A Négyütemű Benzinmotor Részletes Működése és Felépítése

A benzinmotorok a belső égésű hőerőgépek egyik legelterjedtebb fajtája, melyek a kémiai energiát mechanikai energiává alakítják, így végeznek munkát. Működésük alapja az égés, mely ugyanazon a helyen, a hengerben megy végbe. A benzinmotorok működésének megértése nemcsak a gépjárművezetők, hanem minden technikai érdeklődésű ember számára is alapvető fontosságú.

Alapfogalmak a Benzinmotor Működéséhez

A benzinmotorok működésének megértéséhez ismernünk kell néhány alapfogalmat. A gázok és a gőzök próbálják kitölteni a rendelkezésükre álló helyet, de sűríthetőek is, viszont kompresszió hatására fölmelegednek. Ezen kívül még nő a nyomásuk is. Ha ritkításról beszélünk, ekkor mind a nyomásuk, mind a hőmérsékletük is csökken.

A Benzinmotor Működésének Alapelvei

A benzinmotorok működésének alapját az Otto-ciklus képezi. A motorban a hőenergiát úgy nyerik, hogy az üzemanyagot égés útján hővé alakítják. A motor egy gyújtógyertya segítségével elektromos szikrával meggyújtja a keveréket. A munkaanyag megnövekedett nyomása a motor dugattyúira hat, amelyek ezt az energiát mechanikai munkává alakítják. A dugattyúk egyenes vonalú, oda-vissza mozgást végeznek a hengerekben, ezáltal közvetítik az energiaátvitelt az égéstér és a dugattyúkhoz tartozó mozgó mechanizmus között. A folyamat termodinamikai modellje az Otto-ciklus vagy Otto-körfolyamat.

A Négyütemű Benzinmotor Felépítése

A négyütemű benzinmotor lényegében négy egységből áll: motorház, forgattyús mechanizmus, szelepvezérlés, keverékképző rendszer és járulékos segédberendezésekből.

A Négyütemű Benzinmotor Működési Ciklusa

A négyütemű motorban egy teljes munkafolyamat a dugattyú négy lökete alatt játszódik le. Ezalatt a motor forgattyústengelye két teljes fordulatot végez.

MTD 800 Karbantartás

1. Szívás

Az első ütemben történik a levegő-üzemanyag keverék beszívása. A dugattyú lefelé mozgásával megnő a dugattyú feletti tér, és ezzel egyidejűleg a szívószelepek is kinyílnak. Ez nyomásesést okoz a dugattyú felett (a dugattyú feletti nyomás alacsonyabb, mint a légköri nyomás). Azonban magán a levegőn kívül az üzemanyag is bejut a hengerekbe. A levegő és az üzemanyag együtt gyúlékony keveréket alkot. A lefelé haladó dugattyú maga után szívja a porlasztóból a benzin-levegő keveréket. Mint tudjuk a gázok a kisebb nyomás felé szeretnek áramolni, ezért a levegő bejut a szívórendszerbe, miközben a porlasztó, vagy a befecskendező benzinpermetet készít, a kész elegy a szívócsövön keresztül áramlik a henger belsejébe. Ekkor a kipufogó szelep zárva van. Amikor a dugattyú eléri az alsó holtpontját, a szívószelep bezár, a dugattyú fölötti hengertér teljesen feltöltődik a benzin-levegő keverékkel. A dugattyú a legfelső helyzetről (felső holtpont) a legalsó helyzetre (alsó holtpont) való mozgáskor a forgattyútengely fél fordulattal elfordult.

2. Sűrítés

Ettől a pillanattól kezdődik a második ütem. Miután a dugattyú eléri alsó holtpontját és a szívófázis véget ér, felfelé mozog. A vezérműtengely által vezérelt szívószelep elzárja a szívócső furatát. Az előző ütemben beszívott benzin-levegő keverék nem tud kiáramlani a hengerből, a kipufogószelep szintén zárva van. Miközben a dugattyú mozog felfelé, erősen összenyomja, összesűríti az előtte lévő közeget, az eredeti hengertérfogat kb. 10-ed részére. A sűrítés során 400-500 C fok sűrítési véghőmérséklet jön létre, mely következtében a végnyomás 18 bar értéket ér el. A magas hőmérséklet és nyomás elősegíti az üzemanyag elpárologtatását és levegővel való keveredését, ezáltal a keverék robbanékonyabbá válik. A sűrítés elősegíti a tüzelőanyag alapos keveredését. Azért fontos, hogy jól összekeveredjen a benzin a levegővel, mert így elősegíthetjük a tökéletesebb égést. A benzinmotor annál jobban hasznosítja a tüzelőanyag energiáját, és így annál jobb a hatásfoka, minél nagyobb a sűrítési arány. Állandó hőmérsékleten a hengerben a nyomás és a térfogat egymással fordított arányban változik. Ha a térfogat pl. a nyolcadrészére csökken, akkor a nyomás a nyolcszorosára nő. A keveréket azonban nem szabad túlzottan összenyomni a tömörítés során, hogy elkerüljük az üzemanyag öngyulladási hőmérsékletének elérését, az úgynevezett motorrobbanást vagy a motor kopogását.

