En bilmotor er fremdriftskilden for bilen. De fleste av dagens bilmotorer er enten forbrenningsmotorer eller elektriske motorer, eller en kombinasjon av disse (i såkalt hybrid).
Typer
Forbrenningsmotorer
En moderne forbrenningsmotor i en bil er stort sett bygd av trykkstøpt aluminium og har sylinderfôringer, veiver, veivaksel, kamaksler, girkasse av spesialstål.
Standard forbrenningsmotor.
Forbrenningsmotorer som brukes i dagens biler er alle firetaktsmotorer. De forbrenner enten bensin eller diesel, men det blir også brukt gass som drivstoff. Dette gjeler spesielt i tyngre kjøretøy og båter. Bensinmotoren skiller seg fra dieselmotoren blant annet ved normalt å ha et lavere dreiemoment enn en tilsvarende dieselmotor.
Det er også gjort forsøk med hydrogen på forbrenningsmotorer, men disse har liten virkningsgrad og er lite utbredt.
Det finnes ulike typer forbrenningsmotorer. Under listes de vanligste:
| Type | Drivstofftype | Oppkalt etter | Kommentar |
|---|---|---|---|
| Ottomotor (bensinmotor) | bensin eller gass | Nikolaus Otto (1832-1891) | |
| Dieselmotor | diesel | Rudolf Diesel (1858-1913 | Typen brukes i alt fra mindre bilmotorer til store skipsmotorer. |
| Wankelmotor (rotasjonsmotor) | bensin | Felix Wankel (1902-1988) | Skiller seg fra firetaktsmotoren ved å ikke ha stempel eller ventiler. |
| Atkinson/Miller syklus | James Atkinson (1846-1914), Ralph Miller (1908–2016) | Skiller seg fra Ottomotoren blant annet ved å ha andre ventiltider. Motorene brukes i hovedsak ved hybriddrift. |
En forbrenningsmotor kan stå alene som eneste fremdriftskilde av bilen, eller være kombinert med en elektromotor. Når forbrenningsmotorer og elektromotorer kombineres kalles dette hybriddrift eller hybridbil.
En dieselmotor har normalt et lavere drivstofforbruk enn en bensinmotor. En middels stor bil med dieselmotor har gjerne et forbruk på under 0,4–0,5 liter per mil, der en tilsvarende bensinmotor bruker 0,6. Med ny teknologi utjevnes dette sakte, men sikkert. En utfordring ved dieselmotoren har imidlertid vært å få ned mengden nitrøse gasser (NOx) i eksosutslippet. NOx-utslippet er giftig og spesielt skadelig for det lokale miljøet. En bensinmotor har et høyere utslipp av CO2 (karbondioksid) enn en dieselmotor.
- Les mer om forbrenningsmotorer.
Elektriske motorer
Elektrisk motor til en Tesla Model Y. Motoren har en effekt på 158 kw.
Elektriske biler (elbiler) drives av elektriske motorer som blir forsynt med elektrisk energi fra batterier. Disse motorene har ingen utslipp der bilen brukes. Eventuelle utslipp finner sted der hvor elektrisiteten til opplading av batteriene kommer fra.
- Les mer om elektriske motorer i artikkelen elektrisk maskin.
Hybrid
En hybridbil har to motorer, én elektrisk og én drevet med bensin, diesel eller gass. Bilen kan dermed veksle mellom de to motorene, eller (i noen tilfeller) bruke begge samtidig. De to motorene er som regel plassert ved siden av hverandre foran.
Ved å kombinere bensinmotoren med en elektromotor (hybrid) oppnår man lavere utslipp, forbruk og samtidig elektromotorens høye dreiemoment.
Hybridbiler deles i ikke-ladbare og ladbare hybrider. Disse deles videre opp i:
- Mildhybrid/microhybrid
- Parallell hybrid
- Seriehybrid
- Fullhybrid
Forbrenningsmotorer brukt i en hybrid skiller seg ofte fra en grunnleggende forbrenningsmotor (ottomotor) ved at det ofte brukes en Atkinson- eller Miller-forbrenningssyklus. Denne forbrenningssyklusen skiller seg fra den ordinære, blant annet ved at innsugsventilene lukkes senere enn normalt. Millersyklusen brukes også i enkelte magermotorer med turboladning («turbo») og variable ventiltider/ventilgeometri og ved et forhøyet drivstofftrykk.
