- A négyütemű motor négy fázisban működik: beáramlás, tömörítés, égés-tágulás, kipufogás.
- Benzinmotor: gyújtógyertya; dízelmotor: befecskendező és öngyulladás.
- Beáramlás: szelepek nyitva, levegő/keverék felvétele.
- Égés-tágulás: gyors gyulladás, nagy nyomás és hőmérséklet.
Az 4 ütemű motor az autók többségének alapköve, egy olyan okos rendszer, amely a tüzelőanyag kémiai energiáját mechanikai energiává alakítja négy egymást követő fázisban. Ezt a működési ciklust, amelyet Otto-ciklusnak neveznek benzinmotoroknál, vagy Diesel-ciklusnak dízelmotoroknál, folyamatosan ismétlik a jármű mozgásához szükséges teljesítmény előállítására.
Az endoterikus égésű motorok két nagy kategóriába sorolhatók: kompresszió által gyújtott (diesel) és gyújtógyertyával gyújtott (benzin) motorok. Mindkét típus a 4 ütem alapelvét használja, különbségekkel a keverék égésének módjában.
Strukturális felépítés és alapvető elemek
Az alábbiak megértése előtt fontos ismerni a főbb komponenseket:
- Dugattyú: a mozgó elem, amely a henger belsejében halad
- Henger: a gyulladás folyamatának helye
- Beáramló és kipufogó szelepek: szabályozzák a fluidumok belépését és kilépését
- Hajtókar: a dugattyú lineáris mozgását forgómozgássá alakítja
- Gyújtógyertya (benzin) vagy injektor (dízel): biztosítja a gyújtást
Idő 1: Beáramlás – az elegy bejuttatása
A dugattyú lefelé halad a főtengely felé, és részleges vákuumot teremt a hengerben, amely lehetővé teszi a levegő-üzemanyag keverék felvételét. Ebben a fontos fázisban:
- Beáramló szelepek teljesen nyitva
- Kipufogó szelepek zárva vannak
- Benzinmotorok esetén a levegő-üzemanyag keverék előkészítése történik
- Dízelmotorok esetén csak tiszta levegő jut a hengerbe
E fázis hatékonysága közvetlenül befolyásolja a motor végső teljesítményét. Hiba ezen a fázison jelentősen csökkentheti a jármű teljesítményét.
Idő 2: Tömörítés – az égés előkészítése
Ebben az időszakban mind a kipufogó-, mind a beáramló szelep zárva van, teljesen zárt tér alakul ki. A dugattyú felfelé mozog, összenyomva a keveréket a kiindulási térfogat töredékére.
Paraméterek a tömörítésnél:
- Tömörítési hányados: benzinmotoroknál 8:1–12:1, dízelek esetén 14:1–23:1
- Hőmérséklet-emelkedés: a levegő a tömörítés hatására 300–500°C köré melegszik
- Nyomás: benzinmotoroknál 12–20 bar, dízelek esetén 30–55 bar
Dízelmotoroknál a tömörítés utolsó fázisában a hőmérséklet olyan magas lesz, hogy a befecskendezett üzemanyag önmagától gyullad.
Idő 3: Égés és tágulás – a teljesítmény generálása
Ez a fázis az, ahol a kémiai energiából mechanikai energia keletkezik. A keverék begyullad:
- Benzinmotorok esetén a gyújtógyertya által generált szikráról
- Dízelmotoroknál pedig a tömörítéses hőmérséklet önbegyulladásáról
A gyulladás kiemelt paraméterei:
- Nyomás: benzinmotoroknál 30–40 bar, dízelek esetén akár 150 bar
- Hőmérséklet: meghaladja a 2200°C-ot, néha elérheti a 2500°C-ot
- Időtartam: az égés teljes mértékben csak néhány milliszekundumig tart
Ez a nagy nyomás miatt a dugattyú erőteljesen lefelé tolódik a henger belsejében, átadva a mozgást a hajtókarra, amely pedig a főtengelyre továbbítja az erőt.
Idő 4: Kipufogás – a kiégett gázok eltávolítása
Az utolsó időszakban a beáramló szelep zárva marad, míg a kipufogó szelep nyit, hogy a égés során keletkezett gázok távozhassanak.
Fontos technikai részletek:
- A kipufogó szelep megnyílik az alsó holtpont előtt, hogy a gázok hatékonyan távozzanak
- A kipufogógázok hőmérséklete 400–900°C között van
- A kipufogó nyomás 1,2–1,8 bar között mozog
Szinkronizáció és a ciklus ismétlése
A négy ütem két teljes fordulat alatt, azaz 720 fokon belül játszódik le. A kiváló szinkronizációt a következők biztosítják:
- Vezérműtengely: szabályozza a szelepek nyitását és zárását
- Disztribúciós rendszer: vagy szíj, vagy lánc
- Lengőkerék: fenntartja a ciklusok közötti inerciát
Egy 3000 rpm-en működő motor esetén ez a ciklus minden egyes hengerre 1500-szor ismétlődik percenként, a működés precizitását bizonyítva.
Hatékonyság és a modern optimalizációk
A modern négyütemű motorok számos fejlesztést alkalmaznak a hatékonyság növelésére:
- Közvetlen befecskendezés: javítja az égés hatékonyságát
- Turbofeltöltés: növeli a levegő sűrűségét, így többlet teljesítményt ad
- Változó szelepvezérlés: a szelepek nyitási ideje igazodik a motor üzemi állapotához
- Recirkulációs rendszerek (EGR): csökkentik a környezetszennyezést
Az ezen négy alapvető ütem megértése erős alapot ad minden belső égésű motor működésének megértéséhez, legyen az autórajongó vagy egyszerűen csak kíváncsi a járműveiben zajló folyamatokra.