3. Munka (Terjeszkedés)

Attól a pillanattól kezdve, hogy a dugattyú ismét a legfelső helyzetbe kerül, kezdődik a harmadik ütem. Ebben a fázisban megindul az égési folyamat. A szelepek még mindig zárva vannak, a sűrített gázkeveréket most a gyújtógyertya gyújtja meg. Az égést, az égéstérben összesűrített benzin-levegő keveréket, a gyújtógyertya elektródái között átugró villamos szikra íve indítja meg. Az ív létrejöttétől a lángfront teljes szétterjedéséig kb. 1/1000 másodperc telik el, de még ez előtt, a dugattyú felső holtpontja előtt gyújtják meg az ívet. Robbanásszerű égés jön létre, mely röviddel a felső holtpont után eléri a 2000-2500 C fokos hőmérsékletet és a 40-60 bar nyomást. A nagynyomású égéstermékek kitágulnak, és lefelé nyomják a dugattyút, ezt nevezzük terjeszkedésnek, vagyis expanziónak. Mint tudjuk az energia nem vész el, csak átalakul. Az előbb még hő formájában tárolt energia lenyomja a dugattyút és máris mechanikai energia lesz belőle. A dugattyú a hajtórúdon keresztül fél fordulattal elfordítja a forgattyútengelyt, amely fél fordulat gyakorlatilag a motor hasznos munkája. Csak ebben a lépésben működik a motor, ami azt jelenti, hogy a jármű által feldolgozható és mozgási energiává alakítható teljesítmény keletkezik.

4. Kipufogás

A robbanás nyomán keletkező égésterméket el kell távolítani a hengerből. Ez már a negyedik ütem alatt zajlik le. Ebben a fázisban a kipufogószelepek kinyílnak, hogy a kipufogógáz kiléphessen a hengerből. A dugattyú a legalsó helyzetből - ahová az előző ütemben került - ismét felfelé halad. A 3 bar nyomáson, hangsebesség felett lévő gáz távozik a hengerből. Ekkor viszont nyitva van a kipufogószelep, és az égésterméket, a gázok maradékát a felfelé haladó dugattyú kb. 0,2 bar toló nyomással kilöki a kipufogócsőbe. A kipufogószelep a felső holtpont után zár, miközben a szívószelep már megemelkedik, nyílik és az egész folyamat kezdődik elölről.

A négyütemű motor működési ciklusa:

