Vad är det egentligen som pågår i motorn under dess process? Jo det är många saker som man egentligen visste från början. Ni tänker kanske på explosioner och rörelser inuti motorn men motorn fysik är mer än så.
Motorn är inte bara en hög med gjuten metall eller något, inuti motorn gömmer det sig hundratals beräkningar, siffror och värden som har gjort motorn till det den är. Alla beräkningar görs genom datorer idag som hittar den bästa inställning för våra motorer.
Motorn är ett enda stort samspel mellan energier och mekanik. Energiernas beteenden är det viktigaste fenomenet i motorn och den påverkas av många olika faktorer.
Energi
Energins grundlag innebär att energi inte kan förstöras eller nyskapas, bara omvandlas mellan olika former. Motorns uppgift är kort sagt att omvandla energier för att man ska få ut det mekaniska arbete som är sökt. Förbränningsmotorn omvandlar kemisk energi, som är lagrad i bränslet, till rörelseenergi, genom att förbränna bränslet. När bränslet antänds så expanderar det och trycker på kolven, som i sin tur gör att vevaxeln roterar och det är det här som man normalt hör när man pratar om kolvmotorer.
Verkningsgrad- Skillnaden mellan energin som man tillför motorn och den energi som lämnar motorn i den önskade formen, i det här fallet rörelseenergi, är det man kallar verkningsgrad. Den största skurken i en förbränningsmotor är värme. Värmeenergi är en relativt ointressant energi som är väldigt svår att utnyttja, och mycket av den kemiska energin i bränslet omvandlas till värme i en förbränningsmotor. I princip all energi som går till spillo flyr i form av värme, även friktion.
Friktion- Friktion uppstår som ett motstånd mot föremål i rörelse. Det enda stället som helt saknar friktion är rymdens vakuum. Här på jorden kämpar vi ständigt mot friktionen i atmosfären, luften, som alltid står i vägen för oss när vi ska förflytta oss. Friktion uppstår också när föremål glider mot varandra. Till viss del så har vi väldigt stor nytta av denna friktion, eftersom vi inte skulle kunna gå någonstans utan den. Däremot så utgör den ett motstånd i motorn som kostar dyrbar energi. Överallt där delarna glider mot varandra uppstår friktionen. Kolven glider mot cylindern, kullagren rullar runt axlarna, dreven gnids mot varandra osv. All friktion ger upphov till värmeenergi som sedan forslas bort.
Det vi får ut som rörelse på hjulen på mopeden är bara en bråkdel av den energi som finns i bränslet. En effektiv bensindriven kolvmotor kan omvandla ca 30% av bränslet till nyttig energi, resten försvinner i form av värmeenergi. En elmotor däremot omvandlar upp till 90% av den tillförda energin till nyttig energi.
Utöver energierna så finns det andra faktorer i motorn som är viktiga att tänka på.
Tryck
Kompression- Tryck är en ganska viktig faktor, dels så är det avgörande för att få en effektiv förbränning, och atmosfärens tryck kan också påverka motorns beteende. Kompressionen är ett tryck som byggs upp när kolven komprimerar bränsleblandningen. För att bränslet ska förbrännas effektiv och för att man ska få maximal effekt så måste blandningen komprimeras. När bränsleblandningen uppnår högt tryck så förändras strukturen och gör den mer lättantändlig.
Atmosfären- Trycket i atmosfären är ytterligare en faktor som är avgörande. Utan atmosfär skulle in förbränningsmotorn fungera. Trycket i atmosfären skapas genom ”luftens” tyngd. När vi står på marken befinner vi oss på botten av lufthavet. Atmosfären är precis likadan som vattnet i sjöar och hav. Som ni vet så är trycket högre desto längre ner man kommer i sjöarna, likadant är det i atmosfären. Maximalt lufttryck uppnås precis vid vattenytan. Syret är den del av luften som motorn vill åt och ju högre trycket är, desto mer luft kan motorn förse sig med när den andas in. När motorn får mer luft så kan man tillsätta mer bränsle för att få rätt bränsle/luftförhållande och på så vis får man mer effekt. Åker du upp i alperna, eller på höga berg, så sjunker lufttrycket och motorn andas in mindre syre. Eftersom nästan alla mopeder använder förgasare så ändras inte bensinmängden automatiskt, utan då får man istället byta ner i munstyckestorlek för att blandningen ska bli rätt.
