voks. Voksen holder seg flytende ved vanlig temperatur. Men hvis det blir ordentlig kaldt, vil voksen bli felt ut som krystaller. Krystallene vil etter hvert gro sammen til flak, og flakene vil tette brenselfilteret og brenselrørene. Tåkepunktet er den temperaturen der brenselet begynner å felle ut voks.

Blokkeringspunktet ligger lavere og er den temperaturen der det er felt ut så mye voks at filteret blir tett. Oljeraffineriene forbedrer brenselet med tilsetningsstoffer, noe som gjør at vokskrystallene holder seg flytende ved lavere temperaturer enn blok­ keringspunktet for sommerbrenselet. Vi kan også senke blokkeringspunk­ tet ved å tilsette parafin i brenselet.

Til vanlig vil oljeselskapene sette til parafin etter årstidene. Men for traktorer som tanker fra gårdsanlegg, kan det være aktuelt for traktoreieren å tilsette parafin selv.

Det kan blandes opptil 40 % parafin (petroleum) i dieseloljen. Det hen­ der at oljeselskapene tilsetter så mye parafin i vinterbrenselet. Vi må derfor være forsiktige med å blande i parafin selv for ikke å gå ut over denne grensen. Parafinblandingen nedsetter smøreevnen til dieseloljen. Når smøreevnen blir for liten, vil slitasjen på innsprøytningspumpa øke. Dersom smøreevnen blir borte, vil innsprøytningspumpa skjære seg. For å redusere faren for skjæring kan vi tilsette totaktsolje.

72

Motorbrensel inneholder svovel Dieselbrenselet inneholder noe mer svovel enn det bensinen gjør.

Bensin: Dieselolje

største tillatte svovelinnhold største tillatte svovelinnhold

0,1 % 0,2 - 0,5 %

Under forbrenningen vil svovel forbinde seg med oksygen til svoveldioksid, SO2. Det blir også dannet vann under forbrenningen. På grunn av temperaturen i forbrenningsrommet vil vannet være i dampform. Men ute i avgassrøret vil dampen kondensere, og da kan vannet lett forbinde seg med svoveldioksidet. Resultatet blir svovelsyre, H2SO4. Svovelsyre er en sterkt etsende syre som gir tæringsskader på de metallflatene den kommer i kontakt med. Når vi kjører med kald motor, kan vi få svovelsyren kondensert på sylinderveggene. Smøreoljen vil rett nok vaske bort svovelsyren, men dette fører til at smøreoljen stadig blir surere. Det blir alltid tilsatt alkaliske stoffer i smøreoljen for at vi skal unngå tærings­ skader. De alkaliske stoffene nøytraliserer syreinnholdet og gir oljen lengre brukstid. Etter en tids kjøring vil det imidlertid være ført så mye syre til smøreoljen at den nøytraliserende virkningen av de alkaliske tilsetningsmidlene tar slutt. Da må vi skifte smøreoljen. Vi forstår at levetiden på smøreoljen er avhengig av temperaturen i motoren og kvaliteten på oljen.

Mer om forbrenning og nødvendig luftmengde Vi har lært at brenslene er kjemiske forbindelser mellom karbon (C) og hydrogen (H). At brenselet forbrenner, vil si at karbonet og hydrogenet i brenselet forbinder seg med oksygen fra luftladningen i sylinderen. Ved denne kjemiske bindingen blir det dannet forbrenningsgasser, og det blir avgitt varme. Forbrenningen av de enkelte bestanddelene i brenselet kan settes opp som likninger. Fullstendig forbrenning av karbon følger denne likningen: C + O2 = CO2 + varme

Forbrenning av hydrogen: 4H + O2 = 2H2O + varme Forbrenning av svovel:

S + O2 = SO2 + varme

73

Oljeselskapene kan gi opplysninger om hvor stort innhold det kan være av de enkelte delene i brenselet. Ut fra dette og ved hjelp av likningene ovenfor kan vi lett regne ut hvor mye luft som trengs. Slik utregning viser at det trengs 14,4 kg luft til hvert kilogram dieselolje. Legg merke til at forbrenningen av brenselet også fører til at det dannes store mengder vann. Forbrenning av 1 1 brensel gir om lag 1,2 1 vann.

Tilsvarende utregning for bensin viser at vi trenger 14,9 kg luft for hvert kilogram bensin. De verdiene vi har regnet ut på denne måten, forutsetter at lufta og brenselet blir svært godt sammenblandet. Det viser seg i praksis at vi sjelden kan regne med tilstrekkelig god sammenblanding. Som regel vil det være luftunderskudd noen steder i forbrenningsrommet og tilsvarende luftoverskudd andre steder. Forbrenningen i ottomotoren I en ottomotor begynner forbrenningen mellom elektrodene på tennplug­ gen. Det er derfor en betingelse for å få tenning at blandingen av bensin og luft som befinner seg mellom elektrodene i tennpluggen, kan tenne. Det blandingsforholdet vi regnet ut ovenfor, 14,9 kg luft for hvert kilo­ gram bensin, gjelder når vi krever en fullstendig forbrenning. I praksis viser det seg at blandingen av bensin og luft er brennbar også ved andre blandingsforhold. Er det mellom 7 og 19 kg luft for hvert kilogram bensin, kan blandingen tenne. Dette er altså de grensene blandingsforholdet må ligge innenfor ved tennpluggen, dersom det skal være mulig å starte motoren.

Det er forgasseren som begynner å blande sammen lufta og bensinen til en brennbar blanding. Sammenblandingen fortsetter i innsugningsrørene og i åpningen rundt innsugningsventilen, og den blir fullført i forbrennings­ rommet. Forbrenningen i dieselmotoren I dieselmotoren foregår forbrenningen på en annen måte. Denne motoren suger inn rein luft. Brenselet sprøytes deretter inn ved hjelp av innsprøytningsventilen. Brenseldysen fordeler og forstøver brenselet, slik at vi får en tilstrekkelig god sammenblanding.

Tenningen vil komme et eller annet sted i kanten av brenseldusjen. Vi vet ikke hvor tenningen inntreffer først, men det må være et eller annet sted hvor brenselet har rukket å fordampe og er blitt oppvarmet til tenningstemperaturen. Inne i brenseldusjen er det overskudd av brensel, utenfor dusjen er det overskudd av luft. Når blandingen først er antent, blir det en sterk trykkstigning rundt tenningspunktet. Denne trykkstigningen fører til at vi får en sammenvirvling av det brenselet som ikke er antent, og resten av forbrenningslufta.

Vi ser at ottomotoren får en bedre sammenblanding av luft og brensel enn tilfellet er for dieselmotoren. I ottomotoren får sammenblandingen bedre tid på seg, fordi brenselet og lufta er ført sammen allerede før kompresjo-

74

nen begynner. I dieselmotoren må sammenblandingen skje på den korte tiden innsprøytingen tar, og under trykkstigningen etter at forbrenningen er kommet i gang. Denne sammenblandingen blir ikke alltid god nok. Særlig i små dieselmotorer vil sammenblandingen lett bli utilstrekkelig. Derfor har små dieselmotorer ofte forkammer eller virvelkammer slik som vist på figur 4.6. (En motor med forkammer er vist på figur 6.25. Se ellers omtalen av forbrenningsrom i kapittel 6, avsnitt 6.8.) 1 2 3 4

Virvelkammer Dyse Glødeplugg Stempel

Figur 4.6 Virvelkammer

Tenningen skjer inne i «kammeret», og trykkstigningen gjør at resten av brenselet blir drevet ut i hovedforbrenningsrommet der resten av forbren­ ningslufta er. På denne måten får vi en god sammenblanding. Motorer med forkammer eller virvelkammer får stor kjølt overflate på forbren­ ningsrommet. De har derfor høyere kompresjonsforhold enn motorer med direkte innsprøytning.

Siden det er dårligere sammenblanding i dieselmotoren enn i ottomoto­ ren, er det viktig at dieselmotoren får rikelig med luft. Dieselmotoren arbeider med luftoverskudd, selv når den yter toppeffekt og går med maksimal innsprøytning. Luftoverskuddet er hovedgrunnen til at diesel­ motoren arbeider med lavere middeltrykk enn ottomotoren. Når brenselet forbrenner med luftoverskudd, vil reaksjonen følge de likningene vi har vist tidligere. I avgassen finner vi altså CO2, SO2 og H2O og dessuten den luftmengden som er blitt til overs. Vi kan si at avgassen er fortynnet med luft.

Hvis forbrenningen skjer med underskudd på luft, blir det ikke fullstendig forbrenning. Det blir utviklet mindre varme, og i tillegg vil avgassen inneholde en del karbonmonooksid, CO. Denne gassen er svært giftig. At den oppstår, viser også at brenseløkonomien er dårligere enn ved fullsten­ dig forbrenning. Ottomotorene må ofte arbeide med luftunderskudd. Derfor må vi alltid regne med at avgassen fra disse motorene er farlig. Vi må ikke bruke slike motorer i lukkede rom. (Motorer som blir drevet med LPG (propan og butan) er unntak. Der blir forbrenningen så god at avgassen blir lite giftig.) I avgassen fra dieselmotorene er det vanligvis lite CO-gass. Men det finnes gjerne nitrøse gasser, det vil si ulike nitrogenoksider (NOX). Det gjør at også avgassen fra dieselmotorer er giftig.

Hvis dieselmotorene må arbeide med underskudd på luft, vil den ufull­ stendige forbrenningen danne sot, som er uforbrent karbon. Vi får svart røyk. Sotet vil lett kunne tette brenseldysene, og det legger seg som et isolerende belegg på veggene i forbrenningsrommet. Dessuten fører sotdannelsen til forurensning av omgivelsene.

75

Oppgaver 4.1 Foreta en sammenlikning av oktantall og cetantall. Hvordan skiller disse to tallene seg fra hverandre når det gjelder bruksområde? 4.2 Hvordan vil overlading virke på tenningsforsinkelsen i en dieselmotor?

4.3 Vil en overladd dieselmotor kreve høyere cetantall enn en normalladd motor? 4.4 Når vi sammenlikner motorer med ulike slagvolum, finner vi at innsprøytningen av brenselet begynner tidligere jo større slagvolumet er. Hva er grunnen til dette?

4.5 I en overladd motor må innsprøytningen begynne tidligere enn i en normalladd motor. Kan du forklare dette? 4.6 Hvilke følger vil det få for en dieselmotor om det danner seg et tykt sotlag på veggene til forbrenningsrommet?

76

Brenseltilførselen i ottomotoren

Innledning I landbruket er ottomotorer lite brukt. Alle de store, motordrevne maski­ nene har dieselmotorer. Grunnen til dette er selvsagt brenselforbruket, som er omtrent 10 % mindre for dieselmotorer. Men til mindre maskiner og redskaper egner ottomotoren seg godt. Vi tenker her på redskaper som motorsager og transportable pumper.

I dette kapittelet skal vi ta for oss de viktigste delene av teorien for forgasseren. Vi skal forklare hvordan forgasseren fungerer, slik at du kan bruke forgasseren riktig. God kjennskap til oppbygningen og virkemåten gjør det også lettere å etterse og vedlikeholde forgasseren.

Figur 5.1 Moderne bilforgasser (Opel)

77

De viktigste oppgavene til forgasseren Vi har lært i kapitlene foran at bensin-luft-blandingen må ha en sammen­ setning som ligger innenfor ganske snevre grenser. La oss derfor straks slå fast at den ene av hovedoppgavene til forgasseren er å sørge for at bensinen blir tilført luft i riktig mengde, slik at vi får korrekt blandingsforhold. Den andre hovedoppgaven til forgasseren er å sørge for at vi kan regulere mengden av bensin-luft-blandingen som kommer inn til forbrenningsrommet, slik at energitilførselen svarer til belastningen på motoren.

Tilmåling av bensin til luftmengden ved ulike belastninger på motoren I dette avsnittet skal vi se på hvordan driftsforholdene for motoren krever at blandingsforholdet mellom luft og bensin må kunne endres. Hele tiden må vi være sikre på at blandingsforholdet ligger innenfor grensene for brennbar blanding. (Jamfør forrige kapittel.)

Ved start av motoren og når motoren går på tomgang, er belastningen lik null. Energimengden som vi tilfører gjennom forgasseren, går med til å oppveie den indre friksjonen i motoren. Den indre friksjonen er avhengig av temperaturforholdene i motoren og temperaturen til innsugningslufta. Når vi starter en kald motor, må vi ha en blanding som er ekstra rik på bensin. Vi kaller dette ofte for en feit blanding. På veien inn til forbren­ ningsrommet vil noe av bensinen bli kondensert på veggene i innsugningsrørene og på sylinderveggen. Kondenseringen gjør blandingen magrere, så den må ha et overskudd på bensin når den kommer ut fra forgasseren. Siden den lave temperaturen gjør at bensinen fordamper dårlig, blir også forbrenningen dårlig. Avgassen vil inneholde større mengder CO og uforbrent bensin enn ellers. Når motoren går med belastning, slik som når motorsaga er i gang med saging, er det viktig at bensinforbruket er lavest mulig. Det fører til lavere driftskostnader. Lavt bensinforbruk vil si at blandingen av luft og bensin inneholder akkurat så mye bensin som skal til for at motoren skal arbeide skikkelig.

Når motoren går over fra tomgang til belastning, må forgasseren kunne endre blandingsforholdet jevnt og uten at motoren stanser.

78

Arbeidsprinsippet til forgasseren Figur 5.2 viser en prinsippskisse av en enkel forgasser. Figuren skal hjelpe oss til å forstå hvordan luft og bensin kan bli blandet i riktig forhold i forgasseren. Venturilegeme

Gasspjeld

Flottørkammer

Strålerør

Figur 5.2 Prinsippskisse av forgasseren

Hoveddyse

Ved 1 strømmer lufta inn i forgasseren. Til venstre for 1 sitter luftfilteret. Det er ikke tegnet inn på figuren fordi det ikke påvirker forgasserens funksjon. Ved 2 sitter venturilegemet, til daglig kaller vi det bare for venturien. Venturilegemet snevrer inn løpet for luftstrømmen, slik at lufta må øke hastigheten ved 2. Ved hjelp av kontinuitetslikningen kan vi skrive

V =

■ Vi = A2 • v2 (m3/s)

Her er V = volumstrømmen av luft som strømmer inn i forgasseren (m3/s) A i = tverrsnittsarealet ved 1 (m2) Vi = lufthastigheten ved 1 (m/s) A2 = tverrsnittsarealet ved venturien (m2) v2 = hastigheten gjennom venturitverrsnittet (m/s)

Vi ser av kontinuitetslikningen at når arealet A2 er mindre ennAj, må lufta ha større hastighet gjennom venturien (ved A2) enn den har ved innløpet til forgasseren (vedAj). Innholdet av trykkenergi og kinetisk energi i bensinluftblandingen ved innløpet og i venturitverrsnittet, kan vi finne ved å bruke denne likningen:

P\ ~P2 =

(v22 - Vi2) (N/m2)

Her er Pi~ p2 = forskjellen i trykk målt ved 1 og ved 2 p = tettheten til lufta (kg/m3)

Likningen viser at siden lufthastigheten ved venturien (v2) er større enn hastigheten ved innløpet til forgasseren, vil trykket ved venturitverrsnittet være lavere enn ved innløpet.

79

Vi ser også at trykket faller proporsjonalt med kvadratet av hastigheten.

Ved innløpet til forgasseren er det atmosfæretrykk. Derfor vil vi få under­ trykk ved venturitverrsnittet. Dette undertrykket kan brukes til å «suge» opp bensin med. Jo større lufthastigheten er, desto større blir undertryk­ ket. Dette passer svært godt med oppgaven til forgasseren.

Vi ser at det er nøye sammenheng mellom hastigheten på lufta og under­ trykket. Fra før vet vi at det er sammenheng mellom hastigheten og luftmengden inn til motoren: ^L. = V2 • ^2 • £> (kg/s)

Her refererer v2 og A2 seg til hastighet og tverrsnitt ved venturien (ved posisjon 2). Likningen viser at når v2 øker, blir luftmengden (mL) større. Da trengs det også mer bensin, og det viser likningen Pi ~P2 = -y • (v22 “ vi2) (N/m2)

Vi løser likningen slik: v22~Vi2

=

—-(pi-p2) (m/s)2 Q

Når v2 øker, vil leddet på venstre side i likningen bli større. Da må selvsagt også trykkdifferansen (p^ - pf) bli større. Siden trykket p^ er det samme som atmosfæretrykket, betyr dette at trykket (p2), venturitrykket, må bli mindre. Vi får altså et større undertrykk, og dermed «suges» det opp mer bensin.

Forgasseren I denne boka tar vi bare for oss én type forgasser og ser hvordan den er utformet. Det er membranforgasseren, en enkel forgasser som blir mye brukt til småmotorer, for eksempel i sager og pumper.

Forgasserteorien vi gjennomgikk ovenfor, gjelder naturligvis alle forgassertyper. Men det vil føre for langt å gjennomgå mer kompliserte forgasseranlegg, for eksempel bilforgassere. De som er interesserte, vil kunne finne mer stoff i bøker om bilteknikk. På figur 5.3 ser du et snitt gjennom en enkel membranforgasser. Membra­ nen styrer nåleventilen som slipper bensin inn til kammeret over membra­ nen. På oversiden av membranen vil trykket være det samme som i venturitverrsnittet.

80

Når luftstrømmen senker trykket i venturitverrsnittet, vil membranen bli presset oppover. På den måten blir nåleventilen åpnet, og det strømmer bensin inn i kammeret over membranen. Herfra strømmer bensinen gjen­ nom dysen og blandes med lufta som strømmer inn til sylinderen.

Dysen har et hull som er helt nøyaktig boret. Vi sier at dysen er kalibrert. Når gasspjeldet er helt åpent, vil dysen levere en bensinmengde som passer til den luftmengden som da strømmer gjennom venturien. Dersom motoren blir belastet, slik at lufthastigheten synker, vil også undertrykket ved venturien synke.

Legg merke til at den likningen som vi kan regne ut undertrykket med, viser at trykket følger kvadratet av lufthastigheten. Derfor vil det strømme vesentlig mindre bensin gjennom dysen selv om lufthastigheten bare syn­ ker litt. Lav lufthastighet vil således lett føre til at bensin-luft-blandingen blir for mager, slik at den ikke tenner. For å motvirke dette er dysen kalibrert slik at den leverer nok bensin også ved noe lavere lufthastighet. Det er naturlig at blandingen blir svært rik på bensin når lufthastigheten er stor. Med denne enkle forgasseren må bensintanken enten være montert høyere enn forgasseren, slik at bensinen kan renne inn til forgasseren av seg selv, eller det må være en bensinpumpe. Når kammeret er fylt med bensin, vil tyngden av bensinen, sammen med fjærkraften, føre membranen tilbake til utgangsposisjonen. Når motoren har brukt noe av bensintn fra kammeret, vil undertrykket igjen klare å løfte membranen oppover, og kammeret blir etterfylt med bensin.

Denne forgasseren kan bare arbeide når den står i riktig stilling. Derfor er den ikke brukbar til motorer som må arbeide i alle stillinger, slik som for eksempel i motorsager. Det kan derimot forgasseren på figur 5.4.

81

Denne forgasseren er mer utbygd og kan arbeide i alle stillinger. Den har sin egen bensinpumpe, slik at den selv suger bensin fra tanken. Dermed kan tanken plasseres fritt, noe som er viktig blant annet for motorsager.

1 2 3 4 5 6 7

Choke Hoveddyse Overgangskanal Gasspjeld Tomgangsdyse Kanal for bensinpumpe Dysenål for tomgang og overgang til belastning Fra bensintank Sil Ventilasjonskanal Nål for hoveddyse

8 9 10 11

Figur 5.4 Membranforgasser med innebygd bensinpumpe

1 2 3 4 5 6

Utløp Utløpsventil Membran Kanal til veivhus Innløpsventil Fra bensintank

Forgasseren på figur 5.4 er dessuten tilpasset totaktsmotorer. Det går en kanal i forgasserhuset fra oversiden av membranen i bensinpumpa og til veivhuset i motoren. Når motorstempelet går oppover i sylinderen, synker trykket i veivhuset. Undertrykket forplanter seg til kammeret over pumpemembranen og suger bensin fra tanken til bensinkammeret under pumpemembranen. (Se figur 5.5 B.) Legg merke til innløpsventilen som slipper bensinen inn til bensinkammeret under membranen. Når motorstempelet går nedover i sylinderen, vil trykket i veivhuset stige. Overtrykket forplanter seg til pumpemembranen, og membranen trykkes nedover. (Se figur 5.5 C.) Innløpsventilen sørger for at bensinen ikke strømmer tilbake til tanken. Fra bensinpumpa blir bensinen ført til nåleventilen.

Denne forgasseren er utstyrt med to dyser, hoveddyse og tomgangsdyse. Den har også egen kanal for overgangsfasen (overgangssteget) fra tom­ gang til belastning. Hoveddysen er konstruert slik at den gir passende bensintilførsel når motoren er belastet. Dysen har en nål som gjør det mulig å finstille bensintilførselen etter det luftforbruket motoren har i øyeblikket.