Gyújtógyertya hézag beállítása Briggs motoroknál - lépésről lépésre

Modern Motorok Szelepvezérlése és Gyújtása

A fenti eredeti Otto-körfolyamat csak a korai, lassújárású motoroknál volt jellemző. Hamar rájöttek arra, hogy nagyobb fordulatszámnál (100 fordulat/perc felett) a dugattyú mozgása egyedül nem tudja elég gyorsan megfordítani a gáz áramlását, amikor a szívószelepek kinyitnak. Ezért a korszerű motoroknál a dugattyú felső holtpontja közelében a szívó- és kipufogószelepek egymásba nyitnak kissé. A kipufogószelepen kiáramló gázok magukkal ragadják a szívószelepen keresztül a beáramló üzemanyag-levegő keveréket és így javítják a szívást. Természetesen a távozó füstgázokkal együtt egy kevés friss keverék is távozik, ami rontja a motor hatásfokát. Versenymotoroknál ezzel a kis kiáramló hideg keverékkel a szelepeket hűtik. A kipufogószelepeket is kb. húsz fokkal az alsó holtpont elérése előtt már kezdik nyitni, hogy az égéstermékeknek elég idejük legyen távozni. A szelepek mozgatását általában bütykökkel ellátott vezérműtengely, más néven bütyköstengely végzi. Mivel mind a kipufogószelep, mind a szívószelep egy négyütemű ciklus alatt (vagyis két motorfordulat alatt) egyszer kell, hogy nyisson, a vezértengely fordulatszáma a motor fordulatszámának pontosan fele kell legyen. A szelep zárását és zárva tartását erős acélrugóval oldják meg (konstrukciótól függően csavarrugó vagy hajtűrugó). Ebben a konstrukcióban a motor fordulatszámát a szelep zárási sebessége határolja be. A zárási sebességét pedig a szelep és a hozzá tartozó mechanizmus (szelephimba, rúd stb.) tömege, illetve a rugó keménysége határozza meg. Minél kisebb a tömeg és minél keményebb a rugó, annál gyorsabban zár a szelep, azonban a túl erős rugó a kopást növeli. Újabb nagy fordulatszámú konstrukciókban (például versenyautókban, motorkerékpárokban) légrugózású szelepet, illetve kényszerzárású szelepet használnak. Ez utóbbinál a szelep zárásának folyamata pontosan megtervezhető. A kényszerzárású szelepek abban különböznek a hagyományos zárásúaktól, hogy itt a zárást nem rugó, hanem egy másik bütyök végzi, ennek köszönhető a pontosabb működés. A korszerű motoroknál a gyújtás sem a felső holtpontban történik, hanem a motor fordulatszámától, és leggyakrabban a szívócsőben uralkodó nyomástól függően előgyújtást alkalmaznak. Az előgyújtás-állító automatikusan végzi a gyújtási időpont helyes beállítását. Az előgyújtás azt jelenti, hogy a gyújtási időpont a felső holtpont (FHP) előtt hány fokkal van a szikra. Mivel a tüzelőanyag-levegő keverék elégetéséhez a motor bármely fordulatszámán nagyjából azonos idő szükséges, a gyújtóívnek úgy kell meggyújtania a keveréket, hogy az égési csúcsnyomás mindig röviddel a felső holtpont után alakuljon ki.

A Benzinmotor Főbb Alkatrészei

Hengertömb és Hengerfej

A hengertömb a motor középső része, melyben a hengerek és a dugattyúk találhatóak. A hengerfej a motor felső része, mely lezárja a hengereket és tartalmazza a gyertyafészket és a szelepfészket. A hengerfejt a hengertömbre csavarral erősítik.

Olajteknő

A motor legalján található, és a szükséges olajat tárolja. Csavarokkal rögzítik a hengertömb alsó részéhez.

Vezérműtengely

A vezérműtengely egy vékony rúd, melyet a főtengelyen lévő kerék hajt. A vezérműtengely fele fordulatszámmal forog, mint a főtengely.

Dio 4T karbantartás lépésről lépésre

Dugattyú

A henger furatában van elhelyezve. A dugattyú alsó része a palást, mely a dugattyúcsapszeg befogadására szolgál. Általában egy dugattyún három dugattyúgyűrű van: kettő kompressziós és egy olajlehúzó. A dugattyúgyűrűk általában kopásálló vasból készülnek.

Hajtókar és Főtengely

A hajtókar köti össze a dugattyút a főtengellyel. A főtengely (nevezik még forgattyústengelynek is) alakítja át a dugattyú egyenes vonalú mozgását forgó mozgássá. Anyaga kovácsolt acél, vagy öntött vas. A motoron kívül, a főtengely végén található a lendkerék, melynek feladata a motor energiájának tárolása.

Szelepek

Minden hengerhez minimum két szelep szükséges, egy szívó, egy kipufogó. Egyes motorokban négy vagy akár öt szelep is van. A szelepvezetőben mozog, és a szelepfészket zárja le. A szelepfészék általában 45 fokos vagy 30 fokos szögben van köszörülve. A szelephézag nagysága szinte minden motortípusnál más. A gyártó megadja a szelephézagot külön a hideg és külön a meleg motornál.

A Benzinmotor Karbantartása

A benzinmotorok karbantartása elengedhetetlen a hosszú élettartam és a megbízható működés érdekében. A legfontosabb karbantartási feladatok közé tartozik az olajcsere, a gyújtógyertyák cseréje, a levegőszűrő tisztítása vagy cseréje, valamint az üzemanyagrendszer karbantartása.

Olajcsere

Az olajcsere a legfontosabb karbantartási művelet. A motorolaj kenőanyagként, hűtőfolyadékként és tisztítószerként is működik. A csereintervallum függ a használat intenzitásától, az olaj típusától és a környezeti körülményektől.

Gyújtógyertyák Cseréje

A gyújtógyertyák állapota közvetlenül befolyásolja a motor teljesítményét és üzemanyag-fogyasztását. A gyújtógyertyák cseréje általában 15.000-30.000 kilométerenként javasolt, de ez függ a gyertya típusától és a motor jellemzőitől.

Levegőszűrő Tisztítása/Cseréje

A tiszta levegő- és üzemanyagellátás alapvető fontosságú a motor megfelelő működéséhez. A levegőszűrőt általában évente vagy 15.000-20.000 kilométerenként kell cserélni, de poros környezetben gyakrabban.

