Bildet over: Stempelmotor i særs attraktiv innpakning: 2020 års modell Chevrolet Corvette C8 med splitter ny, stor, skarp V8 – å kjøre den er nok mange gutters våte drøm!! Foto: GM
Ofte spekuleres det i stempelmotorens fremtid. Den bråker, forurenser og forbruker fossile ressurser. Så hvorfor og hvordan oppsto den, og hva blir den til – før den forsvinner?
Av Stein Bekkevold
Veldig mye i teknikkens verden skyldes flaks og tilfeldigheter, og mye av det vi hører er oppspinn, feilerindring og fordreining. Om du graver dypt for å finne ut hvorfor det ble stempelmotor, kalt ICE (Internal Combustion Engine), motor med indre forbrenning – havner du kanskje i Kina. Hva i alle dager?
Kinesisk?
ICE-motorens utvikling kan kanskje henge sammen med to kinesiske oppfinnelser: Sveiva og kruttet. Begge deler er jo sentrale i en stempelmotor. Sveiva har lenge vært et hjelpemiddel, og antent krutt har lenge drevet noe i et rør; et stempel.
De første sveivene ser man spor av under Han-dynastiet for 2200 år siden, muligens for å øke risavkastningen. Bøndene trengte mer vann til risåkrene da befolkningen økte – mer ris per kvadratmeter måtte til. Etter hvert kom behovet for valsing av papir – vannet ble valset ut av en fiber/vann-løsning før den ble lagt til tørk og ble papir.
Da de oppdaget svartkruttets kraft i et rør – noe som ble fyrverkeri, ble det kort vei til noe som ble drevet av gass ut av et rør for å knuse noe – som kanonkuler av stein – eller drive ut andre ladninger; rakettartilleri. Krig har ofte stimulert teknisk utvikling.
Etter alt dette ble det nok – etter to tusen år – logisk å tenke seg en sylinder med et trykkdrevet stempel som drev en veivaksel, altså en sveiv. Og så kom dampmaskinen, dampbåten og damplokomotivet – og så kom stempelmotoren. Først gikk den på gass.
Lekepistol
Nå tenker du vel på Nicolaus Otto, han med ottomotoren. Men det var mange andre før ham. Grev Alessandro Volta hadde mye fritid, og bygde i 1780 en elektrisk avfyrt, gassdrevet lekepistol der gnisten antente hydrogen/luft i et rør med tett bakstykke – og skjøt ut en kork; altså stempel i sylinder; stempelmotor.
John Barber laget en gassturbin alt i 1791 og tre år senere patenterte Thomas Mead en gassmotor. En parentes: Byene trengte bedre gatelys og begynte med gasslamper. Lysgassen kom. Det var denne som også ble brukt i gassmotorer. Gassen ble laget i gassverk – det sto lenge et i Oslo, på gassverktomta.
Metoden var tørrdestillasjon av steinkull ved 600–1200 °C. Prosessen skjedde i gassfyrte reaktorer foret med keramiske fliser. Det kom også tjære ut av prosessen, restproduktet var koks.
Innholdet i gassen varierte, men var oftest 50 prosent hydrogen, 35 prosent metan, 10 prosent karbonmonoksid og 5 prosent etylen. Det høye innholdet av karbonmonoksid gjorde bygassen giftig. Men gassmotorene var populære – særlig de som drev e-verk.
Bensin da?
Det er noe ganske annet: Den første var kondensert kullgass – med kokepunkt 40 grader under dagens. Den passet godt i de første forgasserne, som var fordampere. Så kom forgasser med spreder (dyse), og da kunne folk bruke tregere, sikrere stoffer.
I 1891 kom V. Sjukov i oljebyen Baku med en prosess som ga mer bensin per fat råolje – og bilens æra kom i gang.
Sjukovs system ble utkonkurrert i 1930-årene da USA kom med katalytisk cracking, der de knuser oljemolekylene og setter dem sammen igjen til lette stoffer, og får mer flybensin og høyoktan motorbensin av hvert tonn råolje.