C 1 Bensin ut 2 Overtrykk

Figur 5.5 Detalj av bensin­ pumpe

82

På denne forgasseren er tomgangsdysen skilt fra hoveddysen. Tomgangsdysen har også en innstillingsnål. Med den kan vi justere tomgangshastigheten på motoren, slik at den går rolig med den farten vi ønsker.

Overgangskanalen har til oppgave å gi et tilskudd av bensin når gasspjeldet blir åpnet. (Se figur 5.6.) Det hindrer at motoren fusker under akse­ lerasjon.

8

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Luftstrøm Tomgangsstilling Overgang til belastning Full belastning Dysenål for tomgang og overgang til belastning Tomgangskanal Overgangskanal Hovedkanal Dysenål for hovedkanal

Figur 5.6 Gasspjeldet i tre forskjellige stillinger (jf. figur 5.4)

Når motoren går på tomgang, er gasspjeldet nesten helt stengt. Bare en liten luftstrøm kan passere forbi kanten av spjeldet. Tomgangsdysen leverer da den bensinmengden som vi tilpasser med nåleventilen. Det er undertrykket fra motoren som suger bensin gjennom tomgangsdysen og ut gjennom tomgangskanalen. Bak spjeldet er det atmosfæretrykk. Hoveddysen vil derfor ikke kunne levere noe bensin. Når spjeldet står i tomgangsstilling, ligger overgangskanalen bak spjeldet. Det vil si at overgangskanalen har atmosfæretrykk. Det kommer ingen bensin her. Når gasspjeldet blir åpnet litt, kommer overgangskanalen foran spjeldet. (Se figur 5.6.) Med spjeldet i denne stillingen vil lufta strømme lettere inn til sylinderen enn før. Bensinen har større treghet, fordi den er tyngre enn luft. Derfor vil motoren lett få for mager blanding med det samme spjeldet blir åpnet. Tilførsel gjennom overgangskanalen skal oppveie dette. Men legg merke til at bensinen til overgangskanalen også kommer gjennom tomgangsdysen. Dyseåpningen må være stor nok til både tom­ gangskanalen og overgangskanalen. Det må vi passe på når vi justerer nåleventilen.

Ser vi på tomgangsstillingen igjen, forstår vi at tomgangsblandingen nok vil bli for rik på bensin, selv om den fortsatt ligger innenfor grensene for antennelig blanding.

Blir spjeldet åpnet enda mer, vil lufthastigheten gjennom venturien bli så stor at vi får en trykksenkning, og da vil hoveddysen begynne å levere bensin. Med spjeldet i denne stillingen blir suget fra motoren på det nærmeste borte ved tomgangsdysen. Derfor vil det ikke komme noe bensin her.

83

Til hjelp ved starten har forgasseren en «choke». (Choke betyr struper. Vi bruker også betegnelsene chokespjeld eller strupespjeld.) (Se figurene 5.3, 5.4 og 5.6.) Ved vanlig kjøring er choken helt åpen. Men når vi skal starte motoren, er farten på innsugningslufta liten, slik at der er lite sug på bensinen. Da må vi stenge choken mer eller mindre. Den trange åpningen vi nå har mellom chokespjeldet og rørveggen, gjør at hastigheten på lufta blir stor nok til at bensinstrømmen kommer i gang. Etter hvert som motoren går seg varm, må vi åpne choken igjen, ellers får vi overforbruk av bensin.

Til slutt skal vi gå igjennom framgangsmåten ved justering av forgasseren. 1

2

3

Først lar vi motoren gå på tomgang til den når driftstemperatur. Så prøver vi å åpne gasspjeldet litt. Hvis motoren «nøler», må vi åpne nåleventilen til tomgangskanalen litt. Åpningen må være så stor at motoren lett »følger med« når vi gir gass. Nå justerer vi hoveddysen. Belast motoren og se om den trekker godt. Virker den svak, må vi skru nåla litt mer ut, til motoren virker sterk nok. Så går vi tilbake til tomgang igjen. Går motoren for fort (har for høy rotasjonsfrekvens på tomgang), skrur vi spjeldstopperskruen litt ut (se instruksjonsboka for motoren). Dette vil føre gasspjeldet litt tilbake mot stengt stilling. Dermed kommer det litt mindre forbrenningsluft forbi spjeldet. Men nå vil bensin-luft-blandingen bli litt for rik på bensin,og vi må gjenta justeringen av tomgangsnålen (blandingsfor­ holdet på tomgang).

Generelt kan vi si at vi ikke skal åpne dysenålene mer enn det som er nødvendig for at motoren skal arbeide lett. Større åpning vil øke bensinmengden unødvendig, slik at det blir mer forurensning og større bensin­ forbruk.

Oppgaver 5.1 Hva skjer hvis gasspjeldet blir holdt åpent når vi starter en kald motor? 5.2 Hva skjer hvis vi bruker choken når vi skal starte en varm motor?

5.3 Hvordan vil endringer i lufttemperaturen virke inn på blandingsforholdet i en forgassermotor? 5.4 Hvilken funksjon vil overgangskanalen i forgasseren få når motoren går på tomgang? (Se figur 5.6.)

84

Dieselmotorens brenselsystem — brenselforbruk

Innledning I ottomotoren blir bensin og luft blandet i riktig blandingsforhold utenfor forbrenningsrommet. Slik er det ikke i dieselmotoren. Tidligere har vi nevnt at i motorer som har selvtenning, blir sylindrene fylt med rein luft i innsugningstakten. Når kompresjonsslaget nesten er ferdig, blir brenselet (dieseloljen) sprøytet inn i luftladningen. Luftladningen er da svært varm, vanligvis over 600 °C. Brenselet blir godt forstøvet under innsprøytningen og fordamper lett når det kommer inn i den varme forbrenningslufta. Siden temperaturen i forbrenningslufta ligger over selvtenningstemperaturen for brenselet, blir brenselet antent straks etter at det er fordampet.

Brenselsystemet i dieselmotoren skiller seg fra det i ottomotoren på to vesentlige punkt: 1 Brenselet blir ført direkte inn i forbrenningsrommet mens forbren­ ningslufta står under kompresjonstrykk. Dette krever at innsprøyt­ ningen må skje under høyt trykk. God forstøvning og best mulig sammenblanding med forbrenningslufta krever også høyt innsprøytningstrykk. 2 Ytelsen som motoren gir (motoreffekten) blir bestemt av mengden av brensel som sprøytes inn. Luftmengden i motorsylinderen endrer seg ikke fra gang til gang. I motsetning til ottomotoren vil altså dieselmo­ toren arbeide med forskjellige blandingsforhold etter som motoref­ fekten varierer.

85

På figur 6.1 ser vi et vanlig brenselsystem for en dieselmotor med tilhø­ rende komponenter. Brenselsystemet er delt i en lavtrykks- og en høytrykksdel.

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Filter Dyserør Innsprøytningsventil (dyse) Returledning Trykkventil Regulator Stempelmatepumpe Innsprøytningspumpe Forstiller

Figur 6.1 Brenselsystem for en dieselmotor (Bosch)

Lavtrykksdelen i brenselsystemet Dieseloljetanken er vanligvis laget av stålplater og er utstyrt med grovsil og stengekran. Plasseringen varierer en del, men ofte er den plassert lavt på traktoren. Tanken har som regel lufting gjennom et hull i påfyllingslokket. Matepumpa er oftest en membranpumpe, men en del motorer har stempelpumpe. (Se figur 6.2 og 6.3.)

1 Samleskrue 2 Topp 3 Sil 4 Hus 5 Membran 6 Trykkfjær 7 Festeplate 8 Hevarm

1 2 3 4

Figur 6.2 Membranpumpe

Figur 6.3 Stempelpumpe (Bosch)

86

Sugeventil Sil Sugekammer Stempelfjær

5 6 7 8

Stempel Trykkventil Rull Trykkammer

9 Håndpumpe U = Utløp I — Inntak

Det er vanlig å montere en håndpumpe som tillegg på matepumpa. Trykket i lavtrykksdelen, «matetrykket», ligger på 1,5-3 bar. En vanlig matepumpe leverer 2 til 4 1/min. Det er svært viktig at brenselet blir filtrert. Som regel finnes det to filtre. (Se figur 6.4.) De to filtrene kalles gjerne grovfilter og finfilter. Filtre av brettet spesialpapir med stor overflate skal kunne fange opp partikler med en størrelse helt ned til 5 tusendels millimeter i diameter. Til sammenlikning kan vi nevne at klaringen mellom stempel og sylinder i innsprøytningspumpa er ca. 2 tusendels millimeter, eller om lag 1/40 av diameteren til et hårstrå.

Figur 6.4 Brenselfilter (Bosch)

Retursystemet (overløpssystemet) lar det gå en liten oljestrøm fra innsprøytningsventilene (dysene) og fra et av filtrene gjennom en ventil tilbake til tanken. Ofte er også innsprøytningspumpa koplet til retursyste­ met. Retursystemet skal -

holde matetrykket konstant sørge for kontinuerlig utlufting av anlegget skifte ut dieseloljen som smører og kjøler innsprøytningsventilene tømme innsprøytningsventilene for lekkolje.

Ledningene og rørene i lavtrykksdelen av brenselsystemet kan være laget av forskjellige typer materiale. Det brukes både stål, aluminium, kopper og etter hvert plast. Deler av anlegget gjøres fleksible (bøyelige) slik at det kan motstå vibrasjoner. Ledningene i høytrykksdelen er tykkveggede stålrør med liten innvendig diameter.

Høytrykksdelen i brenselsystemet. Innsprøytningspumper. Rekkepumper Innsprøytningspumpa har til oppgave å levere brensel med høyt trykk til innsprøytningsventilene. Brenselmengden må være nøyaktig like stor til alle sylindrene, og brenselet må sprøytes inn på riktig tidspunkt. Dessuten må brenselmengden kunne reguleres, slik at motoreffekten svarer til kjøremotstanden. Brenselmengden blir tilpasset med gasspedalen eller gasshåndtaket ved at stillingen på pedalen eller håndtaket virker på mengdereguleringen i innsprøytningspumpa.

87

På figur 6.5 ser du en rekkepumpe. Denne typen pumpe er vanlig på litt tyngre motorer. Pumpa har et pumpeelement for hver motorsylinder. Pumpeelementet består av en pumpesylinder og et stempel. (Se figur 6.6.)

I Fjær 2 Synkeventil 3 Sylinder 4 Stempel 5 Tannstang 6 Tannsegment 7 Medbringer

Figur 6.6 De viktigste delene i pumpa vist på figur 6.5, forstørret

88

Disse delene er svært nøyaktig tilpasset til hverandre og kan ikke skiftes ut hver for seg. Figur 6.7 viser delene i forskjellige stillinger.

1 Sylinder 2 Styrehull 3 Stempel 4 Styrekant 5 Lengdespor (not) 6 Ringspor 7 Innløpsport

Figur 6.7 Dreiestempel vist i forskjellige stillinger (Bosch). A = Nedre dødpunkt, B = Innsprøytning begynner, C = Innsprøytning slutter (maksi­ mal mengde), D = Innsprøytning begynner, E — Innsprøytning slutter (delmengde), F = Ingen innsprøytning (stoppstilling)

Den øverste enden av pumpesylinderen er stengt med en ventil som blir kalt synkeventil eller trykkavlastningsventil. (Se figur 6.8.)

Ød

C

Figur 6.8 Synkeventil i stengt stilling (A) og i åpen stilling (B). 6.8 C viser kanaldiameteren og løftehøyden

Pumpestempelet blir drevet av en kamaksel (pumpeakselen). (Se figur 6.5.) Pumpeakselen har et tannhjul som står i inngrep med et lite tannhjul på veivakselen (se figur 6.9), og pumpeakselen går rundt med halv rota­ sjonsfrekvens i forhold til veivakselen. Figur 6.9 Tannhjul på pumpe akselen

Brenselet kommer til innsprøytningspumpa fra matepumpa gjennom et filter. Inne i innsprøytningspumpa er det en samlekanal. Pumpesylindrene

89

blir fylt med brensel fra denne samlekanalen gjennom en eller to porter i sylinderveggen. (Se figurene 6.5 og 6.10 a.) Når stempelet beveger seg oppover i sylinderen, blir portene stengt. En viss mengde brensel blir innestengt. Figur 6.10 b viser stempelet slik det står når porten er stengt.

Når stempelet blir ført videre oppover, stiger trykket i det innestengte brenselet. Synkeventilen åpner seg, og trykket forplanter seg gjennom innsprøytningsrøret til innsprøytningsventilen. (Se figur 6.10 c.)

Figur 6.10 Virkemåten til dreiestempelpumpa (Bosch) A Stempel nær nedre stilling. Det er fri åpning mellom sylinder og innløpsport. 1 Sylinder 2 Stempel B Stempelet er dreid litt, og er ført oppover så langt at innløpsporten blir stengt. Innsprøytning pågår inntil skråkanten kommer opp til innløpsporten (merk hvordan tannstanga står). 3 Innløpsport 4 Effektiv del av stempelbevegelsen C Stempelet er dreid enda litt ved at tannstanga er ført lengre til høyre. Den effektive slaglengden er økt. 5 Skråkant 6 Tannstang

Når trykket kommer over åpningstrykket for innsprøytningsventilen, begynner innsprøytningen (forstøvningen). Trykket vil fortsette med å øke under innsprøytningen. Dette er gunstig for sammenblandingen, for på den måten trenger brenseldråpene stadig lengre inn i forbrenningsrom­ met. Siden det er en kam som løfter pumpestempelet, er slaglengden konstant. For at det skal gå an å regulere brenselmengden som skal sprøytes inn, er det frest ut et spor i pumpestempelet. Sporet har en skrå kant. (Se figur 6.11.)

På figur 6.10 c er porten i sylinderveggen stengt. Når stempelet kommer høyere opp, vil sporet i stempelet komme på linje med porten i sylinder­ veggen. Dermed kan brenselet strømme tilbake til samlekanalen i pumpehuset, og trykket vil falle i innsprøytningsrørene. Da vil innsprøytnings­ ventilen stenge. Den effektive delen av stempelbevegelsen blir på denne Figur 6.11 Spor og skråkant på måten alltid mindre enn slaglengden til stempelet. Hvor lang den effektive delen av bevegelsen vil bli, avhenger av hvilken posisjon skråkanten på dreies temp elet stempelet har i forhold til porten i sylinderveggen. Denne posisjonen kan vi bestemme ved å dreie på pumpestempelet. Derfor blir denne pumpetypen kalt for dreiestempelpumpe .

90

Dreiningen av pumpestempelet skjer ved hjelp av en tannstang som griper inn i et tannsegment, montert på en medbringer. (Se figur 6.5.) Stempelet må følge medbringeren. Det er et spor (not) langsetter stempelet på den ene siden, og dette sporet går helt til topps. Med stoppemekanismen til pumpa vender vi sporet mot porten i sylinderveggen. Da blir det ikke bygd opp trykk, og motoren får ikke brensel. Pumpa kan ha en innretning for kaldstart. Med den kan vi skyve tannstanga forbi vanlig stilling for maksimal innsprøytning. Resultatet blir større brenselmengde til moto­ ren. Når pumpetrykket faller, vil synkeventilen stenge. Den spesielle formen som ventillegemet har, hindrer at det oppstår uønskede trykksvingninger i innsprøytningsrørene. Slike trykksvingninger er skadelige. Synkeventilen gjør at innsprøytningsventilen kan stenge presist, og vi unngår etterdrypping av brensel i forbrenningsrommet. Figur 6.8 a viser synkeventilen når den er stengt.

Ventillegemet har et lite sylindrisk parti. Under innsprøytningen er ventil­ legemet hevet så mye at den sylindriske delen ligger over ventilføringen. Når trykket faller, vil ventillegemet synke ned i ventilføringen. Den sylindriske delen stenger for det brenselet som nå er i innsprøytningsrø­ rene. Men ventillegemet synker videre til det ligger nedtil ventilsetet. Dermed vil ventilen «avdekke» et volum: V =

d1*

tt

• —

4

• h (mm3)

Her er d = diameteren til den sylindriske delen (mm) h = synkehøyden (mm) (Se figur 6.8 c.)

Volumet, V, kommer som et tillegg til volumet i innsprøytningsrørene og innsprøytningsventilen. Tillegget gir avlastning av trykket i rørene og innsprøytningsventilen. Imidlertid blir det et visst trykk igjen. Det kalles fortrykk.

Forinnsprøytningsvinkelen. Justering av rekkepumpa Innsprøytningspumpa må kunne sprøyte brenselet inn i forbrenningsrom ­ met på det riktige tidspunktet. Hva som er riktig tidspunkt, avhenger av motortypen. I kapittel 4 fant vi at skal tenningsforsinkelsen bli så kort som råd, må brenselet sprøytes inn i forbrenningsrommet når temperaturen på luftlad­ ningen er på det høyeste. Det betyr at innsprøytningen må skje når motorstempelet står så nær øvre dødpunkt som mulig. Samtidig må vi ta hensyn til at forbrenningen tar litt tid, og vi ender derfor med et kompro­ miss når det gjelder innsprøytningstidspunktet.

91

I praksis lar vi innsprøytningen begynne noen få veivakselgrader før øvre dødpunkt. (Sammenlikn med figur 4.5 i kapittel 4.) Det er vanlig å kalle dette for forinnsprøytningsvinkelen. Vi har tidligere funnet at tenningsfor­ sinkelsen retter seg etter to ting: temperaturen på luftladningen i forbren­ ningsrommet og brenselkvaliteten. Rotasjonsfrekvensen til motoren har liten innflytelse på tenningsforsinkelsen. Siden tenningsforsinkelsen er et tidsforbruk, vil forbrenningen starte seinere (i forhold til stempelbevegelsen) jo høyere rotasjonsfrekvens motoren har. Når forbrenningen starter seinere, blir brenseløkonomien dårligere. (Sammenlikn med det vi fant i kapittel 2.) Det er derfor ønskelig med større forinnsprøytningsvinkel når rotasjonsfrekvensen øker. Dette har mest å si i små, hurtiggående moto­ rer. Eksempel Hvor lang tid har vi til rådighet for å gjennomføre en omdreining, et slag (en takt) og en forbrenning (som starter 10° før øvre dødpunkt og avslut­ tes 10° etter øvre dødpunkt) når motoren går med 16,7 r/s (1000 r/min)?

Løsning:

En omdreining = —= —-— = 0,06 s 1000 16,7 Et slag (en takt) = 1/2 omdreining = 0,03 s c r k • 0,06-20 En forbrenning = ------------ = 0,003 s 360 Dette gjelder ved 1000 r/min. Ved 2000 r/min blir tiden halvparten, ved 3000 r/min blir den en tredjedel osv.

Tyngre dieselmotorer arbeider innenfor et forholdsvis lite rotasjonsfrekvensområde, opptil 50 r/s. De kan derfor bruke samme forinnsprøytnings­ vinkel ved alle rotasjonsfrekvenser. Vanligvis vil rekkepumpene som bru­ kes til disse motorene, ikke være utstyrt slik at innsprøytningstidspunktet kan endres under kjøring. Forinnsprøytningen blir innstilt når pumpa blir montert. Vi går da ut fra én av motorsylindrene, vanligvis den første (fremre) sylinderen. Når pumpa blir montert, skal veivakselen og pumpas kamaksel stå i en bestemt stilling i forhold til hverandre. Verkstedhåndboka for traktoren gir opplysning om hvor stor forinnsprøytningsvinkelen skal være. Alle sylindrene må ha samme forinnsprøytningsvinkel. Derfor er det en justerskrue på kamfølgeren. (Se figur 6.5.) Med denne skruen kan vi finjustere høyden på pumpestempelet. For at leveringsmengden skal bli like stor til alle sylindrene, må pumpestemplene ha samme effektive slaglengde. Dette kravet er oppfylt når skråkanten til alle stemplene har samme posisjon i forhold til porten i pumpesylinderen. Denne posisjonen kan finjusteres ved å dreie tannsegmentet i forhold til medbringeren. Legg merke til at tannsegmentet er utformet som en ring som blir klemt rundt medbringeren. (Se figur 6.10 b.)

92

Regulatoren til rekkepumpa Vi vet at dieselmotoren arbeider med samme luftmengde i sylindrene uten hensyn til ytelse eller rotasjonsfrekvens. Men den brenselmengden som blir sprøytet inn, stiger fra en svært liten mengde ved tomgang og opp til den maksimale mengden som skal gi det største tillatte middeltrykket. Ved alle belastninger vil det være mer enn nok luft til stede til forbrennin­ gen. Vi sier at dieselmotoren arbeider med luftoverskudd.

