Fyrtaktsmotorns utveckling
NR 861 25 MARS 1983
Innehåll
Så har Saabs nya motor vuxit fram: Fyrtaktsmotorns utveckling
Sedan den första fyrtaktsmotorn tillverkades i slutet av artonhundratalet har den utvecklats i flera steg. Det finns motorer med sidventiler, toppventiler med stötstänger eller överliggande kamaxel, motorer med kupolformade förbränningsrum och det allra senaste i utvecklingen är Saabs nya motor med 16 ventiler.
Bakom denna utveckling ligger en strävan efter att få ett förbränningsrum med en utformning som ger jämn och fullständig förbränning av bränsle/luftblandningen. Det ger förutsättning för högre kompression och därmed effektivare motorer — starkare, bränslesnålare och med renare avgaser.
Experimentmotorer, tävlings- och sportvagnsmotorer och motorcykelmotorer har ibland haft de mest skiftande utföranden som t ex tre ventiler per cylinder, en topp- och en sidventil osv men vad som gäller utvecklingen av motorer i serietillverkade vanliga bruksbilar är i stort sett följande.
Sidventilsmotorn — slitstark och enkel
De första serietillverkade bilarna var försedda med sidventilsmotorer. Kamaxeln var placerad nära vevaxeln och påverkade ventilerna direkt (bild 1). Konstruktionen var enkel och tillförlitlig och därför behöll de flesta bilfabrikanter denna konstruktion ända fram till 1950-talet. Då gick, på mindre än tio år, alla världens biltillverkare över från sidventils- till toppventilsmotorer. Nackdelen med sidventilsmotorerna är att förbränningsrummet genom ventilernas placering får en sådan utformning att förbränningen av bränsle/luftblandningen går långsamt med risk för "knackning". Man tvingas därför till relativt lågt kompressionsförhållande och med tanke på motorns storlek blir den både svag och bränsleslukande.
När bensinen på 30-talet var billig hade det kanske inte så stor betydelse och för att få högre effekt kunde man välja en större motor.
Toppventiler gör motorn effektivare. Toppventilsmotorn (bild 2) fanns redan i slutet av 20-talet och speciellt i USA började den bli ganska vanlig under 30-talet. Även i Europa hade några kända bilmärken toppventilsmotorer.
En ventilmekanism med vipparmar som öppnar och stänger ventilerna är monterad på motorns s k topplock. Vipparmarna påverkas av kamaxeln via stötstänger. Ventilernas placering ger effektivare insugning och utblåsning och därmed bättre fyllning i cylindrarna.
Den nya 16-ventllsmotorn förhandsvisades för anställda strax innan Genève-salongen. Här ses Göran Wiking och Margareta Högström från Saab-Scania Trollhättan
Motor med sidventiler
Motor med toppventiler och stötstänger
Bränsle/luftblandningen koncentreras över kolven och förbränningen sker snabbare. Det tillåter således högre kompressionsförhållande och ger därmed högre effekt och lägre förbrukning. Något av sidventilsmotorns nackdelar finns dock fortfarande kvar eftersom storleken på ventilerna är beroende av cylinderdiametern och för att de skall bli tillräckligt stora måste tändstiftet placeras på sidan av förbränningsrummet. När gnistan från tändstiftet antänder gasblandningen värms hela gasblandningen upp och innan förbränningen når andra sidan av förbränningsrummet finns risk för självantändning och motorn "knackar".
Denna konstruktion ansågs från början för komplicerad för en vanlig bruksmotor, men som ovan sagts hade den på 50-talet i stort sett konkurrerat ut sidventilsmotorn genom att toppventilerna ger motorn högre effekt i förhållande till motorstorlek och bättre bränsleekonomi. Ett exempel på en bra sådan motor är den V4-motor som Saab 95 och 96 fick 1967.
Överliggande kamaxel tillåter högre motorvarv
Nästa steg i utvecklingen var att kamaxeln flyttades upp till ventilerna i topplocket (bild 3). Kamaxeln drivs från vevaxeln med en rem eller kedja och man slipper stötstängerna. Därmed kan motorn konstrueras för högre varvtal och mindre servicebehov.
Hemisfäriskt förbränningsrum — snedställda ventiler och bättre tändstiftsplacering
I motorer med kupolformat eller hemisfäriskt förbränningsrum är ventilerna snedställda och därmed kan tändstiftet få en bättre placering (bild 4). Det ger en jämnare och bättre förbränning. Nu har man kommit ett bra steg i rätt riktning men nackdelarna är att de två ventilerna måste ha stor diameter för effektiv insugning och utblåsning. För att få rum med tändstiftet måste ventilerna snedställas mycket kraftigt. Det gör att kolven måste få en sådan form att det är svårt, för att inte säga omöjligt, att utnyttja hög kompression. Kolvens form stör förbränningen.
16-ventilsmotorn — en ny epok i motorutvecklingen
Genom att använda 4 ventiler för varje cylinder (bild 5) får ventilerna en mindre diameter. Tändstiftet kan placeras i mitten och förbränningsrummet får en utformning som ger möjligheter till hög kompression utan störande form på kolven. Detta i sin tur medför både hög effekt och låg bränsleförbrukning. Det är så Saabs nya motor är konstruerad och den representerar en ny epok i motorutvecklingen som kommer att vara den dominerande under lång tid.
Motor med toppventiler och överliggande kamaxel
Saabs nya motor med 16 ventiler och överliggande kamaxel
Motor med hemisfäriskt förbränningsrum och snedställda ventiler
Hydraulisk ventiltryckare: 1 Oljetillförsel, 2 Oljereservoar, 3 Backventil, 4 Högtryckskammare