Hydrogenbiler
Hydrogenbiler bruker hydrogen i en brenselcelle som produserer strøm til drift av en elektrisk motor. Dette er en nullutslippsmotor, hvor eneste utslipp er vann. De eneste eventuelle utslippene kommer fra hvordan hydrogenet blir utviklet.
I Norge er det mindre enn 10 fyllestasjoner for hydrogen for personbil per 2021.
Effekt og virkningsgrad
Effekten til en bilmotor måles som regel i hestekrefter (hk) eller kilowatt (kw). Disse måleenhetene brukes for å definere kraften som motoren oppnår. Enheten hk er ikke en SI-enhet. Den er gradvis på vei ut, og erstattes av måleenheten kilowatt (kw).
Effekten måles også i dreiemoment, som beskriver motorens seighet. Dreiemoment måles i newtonmeter (NM).
Virkningsgrad
De forskjellige fremdriftskildene har ulik virkningsgrad (forholdet mellom tilført effekt og gitt effekt i motoren, se også energieffektivitet). Denne varierer etter størrelsen på motoren, turtallet og motorens produsent.
Generelt snakker vi om følgende virkningsgrader for de ulike typene bilmotorer:
- Bensin: cirka 20–35 prosent
- Diesel: cirka 30–45 prosent
- Hydrogen brukt med brenselsceller: cirka 50–65 prosent
- Elektrisk motor: cirka 70–90 prosent
Slagvolum og antall sylidre (forbrenningsmotorer)
Arbeidsprinsippet for en firetakts ottomotor: Under det første stempelslaget (1) suges en brennbar blanding av luft og brennstoff inn gjennom en styrt innsugningsventil. Deretter komprimeres denne blandingen (2) og antennes av en elektrisk gnist før øvre dødpunkt. Forbrenningen foregår tilnærmet under konstant volum. Deretter ekspanderer de varme forbrenningsgassene og utfører arbeid idet stemplet drives nedover (3). Like før nedre dødpunkt åpner avgassventilen, og utstrømningen av forbrenningsgassene fra sylinderen foregår under utstøtsslaget (4).
Slagvolum er det volumet stempelet i en forbrenningsmotor fortrenger mellom øvre og nedre dødpunkt. Slagvolumet multiplisert med antall sylindrer i motoren kalles totalt slagvolum eller sylindervolum.
Når vi snakker om en bilmotor på 2,0 liter, betyr det i en motor med fire sylindre at hver sylinder har et volum på 0,5 liter.
Sylindervolum, slagvolum og antall sylindre brukt i biler, har forandret seg mye den siste tiden. Rundt 2010 var det fortsatt mer vanlig med 4–8 sylindre og gjerne et større sylindervolum enn hva som er vanlig per 2022.
Miljøkrav
Forbrenningsmotorer brukt i dagens biler skiller seg i prinsipp lite fra eldre forbrenningsmotorer, men på grunn av krav til redusert utslipp av giftige eksosgasser har utviklingen gått til å effektivisere forbrenningsmotoren.
I 1992 ble European Emission standard innført med klare krav til hva og hvor mye en forbrenningsmotor kunne slippe ut. Standarden har jevnlig blitt oppdatert, med stadig strengere krav til utslipp. Per 2022 er det Euro 6 fra 2014 som er gjeldende. Det er forventet at Euro 7 vil komme i 2025.
Ved innføring av Euro 7 settes det enda strengere krav til skadelige utslipp fra bilmotoren. Flere innen utvikling av bilmotorer spår at motorer utelukkende basert på fossilt brennstoff er veldig vanskelig å få godkjent innenfor utslippskravene til Euro 7. Flere bilmerker har derfor satt et årstall for når deres merke skal slutte å produsere biler med forbrenningsmotor.