For å hindre at motoren blir overbelastet fordi brenselmengden blir større enn tillatt, blir bevegelsen til tannstanga i innsprøytningspumpa begrenset av et anslag. Vi kan stille anslaget for å tilpasse det største middeltrykket motoren skal arbeide med. Men vi må også sørge for at motoren får nok brensel ved tomgang. Et annet anslag sikrer dette. Begge disse anslagene virker i forbindelse med regulatoren. Regulatoren er en viktig del av innsprøytningspumpa. Den har til oppgave å holde rotasjonsfrekvensen konstant selv om belastningen varierer. Vi skal se nærmere på dette:

Når vi bruker en traktor, varierer trekkraft og kjøremotstand hele tiden, slik at det ville bli umulig å kjføre traktoren bare ved hjelp av «gassen». Motoren ville hele tiden veksle mellom å bli kvalt og å ruse. I tillegg er det slik at en innsprøytningspumpe gir større brenselmengder etter som rota­ sjonsfrekvensen øker, både fordi det blir mindre tid til lekkasje tilbake til matesiden, og fordi pumpevirkningen blir bedre. Dette gjør det nødven­ dig med en regulator, slik at motoren ikke kan overruse og kan hende bli ødelagt. Regulatoren hindrer også sterk røykutvikling og for høy temperaturbelastning. Når vi starter en kald motor, er friksjonen i lagrene og sylindrene stor. Motoren må yte et forholdsvis stort friksjonsarbeid, og vi stiller inn gasspådraget etter dette arbeidet. Etter hvert som motoren varmes opp, vil friksjonsarbeidet minke, og da vil den brenselmengden som blir sprøy­ tet inn, være for stor. Rotasjonsfrekvensen vil øke mer og mer. Sammen­ likner vi med ottomotorene, ser vi at når de øker rotasjonsfrekvensen, blir det stadig større strømningsmotstand gjennom forgasseren. I ottomoto­ rene er det altså slik at økningen i rotasjonsfrekvensen begrenser seg selv, uten fare for utillatelig rusing.

Regulatorene i dieselmotorer kan deles inn i tre hovedgrupper. 1

2

3

Pneumatiske regulatorer (vakuumregulatorer) Denne typen var tidligere vanlig på traktormotorer, men den kan ikke brukes på turboladde motorer. Sentrifugalregulatorer (mekaniske regulatorer) Denne regulatortypen er nesten enerådende i dag på alle typer kjøre­ tøy. Vi skal derfor se nærmere på en slik regulator. Hydrauliske regulatorer

93

På figur 6.12 ser vi en skisse av en sentrifugalregulator. Denne regulatortypen har et sett med sentrifugalvekter (5). Når rotasjonsfrekvensen øker, vil vektene gi utslag. Utslaget overføres gjennom et sett med armer til tannstanga i innsprøytningspumpa (3). På denne måten blir innsprøytningsmengden redusert. Regulatoren er bygd sammen med innsprøyt­ ningspumpa og blir drevet av kamakselen i pumpa (pumpeakselen).

1 Arm 2 Anslag 3 Tannstang 4 Fjærer 5 Vekter 6 Pumpeaksel 7 Arm 8 Kopling 9 Aksel 10 Arm 11 Aksel 12 Arm 13 Føler 14 Gasshåndtak

Figur 6.12 Sentrifugalregulator til rekkepumpe. A = Øker mengden, B = Minker mengden

For deler pumper Fordelerpumper er enkle, kompakte og lette. Samtidig er de forholdsvis rimelige i pris. De egner seg godt til høye rotasjonsfrekvenser, fordi de ikke arbeider med fjærer for å returnere stemplene etter innsprøytningsslaget. I tillegg er det enkelt å bygge inn en forstiller. Fordelerpumper brukes mye på traktormotorer. La oss først sammenlikne dem med rekkepumpene.

Sammenlikning mellom rekkepumper og fordelerpumper:

REKKEPUMPE

FORDELERPUMPE

Arbeidsprinsipp

Ett pumpeelement til hver sylin­ der. Pumpestempelet har framog tilbakegående bevegelse i til­ legg til at det kan vris.

Ett pumpeelement til alle sylin­ drene. Pumpestempelet har fram- og tilbakegående beve­ gelse i tillegg til at det roterer sammen med rotorhodet.

Oppbygning

Matepumpe, regulator og even­ tuell innsprøytningsforstiller er separate enheter eller er mon­ tert utenpå pumpa.

Alle komponentene er bygd inn i pumpehuset, bortsett fra matepumpa.

94

REKKEPUMPE

FORDELERPUMPE

Tilmåling av leveringsmengde

Ved dreiing av pumpestempelet.

Med egen (måleventil).

Justering av pumpe

Individuell justering av hvert pumpeelement for å få samme leveringsmengde og tidspunkt til hver sylinder.

Det er ikke nødvendig med justering for å oppnå samme leveringsmengde og tidspunkt til alle sylindrene.

Smøring

Pumpeelementene smøres av brenselet. Kamakselen og regulatoren har eget smøresystem eller er knyttet til motorens smøresystem.

Alle komponentene smøres av brenselet.

Motsatt rotasjonsretning

Kan fungere.

Fungerer ikke.

Monteringsstilling

Vanligvis bare horisontalt.

De fleste stillinger, også verti­ kalt.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Drivaksel Drivnav Låseskrue Tetning Regulatordeksel Innstillingsplate Mengdeventil Brenselkanal Innløpskanal Fordelerhus

11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Fordelerrotor Eksenterring Trykkpumpenav Trykkreguleringshylse Trykkreguleringsfjcer Trykkreguleringsstempel Tetning Fjær Trykkreguleringshus Skrue

21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

Pumpevinge (pumpeblad) Fordelerkanal Innløpskanal Tilkopling for trykkrør Banjoskrue Brenselkanal Spor Spor Rullholder Kamring

reguleringssleide

31 32 33 34 35 36 37 38 39

Pumpestempel Innstillingsplate Rull Medbringer Drivaksel Trykkhylse Vektholder Regulatorvekt Pumpehus

Figur 6.13 Fordelerpumpe til traktormotor (CAV - Volvo)

95

På figur 6.13 ser vi et snitt gjennom en fordelerpumpe. Denne pumpa har et pumpeelement med to radiale stempler. Stemplene arbeider mot hver­ andre i en felles sylinder. Samtidig roterer pumpeelementet slik at stemp­ lene også blir utsatt for sentrifugalkrefter. Kanal for brensel inn til pumpeelementet (matekanal) Kamring

Pumpeelement

'Stempel

Figur 6.14 Fordelerpumpe. Pumpa blir fylt På figur 6.14 ser vi hvordan pumpeelementet blir fylt med brensel gjen­ nom en radial kanal. Brenselet kommer fra matepumpa og passerer reguleringssleiden før det når fram til den radiale kanalen.

Reguleringssleiden måler til den brenselmengden som skal sprøytes inn i forbrenningsrommet. De radiale stemplene trykkes utover under fyllingen av pumpeelementet. Her virker sentrifugalkraften og matetrykket sammen. Stemplene blir presset mot hverandre når de passerer kammene i kamringen. Da oppstår det en sterk trykkstigning i brenselet. Samtidig står utløpsboringen i rotoren overett med en av de kanalene som leder fram til innsprøytningsrørene. (Se figur 6.15.) Matekanalen stengt

Pumpeelement (rotor)

Kanal til innsprøytningsrør

Figur 6.15 Fordelerpumpe. Innsprøytning er i gang

Mengden av brensel som skal sprøytes inn, blir bestemt av to faktorer: 1 Trykket i brenselet ved innløpet til pumpeelementet. 2 Tiden de to radiale kanalene står overett med hverandre. Matetrykket er det trykket som brenselet blir ført fram til mengdereguleringssleiden med. Dette trykket blir bestemt av trykkregulatoren og rotasjonsfrekvensen på matepumpa.

96

Trykkregulatoren (figur 6.16) sørger for å holde et bestemt forhold mel­ lom rotasjonsfrekvensen til pumpa, som er lik halvparten av motorens rotasjonsfrekvens, og matetrykket. Ved reguleringssleiden blir dette tryk­ ket redusert, fordi brenselet må passere en trang spalte.

Figur 6.16 Mengdereguleringen i fordelerpumpa

Størrelsen på spalten varierer etter hvor stor belastningen (pådraget) på motoren er. Ved tomgang vil spalten være svært liten, og da blir trykkreduksjonen stor. Ved økende belastning vil reguleringssleiden bevege seg slik at spalten blir større, og trykket i kanalen fram til motoren øker. Dermed øker brenselmengden i pumpeelementet. Når motorens rotasjonsfrekvens øker, blir tiden de to kanalene står overett med hverandre, mindre. Dette reduserer den tiden som står til rådig­ het for å fylle pumpeelementet. Vi kan kompensere for dette ved å dreie reguleringssleiden slik at åpningstverrsnittet øker.

Dersom vi vil finne hvor mye brensel som blir tilført for hvert arbeidsslag i en dieselmotor, går vi ut fra denne formelen:

, , , , totalt brenselforbruk brenselvolum per slag = -----------------------------antall innsprøytninger Setter vi inn formlene for brenselforbruk og antall innsprøytninger, får vi brenselvolum (mm3) =

spesifikt forbruk • effekt • 1000 pumpeomdr. • antall syl. • tetthet • 3600

Her er: Q - brenselvolum (mm3) be = spesifikt forbruk '(g/kWh) P = effekt (kW)

n = motorens rotasjonsfrekvens (r/s) i = antallet sylindrer p = brenselets tetthet (g/cm3)

97

Eksempel En sekssylindret dieselmotor har en rotasjonsfrekvens på 25 r/s og en effekt på 88 kW. Den har et spesifikt brenselforbruk på 200 g/kWh av et brensel med tetthet 0,85 g/cm3. Hvor stort brenselvolum blir motoren tilført for hvert pumpeslag, og hvor stor mengde (vekt) utgjør det?

Løsning:

200 • 88 ------ 6-0,85-3,6 2 Q = 76,69 mm3 ( = 0,077 cm3) Mengden blir: 0,077 • 0,85 = 0,065 g

I fordelerpumpene blir regulatoren bygd inn i pumpehuset. I de fleste tilfeller blir det brukt en sentrifugalregulator. Figur 6.17 viser en slik regulator for en traktormotor.

1 Fjær for tomgangsregulering 2 Regulatorfjær (hovedfjær) 3 Regulatorarm (utvendig) 4 Mellomstykke 5 Arm for ventil 7 6 Fjærbelastet stag 7 Mengdereguleringsventil 8 Hjelpefjær (tomgang) 9 Regulatorvekter 10 Regulatorplate 11 Styring av tomgangsfjær 12 Stoppestag (innvendig) 13 Stoppearm (utvendig)

wRnmmwnwmm

Figur 6.17 Sentrifugalregulator til fordelerpumpe (CAV)

Virkemåten Regulatoren skal hele tiden prøve å holde konstant den rotasjonsfrekven­ sen som er innstilt. Ved konstant rotasjonsfrekvens er det balanse mellom regulatorfjæra (2) og sentrifugalkraften fra vektene (9). Dersom rota­ sjonsfrekvensen synker på grunn av økt belastning, minker også sentrifu­ galkraften på vektene. Da får regulatorfjæra «overtaket», drar til seg regulatorplata (10) og skyver det fjærbelastede staget (6) mot høyre. Dette fører så til at ventilen (7) blir vridd mot stilling for større brenselgjennomstrømning, og mengden av brensel som går til pumpestemplene i høy-

98

trykksdelen, øker. Motoren får mer brensel, og rotasjonsfrekvensen øker til kreftene fra fjær og vekter igjen jevner seg ut. Enhver endring av regulatorarmens stilling (gassen) fører til vridning av ventilen (7). På grunn av at fjæra på staget (6) er svak, kan vi vri mengdereguleringsventilen (7) til stoppstilling uansett hvilken stilling regulatorarmen står i. Når vi skal starte en kald motor med dieselpumpe av denne typen, skal vi gi full gass for å være sikre på at mengdereguleringsventilen står helt åpen.

Hurtiggående dieselmotorer, som denne pumpetypen er særlig godt egnet for, har større behov for å kunne øke forinnsprøytningsvinkelen enn tyngre dieselmotorer med lite rotasjonsfrekvensområde. På fordelerpumpa kan vi endre forinnsprøytningsvinkelen på en forholdsvis enkel måte ved å dreie kamringen. Figur 6.18 viser dette i prinsipp.

Sein

Innsprøytning

Figur 6.18 Kamring til fordelerpumpe

Tidlig

Ytelsen til dieselmotoren øker dersom innsprøytningen skjer tidligere ved høy rotasjonsfrekvens. En forstiller gir vanligvis maksimalt 6-10 pumpegrader tidligere innsprøytning. Et hydraulisk stempel blir påvirket av brenseltrykket fra matepumpa. Når rotasjonsfrekvensen øker, vil matetrykket stige og skyve medbringertappen i kamringen mot tidligere innsprøytning. En returfjær fører kamringen tilbake mot seinere innsprøytning når rota­ sjonsfrekvensen (og matetrykket) blir redusert.

Mer om regulatoren Som tidligere nevnt ville det ha vært vanskelig å kjøre en traktormotor bare ved å bruke «gassen». Som vi har sett, er det flere grunner til at vi regulerer innsprøytningspumpa. Når rotasjonsfrekvensen for en dieselmo­ tor endrer seg ved en gitt belastning, skyldes det at det er varierende mengder med brensel som blir sprøytet inn i sylinderen. Hver innstilling av gasspådraget svarer til en bestemt rotasjonsfrekvens. En traktormotor i praktisk arbeid vil ha ganske mye variasjon i belastnin­ gen og dermed variasjon i den effekten som motoren må yte. (Vi husker fra tidligere at effekten er avhengig av dreiemoment og rotasjonsfrek­ vens.) Det er derfor et stadig behov for regulering, slik at motoren får den riktige brenselmengden. Det er ønskelig at rotasjonsfrekvensen blir holdt helt konstant ved enhver innstilling av gasspådraget, selv ved store og brå endringer i belastningen. En vanlig regulator klarer aldri dette fullt ut. For det første må rotasjonsfrekvensen allerede ha endret seg litt før regulato­ ren kan «føle» endringen. For det andre er regulatorene mer eller mindre fintfølende, alt etter hvordan de er konstruerte (og hva de koster). Gode regulatorer holder rotasjonsfrekvensen innenfor et område på ±2 % variasjon i den størrelsen som skal holdes konstant, mens «grovere» regulatorer tillater variasjoner på om lag ±10 %.

Regulatoren skal holde rotasjonsfrekvensen så nær det vi stiller inn (med gasspedalen eller gasshåndtaket) som råd. Går belastningen ned, slik at motoren øker hastigheten(rotasjonsfrekvensen), vil regulatoren sørge for

99

å begrense tilførselen av brensel, slik at hastigheten ikke øker for mye. Øker belastningen, slik at hastigheten går ned, sørger regulatoren for å øke brenselmengden.

På denne måten styrer regulatoren motorens dreiemoment. (Se figur 6.19.) Dermed styrer den også motorens ytelse (effekt). (Se figur 6.20.)

1 Største dreiemoment 2 Dreiemoment ved maksimal rota­ sjonsfrekvens

Figur 6.19 Motorens dreiemomentkurve styrt av regulatoren A-B A-C C-D B —D PTO

= = = — =

dreiemomentet i forhold til rotasjonsfrekvensen nedre reguleringsgrense praktisk område for rotasjonsfrekvensen øvre reguleringsgrense kraftuttakets rotasjonsfrekvens

1 Effekt ved kraftuttakshastighet (PTO) 2 Største effekt 3 Differanse

Figur 6.20 Motorens effektkurve styrt av regulatoren A—B A-C C-D B-D

= — = =

effekt i forhold til rotasjonsfrekvensen nedre reguleringsgrense praktisk område for rotasjonsfrekvensen øvre reguleringsgrense

Regulatoren og innsprøytningspumpa skal begge være slik innstilt at motoren går jamnt og fint på tomgang, med en passende rotasjonsfrek ­ vens. (Med tomgang mener vi at motoren går så sakte at den ikke gir nyttbar effekt.) Ved full fart blir tilførselen av brensel innstilt etter det som gir maksimal rotasjonsfrekvens.

100

Når belastningen øker, øker den tilførte brenselmengden, og dermed også effekten. Innsprøytet mengde har imidlertid en øvre grense. (Se figur 6.20, linjen A-B.) Ved denne grensen vil rotasjonsfrekvensen begynne å falle dersom belastningen fortsatt øker. Den øvre grensen finner vi der motoren yter sin største effekt, med maksimalt tilmålt brenselmengde. Mellom øvre og nedre grense avpasser regulatoren motorytelsen etter traktorens effektbehov.

Det som her er sagt om regulatoren på en traktormotor, gjelder både dieselmotorer og ottomotorer (bensinmotorer). Dieselmotorene i biler har en annen type regulator, som bare virker ved laveste og ved høyeste rotasjonsfrekvens, dvs. ved tomgang og ved fare for rusing. For alle rotasjonsfrekvenser imellom vil det være stillingen på gasspedalen som direkte bestemmer hvilken brenselmengde som blir tilført. Bensinmotorer i biler trenger ingen regulator, fordi de til en viss grad er «selvregule­ rende».

F orbrenningsrom Vi har nevnt tidligere at brenselet må forstøves godt under innsprøytningen for at tenningsforsinkelsen skal bli så kort som mulig. God forstøvning blir det når innsprøytningstrykket er høyt, og brenselmengden som skal sprøytes inn, blir fordelt på mange, tynne boringer eller hull. Når brensel­ mengden er liten, kan det være vanskelig å ha mer enn én boring. Hulldiameteren kan rett og slett bli for liten. Tynne boringer er vanskelige å lage, og dessuten har de lett for å kokse igjen under drift med lav motortemperatur. Derfor bruker vi ofte innsprøytningsventiler med bare ett eller to hull til små, hurtiggående motorer. Innsprøytningsventiler (egentlig innsprøytningsdyser) med hull kalles hulldyser. (Det finnes også tappdyser, som vi kommer tilbake til.) Ved siden av å forstøve brenselet må innsprøytningsventilen hjelpe til med å blande forbrenningslufta og bren­ selet. Hvor god blandingen blir, er avhengig av formen på forbrennings­ rommet og av hva slags innsprøytningsventil som blir brukt.

Forbrenningsrom for tunge dieselmotorer Forbrenningsrommet blir utformet med sikte på å gi liten tenningsforsinkelse. Det oppnår vi ved å sette luftladningen i sterk bevegelse, slik at brenseldusjen blir revet ytterligere opp og blandet godt med forbrennings­ lufta. En slik sterk luftbevegelse kaller vi for turbulens. Ved høye rota­ sjonsfrekvenser er det lettere å oppnå turbulens i forbrenningsrommet, selv om det ikke alltid er turbulensen i seg selv vi vil forsterke når vi øker rotasj onsfrekvensen.

101

Innsugningskanal

Turbulent luftstrøm

Figur 6.21 Luftvirvel i innsugningskanalen (Ford) På figur 6.21 ser du et forbrenningsrom der innsugningskanalen er spiralformet. Under innsugningen vil lufta virvle rundt innsugningsventilen. Når stempelet står i øvre dødpunkt, er avstanden mellom stempelet og topp­ lokket svært liten, ofte ikke mer enn ca. 1 mm. (Se figur 6.22.) Derfor vil lufta bli fortrengt fra de ytre områdene («skuldrene» på stempelet) og inn til forbrenningsrommet. Innsprøytningsventil

Klaring

Stempel

Figur 6.22 Virvelbevegelsen i forbrenningsrommet i stempeltoppen (Ford) Forbrenningsrom i stemplet

Figur 6.23 Typisk stempel for dieselmotor (legg merke til at det er laget eget rom for ventilene) På figur 6.23 ser du et eksempel på at uthulingen i toppen av stempelet utgjør den største delen av forbrenningsrommet. Dette er en vanlig konstruksjonsmåte i dag.

102

I større dieselmotorer blir det vanligvis brukt innsprøytningsventiler med hulldyser, og de har 4-6 like boringer. Antall boringer er avhengig av hvor stor brenselmengde som skal sprøytes inn ved hver prosess. Inn­ sprøytningsventilen er plassert slik i topplokket at brenselet blir sprøytet direkte inn i forbrenningsrommet i stempelet. Dette blir kalt for direkte innsprøytning. (Se figur 6.24.)

1 Innsprøytningsventil 2 Forbrenningsrom 3 Stempel,

Figur 6.24 Motor med direkte innsprøytning

Forbrenningsrom for små, hurtiggående dieselmotorer Dieselmotorer med slagvolum mindre enn ca. 3000 cm3 har ofte oppdelt forbrenningsrom. Da er forbrenningsrommet delt i et hovedforbrenningsrom og et forkammer eller virvelkammer. Hovedforbrenningsrommet lig­ ger i sylinderen, over stempelet, mens forkammeret (eller virvelkammeret) ligger i topplokket. Kammeret er som regel en mindre del av hele forbrenningsrommet (kompresjonsvolumet). Et forkammer kan være 20-30 % av hele forbrenningsrommet, et virvelkammer 30-50 %.

103

1 Innsprøytningsventil 2 Glødeplugg 3 Forkammer 4 Forbrenningsrom

Figur 6.25 Motor med forkammer

På figur 6.25 ser du et eksempel på et forkammer, slik det er utformet i mange motorer. Under kompresjonsslaget blir noe av luftladningen pres­ set inn i forkammeret, og det oppstår sterk turbulens. I motorer med forkammer eller virvelkammer blir det som regel brukt tappdyse. Denne dysetypen har ett, noe grovt hull, og dusjen blir grov og konsentrert. Men den sterke turbulensen river opp dusjen og gir god sammenblanding av luft og brensel.

