Topplocksverkstans Logga

 

Föregående sida.
Nästa Sida.

Jag ska här försöka förklara fyrtaktsmotorns funktion.
Enklast är att börja med kompressionstakten. Insugsventilen har precis stängt och kolven är på väg mot ÖD. Bränsle luftblandningen komprimeras och när kolven närmar sig topplocket skapar klämspalterna kraftiga virvlar i förbränningsrummet.

                                                                                                                                        
                                                                                 

                                                       
                                                                                                                                        
                                                                                                                                        
                                                                                                                                        
                                                                                                                                        
                                                                                                                                        
                                                                                                                                        


   Förstora
Runt 35° före ÖD antänds bränsle luftblandningen av en gnista från tändstiftet. Tändpunkten före ÖD beror på hur effektivt förbränningsrummet är, ju bättre förbränningsrum desto mindre förtändning. Ett centralt placerat tändstift ger flamfronten kortare väg till förbränningsrummets bortersta del. Klämspalterna virvlar in bränsle-luft blandningen mot tändstiftet och exponerar på så vis en större yta mot flamfronten vilket gör att förbränningen går snabbare. Dessutom kyler klämspalterna ändgaserna vilket gör det svårare för dem att självantända. Det gäller att inte få för stor tryckstegring före ÖD eftersom det ger ett negativt arbete. Efter ÖD ökar trycket till ett maximum vid runt 16° efter ÖD för att sen sjunka allt eftersom kolven rör sig mot ND.
                                                                                                                                                                                                      
                                                                                                                                                                                                      
                                                                                                                                                                                                      
                                                                                                                                                                                                      
                                                                                                                                                                                                      

                                                  
                                                  
                                                  
Ca 90° före ND öppnas avgasventilen och avgaserna rusar ut under högt tryck. Från att avgasventilen öppnar till ND kallas på engelska "blow down" fasen. Mesta delen av avgaserna ska då ha lämnat cylindern för att man inte ska få en pumpningsförlust när kolven går mot ÖD. Fasen när kolven går från ND till ÖD kallas för pumpningsfasen. Maximalt lyft på avgasventilen uppnås inte förrän efter ND så ett högt flöde på mellanlyft är viktigt. När avgasventilen öppnar så rusar avgaserna som har en massa ut i primäravgasröret. Förutom detta så rör sig en finit amplitud ljudvåg med ljudets hastighet bort genom primärröret. Vid varje areaförändring kommer denna ljudvåg att reflekteras. Blir arean större reflekteras tryckvågen tillbaka som en undertryckspuls samtidigt som tryckpulsen fortsätter vidare i röret. Tanken är att denna undertryckspuls ska nå förbränningsrummet lagom tills insugningsventilen ska öppna. Ett sånt här avstämt avgassystem fungerar bara på vissa varvtal. På vissa varvtal kommer istället en tryckpuls till förbränningsrummet när insug ska öppna. Detta går att åtgärda genom att man förutom ett primärrör även har ett sekundärrör och ser till att sekundärröret ger en undertryckspuls när primärröret ger en tryckpuls. På så vis tar pulserna ut varandra. Alla moderna fyrcylindriga motorcyklar har 4-2-1 rör som fungerar efter denna princip. Förutom pulserna hjälper avgasernas massa till att tömma förbränningsrummet och därför är rätt rördiametrar viktiga. Fasen när insug och avgas har öppet samtidigt kallas för överlapp. Ju större överlapp och därmed högre lyft på insug och avgas ventilen runt ÖD desto viktigare blir det med ett rätt avstämt extraktorsystem. Insugningstakten börjar med rörelse och pulsenergin som skapas av avgastakten.


                                                  
                                                  
                                                  
                                                  
                                                  
                                                  
                                                  
                                                  
                                                  
                                                  
                                                  
                                                  
                                                  
                                                  