A Benzinmotor Története és Fejlődése

Az emberek az ipari forradalom kezdete óta igyekeztek egyre kevesebb emberi és állati erőforrás felhasználásával, egyre nagyobb munkát elvégezni. Idő közben a gőzgép fejlődése során megszületett az egyszerűsített forgattyús mechanizmus, így a dugattyús belsőégésű motorok számára rendelkezésre álltak az erőátviteli szerkezetek. 1860 körül a francia feltaláló (belga származású) Jean Joseph Etienne Lenoir (1822-1900) elkészítette világítógázzal hajtott és működőképes belsőégésű motorját. Lenoir egy galvángyárban dolgozott, mikor rájött arra az ötletre, hogy egy gázmotorban a levegő-üzemanyag keveréket elektromos szikrával meg lehet gyújtani. 1860. január 24-én Lenoir szabadalmat kapott egy belső égésű motorra, és ennek az évnek a végére a motor megépült. A motor gyújtógázzal üzemelt előzetes tömörítés nélkül. A felső holtponttól az alsó holtpontig tartó dugattyúlöket egy részén levegő és gáz keveréke került a hengerbe, majd a keveréket elektromos szikrával meggyújtották. Lenoir a tervét egy vízhűtő- és kenőrendszerrel egészítette ki. Már az első tökéletlen tervek is bemutatták a belső égésű motor jelentős előnyeit a gőzgéppel szemben. Ez volt az első működő, és a mindennapi életben felhasználható gázmotor. 1861-ben Nikolaus August Otto (1832-1891) kölni kereskedő kísérletezett összenyomott keverék meggyújtásával, amely négyütemű séma szerint működött: szívás, kompresszió, munkalöket, kipufogógázok elvezetése. Otto felfedezte, hogy az eddig használt keverék rossz összetételű (az üzemanyag és az levegő aránya), valamint az üzemanyag-adagoló rendszer és az égés szinkronizálásának algoritmusa is rossz. Bár a négyütemű motor elvét Alphonse Beau de Rochas francia mérnök már 1862-ben feltalálta, amit szabadalmaztatott is, a megvalósítás Otto érdeme, aki amúgy Rochas-tól függetlenül, magától jött rá a működés elvére. Ettől függetlenül 1867-ben N.A. Otto és Eugen Langen (porosz mérnök és iparos) a párizsi világkiállításon javított kivitelű belsőégésű motort mutatott be, ahol Nagy Aranyéremmel tüntették ki a munkájukat. 1875 végén N.A. Otto befejezte egy, a világon alapvetően új 4 ütemű motor projektjének fejlesztését. 1878. március 13-án N.A. Otto megkapta az 532. számú német szabadalmat. Nikolaus August Otto német feltaláló először konstruált működőképes négyütemű belsőégésű motort, amelyet róla neveztek el Otto-motornak, majd üzemanyaga után benzinmotornak. 1877-ben került szabadalom alá a Császári Szabadalmi Hivatal által a Deutz gyár neve alatt. 1883-ban Daimler és Maybach elkészítette a nagy fordulatszámú, izzócsöves gyújtású négyütemű benzinmotort. Azóta fejlesztik, csiszolgatják a konstrukciót, aminek működési alapelve az idők folyamán semmit sem változott.

A Benzinmotor Környezeti Hatásai és Jövője

A benzinmotorok környezeti hatása jelentős téma napjainkban. A háromfunkciós katalizátor drámaian csökkenti a káros kibocsátásokat. A jó minőségű üzemanyag használata nemcsak a motor teljesítményét javítja, hanem a környezeti hatásokat is csökkenti. Az etanol-keverékű üzemanyagok részben megújuló forrásból származnak, így csökkentik a fosszilis üzemanyagok felhasználását. Bár az elektromos járművek térnyerése kétségtelen folytatódik, a benzinmotorok még hosszú ideig részei maradnak a közlekedésnek. A benzinmotor felépítése egyszerűbb, mint a dízelmotoré, így a gyártás olcsóbb. Ráadásul a benzinmotor lényegesen erősebb, mint a dízel, ha feltételezzük, hogy ugyanazt a technológiát alkalmazzák. Ezek a motorok alkalmasabbak rövid utakra és téli szezonra is.

tags: #negyütemű #benzinmotor #részletes #információk

• Féklámpa probléma Avensis
• Duna Autó a haszongépjármű-piacon
• Indítási problémák Peugeot 306-nál?
• Almera N15 alvázjavítás
• Részletes útmutató a Honda GCV 135 karbantartásához