Temperatur- Förutom trycket så är luftens temperatur också en viktig variabel. Alla ämnen ändrar storlek i förhållande till temperatur. Järn växer när det blir varmt t.ex. Likadant fungerar atmosfären. När det är kallt ute så krymper luften ihop och blir då tätare, densiteten ökar. Eftersom ämnenas massa alltid är densamma oavsett temperatur så innehåller en liter luft mer syre vid en lägre temperatur än vid en högre. På varma sommardagar kan mopedens motor alltså gå fett, få för mycket bensin, medan den kan gå tunt, få för lite bensin, på kalla vinterdagar.
Likadant påverkas kylarvätskan. Fyller man på max med kylarvätska en kall dag, och sedan kör mopeden varm så expanderar vätskan och rinner över. Låt dig därför inte luras av att nivån ser ut att vara låg när det är kallt ute. Så länge den inte går under min-sträcket så äventyras inte motorn. Vet du dessutom att du hade rätt nivå när det var varmt ute och systemet inte har läckt någonting så är det bara vätskan som dragit sig tillbaka.
Effekt
Det man kanske är mest intresserad av när man tittar på en motor är vad den har för effekt. Motorn effekt mäts normalt sett i hästkrafter/kilowatt. Hästkrafter är ett gammalt och diffust begrepp som uppfanns förr i tiden för att mäta effekten i maskiner. Den korrekta enheten idag enligt fysiken är watt ( W ). Watt är en ganska liten storhet och därför pratar man om kilowatt ( kW ) när det gäller motorer. Kilo = tusen, alltså ”tusen watt”. En hästkraft är lika med 735,5W, alltså 0,7355kW.
Vad är då effekt för något? Jo det är hur snabbt man uträttar ett arbete. Ett arbete är enligt fysiken kraft x väg. Utan den ena existerar inget arbete. Hur snabbt arbetet sedan uträttas avgör vilken effekten blir.
Man mäter arbete i newtonmeter ( Nm ), och som också kallas Joule ( J ). En watt betyder en joule per sekund. Om du t.ex. då har en elmotor som har effekten 1W så klarar den att utföra arbetet 1J per sekund. Det skulle motsvara ungefär att förflytta 0,1 Kg 1 meter upp i luften på 1 sekund.
Effekt är alltså kort sagt hur snabbt motorn förflyttar en viss tyngd en viss sträcka.
En moped som har 5 hk motsvarar 3,6775kW. Det motsvarar en förflyttning av ca 367 kg rakt upp 1 meter i luften på 1 sekund.
Vridmoment
Vrid som man säger i folkmun ( vridmomentet ) är det andra mättalet som avgör motorns egenskaper. Vridmoment är svårare att förklara, och svårare att förstå vad det gör, men det är enkelt uttryckt hur mycket vridande kraft som motorn kan utveckla. Vridmoment mäts i Newtonmeter ( Nm ). Nm beräknas genom att ta den verkande krafter multiplicerat med hävstångens längd.
Låt säga att vid förbränningsfasen i en moppemotor så trycker 100N på kolven. Om vevpartiet har en slaglängd på 40mm så är då hävstångens längd 20mm. För att få rätt svar måste man omvandla hävstången till meter, vilket då blir 0,02m. 100x0,02Nm blir då 2Nm.
Effekt och vridmoment är i regel större i motorn än i verkligheten, eftersom det sker förluster på vägen till bakhjulet. Därför så får man ett lägre resultat vid en bänkning än vad själva motorn utvecklar. Det är dock endast effekten på det drivande hjulet som räknas, för vad är effekt om den inte kan utnyttjas?
Detta kan vara svårt i början att förstå, att allt detta gör att fordonet rullar och driver dig, men det är mer än en bara en motor, och att förstå sig på fysiken inom är mycket invecklat. För att förstå sig på detta lättare så finns kursen Fysik A, som man läser i gymnasiet, för Tekniska linjen samt Naturvetenskap. Allt är uppbyggt med formler och matematiska värden som får motorn att prestera på topp.
Mvh
KoNG & Bensinskalle!