Sammenblandingen av luft og brensel letter tenningen i forkammeret. Siden forkammeret bare er en mindre del av hele forbrenningsrommet, vil det ikke være nok luft til en fullstendig forbrenning av alt brenselet der. Men etter at forbrenningen har begynt, stiger trykket brått i forkammeret, slik at det oppstår en trykkforskjell mellom forkammeret og hovedforbrenningsrommet. Uforbrent brensel og halvbrente rester blir drevet ut gjennom forkammerhalsen og til hovedforbrenningsrommet, der forbren­ ningen blir fullført. Noe av energiutviklingen i forkammeret blir altså brukt til å blande sammen luft og brensel i hovedforbrenningsrommet. På grunn av luftmangelen vil det høyeste trykket i forkammeret bli for­ holdsvis moderat. Myk og fin gang er derfor et kjennetegn på forkammermotorer, når de er kommet opp i driftstemperatur.

Når de er kalde, er forkammermotorene vanskeligere å starte enn moto­ rer med direkte innsprøytning. Det kommer av at forbrenningsrommet har en større kjølt overflate i forhold til volumet. Jo mindre sylindervolu­ met er, desto større kan disse startvanskene bli. For å lette starten har

104

slike motorer som regel en elektrisk glødeplugg i forkammeret. Motorer med direkte innsprøytning har ofte felles gløding for alle sylindrene, og det er innsugningslufta som blir oppvarmet. (Se figurene 6.26 a, b, c.) 1

Figur 6.26 Glødeplugger a

b

c

Glødeplugg med åpen glødetråd. Vanlig i anlegg der pluggene er seriekoplet. 1 Strømtilkopling Glødeplugg med innstøpt glødetråd. Vanlig i anlegg der pluggene er parallellkoplet. 1 Strømtilkopling Glødeplugg kombinert med brenselinnsprøytning. Blir også kalt for flammeplugg, fordi brenseldusjen blir påtent av pluggen. (Også kalt termostart.) 1 Strømtilkopling 2 Brenseltilkopling

Fordi den kjølte overflaten er så stor, har forkammermotorene lavere effektiv virkningsgrad og større spesifikt brenselforbruk enn motorer med direkte innsprøytning. Det store varmetapet blir ofte kompensert ved at en gjør kompresjonsforholdet høyere.

Innsprøytningsventilen

1 Filter 2 Innløpskanal 3 Returbrensel 4 Trykkfjcer 5 Underlagsskive

De fleste innsprøytningsventilene som brukes i dag, blir åpnet hydraulisk. Med det mener vi at det er trykket i brenselet (fra innsprøytningspumpa) som åpner ventilen. På figur 6.27 er det vist en innsprøytningsventil for en motor med direkte innsprøytning.

6 Dysehus 7 Trykkammer 8 Dysenål Dysenåla blir trykt ned mot setet av trykkfjæra. Fjærkraften kan justeres I = Innløp ved å legge underlagsskiver over fjæra, eller med en justeringsskrue. Når R - Retur

trykket i brenselet er høyt nok, blir nåla løftet fra setet, og innsprøytninFigur 6.27 Innsprøytningsventil gen begynner. Under innsprøytningen faller trykket et kort øyeblikk.

105

Nåla stenger helt til trykket er bygd opp på nytt og overstiger åpningstrykket. Dette gjentar seg mange ganger og svært hurtig. Når vi prøver en innsprøytningsventil, kan vi høre den hurtige åpningen og stengningen som en skrikende og snerrende lyd.

Trykket i innsprøytningsventilen vil stige over åpningstrykket etter hvert som pumpa leverer mer brensel. Det stigende trykket gir stadig stigende hastighet på brenselet gjennom dyseboringene. De små brenseldråpene får større og større kinetisk energi og kan derfor trenge lenger og lenger inn i forbrenningsrommet. En innsprøytning bør være avviklet på om lag 1/1000 sekund. En av dysene på figur 6.28 har flere boringer jevnt fordelt på omkretsen. Slike flerhullsdyser blir brukt i motorer med direkte innsprøytning.

1 Etthullsdyse 2 Tapp dyse 3 Flerhullsdyse T — trykkflate (det er brensel trykket mot denne flaten som åpner for utløpet)

Som nevnt har forkammermotorene som regel bare én dyseboring. En av dysene på figur 6.28 er en tappdyse. Denne typen etthullsdyse er ofte brukt i forkammermotorer. Vi har nevnt ovenfor at tappdysen gir en forholdsvis konsentrert dusj, men at blandingen likevel blir god, fordi sterk turbulens river opp dusjen. Slike dyser kan derfor klare seg med et ganske lavt innsprøytningstrykk. Åpningstrykket for tappdyser ligger på 100-120 bar. Til sammenlikning har flerhullsdysene et åpningstrykk på omkring 200 bar. Etthullsdysene har ikke så lett for å kokse, så de er mer driftssikre. Særlig er tappdysene driftssikre. De minste brenseldråpene er om lag 1/1000 mm i diameter, og fordampningen gjør dem enda mindre.

Figur 6.28 Dysetyper

Figur 6.29 Innsprøytningskarakteristikk for en hulldyse (Bosch)

Det kan lett bli for mye sot i avgassen fra en dieselmotor. Når motoren er varm, og den gjør et arbeid som krever fra 25 til 75 % av full ytelse, skal avgassen knapt være synlig. Dieselmotoren må vanligvis ha 40 % luftover­ skudd for å gi rein avgass. Svart røyk er som regel et tegn på feil ved pumpe, dyser eller luftfilter. Men selv om alt dette er i orden, kan det være andre forhold som gjør at motorene gir for mye røyk. På enkelte innsprøytningspumper er det derfor en røykbegrenser. På turbomotorer brukes røykbegrensere for å gi større innsprøytningsmengder når turboen gir høyt ladetrykk. Endestillingen for tannstanga (i en rekkepumpe) er således ikke fast, men blir styrt av ladetrykket fra turboen. På sugemotorer blir røykbegrenseren brukt til å korrigere innsprøytningsmengdene i

106

forhold til lufttrykket. Høyt til fjells, der det er lavt lufttrykk, vil vi på den måten unngå røykutvikling som kommer av for stor brenselmengde i forhold til luftladningen.

Brenselforbruk Det finnes flere måter å måle traktorens brenselforbruk på. Antall liter per time (1/h) og liter per dekar (1/daa) blir brukt en del, men ofte bruker vi målenhetene gram per kilowattime (g/kWh) og gram per megajoule (g/MJ). Brenselforbruket per tidsenhet blir kalt totalforbruk, mens bren­ selforbruket per arbeidsenhet blir kalt spesifikt brenselforbruk. (Se figur 6.30.)

Figur 6.30 Brenselforbruk for en traktormotor A: Brenselforbruk per tidsenhet (Uh) B: Spesifikt brenselforbruk (forbruk per arbeidsenhet) (g/kWh)

Det spesifikke brenselforbruket er et mål på hvor mye brensel som går med til å utføre et bestemt arbeid. Det kan således gi grunnlag for sammenlikning av ulike traktorer, selv om de har ulike motorer. Den beste økonomien, lavt spesifikt forbruk, får vi når belastningen på trakto­ ren er høy. Lavt spesifikt forbruk er et uttrykk for god virkningsgrad. I kapittel 2 så vi at motorens virkningsgrad hadde direkte sammenheng med det spesifikke brenselforbruket. Vi kan definere det spesifikke brenselfor­ bruket slik: brenselmengde som er brukt spesifikt brenselforbruk = -------------------------------------motoreffekt • tid

Det er en rekke faktorer som virker inn på traktorens brenselforbruk. Her skal vi ta for oss en del av de viktigste. På de følgende figurene er motoren kjørt med fullt gasspådrag.

107

Motortyper Ottomotorer har som regel større spesifikt brenselforbruk enn dieselmo­ torer (ca. 10 % større). Det meste av forskjellen kommer av at dieselmo­ toren har høyere kompresjonsforhold. (Se figur 6.31.)

Figur 6.31 Spesifikt brenselforbruk for en dieselmotor (A) og for en ottomotor (B). I området 10—50 % av effekten (delbelastning) er dieselmoto­ ren klart mer økonomisk

Dieselmotoren har mindre avgassrester i forbrenningsrommet, og ikke noe av brenselet kan lekke ut sammen med luft i ventilenes overlappingsfase, dvs. den tiden da innsugningsventilen og avgassventilen er åpne samtidig. Dieselmotoren har overskudd av luft, og dette gir nær total forbrenning. På den måten blir det lite brensel som går til spille i motoren.

Mellom luftkjøling og væskekjøling er det også forskjeller, selv om de ikke er så store. Luftkjølte motorer har vanligvis mer energikrevende vifter som «sluker» brensel. Til gjengjeld arbeider de med høyere driftstemperatur, og det gir oftest lavere forbruk. Den åpne gassvekslingen i en totakts ottomotor gjør at brensel kan lekke fra overstrømningsporten til avgassporten. Dette fører til høyere forbruk. Totakts dieselmotorer har ikke slik lekkasje.

Når det gjelder forholdet mellom normalladde og turboladde motorer, ser vi av figur 6.32 at turboladning gir høyere spesifikt forbruk ved lavt effektuttak (lav belastning).

108

Figur 6.32 Spesifikt brenselforbruk for dieselmotorer i forhold til belastnin­ gen. A er en normalladd motor, B er en turboladd motor.

Grunnen til dette er at turbomotoren har turboaggregatet å «dra på». Det blir «tappet» energi fra avgassen uten at det er til særlig nytte. Etter hvert som effektuttaket øker, blir turbomotoren mer økonomisk enn den normalladde motoren. Da blir «energitappingen» fordelt på mange kilowatt, samtidig som den står for en del av gassvekslingsarbeidet. Den normalladde motoren må ta denne energien fra svinghjulet.

Motorstørrelse Dersom ulike motorer går uten belastning, vil de største bruke mest brensel, fordi de har mer (større) hjelpemaskineri å dra på enn de mindre motorene. Dobler vi slagvolumet og effekten til en motor, blir forbruket under lett arbeid, og særlig dersom rotasjonsfrekvensen er høy, om lag det dobbelte. Hva vi bruker traktoren til, er likevel avgjørende. En stor traktormotor trenger ikke bruke vesentlig mer brensel enn en liten, der­ som den er belastet og arbeider med lav rotasjonsfrekvens.

Dreiemoment Sammenholder vi det spesifikke brenselforbruket til en motor med dreie­ momentet, ser vi at dreiemomentet er størst omtrent ved den rotasjons­ frekvensen der forbruket er på det laveste. (Se figur 6.33.) Vi sparer brensel om vi lar motoren arbeide ved den rotasjonsfrekvensen som gir det høyeste dreiemomentet, fordi motoren har gode arbeidsfor­ hold her. Men rotasjonsfrekvensen kan bli/or lav til en del arbeidsopera­ sjoner, og vi får heller ikke nytte av dreiemomentstigningen.

109

Figur 6.33 Dreiemoment M, effekt P og spesifikt brenselforbruk bc for en traktormotor (legg merke til at der dreiemomentet er størst, er det spesifikke forbruket lavest)

Rotasj onsfrekvens Ser vi på virkningen av rotasjonsfrekvensen, står vi overfor flere faktorer: 1

2

3

Når vi øker rotasjonsfrekvensen, for eksempel på en dieselmotor med fast innsprøytningstidspunkt, blir det kortere tid for varmen til å slippe igjennom veggene i forbrenningsrommet. Resultatet blir min­ dre varmetap for hver forbrenningsprosess. Friksjonskreftene i motoren er stempel- og lagerfriksjon. Friksjons­ kreftene er avhengige av stempelkraften. Jo høyere rotasjonsfrekven­ sen er, jo større blir effekttapet. Jo hurtigere motoren går, desto mer brensel vil det gå med til å drive vannpumpa, dynamoen og særlig kjøleviften.

Noen vifter har et effektbehov som stiger om lag med tredje potens av stigningen i rotasjonsfrekvensen. Dobler vi rotasjonsfrekvensen, blir effektbehovet om lag åtte ganger større. Det er derfor ikke uten grunn at mange motorer blir utstyrt med termostatstyrt vifte. Traktormotorene har ofte maksimal rotasjonsfrekvens mellom 40 og 50 r/s. Mest økonomiske er de likevel ved 60-80 % av maksimal frekvens. Dette har størst betydning ved liten belastning.

Eksempel En motor på 55 kW bruker 460 g/kW når vi tar ut 10 kW ved maksimal rotasjonsfrekvens. Tar vi ut de samme 10 kW ved 70 % og ved 55 % av maksimal rotasjonsfrekvens, blir forbruket henholdsvis 360 og 310

110

g/kWh. Ved mange slags arbeid er det altså mulig å spare brensel ved å redusere rotasjonsfrekvensen. Men vi må huske at lavere rotasjonsfrek­ vens gir mindre effekt. Da vil kapasiteten gå ned, og arbeidet vil ta lengre tid.

Belastning Vi må bruke brensel for å holde en motor i gang, selv om den ikke utfører arbeid. Kombinasjonen av høy rotasjonsfrekvens og liten belastning er særlig ugunstig. I praksis kan en ubelastet motor bruke 2 1/h ved 50 % av maksimal rotasjonsfrekvens, og 3,5 og 5,0 1/h ved henholdsvis 70 og 100 % av maksimal rotasjonsfrekvens. Dette viser at forbruket øker kraf­ tig når motoren blir dårlig utnyttet. Vi får den beste økonomien ved tilnærmet full belastning. (Men i praksis er det vanskelig å utnytte moto­ rene så godt.) Eksempel En motor som bruker 240 g/kWh ved full belastning, kan ved 50 % og 70 % belastning bruke om lag 500 og 300 g/kWh.

Regulator En traktormotor har alltid en regulator, vanligvis en sentrifugalregulator. (Se avsnitt 6.5 ovenfor.) Regulatoren arbeider etter prinsippet om å holde konstant en bestemt rotasjonsfrekvens som er innstilt med «gassen». For en traktor varierer trekkraft og kjøremotstand hele tiden, slik at det ville være vanskelig å kjøre traktoren bare ved hjelp av gassen. Ved tomgang finner vi den minste leveringsmengden, og ved full belastning finner vi den største mengden. På tomgang får motoren så mye brensel at den så vidt holder seg i gang. Ved fullt pådrag (full gass) vil regulatoren «kutte» brenselmengden dersom motoren vil til å gå over maksimal rotasjonsfrek­ vens. Men dersom kjøremotstanden nå øker, vil regulatoren gi mer bren­ sel. Da stiger dreiemomentet samtidig som rotasjonsfrekvensen minker.

Gir og girbruk I praktisk arbeid er det store variasjoner i effektbehovet etter arbeidets art, terrenget og kjørehastigheten. Det er ønskelig å la motoren arbeide med 70 - 90 % av maksimal ytelse hele tiden. Men dette er vanskelig med de girsystemene traktorene har i dag. I teorien kan vi si at jo flere gir traktoren har, desto lavere brenselforbruk kan vi oppnå. (Se figur 6.34.)

Har traktoren mange gir, og trinnene mellom girene ikke er for store, kan vi velge rotasjonsfrekvens og belastning ut fra effektbehovet i øyeblikket, selv om dette ikke alltid er lett i praksis. Har traktoren dessuten et hurtiggir som kan brukes under fart og ved belastning, er det lettere å spare brensel. Ut fra det som tidligere er nevnt om rotasjonsfrekvens og

111

belastning, bør vi prøve å kjøre med lav rotasjonsfrekvens og på høyt gir. Men vi må ikke belaste motoren så sterkt at den går overbelastet eller blir «kvalt» ofte.

km/h

Transportkjøring De fleste traktorene kan ikke kjøre fortere enn 30 km/h. Derfor vil vi helst kjøre med full gass ved transportkjøring. Vi har da ikke mulighet til å variere rotasjonsfrekvensen for å spare brensel. Ved transportkjøring er det totalvekten, rullemotstanden og tap i transmisjonen som har mest å si for brenselforbruket.

Firehjulstrekkere bruker vanligvis mer brensel under transportkjøring enn tohjulstrekkere. Forskjellen kan være om lag 10 %, selv for traktorer av samme merke og med samme vekt. Friksjonstap og rullemotstand er faktorer som virker inn på brenselforbruket, avhengig av om firehjulstrek­ ket er inn- eller utkoplet.

Kraftuttaksdrift Ettersom maskiner og redskaper koplet til kraftuttaket normalt skal kjø­ res med fast rotasjonsfrekvens, er det heller ikke her mulig å spare brensel ved å sette ned rotasjonsfrekvensen. Det vi kan gjøre, er å utnytte redskapets kapasitet ved å skifte gir etter forholdene (særlig hurtiggir). Det gjelder å holde kjørefarten så høy som mulig, dvs. så høy som kvaliteten på arbeidet eller andre omstendigheter gir anledning til. Har traktoren flere utvekslinger på kraftuttaket, kan vi spare brensel om vi benytter den utvekslingen som gir lavest rotasjonsfrekvens på motoren. Men det lar seg gjøre bare ved lave effektuttak. Når vi kjører med slaghøster, snøfreser eller andre redskaper med kaste- eller vifteorganer, gjelder det å bruke så lav rotasjonsfrekvens som praktisk mulig. For effektbehovet for slike maskiner øker flere ganger om rotasjonsfrekven­ sen blir doblet.

112

På den andre siden er det ofte slik at motoren er i minste laget for den slaghøsteren (eller andre maskiner) som vi kopler til. Da må vi likevel bruke en rotasjonsfrekvens som gir for høy frekvens på kraftuttaket. I slike tilfeller kan vi endre utvekslingen på maskinen, slik at motoren får gå med den rotasjonsfrekvensen som gir best effekt, samtidig med at maski­ nen ikke blir tvunget til å gå hurtigere enn nødvendig.

Eksempel Ved snøfresing brukte en traktor med en kraftuttaksfrekvens på 5 r/s om lag 6 liter brensel for hver 1000 m3 snø som ble ryddet bort. Ved 7 r/s var forbruket 7 liter, og ved 9 r/s var brenselmengden 15 liter per 1000 m3 snø.

Slaghøsteren gir ikke så store muligheter til å variere rotasjonsfrekvensen som snøfreseren, men også her øker effektbehovet med økende rotasjons­ frekvens. Kjøring med unødig høy rotasjonsfrekvens er sløsing med energi.

Jordarbeid Det er gjerne ved jordarbeid at det er størst mulighet for å spare brensel. Årsaken er at det ikke har noe å si for kvaliteten av arbeidet om motoren går med lav eller høy rotasjonsfrekvens, bare kjørehastigheten er riktig, og motoren er sterk nok. Ved jordarbeid vil sluringen påvirke forbruket. For å spare brensel må sluringen holdes på et lavt nivå. Riktig bruk av traktor og redskapsløft er viktig for å få liten sluring. Dessuten må vi velge redskaper med effektbehov som står i forhold til størrelsen på traktoren, og lære å stille inn og bruke disse redskapene slik at effektbehovet blir minst mulig. Det viser seg at for eksempel ploger som er feil innstilt, kan føre til at brenselforbruket øker sterkt. Ved bruk av en plog som først var feilaktig innstilt, deretter bedre innstilt og til slutt perfekt innstilt, viste det seg at brenselforbruket var henholdsvis 3,6, 2,8 og 2,1 1/daa. Eksempel Skjærene og spissene på en stor plog er så slitte og butte at det trengs en ekstra trekkraft på 1200 N. Dersom pløyehastigheten er 2 m/s (7,2 km/h), øker effektbehovet med 1200 • 2 = 2400 W = 2,4 kW. Vi regner med at motoren har et spesifikt brenselforbruk på 260 g/kWh og brenselet en tetthet (densitet) på 830 g/1. Hvor stort blir det ekstra brenselforbruket, målt i 1/h? Løsning: Vi bruker denne formelen:

effekt • spesifikt forbruk hter/time = -------------------------------brenselets tetthet 2,4 • 260 Brenselforbruket blir: ------------ = 0,75 1/h 830

113

Det vil si at traktoren bruker 0,75 1/h mer med slitte skjær enn med skjær som er rett oppsatt. I praksis er det ikke alltid så viktig å tenke liter per time. Liter per dekar gir et bedre uttrykk for hvor godt brenselet blir utnyttet. Traktorføreren kan påvirke dette når han velger redskap, kjørehastighet, rotasjonsfrek­ vens og gir. Dessuten spiller kjøreteknikken inn. Fornuftig vedlikehold er også viktig. Virkningsgraden er et uttrykk for hvor godt en traktor totalt utnytter energien i brenselet.

virkningsgrad (%)

_

kraftuttakseffekt • 100 1/h • kWh/1

Eksempel En traktor bruker 18 1/h av et brensel med energiinnhold på 9,9 kWh/1. Hva blir traktorens virkningsgrad når kraftuttakseffekten er målt til 58,3 kW? Løsning:

58 3-100 virkningsgrad (%) = —--------- = 32,7 % 18-9,9

Driftsforhold For å holde forbruket så lavt som mulig er det viktig at brenselsystemet og luftfilteret er i orden. Feil viser seg oftest ved at starten blir vanskelig, og at motoren drar dårlig og spyr ut røyk. Når motoren er varm og er i arbeid som krever fra 25 til 75 % av full ytelse, skal avgassen ikke være synlig. Når motoren blir belastet så sterkt at rotasjonsfrekvensen synker med mer enn 3-5 r/s, skal avgassen så vidt være synlig. Dette gjelder for de fleste motorene. Ganske svart avgass er vanligvis et tegn på feil ved pumpe, dyser eller luftfilter.