Arbeid for bedre virkningsgrad
For å redusere utslippene bruker bilfabrikantene ulike virkemidler for å oppnå bedre virkningsgrad. Dette kan for eksempel være:
- Lettere konstruksjoner
- Flere ventiler per sylinder
- Variable ventiltider
- Variabel ventilløft
- Bedre utforming av innsugs- og eksoskanaler
- Motorstyringssystem
- Avgasskontroll
- Turbo eller kompressor
- Innblandet etanol (bensin) eller biodiesel (diesel)
- Inn- og utkobling av sylindre
- Kombinasjon av elektrisk motor med en forbrenningsmotor (hybrid)
- Variabel kompresjon
Et resultat av dette fokuset på reduserte utslipp, er at dagens bilmotorer (per 2022) har et sterkt redusert drivstofforbruk i forhold til biler produsert for bare 5–10 år siden, samtidig som ytelsen har blitt bedre.
Tidlig på 2000-tallet ble det for eksempel opplevd som kraftig hvis en 2,0 liters firesylindret forbrenningsmotor på bensin hadde en effekt på 140 hk. Det som er vanlig per 2022 er å redusere motorstørrelsen og gjerne også antall sylindre, samtidig som effekten økes. For eksempel kan en 1,5 liter bensinmotor med tre sylindre nå ha en effekt på hele 260 hk (195 kw).
Forbruket av drivstoff har også blitt redusert fra nærmere cirka 1 liter per mil på en medium stor biler for 20 år siden til rundt 0,5 liter pr mil med i dag.
Historikk
Den kjente øst-tyske småbilen Trabant hadde tosylindret totaktsmotor. Motoren var billig, men sterkt forurensende, noe som førte til at Trabant ble forbudt å selge i Vest-Tyskland av miljøgrunner. Produksjonen opphørte i april 1991. Siden den gang har totaktsmotoren forsvunnet fra bilparken.
Klassisk bensinmotor i en Volkswagen Golf GTI fra 1975.
Den første forbrenningsmotor i produksjon var en atmosfærisk gassmotor uten kompresjon foreslått av franskmannen Jean-Joseph Étienne Lenoir (1822–1900) i 1860. Den gav impulser til tyskeren Nikolaus August Otto som bygde sin første atmosfæriske gassmaskin (med flygestempel) i 1863. Denne ble senere forbedret i samarbeid med Carl Eugen Langen (1833–1895) og solgt i større antall.
I 1876 konstruerte Otto den første moderne firetaktsmotoren med kompresjon av ladningen og med forbrenningstrykket virkende direkte på drivverket. Den egentlige oppfinneren av firetaktsmotoren er imidlertid den franske ingeniøren Alphonse Eugène Beau de Rochas (1815–93), som allerede i 1862 beskrev firetaktsmotorens virkemåte og underliggende prinsipper. Han forsøkte imidlertid aldri å realisere sin oppfinnelse eller bygge en prøvemotor.
Totaktsmotoren ble utviklet av Sir Dugald Clerk i 1876. Dieselmotoren ble utviklet av Rudolf Christian Karl Diesel i årene 1892–1897.
Som den moderne bilens fedre regnes tyskerne Gottlieb Daimler (1834–1900) og Carl Friedrich Benz (1844–1929), som uavhengig av hverandre bygde de første kjøretøyene drevet med forbrenningsmotorer (i 1883).
På begynnelsen av 1900-tallet framsto elbiler som et reelt alternativ til biler med forbrenningsmotor. Elbilene var særlig populære i USA, men også i Europa og Norge ble det produsert og solgt et betydelig antall personbiler og lastebiler drevet av elektrisitet. Det er flere grunner til at elbilene forsvant fra markedet. Tidens batteriteknologi og manglende infrastruktur for lading hemmet utviklingen.
Fra andre verdenskrig og fram til årtusenskiftet var biler med forbrenningsmotorer drevet av bensin eller diesel dominerende både i Norge og i verden som helhet.
Høsten 1995 startet man serieproduksjon av elektriske biler i Frankrike, og i løpet av de påfølgende tiårene ble elbiler mer vanlig, særlig i byene. Det er særlig etter årtusenskiftet at elbiler fått betydning som transportmiddel, først i form av små bybiler, og etter hvert også større biler med lengre rekkevidde.
Kommentarer
Kommentarer til artikkelen blir synlig for alle. Ikke skriv inn sensitive opplysninger, for eksempel helseopplysninger. Fagansvarlig eller redaktør svarer når de kan. Det kan ta tid før du får svar.
Du må være logget inn for å kommentere.