Patent-Motorwagen no 2, en motorisert trehjuls kjerre med verdens første ottomotor. Men den første til å bygge en firehjuls a la moderne bil med stempelmotor var Daimler og Maybach … Foto: Daimler-Benz
Alt i 1794
patenterte Robert Street den første forbrenningsmotoren – altså en ICE. Dette var sytti årfør N. Otto. Motoren gikk på gass. Så gikk det slag i slag utover på 1800-tallet, da den oppfinnsomme spanjol de Rivaz patenterte en forbrenningsmotor med elektrisk tenning, herr Brown fikk patent på den første industrielle motoren – og to italienere patenterte (i London) den første egentlige bensinmotoren, i 1853. Bensin var fortsatt uvanlig, drivstoffene var gass eller apoteksprit. Belgieren Lenoir fikk patent på gassmotor med elektrisk tenning i 1860, og så kom endelig N. Otto med sitt patent, som han fikk i 1864 for den første atmosfæriske gassmotoren, en som suger inn luft og drivstoff, og antenner miksen – uten kompresjon.
Steget derfra til den første bensinmotoren med kompresjon, innsuging og drivstoff-fordamping, var ganske kort – men en brukbar maskin kom likevel først i 1876, i et samarbeid mellom ingeniørene Otto, Gottlieb Daimler og Wilhelm Maybach.
Mange materialtekniske problemer måtte løses underveis. Og så laget Karl Benz en liten putremotor som han satte på en trehjuling – og den første selvdrevne kjerra var født.
I 1892 fikk ingeniør Rudolf Diesel patent på sin kompresjons-tenningsmotor, der luft skulle trykkes sammen til oksygenet antente, uten annet drivstoff. Senere skjønte han at prosessen gikk bedre med en liten dusj lett olje …
Han var forresten verdens første med fossilfritt drivstoff – hans Diesel Motor Nummer 1 gikk på peanøtt-olje!
Turbo og multi
Etter disse mange utviklingsårene – der også turbomater/kompressor kom inn i bildet fordi turbiner allerede var ganske godt utviklet, ble det mest finpussing. En turbindrevet luftpumpe – altså en booster – ble raskt tatt i bruk først på skips-dieselmotorer (Robert Bosch), så i militære og sivile kjøretøyer for å få mer effekt – ved å bruke avgass for å drive turbinen som så drev boosteren; turbine-booster ble turbo.
Så begynte Bosch å se på direkte innsprøytning igjen. Rudolf Diesel ser ut til å ha vært først – og Bosch oppdaget mye senere at de kunne bruke piezo-elektrisk effekt til å skape multi-injisering. Navnet kommer av et gresk verb, piezein – som betyr å sammentrekke.
Om du kobler en spesiell krystall til en fjær får du en mekanisme som lynraskt kan drive et stempel opp og ned; en elektrisk impuls driver dette sammen med fjæra. Dette gjør Bosch i injektorer som klarer å sende fire til fem ørsmå dusjer drivstoff ned mot stemplet i hver arbeidsfase; drivstoffet fordeles slik at du får jevnere og bedre forbrenning. Lavere forbruk og utslipp er gevinsten. Heia Bosch!
Forbedret stempelmotor
Sånn sett har altså den gode gamle stempelmaskinen vært forbedret helt til i dag. Fremtiden? De snakker om ulike sykluser som Atkinsons og så videre, men lite av dette ser ut til å bli realitet, det er kanskje liten vits i å komplisere en maskin som gjør det så godt.
Bedre legeringer – særlig spesial-aluminium for høytrykks press-støping – gjør at du kan bygge lettere motorer, men også vibrasjoner og indre slitasje kan senkes, og bedre smøremidler kan redusere slitasjen og øke vedlikeholdsintervallene.
Wankel? Mazda holdt lenge fast på konseptet men ga seg med RX-8 i 2012, det ble for dyrt. Og ikke minst tok de stadig strengere utslipps-kravene livet av ideen, der poenget jo var å skape en kraftkilde der alt gikk rundt og rundt og ingen ting gikk opp og ned og hit og dit.
Etter at Fritz Wankel lanserte motoren på 1960-tallet, fant vi den bl.a. i NSU Ro-80 og Citroën GS Birotor. Den brukes fortsatt i racing énsetere i Star Mazda Championship, så vidt vites, men Mazda selv ga opp i 2018.