Det hender at avgassen er helt fargeløs (usynlig) selv om belastningen er hard. Det tyder på at brenseltilførselen er for liten, på grunn av feil ved brenselfilteret, dysene eller pumpa. Enten motoren får for lite eller for mye brensel, går trekkevnen vanligvis ned. Trekkevnen kan holdes oppe ved å bruke lavere gir og høyere rotasjonsfrekvens, med andre ord høyere forbruk.

Som konklusjon kan vi si at vedlikehold og justeringer kan påvirke bren­ selforbruket - enten direkte eller indirekte. Etter hvert som motoren blir slitt, vil forbruket vanligvis øke. Friksjonen og varmetapene i motoren øker, og kompresjonstrykket synker. Dette gir som resultat at virknings­ graden synker, og brenselforbruket øker.

114

Viktig å tenke på ved bruk og ved vedlikehold: - dieseloljen - filtre (for brensel og for luft) - dyser - pumper - olje og oljefilter - ventiler

Kotediagram På et kotediagram finner vi motorens spesifikke brenselforbruk tegnet inn som linjer (koter) i forhold til effekt, rotasjonsfrekvens og dreiemoment. Et slikt diagram kan gi nyttige opplysninger om hvordan motoren skal brukes. På figur 6.35 angir koten for 220 g/kWh det laveste spesifikke forbruket for motoren. Forbruket henger sammen med en rotasjonsfrek­ vens på 60-80 % av maksimal rotasjonsfrekvens og et dreiemoment på om lag 90 % av det maksimale. Skal denne motoren utnyttes godt, bør vi bruke så høyt gir som praktisk mulig, og la motoren gå med en rotasjons­ frekvens på om lag 28-30 r/s (1700-1800 r/min). Utnyttet moment i % av moment ved maks frekvens

Figur 6.35 Kotediagram

Forklaring til diagrammet: Tar vi utgangspunkt i 100 % rotasjonsfrekvens (på den nederste aksen) og går opp til vi treffer linjen for 75 % effekt, ser vi at spesifikt brenselforbruk er 240 g/kWh. (Effekten er vist med de stiplede kurvene.)

Går vi ut fra 75 % av maksimal rotasjonsfrekvens og fremdeles opp til 75 % av maksimal effekt, ser vi at det spesifikke forbruket blir 220 g/kWh.

Eksempel Motoren kjøres med 40 r/s (2400 r/min), og det tas ut 75 % av maksimal effekt, tilsvarende 60 kW. Føreren senker rotasjonsfrekvensen til 30 r/s (1800 r/min), men tar fortsatt ut 75 % av effekten ved å gå opp et gir. Hvor mye brensel sparer han, målt i 1/h? Brenselets tetthet er 830 g/1.

115

Løsning:

. a)

60 kW • 240 g/kWh ----------------- -------- = 17,35 1/h 830 g/1

60 kW • 220 g/kWh = 830 g/1 Innspart brensel: = 1,45 1/h

Vi finner således at feil valg av rotasjonsfrekvens, gir osv. kan gi stor økning i forbruket. La oss se hva dette kan føre til over en viss tid. Eksempel En motor med en effekt på 75 kW brukes fra den er ny og fram til full overhaling etter 6000 driftstimer. Det er ønskelig å holde det spesifikke forbruket nede på 220 g/kWh, men i praktisk arbeid har motoren gjen­ nomsnittlig brukt 5 g/kWh mer brensel. Ønskelig forbruk: 75 kW • 220 g/kWh = 16 500 g/h = 16,5 kg/h 16,5 kg/h • 6000 t = 99 000 kg

Praktisk forbruk: 75 kW • 225 g/kWh = 16 875 g/h = 16,875 kg/h 16,875 kg/h • 6000 t = 101 250 kg Vi finner altså en differanse på 2250 kg brensel. Av kotediagrammet kan vi se at feil bruk av motoren lett kan gi et merforbruk som er større enn 5 g/kWh.

Øvingsoppgaver 6.1 Hvor stort innsprøytet volum får vi fra et pumpestempel med diameter på 6 mm, når den effektive slaglengden er 3 mm? 6.2 Hvor stort volum avdekker synkeventilen over pumpestempelet dersom diameteren på den sylindriske delen er 5 mm, og ventilen synker 2 mm?

6.3 Lag en oversikt over viktige årsaker til at en dieselmotor på en traktor må ha regulator. 6.4 Hvor stort brenselvolum blir sprøytet inn for hver forbrenning i en firesy­ lindret dieselmotor med 40 r/s? Brenselets tetthet er 0,85 g/cm3, og spesi­ fikt forbruk er 90 kWh.

116

6.5 Fyll ut: Forkammer/ virvelkammer

Direkte innsprøytning

Kompresjonsforhold

Dysetyper Åpningstrykk

Kaldstart Forbruk

Virkningsgrad

6.6 Lag en enkel oversikt over faktorer som virker inn på brenselforbruket, og som traktorføreren kan påvirke ved sin måte å bruke og vedlikeholde traktoren på.

6.7 En motor har et spesifikt brenselforbruk på 300 g/kWh. Brenselet har en tetthet på 830 g/1. Hvor mange liter per time øker brenselforbruket med dersom ytelsen (effekten) øker med 8 kW? 6.8 På grunn av feil i innsprøytningsventilene og feil bruk av traktoren øker det spesifikke brenselforbruket med 15 g/kWh. Hvor mange kilo brensel vil dette utgjøre etter 4000 driftstimer? Motoreffekten er 100 kW, og brenselforbruket ved «riktig» bruk er 300 g/kWh.

117

7

Tenningsanlegget i ottomotoren

Oppgaven til tenningsanlegget I ottomotoren blir forbrenningen satt i gang ved at en elektrisk gnist antenner ladningen i forbrenningsrommet. Dette er altså en helt annen tenningsmåte enn i dieselmotoren. I ottomotoren bruker vi et system hvor den energimengden som går med til tenningen, kommer fra et eget anlegg utenfor motorsylinderen. Dette blir kalt fremmedtenning.

Vi kan dele oppgaven til tenningsanlegget i to deler: 1 Tenningsanlegget skal gi en gnist med stor nok energi til at blandingen som finnes mellom elektrodene i tennpluggen, blir antent. For at bensin-luft-blandingen skal tenne, må den - som vi tidligere har vært inne på - varmes opp til en temperatur som ligger over tenningstemperaturen for vedkommende blandingsforhold. Gnisten må altså overføre en så stor energimengde at temperaturen blir tilstrekkelig høy. Når det først er blitt tenning, vil energiutviklingen fra den første forbrenningen klare å tenne resten av ladningen. Legg derfor nøye merke til at det er energimengder det er tale om.

2

Den andre oppgaven til tenningsanlegget er å tenne ladningen på riktig tidspunkt. Dette kravet er svært viktig for de motorene som arbeider snart med høye og snart med lave rotasjonsfrekvenser. I neste avsnitt skal vi derfor se litt nærmere på nettopp denne oppga­ ven.

Vanlig batteritenningsanlegg På figur 7.1 ser du et vanlig batteritenningsanlegg. Anlegget er beregnet på en firesylindret motor, men vi finner den samme typen anlegg på alle typer av bensinmotorer.

Dette anlegget bruker et batteri som strømkilde. Med tenningsbryteren kopler vi primærspolen til batteriet. Da vil det gå en strøm gjennom primærviklingen, videre til avbryterstiftene og endelig til gods. Legg merke til at på figuren er avbryterstiftene tegnet i åpen stilling, men i neste øyeblikk vil stiftene slutte strømmen, fordi motoren dreier bryterkammen.

118

Figur 7.1 Vanlig batteritenningsanlegg Strømmen som flyter gjennom primærviklingen i spolen, lagrer en viss mengde magnetenergi i spolen. Denne lagringen tar litt tid, og derfor må avbryterstiftene få ligge sammen tilstrekkelig lenge.

Hvor lenge stiftene skal slutte primærstrømmen, avhenger av hvor mange sylindrer motoren har, og av avstanden mellom stiftene når de er åpne. Åpningsavstanden kan vi justere. Det er et arbeid som må gjøres svært nøyaktighet og i samsvar med de spesifikasjonene motorprodusenten har gitt. I dag er det mest vanlig å angi et bestemt antall grader kamvinkel i stedet for åpning i tidels millimeter. Når motoren dreier bryterkamrpen slik at stiftene åpner, blir strømkretsen gjennom primærviklingen i spolen brutt. Fra elektroteknikken vet vi at det da straks blir indusert en ny strøm i samme retning som den forrige. Den induserte strømmen vil forsøke å opprettholde det magnetfeltet i spolen som den opprinnelige strømmen har skapt. Den induserte strøm­ men vil deretter raskt avta til null.

Magnetfeltet som primærviklingen skaper, påvirker også sekundærviklingen i spolen. (Se figur 7.1.) Når magnetfeltet bryter sammen, vil det derfor indusere en strøm også gjennom sekundærviklingen. Denne strøm­ men har høy spenning, fordi sekundærviklingen har ca. 150 ganger så mange vindinger som primærsiden i spolen. Spenningen i sekundærspolen er også avhengig av hvor sterk strøm som flyter gjennom primærviklingen. For at denne strømmen skal bli så sterk som mulig, blir primærviklingen laget av tråd med stort tverrsnitt, og den har få vindinger.

Ved hjelp av fordeleren blir den høye sekundærspenningen ledet til hver enkelt tennplugg.

119

I det første øyeblikket etter at kontakten mellom stiftene er brutt, vil den induserte strømmen i primærviklingen greie å lage en gnist. Det kommer av at stiftene ennå ikke er kommet særlig langt fra hverandre, og da trengs det ikke særlig stor spenning for å gi overslag. Gnisten fører til at strøm­ men får flyte i primærviklingen lenger enn vi ønsker, og magnetfeltet gjennom spolen bryter ikke sammen fort nok. Da blir sekundærspenningen heller ikke høy nok, og vi får ikke tenning i forbrenningsrommet. Kondensatoren som er koplet parallelt til stiftene, vil fjerne eller redusere gnisten mellom stiftene, slik at sekundærspenningen blir høy.

Figur 7.2 viser hvordan spolen i dette anlegget er bygd opp.

Figur 7.2 Tennspole (coil) for batteritenningsanlegg

Magnettenning Batteritenningsanlegg blir bare brukt til større motorer. Grunnen er at batteriet som trengs, er stort og tungt, og det krever et visst vedlikehold. På mindre motorer, og særlig på totaktsmotorer som skal være så små og enkle som mulig, blir det brukt magnettenning.

Magnettenningsanlegget arbeider etter de samme prinsippene som det anlegget vi nettopp har gjennomgått, men det har ikke behov for batteri. Slike anlegg er mye brukt i landbruksredskaper, og derfor skal vi se litt nærmere på hvordan de virker. Et magnettenningsanlegg har en liten «generator» bygd inn i svinghjulet på motoren. På figur 7.3 ser du en oversikt over delene i et slikt anlegg. Svinghjulet er forsynt med to permanente magneter, slik som figur 7.4 viser.

120

1 Svinghjul 2 Tennspole (coil) 3 Festeklemmer 4 Ledning til gods 5 Ledning til avbryterstiftene 6 Jernkjerne 7 Hus for veivaksellageret 8 Tennpluggkabel 9 Støtstang 10 Hylse

11 Deksel 12 Ledning til avbryteren 13 Fjær for avbryterstiftene 14 Avbryterstifter 15 Kondensator 16 Avbryterhus 17 Skrue 18 Isolatorer 19 Godskontakt til stopping

Figur 7.3 Svinghjulsmagnet

1 2 3 4 5 6

Spole Uttak av tennspenning Kam Avbryterstifter Kondensator Permanente magneter

Figur 7.4 System med permanente magneter i svinghjulet

Legg merke til at den ene magneten har nordpolen vendt inn mot sen­ trum, og den andre har sydpolen vendt innover. Tenningsspolen, dvs. primærspole og sekundærspole, er viklet på en jernkjerne som er festet til motorhuset. Primærviklingen har tykk tråd med liten motstand og få vindinger. Sekundærviklingen har mange vindinger av tynn tråd med stor motstand. Avbryterstiftene og kondensatoren er også festet til svinghjulhuset. Svinghjulet er formet som en kopp som ligger utenpå spolene og de

121

andre delene. Avstanden mellom magnetene og spolen må være så liten som mulig når svinghjulet går rundt. (Se figur 7.4.)

Magnetfeltet mellom de permanente magnetene på svinghjulet bryter igjennom viklingene i spolen. I forhold til spolene endrer magnetfeltet seg stadig, for de permanente magnetene roterer sammen med svinghjulet. Det blir indusert strøm i spolene, men det er bare i primærviklingen at det får noe å si. Strømmen i sekundærviklingen er for svak og har for lav spenning til å kunne gi gnist. På figur 7.5 ser du en tegning av spolen.

1 2 3 4 5

Primærvikling Uttak for tennspenning Sekundærvikling Til avbryterstifter Godsledning for begge spolene

Figur 7.5 Tennspole for svinghjulsmagnet Den induserte strømmen i primærviklingen blir ledet gjennom avbryterstiftene, som nå slutter strømmen, slik figur 7.6 viser.

Figur 7.6 Primærstrøm blir indusert. Avbryteren er lukket

Kammen som åpner stiftene, er montert på samme aksel som svinghjulet, dvs. veivakselen til motoren. På figur 7.7 ser du situasjonen når stiftene åpner, og strømmen gjennom primærviklingen blir brutt. Strømmen i primærviklingen bli tatt opp av kondensatoren. Dermed vil magnetfeltet som denne strømmen har skapt, også bli borte. Sammen­ bruddet av magnetfeltet skjer svært fort (på grunn av kondensatorens

122

evne til å fange opp strømmen), og det blir indusert strøm i sekundærviklingen. På grunn av det store antallet vindinger i sekundærviklingen blir spenningen høy nok til å gi god gnist.

Figur 7.7 Tenning. Når avbryteren åpner, blir primærstrømmen brutt, og høyspenningsstrømmen i sekundærviklingen blir indusert. Gnisten slår over i tennpluggen. Avbryteren åpner

Den viktigste fordelen som magnettenningssystemet har, er allerede nevnt: Batteri er ikke nødvendig. Men denne fordelen er bare viktig når motoren ikke trenger batteri til andre formål heller, som for eksempel til selvstarter eller lys. Spenningen i sekundærviklingen øker når rotasjonsfrekvensen øker. Dette er en annen fordel som magnettenningen har framfor batteritenning. I batteritenningsanlegget synker sekundærspenningen når rotasjons­ frekvensen øker. På den andre siden har magnettenningen en stor mangel når vi skal starte motoren. Motorer med magnettenning blir ofte startet med snortrekk. Da blir det liten fart på svinghjulet, og dermed blir den induserte spenningen også liten. Denne ulempen kan vi unngå ved å bruke en impulsstarter. Du ser en tegning av en impulsstarter på figur 7.8.

1 2 3 4 5 6

Utløser Pal Hus Tapp Fjær Hus

Figur 7.8 Impulsstarter

123

Den store spiralfjæra i impulsstarteren blir spent med snortrekket sam­ tidig med at svinghjulet til motoren blir dreid rundt. Den delen av akselen som avbryterkammen sitter på, blir foreløpig holdt fast. Palen løser ut fjærkraften idet svinghjulet står i riktig stilling for tenning. Utløsningen skjer fort, og den induserte spenningen blir høy.

Figur 7.9 viser en type magnettenning hvor impulsstart med fordel kan brukes. Dette anlegget er bygd som en komplett enhet i et eget hus.

1 Tennplugg 2 Pluggkabel 3 Spole 4 Impulskopling 5 Jernkjerne 6 Avbryterstifter 7 Kondensator 8 Rotor med permanentmagneter

Figur 7.9 Magnet (magnetapparat)

Oppgaver 7.1 Vanlig avstand mellom elektrodene i tennpluggen er 0,5 - 0,9 mm. Hvor­ dan vil det gå dersom avstanden blir vesentlig større enn dette? Kan avstanden bli for liten (ikke kortslutning)? Begrunn svaret.

7.2 Er avbryterstiftene brent, blir det et spenningsfall i primærkretsen. Hvor­ dan vil dette virke på tenningen? 7.3 Hvilke følger vil en ødelagt kondensator få for tenningsanlegget?

124

Smøresystemet

Smøresystemets oppgaver I motoren er det mange deler som beveger seg. En betingelse for at bevegelsen skal skje med minst mulig friksjon, er at glideflatene blir smurt. Det lar seg ikke gjøre å framstille delene med så glatte flater at de kan gli på hverandre uten friksjon. Ved all form for bearbeiding vil flatene få en viss ruhet. (Se figur 8.1.)

Oljefilm

Tykkelsen på oljefilmen

Figur 8.1

Blir de to flatene trykte mot hverandre samtidig som de beveger seg i forhold til hverandre, vil det bli friksjon fordi ujevnhetene «tar tak» i hverandre. Vi kaller dette for tørr friksjon. I en motor må det ikke forekomme tørr friksjon. Grunnen er at den tørre friksjonen gir stor varmeutvikling og stor slitasje. Friksjonen er avhengig av belastningen og av materialet som delene er laget av. Friksjonen kan uttrykkes slik:

F = fjL • P, der F = friksjon /jl = friksjonsfaktor P = belastning Fører vi inn smøreolje mellom flatene, oppstår det et trykk i oljen som løfter flatene fra hverandre. Trykket skyldes at adhesjonen får oljen til å hefte seg til de ru flatene. Jo større adhesjon, desto bedre hefter oljen til flatene. Bevegelsen mellom flatene får oljemolekylene til å »pakke« seg tett sammen, slik at det oppstår et trykk i oljefilmen. Når flatene blir løftet tilstrekkelig langt fra hverandre, vil tørrfriksjonen bli borte. I stedet vil vi få friksjon mellom molekylene i oljefilmen. Denne væskefriksjonen er større jo seigere oljen er.

125

Det vil altså alltid være en viss friksjon mellom flater som glir i forhold til hverandre. Væskefriksjonen gir rett nok ingen slitasje på delene, men den gir et friksjonstap og dermed også varmeutvikling. Det er viktig at var­ meutviklingen holdes så lav som mulig for å hindre at smørefilmen blir for svak. Varmeutviklingen øker oljetemperaturen og setter ned viskositeten (seigheten). Jo større viskositet, desto mer bærekraftig blir smørefilmen. Smøreoljens oppgave er både å danne en god oljefilm og å føre bort den varmen som blir tilført ved friksjonstapene.

Ved vanlig driftstemperatur vil de fleste lagerflatene i motoren ha rikelig tilførsel av smøreolje. Da er det væskefriksjon i lagrene. Vi kan illustrere hvordan et smøremiddel kan holde metallflater atskilte, ved å vise hvor­ dan en oljefilm blir dannet i et glidelager, såkalt hydrodynamisk smøring. (Se figur 8.2.)

Figur 8.2 Oljefilm i et glidelager (1) viser akselen i ro, og det er metallisk kontakt mellom aksel og lager ved A. I (2) har akselen begynt å rotere, og på grunn av adhesjonen vil noe olje følge med og danne en kileformet oljefilm (B). Når rotasjonsfarten på akselen blir stor nok, vil oljefilmen løfte akseltappen klar av lagerflaten. Ved »uendelig stor« rotasjonsfart vil akseltappen bli liggende midt i lageret (3). Når det først har dannet seg en fullstendig oljefilm, dvs. at det er hydrody­ namisk smøring i lageret, er det bare viskositeten i oljen som bestemmer hvor stor friksjonen blir. I en overgangsfase er det halvtørr friksjon eller blandet smøring, og da har selve overflaten i lageret og flere egenskaper i oljen sitt å si. Når det er så lite olje til stede at det er på grensen til å bli helt tørt, blir det kalt for grensesmøring. Da har viskositeten lite å si, mens kjemiske kvaliteter i oljen betyr mer.

Vanlige verdier for friksjonsfaktoren i et lager: - tørr friksjon: 0,1 - 0,4 - halvtørr friksjon: 0,01 - 0,1 - væskefriksjon: 0,001 - 0,01 Mellom stempelet og sylinderveggen er friksjonsforholdene noe annerle­ des. Stempelet har stor sidekraft, særlig like etter øvre dødpunkt. Da er glidehastigheten samtidig liten, og det blir vanskelig å bygge opp til­ strekkelig trykk i oljefilmen. Den friksjonen vi da får, er halvtørr friksjon, eller grensesmøring.