När insugningsventilen öppnar så vill man att trycket i insugningskanalen ska vara högre än trycket i förbränningsrummet så att insugningsgaserna rusar in i cylindern. När kolven rör sig bort från ÖD skapas en undertryckspuls som rör sig upp genom insugningskanalen, Är insugningskanalens längd rätt avstämd ska denna undertryckpuls reflekteras vid trattkanten och återkomma till insugningsventilen som en tryckpuls innan denna ska stängas. Genom att använda denna tryckpuls och genom att ha rätt dimension på insugningskanalen kan man få en dynamisk överladdning och uppnå mer än 100% volumetrisk verkningsgrad. Insugningskanalens diameter är viktig, är den för liten blir det pumpningsförluster och är den för stor så får gaserna för lite rörelse energi. Ju senare insugningsventilen stänger efter ND desto högre hastighet krävs för att övervinna cylindertrycket. Insugnings takten består av två olika faser. Från att insugningsventilen öppnar före ÖD och till ND så drar först avgaserna igång flödet och efter det är det undertrycket som kolven skapar när den är på väg ner från ÖD som sätter insugningsgaserna i rörelse. Efter ND så är insugningsflödet beroende av rörelse energin i kanalen samt av tryckpulsen för att hålla trycket högre i insugningskanalen än i cylindern. På lägre varv går det inte och då får man reversion. Det finns två olika pulsfenomen i insugningskanalen, ett när ventilen är öppen och ett när den är stängd. Den först pulsen sätts igång av att kolven rör sig bort från ÖD. Det är en undertryckspuls som reflekteras mot insugets öppna ände som en tryckpuls. När denna tryckpuls når insugningsventilen när den håller på att stängas reflekteras den tillbaka som en tryckpuls mot insugets öppna ände. Där reflekteras den tillbaka som en undertryckspuls och rör sig ner i kanalen mot den stängda insugningsventilen för att där reflekteras tillbaka som en undertryckspuls. När en puls reflekteras mot en öppen kanalände reflekteras den tillbaka med motsatt tryck, dvs. en undertryckspuls reflekteras som en tryckpuls. Mot en stängd kanalände reflekteras pulsen tillbaka likadant som den kom, dvs. en undertryckspuls reflekteras som en undertryckspuls. För att ha nytta av de här pulserna så dimensionerar man längden på insugningskanalen så att en tryckpuls kommer till insugningsventilen när den ska öppna. Pulserna kommer att ha studsat fram och tillbaka flera gånger. Det är svårt att utnyttja första och andra gången tryckpulsen kommer tillbaka eftersom det ger ett väldigt långt insugningsrör. Istället försöker man att använda tredje och fjärde pulsen. Eftersom pulserna blir svagare efterhand så ger pulserna mindre och mindre tryck i kanalen för varje högre reflektion och därför mindre hjälp att fylla cylindern.
                                                                                                                                                                                                      
                                                                                                                                                                                                      

 

 

 

 

Bilden ovan till vänster visar insug och avgas olika fasers tidareor.
1. Blow down fasen. Fast avgasventilen inte når fullt lyft så evakueras större delen av avgaserna under den här relativt korta delen av avgastakten pga. det höga cylindertrycket.
2. Avgaspumpningsfasen. Kolven trycker ut resten av avgaserna. I ett mach diagram kan man se att avgasernas hastighet ökar över ventilsätet mot slutet av pumpningsfasen när ventilen stänger. Har man inte blivit av med tillräckligt mycket avgaser får man pumpningsförluster och motorn tappar effekt vid högre varvtal. Då måste man antingen öka flödet eller öppna avgasventilen tidigare.
3. Överlappsfasen. Här stänger avgasventilen samtidigt som insugningsventilen öppnar. Avgaserna som har lämnat cylindern har accelererats i primärröret. Dessa gasers rörelseenergi hjälper till att dra ut de sista restgaserna ur förbränningsrummet. Nu är det viktigt med en undertryckspuls från avgassystemet och en övertryckspuls från insuget för att få igång gasflödet in i cylindern.
åtgående kolven skapar ett undertryck i cylindern vilket gör att atmosfärstrycket fyller på cylindern genom insugningskanalen. Samtidigt rör sig en undertryckspuls upp genom insugskanalen. Det är nu gasmassan i insugningskanalen sätts i rörelse så att den ska kunna fortsätta strömma in efter att kolven har vänt vid BDC. Om man bara skulle gå på flödet genom insugningskanalen d.v.s portar efter värden från flödesbänken är det lätt att kanalen blir för stor och detta försämrar den dynamiska laddningsfasen. Räkna alltså först ut vilken kanalarea som krävs för önskat varvtal, volymetrisk verkningsgrad och slagvolym.
5. Den dynamiska laddningsfasen. Nu ska rörelseenergin i insugningskanalen övervinna det ökande trycket i cylindern fram tills dess att insugningsventilen stänger. Samtidigt har undertryckspulsen reflekterats mot insugets öppna ände och med rätt insugningslängd kommer den som en tryckpuls när ventilen ska stänga. Detta fungerar bara på de varvtal insuget är avstämt till. Om trycket i insugningskanalen stiger mer än trycket i cylindern så ökar flödet in i cylindern mer än vad ett flödestest visar. En data simulering av motorn i Dynamation visar tryckskillnaderna mellan kanalerna och cylindern. Det är tryckskillnaden som flyttar gasen och flödet är direkt proportionellt mot roten ur tryckskillnaden. Tryckpulsen kommer att reflekteras mot den stängande ventilen och insugningsrörets andra pulsrörelse sätter igång.
Nedan ska jag visa hur man dimensionerar insug och avgassystem.
Föregående sida.
Nästa Sida.

Till toppen

Tillbaka till 4-takt index

Tillbaka till tekniksidan