Nr. 2671
Hur många cylindrar?

av John H. Lienhard

Idag, hur många cylindrar? University of Houston’s College of Engineering presenterar denna serie om de maskiner som får vår civilisation att fungera och de människor vars uppfinningsrikedom skapade dem.

Hur många cylindrar ska en bilmotor ha? De flesta av våra bilar har antingen fyra cylindrar på rad eller cylindrar i V-ordning – två eller tre på varje sida. Så, varför all denna förfining? Varför inte bara en stor cylinder?

Tänk på en kolv som går fram och tillbaka i en cylinder och får en vevaxel att rotera. Den driver kortvarigt en axel en gång vartannat varv. Våra bilmotorer körs i fyrtaktscykler. Tändning sker och kolven trycker sig nedåt. Sedan rensar den ut avgaserna när den går upp igen. Därefter drar den in en ny blandning av luft och bensin på sin väg nedåt. Slutligen går den uppåt och komprimerar denna blandning. Sedan sker en ny tändning och cykeln upprepas.

En encylindrig motor ökar farten vid det första slaget; sedan saktar den ner under resten av en fyrtaktscykels två varv. Det skulle få en sådan motor att skaka och vibrera.

Så vi behöver ett stort svänghjul för att hålla den i rörelse mellan tändningarna. Med fler cylindrar och kolvar kan vi fästa varje kolvstång på en annan vinkelposition på vevaxeln — sedan kan vi tajma explosionerna så att var och en av dem sparkar igång rotationen under de två varven. Och svänghjulet kan vara mycket mindre.

Karl Benz använde en encylindrig motor i sin första bil från 1885. Fords första modell T-motor hade fyra cylindrar på rad. Vissa lyxbilar på 1920-talet hade inline-motorer med så många som åtta cylindrar. Motorer med så många som 12 eller fler cylindrar i rad har använts, men främst i stora marina och stationära motorer.

Självklart är smidig gång bara ett av målen. Fler cylindrar ger mindre svänghjulvikt, men de innebär också större tillverknings- och underhållskostnader. Sedan har vi kompakthet. Duesenbergs raka åttamotor var en favorit bland rika filmstjärnor på 20-talet. Men den hade en hjulbas på 12 fot. Tänk dig att parkera det odjuret parallellt.

Svaret var V-8-motorn – två rader av fyra som bildar ett V. Till och med Karl Benz experimenterade med en V-2-motor efter att ha byggt sin encylindriga motor. Ett V-arrangemang kan till och med låta två cylindrar driva en gemensam vevaxel och trycka på den i olika vinkelpositioner. Och här ökar komplikationerna: Ingenjörer har skapat alla typer av smarta vevaxelkonstruktioner som kan användas med cylindrar i alla typer av positioner – V-4, V-6, flat-4, flat-6.

Flygplan medförde andra konstruktionsbegränsningar. En raktgående motor ger litet luftmotstånd framifrån. Bröderna Wright använde en rak 4-motor, men med ett ganska tungt svänghjul. De tidiga konstruktörerna övergick sedan till motorer med nio cylindrar som strålar ut från ett centralt nav. Kolvarna snurrade runt axeln och behövde varken svänghjul eller kylsystem.

Många nya tekniker har en bästa form. Men vissa finner mer än ett bra alternativ och fortsätter sedan att slåss mellan konkurrenterna. Tänk bara på datorer kontra Mac, klassisk musik kontra countrymusik – tänk bara på cylindrar i deras till synes oändliga arrangemang.

Jag är John Lienhard vid University of Houston, där vi är intresserade av hur uppfinningsrika hjärnor arbetar.

(Temamusik)
Se Wikipediaartiklarna om alla relevanta ämnen. Sök på ord som bilmotorer, straight-4, flat-6, V-8, 4-taktsmotor osv. Google kommer också att skicka dig till många enkla och tydliga webbplatser, t.ex. den här.

Alla foton är tagna av J. Lienhard. Toyota-motorer är en artighet av Mike Calvert Toyota,Houston, TX.

Äldsta bevarade Wright-motor (New England Air Museum). Detta är en straight four. Lägg märke till att de yttre kolvkopplingsstängerna är fästa på vevaxeln 180 grader i fas med de två inre. Lägg också märke till det tunga svänghjulet på höger sida av fotot.

Straight-4 Toyota Camry motor monterad i sidled.

The Engines of Our Ingenuity is Copyright © 1988-2010 by John H. Lienhard.