126

Liknende forhold har vi ved kamakselflatene, der kamfølgeren stryker over kamspissen, og i et tannhjulspar.

Når vi starter en kald motor, blir det halvtørr friksjon ved alle lagerflatene. Dette skyldes at smørefilmen i lagrene blir presset ut når motoren står, og det tar litt tid før ny olje blir ført fram.

Hvordan smøresystemet er bygd opp På de fleste motorene som brukes i landbruket, vil vi finne en av disse to smøremetodene:

1 2

Smøreoljen blir blandet i brenselet. De fleste totaktsmotorene i land­ bruket har slik smøring, for eksempel motorsagene. Trykksmøring, der smøreoljen blir ført fram ved hjelp av en pumpe. Den samme oljen blir her ført igjennom smøresystemet mange gan­ ger. Derfor kaller vi gjerne dette for sirkulasjonssmøring eller omløpssmøring.

I en traktormotor ligger trykket i smøreoljen ofte mellom 3 og 6 bar. I tillegg til trykk-sirkulasjons-smøringen vil det også finnes noe plaskesmøring. Veivlagrene «plasker» nedi smøreoljen og kaster den opp i sylind­ rene. Oljefjærene på stemplene skraper oljen nedover igjen.

1 2 3 4 5 6 7

Trykkoljerør Mellomhjul Kamakselen Smøreoljefilter Oljepumpe Veivlager Peilestav

Figur 8.3 Smøresystemet til en traktormotor

127

Figur 8.3 viser et vanlig trykksmøresystem i en firesylindret traktormotor. Hovedkomponentene i smøresystemet er pumpa, trykkreduksjonsventilen og oljefilteret. Vi skal se nærmere på disse komponentene. Oljepumpa er som regel plassert lavt ned mot bunnpanna. Pumpa blir i noen tilfeller drevet av veivakselen, men i de fleste motorene blir den drevet av kamakselen. Oljepumpa er ofte en tannhjulspumpe, men den kan også være av den typen som er vist på figur 8.4.

1 2 3 4 5

Hus Roterende ring Trykkside Rotor Sugeside

Figur 8.4 Tannringpumper. Til venstre en rotor med tre vinger. Til høyre en rotor med fire vinger Trykkreduksjonsventilen hindrer oljetrykket i å bli for høyt, slik at det sprenger pumpa. Særlig når oljen er kald, kan pumpetrykket bli for høyt.

Oljefilteret har en svært viktig funksjon. Det er vanlig at hele oljestrømmen fra pumpa blir filtrert før oljen kommer inn i kanalsystemet i moto­ ren. Oljefilteret har innsats av papir som kan skiftes ved serviceettersyn. Figur 8.3 viser hvor filteret er plassert. Vi skiller mellom hovedstrømfiltre (full flow) (figur 8.5 a) og sidestrømfiltre (by pass) (figur 8.5 b). I et hovedstrømfilter strømmer all olje igjen­ nom ved sirkulasjonen. (Se figur 8.5 c.) Et slikt filter må ha en overstrømmingsventil, som åpner dersom filteret blir tett.

1

1 2 3 4

Inntak Pumpe Filter Til smørestedene

Figur 8.5 a Hovedstrømfilter (prinsippskisse)

128

1 2 3 4 5

Inntak Pumpe Filter Til smørestedene Retur til bunnpanna

Figur 8.5 b Sidestrømfilter (prinsippskisse)

I et sidestrømfilter passerer bare en del av oljen ved sirkulasjonen. Dette systemet brukes lite i traktormotorer.

I de fleste motorene blir oljen avkjølt av lufta rundt bunnpanna. For noen motorer, særlig de luftkjølte motorene og de med turboladning, vil ikke denne kjølingen være tilstrekkelig. Da må motoren utstyres med egen oljekjøler. En oljekjøler er vanligvis knyttet til motorens eget kjølesys­ tem, men overskuddsvarmen kan også brukes til oppvarming av førerhuset.

Figur 8.5 c Smøreoljefilter

Eksempel En traktormotor er utstyrt med en smøreoljepumpe som gir 60 cm3/r (0,006 1/r), når vi ikke regner med noe tap. Pumpa er oppgiret 1,36 ganger i forhold til motorakselen. Motorens rotasjonsfrekvens er 35 r/s (2100 r/ min). Hvor stor blir leveringsmengden? Løsning: 0,006 -35-1,36 = 0,29 1/s. Dette gir: 0,29 • 60 = 17,4 1/min, og 17,4 • 60 = 1044 1/h. En så stor oljemengde i sirkulasjon kan transportere store varmemengder.

Skulle oljefilteret svikte, vil oljestrømmen gå ufiltrert til smørestedene. Dersom motoren har et oljevolum på 6 liter i bunnpanna, passerer oljen smørestedene 1044 : 6 = 174 ganger i timen, eller om lag tre ganger i minuttet. Vi forstår da hvilken stor skade urein olje kan gjøre. Tverrsnittet på kanalene på trykk- og sugesiden blir laget slik at hastighe­ ten på oljen vanligvis ikke overstiger 3-4 m/s på trykksiden, og 1-2 m/s på sugesiden.

Smøreoljen Figur 8.6 a Sammensetning av jordoljen

Smøreoljen som blir brukt i vanlige otto- og dieselmotorer, er laget av jordolje. Figur 8.6 viser at omtrent 35 % av jordoljen er smøreolje, mens behovet bare er ca. 3 %. Smøreoljen er laget av tunge oljerester fra destillasjonstårnet. Ved å destillere disse restene under lavt trykk, såkalt vakuumdestillasjon, får vi fram et destillat som kan bli til smøreolje. Destillatet blir renset for voks og tilsatt additiver, tilsetningsstoffer, for at smøreoljen skal få de rette egenskapene.

Figur 8.6 b Behovet for ulike oljeprodukter

Viskositeten (seigheten) er den viktigste egenskapen til smøreoljen. I avsnitt 8.1 forklarte vi hvorfor seigheten har så stor betydning for friksjo­ nen. Det er flere måter å måle seigheten på. Englers metode har vært mye brukt i Europa, Redwoods metode i Storbritannia og Saybolts metode i USA. Alle metodene måler hvor lang tid det tar for en bestemt olje-

129

mengde å renne ut fra et bestemt kar. Detaljene ved målingene er noe forskjellige fra metode til metode, så måleresultatene kan ikke brukes om hverandre. I de seinere årene har det blitt vanlig å oppgi et tall for kinematisk viskositet. Den blir målt i centiStokes (cSt), og vi finner den på tilsvarende måte som beskrevet ovenfor. Utløpstiden er proporsjonal med oljens viskositet. (Se tabellen på figur 8.7.) Det har ingen mening å oppgi viskositeten uten å se den i forhold til temperaturen til oljen, for viskositeten endrer seg betydelig med tempera­ turen. Den blir mindre når temperaturen stiger. Viskositeten endrer seg også litt med trykket i oljen.

Den amerikanske ingeniørorganisasjonen Society of Automotive Engineers (SAE) har laget en inndeling av smøreoljene etter viskositeten, såkalte SAE-nummer eller viskositetsnummer. Det er denne inndelingen som blir brukt i praktisk motorteknikk. Tabellen på figur 8.7 viser SAEinndelingen av motoroljene. (For giroljene finnes det en tilsvarende tabell.) SAE-betegnelse

0 5 10 15 20 25 20 30 40 50

W W W W W W

Viskositet (cSt) ved 100 °C Min. Maks. 3,8 3,8 4,1 5,6 5,6 9,3 5,6 < 9,3 9,3 < 12,5 12,5 < 16,3 16,3 < 21,9

Laveste temperatur der pumping er mulig °C

-35 -30 -25 -20 -15 -10 — — — -

1 cSt = 1 mm2/s

Figur 8.7 SAE - viskositetsgrader for motoroljer Hvis en motorolje har temperaturegenskaper som dekker ett SAEnummer, kaller vi den for engradsolje eller singlegradolje. I dag er det vanlig å bruke olje som dekker to eller flere SAE-nummer. Slik olje kaller vi for flergradsolje eller multigradolje. Et eksempel er «SAE 10 W - 30». Multigradoljen «SAE 10 W - 30» dekker altså et større viskositetsområde. Det vil si at den har samme viskositet ved -18 °C som 10 W-oljen, og ved 100 °C har den samme viskositet som 30-oljen. Flergradsoljene blir gjerne kalt for helårsoljer.

Flergradsolje blir laget ved å tilsette kjemiske stoffer som gir oljen noe mer konstant viskositet enn engradsolje. Det er forskjell på hvor mye viskositeten endrer seg med temperaturen. Viskositetsindeksen (VI) blir

130

brukt til å vise dette. Jo mindre viskositeten endrer seg med temperatu­ ren, desto høyere er viskositetsindeksen for oljen. Høy viskositetsindeks er således en fordel, og oljeselskapene prøver alltid å øke den. Flergradsoljene har høy viskositetsindeks. Det er bare viskositeten SAE-klassifiseringen gir opplysninger om. Bruks­ kvaliteten til oljen sier ikke klassifiseringen noe om. Men American Petroleum Institute (API) har delt oljene inn i klasser etter hvilke bruks­ områder de kan egne seg for. API-klassene er delt i to grupper, en for ottomotorer og en for dieselmotorer. Men det er ikke noe i veien for at en olje kan brukes i begge typer motorer. Det er også slik at en olje som tilhører en høy klasse, kan brukes der olje fra en lavere klasse kunne ha greid seg. API-klasser for API-klasse SA: API-klasse SB: API-klasse SC: API-klasse SD: API-klasse SE: API-klasse SF:

ottomotorer Motoren arbeider under gunstige forhold. Middels gode driftsforhold. Vanskelige driftsforhold, stor belastning. Mye start og stopp. Lav lufttemperatur. Turboladde motorer og svært vanskelige driftsforhold. Videreutvikling av klasse SE, spesielt for motorer fra 1980 og utover. Gir enda bedre beskyttelse mot slitasje.

API-klasser for dieselmotorer API-klasse CA:Motoren arbeider kontinuerlig under gunstige forhold. API-klasse CB: Vanskeligere forhold, særlig når det gjelder brenselkvaliteten. API-klasse CC: Overladde dieselmotorer og vanlige (normalladde) die­ selmotorer under vanskelige driftsforhold. API-klasse CD:Overladde motorer under vanskelige og krevende drifts­ forhold. Svovelinnholdet i brenselet vil føre til at det blir dannet svovelsyre i smøreoljen. Syredannelsen setter store krav til den evnen oljen har til å nøytralisere syren og beskytte mot korrosjon. I ny olje er det alkaliske additiver (tilsetningsstoff), slik at oljen har stor evne til å nøytralisere syren. Etter hvert som oljen blir brukt, minker alkaliteten. Når surhets­ graden (pH-verdien) kommer under en viss verdi, må oljen skiftes. I praksis skifter vi smøreolje i traktormotoren etter et bestemt antall driftstimer. (For biler skifter vi etter et bestemt antall kilometer.)

Smøreevnen til en olje slites ikke ut, men i tillegg til syre blir oljen forurenset av blant annet støv, sot, vann, metallspon og uforbrent brensel. På grunn av varmepåvirkningen vil oljen også oksidere.

Tidligere har vi nevnt at de viktigste oppgavene til oljen er å smøre og kjøle. Den skal også tette og rense, dempe slag og støt og hindre korro­ sjon. For å være i stand til alt dette må en god smøreolje ha en rekke tilsetningsstoffer (additiver): - antislitasjestoffer - aktiveres ved grensesmøring - høytrykkstilsetninger - tåler store trykk (finnes særlig i giroljer) - antiskumtilsetninger — hindrer og ødelegger oljebobler - viskositetsforbedrere — øker viskositetsindeksen

131

- rensetilsetninger - holder forurensninger oppløst i oljen (det finnes ulike typer, de blir kalt dispergenter og detergenter) - antioksidanter - hindrer at oljen selv blir oksidert og nedbrutt - stivnepunktnedsettende tilsetninger - motarbeider at vokskrystaller i oljen gjør den stiv ved lav temperatur Olje med høytrykkstilsetninger blir kalt for EP-olje eller hypoidolje. EP står for det engelske uttrykket «Extreme Pressure» - det vil si særlig stort trykk mellom flatene på smørestedet. Betegnelsen hypoidolje brukes fordi det mellom flatene i såkalte hypoid-tannhjulsveksler er et slikt ekstremt stort trykk. EP-tilsetningene sørger for smøring når den vanlige smøreevnen til oljen blir nedsatt ved grensesmøring (når oljemolekylene blir presset til side). Antislitasjestoffene har noe av den samme virknin­ gen.

Oljen kan kontrolleres i laboratoriet med såkalt oljerøntgen for å finne blant annet syreinnhold, viskositet, forurensning og vanninnhold. På den måten kan vi være «føre var» med hensyn til maskinhavari.

Syntetiske oljer blir mer og mer vanlige. De har svært gode flytegenskaper ved lave temperaturer og god stabilitet mot oksidasjon. De blir tilsatt de samme stoffene (additivene) som vanlige oljer for å bedre egenskapene. Råstoffet for syntetiske oljer er vanligvis etylengass. Etylengassen blir behandlet slik at molekyler med lav molekylvekt blir omdannet til tyngre molekyler. Smøreoljer for totaktsmotorer får oftest tilsetninger som skal løse spesi­ elle problemer som disse motorene har. De blir gjort selvblandende, det vil si at de inneholder lettflytende komponenter, og de får tilsetninger - for å hindre korrosjon i motoren - for å hindre at det blir dannet koks i sylinderen ved forbrenningen - for å hindre avsetninger på tennpluggen

Til traktorer brukes det ofte «universalolje». Det er olje som kan brukes både til motor, girkasse, bakaksel og hydraulikk. På nyere traktorer kan vi vanligvis ikke bruke slik olje på «våte» bremser og heller ikke til turbomotorer. Vi må alltid regne med at motoren bruker litt olje. Husk at sylinderveg­ gene blir smurt av oljetåke og oljesprut fra bunnpanna og veivlagrene. Noe av den oljefilmen som blir dannet på sylinderveggene, vil forbrenne. Det er ikke mulig å gi noe nøyaktig tall for forbruket av smøreolje, fordi det vil avhenge av rotasjonsfrekvensen, belastningen og ikke minst av den tilstanden motoren er i. Forbruket blir større når belastningen øker og sylindertemperaturen stiger. Dieselmotorene har som regel større forbruk av smøreolje enn ottomotorene.

Smøreoljen kommer inn i forbrenningsrommet ved stempelfjærene og ved ventilstyringene. Bare en liten del av oljen i motorens smøresystem er til enhver tid aktivt smørende på smørestedene. Mesteparten er i sirkulasjon i systemet, eller befinner seg i bunnpanna. Den aktivt smørende delen av oljen i en vanlig traktormotor er mindre enn volumet i en spiseskje.

132

Øvingsoppgaver 8.1 Hvor stor blir friksjonskraften mellom stempel og sylindervegg dersom normalkraften (sidetrykket) er 2000 N og friksjonskoeffisienten er 0,005 ved væskefriksjon? Hva blir friksjonskraften dersom det blir tørr friksjon med koeffisient 0,2?

8.2 En smørepumpe blir drevet av kamakselen i motoren. Hvor mye olje blir pumpet på en time dersom motoren går med 40 r/s, og pumpa leverer 80 cm3 per omdreining? 8.3 Hvor mange ganger per time passerer oljen smørestedene dersom oljevolumet i motoren er 7 liter? Motoren går fremdeles med 40 r/s, og pumpa leverer 80 cm3/r.

8.4 Et motorlager har en aksel med diameter 60 mm og en klaring mellom akselen og lagerskålene på 0,05 mm målt på lagerskålenes diameter. Bredden på lageret er 35 mm. Hvor stor oljemengde er det plass til mellom akselen og lagerskålene? 8.5 Lag en enkel oppstilling over faktorer som gjør at oljen blir forurenset (må skiftes).

133

Kjølesystemet

Hvorfor det må være kjøling på motoren

Figur 9.1 Temperaturfall gjennom sylinderveggen

I kapittel 2 er det sagt mye om hvor høye temperaturene er under forbrenningen. Forbrenningstemperaturen ligger langt over smeltetemperaturene for de materialene sylinderveggene, topplokket og ventilene er laget av. Selv om det er et stort temperaturfall fra forbrenningsgassene til veggen i forbrenningsrommet, vil likevel temperaturen i veggen bli svært høy. Figur 9.1 viser hvordan temperaturen faller inn mot sylinderveggen, gjennom veggen og på kjølesiden av sylinderen.

Kjølingen har stor betydning for slitasjen i sylindrene og i lagrene. Blir oljetemperaturen for høy, mister oljen smøreevnen, og vi får halvtørr eller tørr friksjon. Slike friksjonsforhold fører raskt til at motoren skjærer seg. Å kjøle motoren vil si å føre bort varme. Dette varmetapet tok vi hensyn til da vi regnet ut virkningsgraden. Hvis kjølesystemet fører bort en forholdsvis stor del av den varmemengden som blir tilført gjennom bren­ selet, ender det selvsagt med en tilsvarende lav effektiv virkningsgrad.

Kjølingen betyr altså et energitap vi egentlig ikke ønsker. Tapet er likevel ikke til å unngå, av grunner som er nevnt ovenfor, men noe av spillvarmen kan vi nytte til oppvarming av førerhuset.

Flere faktorer virker sammen om å bestemme hvor stor energimengde som skal føres bort med kjølesystemet. Vi vet at stor belastning vil øke temperaturen i forbrenningsrommet. Samtidig vil en rik blanding senke temperaturen på grunn av fordampningen av brenselet. Fordampningen er størst i bensinmotorene. Fuktighetsinnholdet og temperaturen til innsugningslufta vil også virke inn på behovet for kjøling. Det er vanskelig å fastslå nøyaktig og til enhver tid hvor mye varmeenergi som skal føres bort. Holder vi oss til største motorytelse (effekt), kan vi regne med at vårmetapet er omtrent 30-32 % av tilført varme (energi) for normalladde ottomotorer, 32 -34 % av tilført varme (energi) for små dieselmotorer, og 25 -27 % av tilført varme (energi) for tyngre dieselmotorer.

Ved overlading vil varmetapet som regel gå litt ned. 134

Temperaturene i sylinderen og sylinderslitasjen Dersom temperaturen i smøreoljefilmen på sylinderveggen blir høyere enn ca. 200 °C, blir oljen brutt ned, og det blir dannet koks. Vi må derfor la varmeegenskapene til smøreoljen avgjøre veggtemperaturen i forbren­ ningsrommet. Det viser seg at sylinderslitasjen er lavest dersom tempera­ turen målt utvendig på sylinderen er mellom 95 og 140 °C. Dette tilsier en kjølevæsketemperatur på ca. 85 °C. Ved lavere veggtemperatur vil slita­ sjen øke. (Se figur 9.2.)

Figur 9.2 Sammenhengen mellom sylinderslitasjen og driftstemperaturen for en motor

Dette skyldes at brenselet (særlig gjelder dette for bensin) lett kondense­ rer og tynner ut smøreoljen. Kondensering av den svovelholdige gassen (SO2) og vanndamp skjer lettere når veggtemperaturen er lav. På den måten blir det dannet svovelsyre, og den virker korroderende på alt metall. Er temperaturen i sylinderen for høy, øker faren for ukontrollert forbrenning. Slik forbrenning starter i glødende kokspartikler i forbren­ ningsrommet. Vi har tidligere nevnt at de trykksvingningene som oppstår, fører til at svært mye varme går over til veggene i forbrenningsrommet. Resultatet blir økt belastning på oljefilmen.

Væskekjøling Selv om det alltid er lufta rundt traktoren som egentlig tar opp varmen, skiller vi likevel mellom to typer kjølesystem: - væskekjøling = indirekte kjøling - luftkjøling = direkte kjøling Væskekjøling er mest brukt, og vi skal først se nærmere på dette systemet.

135

1 2 3 4 5 6

= — = — =

radiator pumpe ekspansjonsbeholder vifte termostat temperaturmåler

Figur 9.3 Kjølesystemet (Fiat)

Figur 9.3 viser kjølesystemet for en dieselmotor for traktor. Kjølevæsken er til vanlig en blanding av vann og glykol (monoetylenglykol). Det laveste frysepunktet får vi ved en blanding av 73 % glykol og 27 % vann. Frysepunktet er da -67 °C. Vann utvider seg om lag 10 % når det fryser, og dersom kjølevæsken fryser, kan motorblokka sprekke. De såkalte frostpluggene hjelper lite dersom kjølevæsken fryser. Blandingen av vann og glykol får høyere tetthet enn bare vann, noe som gjør at den er bedre egnet som kjølemiddel. Varmeledningsevnen endres derimot i motsatt retning. I kjølevæsken er det også tilsetninger som hindrer korrosjon i kjølesystemet.

1 Flytende væske 2 Issørpe 3 Fast is

Figur 9.4 Blanding av glykol og vann

Temperatur i °C

Vannpumpa, som er en sentrifugalpumpe (se figur 9.5), trekker væske fra bunnkassen i radiatoren og trykker den inn i motorblokka. Pumpa blir vanligvis drevet med reim fra veivakselen (sammen med vifte og dynamo), og rotasjonsfrekvensen til pumpa følger derfor motorens rotasjonsfrek­ vens. Tidligere ble det brukt kjølesystem uten pumpe, men væskesirkulasjonen ble for dårlig ved denne metoden. En vannpumpe i en moderne motor har høy kapasitet og kan derfor transportere store væskemengder i systemet. Væskehastigheten er om lag 2-3 m/s på sugesiden og 3-4 m/s på trykksiden.

136

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Reimskive Tetning Hus Innløp fra sidestrømkanal Rotor (impeller) Hovedinnløp Drenshull Lager Fjærhus Tetningsring Holder Finslipte flater Stående tetningsdel

Figur 9.5 Vannpumpe (Ford)

Til radiatoren er det knyttet en ekspansjonsbeholder. På de fleste traktormotorene virker overkassen på radiatoren som ekspansjonsbeholder. Noen motorer har det vi kaller lukket kjølesystem. Da er radiatoren helt fylt med væske, og ekspansjonen foregår i en egen beholder som er knyttet til kjølesystemet gjennom en slange. Ekspansjonsbeholderens oppgave er å gi plass for vannet når det blir oppvarmet og derfor utvider seg. Ekspansjonsbeholderen har et trykklokk med en fjærbelastet ventil (trykkventil), slik at kjølesystemet blir holdt under trykk. Da øker koke­ punktet til kjøle væsken, og dermed blir det mindre fordampning og min­ dre tap av vann fra kjølesystemet. Er overtrykket om lag 0,5 bar, ligger kokepunktet på ca. 110 °C. Trykklokket må også ha en ventil som åpner for utjevning etter at moto­ ren er stoppet, og anlegget avkjøles. Denne ventilen blir kalt vakuumventil. (Se figur 9.6.) Blir motoren brukt i stor høyde over havet, er det ekstra nyttig med trykklokk, fordi det «naturlige» kokepunktet da er lavt, og kjølevæsken ellers ville koke tidligere enn i lavlandet.

1 2 3 4 5

Vakuumventil Trykkventil Overløpsrør Fra motorblokka Luftstrøm

Figur 9.6 a Radiator med trykklokk

137

1 Sammenpresset fjær 2 Trykkventilplate 3 Vann ut

3

Figur 9.6 b Radiatorlokk. Trykkventilens funksjon

1 Vakuumventil 2 Fjær 3 Luft inn

Figur 9.6 c Radiatorlokk. Vakuumventilens funksjon

I radiatoren (figur 9.7) blir væsken kjølt ned. Væsken strømmer gjennom vertikale rør mellom toppkassen og bunnkassen. Rørene har tynne ribber utvendig for å øke kjøleflaten.

Figur 9.7 Radiator Pilene angir kjølevæskens retning

For å sikre nok kjøling ved stor belastning eller liten kjørefart er det en kjølevifte som trekker lufta gjennom radiatoren. Temperaturen i væsken blir senket med 5-10 °C i radiatoren, og temperaturen i kjølelufta stiger med 20-30 °C når den stryker gjennom radiatoren utenpå kjølerørene. Et av de største problemene ved kjølingen er å få overført varmen fra metallet i motoren til lufta omkring. Samtidig ønsker vi å ha lite kjølevæskevolum og en lav front på traktoren - dvs. at radiatoren skal være liten. For å få dette til må væskemengden sirkulere hurtig gjennom motoren og radiatoren.

138

Vi kan regne ut hvor hurtig kjølevæskesirkulasjonen må være ut fra tilført varme og den varmen kjølesystemet kan ta opp i løpet av én sirkulasjon. Forenklet kan vi sette det opp slik: tilført varme sirkulasjon = -------------------opptatt varme Eksempel En traktormotor bruker i alt 10 liter dieselolje ved et pløyearbeid. Tetthe­ ten til dieseloljen er 0,83 kg/1, og den spesifikke brennverdien er 42,8 MJ/ kg. Kjølesystemet inneholder 11 liter vann, og det blir kjølt ned 8 °C. Kjølesystemet tar opp 30 % av varmen fra forbrenningen. Hvor mange ganger må vannet sirkulere for å ta unna denne varmen?

Løsning: Total varmemengde: 10 • 0,83 • 42,8 = 355.3 MJ

355 3•30 Tilført varme til kjølesystemet: ---- -------- = 106,6 MJ Varme mottatt av kjølevolumet = spesifikk varme • vannmengde • tem­ peraturforskjell Varmemengden vi skal føre bort, skriver vi slik med vanlige symbol:

Q =

(J)

Her er m = massen til kjølevæsken (kg) c = spesifikk varmekapasitet For luft er c - 1,0 kJ/(kg • K) (ved konstant trykk). For vann er c - 4,18 kJ/(kg • K) (ved 20 °C). = temperaturstigningen i kjølevæsken (K)

Mottatt varme: 4,18 -11-8 = 367,8 kJ = 0,368 MJ 106 6 Antall sirkulasjoner: ----- — = 289,7 0,368

Tar vi antall sirkulasjoner og multipliserer med væskevolumet (11 liter), ser vi at om lag 3200 liter må strømme gjennom kjølesystemet. Skal dette skje i løpet av én time (3600 sekund), blir det nesten én liter kjølevæske i sekundet. (10 1 brensel i timen er ikke uvanlig for en traktor i arbeid.) Vifta i et væskekjølesystem er av en enkel aksialtype, oftest plassert i et viftehus på radiatoren. Luftstrømmen har liten kjølevirkning direkte på motoren. Vifta krever effekt fra motoren, og effektbehovet stiger sterkt med økende rotasjonsfrekvens. I de seinere årene har derfor mange motorer blitt utstyrt med en termostatstyrt vifte. Den blir drevet elektrisk eller hydraulisk og blir koplet inn når motoren har nådd en viss tempera­ tur.

139

Ved utløpet fra motoren til radiatoren finner vi termostaten. (Se figur 9.8.)

1 Stempelstang 2 Løftering 3 Ventilplate 4 Tetning 5 Voksmasse 6 Løftehøyden til ventilplaten 7 Foring

Figur 9.8 Termostater Til høyre en belgtermostat i åpen stilling

Termostaten har en svært viktig oppgave. Den skal sikre at motoren holder en minimumstemperatur. Blir temperaturen for lav, får vi unødig slitasje, nedsatt effekt og høyere brenselforbruk. Termostaten er egentlig en ventil som holder utløpet til radiatoren stengt så lenge motoren er kald, men åpner når kjølevæsken har nådd minimumstemperaturen. Først da blir væsken ledet til radiatoren for å bli avkjølt. Termostaten er laget som en belg eller en sylinder og inneholder et stoff som påvirkes lett av varme. Vi skiller mellom to typer: - vokstermostater (pulvertermostater) - belgtermostater Virkemåten er stort sett den samme. Når termostatens åpningstemperatur er nådd, vil det varmeømfintlige stoffet utvide seg, og termostaten åpner da for å slippe væske til radiatoren.Men termostaten er aldri helt tett. Den har et lite hull i topplata (ventilplata) som lar en liten strøm av varm væske sirkulere til radiatoren, selv om termostaten står i lukket stilling. Hullet er også til nytte når vi skal tappe av eller fylle på kjølevæske. Det lar lufta slippe ut eller inn.

Luftkjøling Luft har mindre spesifikk varmekapasitet enn vann eller annen kjøle­ væske. I denne sammenhengen betyr det at det trengs en større masse av luft enn av væske til å føre bort en bestemt mengde varme. Tidligere har vi sett at

Q = m • c • (T2 - TO (J)

Løser vi likningen med hensyn på massen, m, får vi:

Av denne likningen kan vi se at luftkjøling vil kreve større mengder av kjølemediet enn væskekjøling ved samme varmemengde, fordi c er min­ dre for luft enn for væske.

140

Varmeovergangstallet ved overgang fra sylinderveggen (utvendig) til kjølemediet er også mye større for væske enn for luft. Likningen for overført varmemengde

Q = a-A- (T2-Tf) (J)

viser at ved luftkjøling må vi ha større strømningshastighet eller større overflate (eller begge deler) enn ved væskekjøling. I likningen ovenfor er A — kjølt overflate (m2) og a = varmeovergangstallet. J m2 • K • s 1 Lettmetall 2 Støpejernsforing

Figur 9.9 Luftkjøling

På figur 9.9 ser du hvordan den kjølte overflaten er gjort større ved hjelp av ribber på sylindrene og på topplokket. På små og enkle luftkjølte motorer er vifta ofte en radialvifte (figur 9.10), mens større motorer som regel har aksialvifte (figur 9.11).

Store vifter kan kreve så mye som 10-15 % av motoreffekten, så det kan være mye å spare ved å redusere effektbehovet. Av og til blir det satt inn en termostat, som skal regulere mengden av kjøleluft, slik at en kald motor får lite, og en varm motor mer luft. Rundt sylindrene ligger det vanligvis luftledeskj ermer for å lede kjøleluftstrømmen slik at den blir utnyttet effektivt. Topplokket til luftkjølte motorer er ofte laget av lett­ metall, noe som både gir lav vekt og god varmeledning. Likevel kan kjølingen av og til bli i minste laget, og da kan smøreoljen få en tilleggs­ oppgave med å transportere varme. Luftkjølte motorer har derfor ofte oljekjøler.

Figur 9.10 Radialvifte

Figur 9.11 Aksialvifte

Dersom vi sammenlikner viktige faktorer i de to kjølesystemene, kan vi danne oss et bilde av fordeler og ulemper:

Motorkonstruksjon Luftkjøling gir den enkleste konstruksjonen og har minst masse målt i kg/kW. Vannkappene i den væskekjølte motoren gjør konstruksjonen

141

stiv, og som traktormotor er den selvbærende mellom girkasse og forstil­ ling.

I dieselmotorer for traktorer finner vi som regel utskiftbare sylinderforinger, enten tørre eller våte, av høyverdig materiale. De våte foringene gir best varmeledning, men det kan oppstå problemer med tetningen mellom kjølevæsken og bunnpanna. Våte sylinderforinger kan bli utsatt for kavitasjon.

De viktigste og vanskeligste stedene å få avkjølt er forbrenningsrommene, sylindrene og ventilsetene for avgassventilene. Varmetekniske forhold Væskekjøling gir jevnest varmefordeling i motoren og gir som regel best sikkerhet mot overoppheting ved stor belastning og høy rotasjonsfrek­ vens. Det kommer av at både vifta og pumpa følger motorens hastighet.

Luftkjøling gir raskere oppvarming til driftstemperatur og er ikke bundet av kokepunktet til en kjølevæske. Effektbehov Vifter til luftkjølte motorer har oftest noe større behov for effekt fra motoren, særlig når rotasjonsfrekvensen er høy. Ved mindre rotasjons­ frekvens er forskjellen liten fordi motorer med væskekjøling også har pumpa å dra på.

Kjøleluftmengder Luftkjølte motorer har vanligvis større behov for kjøleluft enn de væskekjølte. Mengden kan være 55 - 80 nrVkWh. Ledeskjermene sørger for at luftstrømmen går hurtig og riktig rundt kjøleflatene. Luftstrømmen fra vifta på en væskekjølt motor blir ikke utnyttet så godt, og enkelte motorfabrikanter sier at en væskekjølt motor kan kreve minst like mye luft som en luftkjølt. Riktig nok blir varmen greit transportert fra motoren til radiatoren. Det er overgangen fra radiatoren til luft som skaper proble­ mene.

Vedlikehold Væskekjøling har den fordelen at det er lett å holde øye med temperatu­ ren på kjølemediet. Men det kan være fare for tilfrysing i kaldt vær, kostnader med frostvæske osv. På begge motortypene må vi holde øye med viftereima, og begge kan få avleiringer som nedsetter kjøleevnen. Luftkjølte motorer kan få avleiringer av smuss på utvendige kjøleribber, mens de væskekjølte kan få innvendige avleiringer, eller tiltetting av radiatoren utvendig. Støy Tidligere var det vanlig at luftkjølte motorer gav sterk støy. Motorer fra de seinere årene har vifter som bråker mindre, og de har bedre form på luftveiene, slik at de i mange tilfeller gir mindre støy enn tilsvarende væskekjølte motorer.

142

Øvingsoppgaver 9.1 Hvilket temperaturområde for kjølevæsken fører til unormalt stor sylinderslitasje i en motor?

9.2 Finn hvor mange ganger kjølevæsken må sirkulere i systemet i en motor som bruker 8 1 brensel med spesifikk brennverdi 42 MJ/kg og tetthet på 0,83 kg/1, når kjølesystemet inneholder 10 1 vann, når vannet nedkjøles 7 °C i radiatoren, og kjølesystemet tar opp 32 % av varmen. (Spesifikk varmekapasitet for vann settes til 4,18 kJ/kg.) 9.3 Hvor stor blir volumstrømmen (1/h) i kjølesystemet i oppgave 9.2, når vi regner ut fra det antallet sirkulasjoner vi fant? Vi regner med at den oppgitte brenselmengden blir brukt opp i løpet av én time. 9.4 Lag en oversikt over fordeler og ulemper ved direkte og indirekte kjøling.

143

10

Vibrasjoner og avbalansering

Om treghetskrefter i motoren Tillegg Tillegget er ment for dem som er spesielt interesserte. Stoffet egner seg godt til selvstudium.

Treghetskrefter er krefter som oppstår når stempelet og de andre beve­ gelige delene i motoren arbeider. Det er særlig den fram- og tilbakegå­ ende bevegelsen i motoren som skaper vibrasjoner, og det er tregheten, altså massen til delene, som skaper kreftene. Du vil snart oppdage at dette emnet er stort og ganske komplisert, med mange matematiske utgreiinger. I denne boka skal vi bare gi en kort orientering. Vi begynner med å finne fram til kreftene, seinere skal vi se på hvordan motorprodusentene forsøker å dempe kreftene. I første omgang skal vi se på kreftene i en enkelt sylinder, seinere skal vi sette flere sylindrer sammen til størrelser som er vanlige i traktormotorer: tresylindrede, firesylindrede og sekssylindrede motorer.

Treghetskreftene i en motor med én sylinder På figur 10.1 ser du en strektegning av de bevegelige delene i en sylinder. På tegningen har stempelet beveget seg et stykke nedover i sylinderen.

Figur 10.1 Bevegelige deler i en sylinder

144

Vi kan skille mellom a) deler som går fram og tilbake b) deler som roterer Stempelet tilhører gruppe a. Det beveger seg bare fram og tilbake. Men ser vi nærmere etter, finner vi at det har en ganske komplisert bevegelse. I begge dødpunktene står det stille. Når bevegelsen starter fra et dødpunkt, vil stempelet akselerere til en viss hastighet, deretter vil farten minke til stempelet står stille på nytt.

De roterende delene, det vil si veivakselen og nedre del av veivstanga, har mye enklere bevegelser. Når motoren går med konstant rotasjonsfrek­ vens, er de roterende delene utsatt for sentripetalakselerasjon. Denne akselerasjonen resulterer i en konstant kraft rettet ut fra sentrum av veivakselen.

Veivstanga er den vanskeligste delen. Den beveger seg fram og tilbake, og samtidig følger den nedre enden med i den roterende bevegelsen til veivakselen. Vi kan si at veivstanga får en «piskebevegelse». For å kunne klarlegge kreftene som oppstår i veivstanga, bruker vi en forenkling.

Vi tenker oss at vi deler veivstanga i to deler: 1 den øvre delen regner vi med til de fram- og tilbakegåenede delene 2 den nedre delen med veivlageret regner vi med til de roterende delene Nå vil vi se på de kreftene som de ulike delene er årsak til. Vi minner først om den kjente likningen (noen kaller det en lov) som Newton formulerte:

F — m • a (N) Her er F = kraften (N) m = massen til den delen som beveger seg (kg) a = delens akselerasjon (m/s2)

Bruker vi denne likningen på de fram- og tilbakegående delene, ser vi at akselerasjonen gir en kraft. Massen til delene er opphav til kraften, og derfor blir denne kraften kalt treghetskraft. Fra fysikken vet vi at treghetskraften er rettet mot bevegelsen. Som en populærforklaring kan vi si at massen i delen motsetter seg at delen får akselerere. Den prøver å bli værende i den bevegelsestilstanden den allerede er kommet i. Når farten øker, vil treghetskraften «stritte imot» ved å rette seg mot akselerasjonen. På samme måten vil treghetskraften prøve å holde oppe farten når delen retarderer (bremser opp). For å kunne regne ut treghetskreftene må vi kjenne akselerasjonen. Vi vil nå studere de fram- og tilbakegående delene hver for seg. Seinere vil vi sette kreftene sammen, slik at vi får et helhetlig bilde av dem.

145

Treghetskrefter fra de fram- og tilbakegående delene Akselerasjonen som disse delene får, finner vi av denne likningen: a = R • w2 • (cos a + Å • cos 2a) (m/s2) Her er w = vinkelhastigheten til veivakselen (s-1) Å = forholdet RIL (Hva R og L står for, finner du av figur 10.1.) Setter vi denne akselerasjonen inn i Newtons likning for treghetskraft, finner vi:

Po = mo • R • w2 • (cos a + Å • cos 2a) (N) Hvis vi multipliserer ut parentesen, finner vi at vi kan skrive treghetskraf­ ten som en sum av to enkeltdeler:

Poi — mo • R ' w2 • cos a (N)

Fo2 = mQ ■ R • w2 • Å • cos 2a (N)

Den øverste kraften, Fol, kaller vi 1. ordens treghetskraft. Fo2

kaller vi for 2. ordens treghetskraft.

Legg merke til at massen, mo, omfatter massen til det komplette stempelet og den øvre delen av veivstanga.

For en bestemt motor er verdien av mQ og R gitt. Dersom vi går ut fra at denne motoren går med konstant rotasjonsfrekvens, er også vinkelhastig­ heten, w, konstant. Da kan vi altså skrive kreftene slik: Pol = Q • cos a (N) PO2 = C2 • cos 2a (N)

Her er Ci = mo ■ R ■ w2 C2 = mo • R • w2 • Å Q og C2 er altså konstante tall. Når vi vet dette, ser vi at størrelsen på Fol endrer seg med størrelsen av vinkelen (a) til veivakselen.

Fol er størst når cos a = 1. Det er tilfellet i øvre dødpunkt. Tallmessig er kraften like stor i nedre dødpunkt, men her er verdien negativ fordi cos 180° er lik -1. Det betyr at kraften nå er rettet motsatt av kraften i øvre dødpunkt. For 2. ordens treghetskraft er forholdet litt annerledes. Vi ser at denne kraften endrer seg med det doble av dreievinkelen, som er 2 a. Kraften forandrer seg altså dobbelt så fort som vinkelen. Litt fritt sagt roterer kraften dobbelt så fort som veivakselen.

146

Figur 10.2 viser hvordan kreftene endrer størrelse. Veivakselen er tegnet i tre stillinger. Prøv å følge vinkelen slik at du kan se hvordan kreftene endrer seg. Legg spesielt merke til at når veivakselen står i posisjon for a = 90°, er cos a - 0, mens cos 2 a = cos 180° = -1.

3. stilling

Figur 10.2 Treghetskrefter fra de fram-og-tilbakegående delene F()1 er første ordens treghetskraft F02 er andre ordens treghetskraft 1. stilling: a = 0 2. stilling: a = 90° 1 denne stillingen er første ordens treghetskraft = 0, fordi cos a = 0 3. stilling: a = 180°

Eksempel I en motor er slaglengden 98 mm. Massen av et stempel medregnet den øvre delen av veivstanga er 0,8 kg. Lengden av veivstanga er 200 mm. Regn ut største verdi av treghetskraften for de fram- og tilbakegående delene når rotasjonsfrekvensen til motoren er n = 33 s-1.

Løsning: Vi finner treghetskreftene for de fram- og tilbakegående delene av disse to likningene:

Fol = mo ■ R • w2 • cos a (N) Fo2 = mo • R • w2 ■ \ • cos 2a (N) Største verdi av Fol har vi når cos a = 1, det vil si a - 0. Vi finner først

0,098

2 w

= 2tt •

n

= 0,049 m = 2tt

• 33 (s

Dessuten er

Å =

0,049 —----- = 0,245 - 0,25 0,2

147

Av dette finner vi FO1 = 0,8 • 0,049

(2tt

• 33)2 = 1684 N

Fo2 = 0,8 • 0,049 • 0,25 • (2ir • 33)2 = 421 N

I likningen for Fo2 har vi da regnet med cos 2a = 1, det vil si de to tilfellene da a = 0 og 180°. Samlet treghetskraft blir Fo = FO1 +

Fo2

= 1684 + 421 = 2105 N

Dette er kraften i øvre dødpunkt. Ved alle andre stillinger til veivakselen blir den samlede kraften fra de fram- og tilbakegående delene mindre. I nedre dødpunkt vil vi få denne kraften: Fo = -Po\ +

Fo2

= -1684 + 421 = -1263 N

Legg merke til at kreftene fra de fram- og tilbakegående delene alltid er rettet langs bevegelseslinjen for delene. Det vil si at treghetskreftene for disse delene vil være rettet i lengderetningen til sylinderen. I en traktor er motoren vanligvis montert stående rett opp og ned i rammen. Da vil treghetskreftene enten være rettet vertikalt oppover eller vertikalt nedover i rammen.

Vi ser at størrelsen av kreftene varierer med veivvinkelen. I det eksempe­ let vi gav ovenfor, skifter treghetskraften for hver av sylindrene fra 2105 N rettet oppover til -1263 N. At den siste kraften er negativ, betyr det at den er rettet nedover mot rammen. Siden kreftene svinger slik mellom retning oppover og retning nedover, vil det oppstå vibrasjoner. Motoren vil stå og vibrere i rammen. Vibrasjonene gir mekaniske påkjenninger og kan føre til tretthetsbrudd.

Treghetskreftene i de roterende delene Vi har allerede nevnt at de roterende delene er utsatt for en sentripetalak­ selerasjon. Denne akselerasjonen fører med seg en treghetskraft (sentri­ fugalkraften) slik: Fr =

mR • R • w (N)

Her er mR = massen til de roterende delene. Legg merke til at vi tenker oss at disse massene har tyngdepunktet sitt på veivsirkelen.

148

Det er først og fremst «skinkene» (den nedre, grove delen av veivstanga) og veivtappen som gir sentrifugalkrefter. Det skyldes at disse delene har tyngdepunktene utenfor veivakselsenteret.

Når rotasjonsfrekvensen er konstant, vil sentrifugalkraften også være en konstant kraft. Den vil alltid være rettet utover fra veivakselsenteret.

Eksempel Motoren i eksempelet ovenfor har en veivaksel som er formet slik at veivtappen og den delen av massen i veivskinkene som kan regnes med til de roterende massene, til sammen er 2 kg. Finn sentrifugalkraften til de roterende massene. Løsning: Vi bruker likningen som vi fant ovenfor.

FR =

wr

‘

R • w2 (N)

Vi setter inn verdier: Fr = 2,0 • 0,049 • (2-n • 33)2 = 4209 N

Kreftene fra de roterende massene kommer i tillegg til kreftene fra de fram- og tilbakegående massene. Den samlede kraften som blir overført fra motoren til traktorrammen, blir derfor summen av kreftene. Når vi summerer, må vi ta hensyn til at kreftene har ulike retninger, slik vi har forklart tidligere. På figur 10.3 ser du de to typene krefter satt ved siden av hverandre. Av grunner som vi skal komme nærmere inn på nedenfor, er det ikke formåls­ tjenlig å foreta summeringen her.

Figur 10.3 Treghetskrefter

149

Hvordan kan vi redusere virkningen av treghetskreftene? Du har sett av de avsnittene som du har lest til nå, at tregheten i delene i motoren er årsak til store krefter. Disse kreftene gjør at motoren vibrerer når den går. I dette avsnittet skal vi se på hvilke muligheter vi har for å redusere eller avbalansere de enkelte treghetskreftene. Å redusere treghetskreftene kan vi bare gjøre ved å lage delene lettere, altså med mindre masse. De som konstruerer motorer, vil alltid ha dette for øye. Dersom vi selv prøver å gjøre delene enda lettere, vil det føre til at styrken blir redusert. Vi må derfor fraråde å gjøre dette på egen hånd.

Vi vil nå se på hvordan fabrikkene går fram for å redusere virkningen av treghetskreftene mest mulig. Det er særlig tre måter de kan få dette til på: 1 De kan lage motorer med flere sylindrer. 2 De kan bruke kontravekter (motvekter). 3 De kan montere balanseaksler. Treghetskreftene fra de roterende delene er lettest å avbalansere. Det kan gjøres ved å montere kontravekter på veivakselen.

Figur 10.4 Kontravekt for avbalansering av de roterende massene

Kontravekt

Kontravekten får sin egen sentrifugalkraft. Når en sørger for å velge en hensiktsmessig størrelse og plassering, vil virkningen av sentrifugalkref­ tene oppheve hverandre fullstendig. (Se figur 10.4.) Det er mye vanskeligere å redusere virkningen av kreftene fra de fram- og tilbakegående massene. For å kunne vise hvorfor det er slik, må vi først minne om at treghetskreftene fra disse massene alltid går i samme retning som lengdeaksen til sylinderen. Tidligere har vi sagt at disse kreftene er rettet rett oppover eller rett nedover langs sylinderen. Altså: Treghetskreftene fra de fram- og tilbakegående massene vil alltid være rettet langs sylinderen. Prøver vi å montere en kontravekt for å redusere virkningen av disse kreftene, legger vi til en ny kraft i systemet. Denne nye kraften roterer med veivakselsenteret som sentrum, og kraften er alltid rettet utover fra sentrum. (Se figur 10.5.)

150

A Kontraektens virkning for de fram- og tilbakegående mas­ sene B Kontravekt for roterende mas­ ser

Figur 10.5 På denne måten vil sentrifugalkraften fra kontravekten stadig skifte ret­ ning, mens treghetskraften fra de fram- og tilbakegående massene hele tiden ligger langsetter sylinderakselen.

Vi forstår at når veiva (og stempelet) står i et av dødpunktene, vil kontravekten kunne avbalansere kreftene fra stempelet. Når veivakselen har dreiet ut fra dødpunktet, vil vi få det kraftbildet som figur 10.5 viser. Her kan vi se at kraften fra kontravekten har en annen retning enn kraften fra de fram- og tilbakegående massene. Kontravekter er altså ikke noe godt hjelpemiddel til å redusere virkningen av kreftene fra de fram- og tilbakegående massene. Dersom traktormotoren har kontravekter på veivakselen, er det derfor mest av hensyn til de roterende massene (delene).

Når vi setter sammen flere sylindrer, kan vi oppnå god avbalansering av treghetskreftene Hittil har vi bare sett på kreftene i en enkelt sylinder. La oss kort repetere hva vi har funnet: 1 Massekreftene fra de fram- og tilbakegående delene er det ikke mulig å avbalansere med kontravekter. 2 Disse kreftene er størst i øvre dødpunkt, og nesten like store i nedre dødpunkt. I alle andre stillinger av veivakselen er disse massekreftene mindre. 3 Massekreftene fra de fram- og tilbakegående delene er alltid rettet langsetter sylinderaksen. 4 Kreftene fra de roterende delene kan lett avbalanseres med kontravek­ ter. Heretter vil det derfor ikke bli sagt mer om disse kreftene. Vi kan altså konsentrere oss om de fram- og tilbakegående delene og deres treghetskrefter.

151

Den enkleste måten å avbalansere disse massekreftene på, er å kople til en ny sylinder, som skaper like store massekrefter. Men kreftene fra den nye sylinderen må virke i motsatt retning av kreftene fra den første sylinderen. I en traktormotor er det vanskelig å få dette til. Det vanlige er at motoren har 3, 4 eller 6 sylindrer, og vi skal se hvordan disse sylindertallene virker med hensyn til avbalansering. I den tresylindrede motoren står veivene 120° til side for hverandre. Dette gjør at kreftene avbalanserer hverandre helt. Har den ene sylinderen sitt stempel i øvre dødpunkt, vil stemplene i de to andre sylindrene til sammen avbalansere kreftene fra det første. “ FO1

Figur 10.6 Avbalansering i en firesylindret motor

På figur 10.6 ser du hvordan veivene er plassert i en firesylindret motor. Vi ser at alle kreftene av første orden avbalanserer hverandre, mens kreftene av andre orden blir lagt til hverandre.

I en sekssylindret motor vil både første og andre ordens krefter være fullstendig avbalanserte. Studerer vi dette emnet nærmere, oppdager vi raskt at det er flere faktorer som virker inn på spørsmålet om hvor mange sylindrer som må til for at vi skal få god avbalansering. Det vil føre for langt å gå inn på alle faktorene i denne boka, men lesere som har interesse for det, kan finne mye litteratur på området.

Firesylindrede traktormotorer har ofte balanseaksler Vi så på figur 10.6 at i en firesylindret motor vil kreftene av andre orden bli summert i stedet for å avbalansere hverandre. Tar vi nå for oss likningen for disse kreftene Fq2 = C2 • cos 2a (N)

152

(se avsnitt 10.3), ser vi at andre ordens krefter endrer størrelse dobbelt så fort som veivakselen roterer. For å redusere virkningen av disse kreftene har noen traktorfabrikker utstyrt sine motorer med to ekstra aksler. Hver av disse akslene har en masse som er plassert eksentrisk, og som gir sentrifugalkraft når akselen roterer. Akslene roterer dobbelt så fort som veivakselen.

På figur 10.7 ser du hvordan balanseakslene blir drevet av veivakselen. Du ser også den eksentriske massen på begge akslene.

1 Veivaksel 2 Eksentermasser 3 Drivende tannhjul

Figur 10.7 Balanseaksler (Fiat)

Legg merke til at balanseakslene roterer mot hverandre. Grunnen til det finner vi i teorien om de roterende massene: Sentrifugalkreftene har konstant størrelse, men retningen følger rotasjonen. Når eksentermassene står i laveste posisjon, slik figur 10.8 viser, blir sentrifugalkreftene summert, og de har retning nedover. Samtidig står veivakselen i øvre dødpunkt, og massekreftene av andre orden er rettet oppover. Disse kreftene blir da avbalansert av sentrifugalkreftene fra balanseakslene.

Blir veivakselen dreid ut fra dødpunktet, vil balanseakslene rotere i hver sin retning på en slik måte at vektene og derfor også sentrifugalkreftene peker fra hverandre. I denne delen av bevegelsen gir balanseakslene bare en del av sin sentrifugalkraft til avbalansering av andre ordens massekrefter. Resten av sentrifugalkreftene vil oppheve hverandre fordi balanseaks­ lene roterer »fra hverandre«. Til slutt tar vi med et eksempel på oppbygning av balanseenheten i en traktormotor. Figur 10.9 viser en side fra delekatalogen til en Fiat traktor. Figuren viser også hvordan balanseakslene blir drevet ved hjelp av tann­ hjul. Legg merke til at akslene har tannhjul som bare er halvparten så store som tannhjulet på veivakselen.

153

583514

4600365.

A1.03

16043621

I417II70

583514 11198071

4600365

4607772 “4678406

4600384

4I9287 0

4605610

14678406

15540521

4667451

4600386

4600377

4600385

16043421

4667450

11198071

4600329

L 4607851J

4607773

4600375 4192870 4600377

4667451

r 4678406 462898214600376

4600389 4678406

________

4600381

4668200

4600329

4585990

46 00380 I-

4601061

14328101

12869V

4600361.

4678406

__________

14323911

Figur 10.8 Balanseenheten i en traktormotor (fra delekatalogen til Fiat) Det er svært viktig at balanseakslene blir montert i riktig stilling i forhold til veivakselen. Av den grunn er delene nøye merket.

Oppgaver 10.1 Lag en oversiktstegning av de treghetskreftene som finnes i en énsylindret motor. 10.2 Motorene i eksemplene i dette kapittelet er utstyrt med to kontravekter ved hver sylinder. Tyngdepunktene for kontravektene ligger 20 mm ut fra sentrum i veivakselen. Regn ut hvor store kontravektene må være for å avbalansere de roterende massene. 10.3 En firesylindret traktormotor har to balanseaksler slik figur 10.7 viser. Finn hvor store eksentermassene må være for at treghetskreftene fra de fram- og tilbakegående massene skal være fullstendig avbalanserte.

Finn også hvor store kreftene blir i denne motoren når veivakselen har dreid 30° ut fra øvre dødpunkt, regnet ut fra første sylinder. Disse data kan benyttes: Rotasjonsfrekvensen til motoren: n = 30 s-1 Massen til et komplett stempel: mQ = 0,4 kg

154

Tyngdepunktet til eksentermassen ligger 40 mm ut fra senterlinjen til akselen. Slaglengden er 100 mm. Lengden av veivstanga er 200 mm. Motoren har jevn tenningsavstand, og tenningsrekkefølgen er 1-3-4-2.

Løsninger til regneoppgavene i kapittel 2 2.1 a) Vh =

71,0,11

= 0,125-4 = 0,004752 m3

( = 4,75 liter)

4

59 5 b) Litereffekten: P = --- -— = 125 kW/1 4,751

Stempelhastigheten: 2 • 0,125 • 30 = 7,5 m/s c) p

4•

tt

• 268

= ----------- = 708709,5 N/m2 (= 7,09 bar) 0,004752

2.2 Figur 2.3 Pem =

2tt •

M • n

= 2tt

• 360 • 23,3 = 52 676,6 W = 52,7 kW

a) Bc = 230 • 52,7 = 12 121 g/h

3,37 • 2 En sylinder får —-------- = 0,05 gram per prosess. 23,3•6

Spesifikt forbruk ved største svinghjulseffekt:

0,05-36,7-6 cc , v 5,5-3600 o , Bc = ----------------- = 5,5 g/s, som betyr-------------- = 19.8 kg/h e 2 1000

, 19,8-1000 n„zl_ bc = —------ = 268 g/kWh

3600 Ved største dreiemoment: ne = ------------- = 0,37 230-42,8

155

Ved største effekt: ne = ------------- = 0,31 268 • 42,8

Virkningsgraden er mindre ved største svinghjulseffekt fordi de meka­ niske tapene er større. L 3600 2.4 a) be = -------6-/fu

b) P& =

T?e

2tt

• Md • 36,7 =

3600

240-1,1-42,8

c) PM =

3600 ------------- = 240 g/kWh 0,35 • 42,8 2tt

• 240 • 0,9 • 36,7 = 49 700 W

0,32

• 240 • 26,7 = 40 300 W

2tt

Brenselmengde per sekund:

240-40,3 Pe = --- 7777--- = 2’69 8/S

Brenselmengde per prosess:

------- = 0,05 g

Tilført varmemengde: Qb = 0,00005 • 42,8 = 0,00214 MJ/prosess = 2140 J/prosess d) Q = n • cp • T

T =

Q m-c?

Vi må først finne massen til luftladningen (Vsyl)

Vsyl =

3 911•10-3 —4 = 0,00098 m3

Vi regner med

øl

= 1,25 kg/m3

n = 0,00098 -1,25 = 0,001225 g T2140 -1766K 1 — --------------------------- — IZoo K

0,001225 • 1380

156

Stikkordliste

additver 129 adhesjon 125 aksialvifte 141 aldehyder 20 alfametylnaftalen 69 antioksidanter 132 antiskumtilsetninger 131 antislitasjestoffer 131 arbeidsoverskudd 34,35 avbryterstifter 118,121 avgass 12

balanseaksler 150,152 bankefasthet 67 batteritenningsanlegg 118 belgtermostat 140 blandet smøring 126 blandingsforhold 74,78 blokkeringspunkt 70 blyfri bensin 66 blyinnhold 66 boring 24 brennverdien 38 brensel 11 brenselfilter 87 breselkanal 88 bryterkam 118,119 centiStokes 130 clutch 17 cetantall 69 choke 84

damplås 68 damptrykk 66 delbelastning 43,108 densitet 113 destillasjonstårn 129 detergenter 132 diagonaldekk 17

dieselbrensel 38 dieselmotor 10 direkte innsprøyting 75,103 direkte kjøling 135 dispergenter 132 dreiemoment 12 dreiestempelpumpe 90 drivhjulseffekt 14 drivverk 15 dynamo 19 dyser 31 dødpunkt 21

effekt 12 effektiv virkningsgrad 37 effektivt middeltrykk 40 effektivt sugeslag 53 eksentrisk masse 153 ekspansjon 22,31 ekspansjonslinje 49,70 elektrode 74 engradsolje 130 EP-olje 132 ergonomi 20 etanol 64 etterbrenning 31 etterdrypping 91 etthullsdyse 106 finfilter 10 firetaksmotor 10,11 flammefront 67 flergradsolje 130 flerhullsdyser 106 forbrenning 22 forbrenningsluft 101 forbrenningsmotor 10 fordampningsegenskaper fordeler 119 fordelerpumpe 94

66

157

forgasser 77 forinnsprøytningsvinkel forkammer 75 forrenser 51 forstiller 86 fremmedtenning 118 friksjon 16,78 friksjonsarbeid 93 friksjonsfaktor 125 friksjonskopling 16 friksjonstap 19 fylling 11,49 fyllingsgrad 12, 53, 59

gassoljer 129 gassveksling 11 gjennomgående bremsesystem 18 glykol 136 glødeplugg 10 glødetråd 105 grensesmøring 126 grovfilter 10

ladehjul 62 leddtraktor 8 luftoverskudd 93 luftbehov 48 luftkjølte motorer 12 luftoverskudd 75 løftehøyde 52 løftekurve 55

halvtørr friksjon 126 HC-rester 30 helhydraulisk styring 17 helåroljer 130 hjulgrepsfaktor 15 hoveddyse 79 hydraulisk effekt 18 hydrodynamisk smøring 126 hydrogen 65 hydrokarboner 20 hydrokarbonrester 30 hydrostatisk overføring 16 hypoidolje 132

magnettenning 120 matepumpe 10 mekanisk virkningsgrad 37,39 mellomkjøler 40 membranforgasser 80 membranpumpe 86 middeltrykk 34 midjestyrt traktor 8 motoreffekt 19,21 motorens hovedlikning 40 motorens nettoeffekt 40 motvekter 150 multigradolje 130

impulsstarter 123 intercooler 63 isentrop 30 isooktan 67,68

nedre dødpunkt 23 nitrogenoksider 20 nitrøse gasser 75 normalheptan 68 normalladd motor 12

jordolje 129 joule 29

kalibrasjon 81 kaldstart 12 kamaksel 55,57 kamfølger 55,88 karbon 65 karbondioksid 20 karbonmonooksid 20

158

91

kinematisk viskositet 130 kjemisk energi 14 kompresjon 22 kompresjonsbevegelsen 24 kompresjonsforhold 26 kompresjonstakt 24 kompresjonstrykk 25 kompresjonsvolum 27 kompresjonstemperatur 26 kondensator 120 kontravekt 150 kontrollert forbrenning 71 kotediagram 115 kretsprosess 32

oktantall 66 oljebadfiltre 50 oljefilter 128 oljekjøler 63 omløpssmøring 127 ottomotor 10,11 overladning 12

papirfilter 51 parallellkopling 105 pedalkraft 20 pH-verdi 131 piskebevegelser 145 plaskesmøring 127 primærutvikling 118 propan 65 prøvemotor 67

radialdekk 17 radialvifte 141 referansestoffer 69 register 11 registertannhjul 55 regulator 10 regulatorarm 98 regulatorfjær 98 regulatorplate 98 regulatorvekter 98 reguleringsgrense 100 reguleringssleide 95 rekkemotor 12 rekkepumpe 88 rensetilsetninger 132 restgasser 11,25 returledning 10 retursystem 87 ringspor 89 rotasjonsfrekvens 11 rotasjonsfrekvensområde rotasjonsretning 17 roterende deler 145 rotor 96 ruhet 125 rullemotstand 14 røykbegrenser 106

spesifikk varmekapasitet 29 spesifikt brenselforbruk 107 spyleluftpumpe 11 spyleprosessen 11 startsperre 19 strupningstap 19 strømningsmotstand 52 strålerør 79 støvkammerfilter 51 sugemotor 12 surhetsgrad 131 svinghjulseffekt 39 svinghjulsmagnet 122 sylinderfylling 11,49 sylinderslitasje 135 sylindervolum 25, 104 synkeventil 88 syntetiske oljer 132

11

SAE-viskositetsgrader 130 selvstarter 123 selvtenning 66 senterstyrt traktor 8 sentrifugalregulator 93 sentrifugalvekter 94 servostyring 17 sidestrømfiltre 128 singlegradolje 130 sirkulasjonssmøring 127 sluttutveksling 16 SMMT 14 smøreolje 111 sommerdiesel 72 spesifikk brennverdi 38

tannreim 57 tappdyse 101 tapsarbeidet 39 tenningsanlegg 118 tenningsforsinkelse 69,70 tennspole 120 teoretisk luftmengde 53 termostatstyrt vifte 110 tilsetningsstoffer 129 tomgangskanal 83 treghetskraft 145 trekkeffekt 14 trekkfaktor 15 a trekkrokeffekt 14 trykkavlastningsventil 89 trykkenergi 21 turboladd motor 12 turbolader 26 turbulens 101 turbulent strøm 52 tørr friksjon 125 tørre filtre 50 tåkepunkt 70

utskiftbare sylinderforinger utstøtningsarbeid 59

142

vakuumdestillasjon 129 vakuumregulator 93 vannpumpe 110 varmebelastning 11 varmeenergi 14 varmeinnhold 38 varmeovergangstallet 141 veivaksel 14

159

veivsirkel 148 veivstang 54 ventilklaring 54 ventilstammen 54 ventilsete 54 ventilstyring 132 venturilegeme 79 venturitverrsnitt 80 verneramme 20 vinterdiesel 72 vinkelhastighet 146 virvelkammer 75 viskositet 126

160

viskositetsforbedrer 131 viskositetsindeks 130 viskositetsnummer 130 viskositetsområde 130 V-motor 12 voks 72 vokskrystaller 132 væskefriksjon 125 væskekjølte motorer 12 våte foringer 142

X-motor

12