- Fyrtaktscykeln består av insugning, kompression, förbränning och avgaser.
- Bensinmotorer förbereder bränsle-luftblandningen; dieselmotorer tar endast in luft.
- Kompressionen ökar temperatur och tryck; diesel använder högre kompressionsförhållande.
- Förbränningen genererar kraft: bensin tänds av gnista, diesel av självantändning.
Fyrtaktsmotorn utgör grunden för de flesta moderna fordon och är ett sofistikerat system som omvandlar bränslets kemiska energi till mekanisk energi genom fyra distinkta faser. Denna driftcykel, även känd som Otto-cykeln för bensinmotorer eller Dieselcykeln för dieselmotorer, upprepas kontinuerligt för att generera den kraft som krävs för att driva fordonet.
Många interna förbränningsmotorer är uppdelade i två huvudkategorier: förbränning genom kompression (diesel) och tändning genom gnista (bensin). Båda typerna använder samma grundläggande princip som fyrtaktscykeln, med skillnader i hur bränsle-luftblandningen antänds.
Strukturen och de viktiga komponenterna
- Piston: Den rörliga delen som rör sig i cylindern
- Cylindern: Platsen där förbränningsprocessen äger rum
- Insugs- och avgasventiler: Kontrollerar in- och utflöde av fluidor
- Vevaxel: Omvandlar pistons linjära rörelse till roterande
- Tändstift (på bensin) eller insprutare (på diesel): Säkerställer antändningen av bränslet
Tid 1: Insugning – införandet av blandningen
- Pistonens rörelse nedåt mot vevaxeln skapar ett partiellt vakuum i cylindern som gör att bränsle-luftblandningen sugs in
- Insugsventilerna är helt öppna
- Avgasventilerna hålls stängda
- På bensinmotorer förbereds bränsle-luftblandningen i förväg
- På dieselmotorer kommer endast luft in i cylindern
- Effekten av denna fas påverkar direkt motorens prestanda
- En dålig insugning kan avsevärt minska fordonets prestanda
Tid 2: Kompression – förberedelse för förbränning
- Under denna fas är både avgasventilen och insugningsventilen stängda, vilket skapar ett helt slutet utrymme
- Pistonens börjar stiga upp i cylindern och komprimera blandningen till en liten volym
Parametrar i kompressionen:
- Kompressionsförhållande: varierar mellan 8:1-12:1 för bensin och 14:1-23:1 för diesel
- Temperaturökning: luften värms upp genom kompression upp till 300-500°C
- Tryck: ökar till 12-20 bar för bensin och 30-55 bar för diesel
Hos dieselmotorer är den höga temperaturen från kompressionen tillräcklig för självantändning av bränslet som sprutas in i nästa fas.
Tid 3: Förbränning och arbete – kraftgenerering
Detta är ögonblicket när den kemiska energin omvandlas till mekanisk energi. Bränsle-luftblandningen antänds:
- På bensinmotorer: genom gnistan som genereras av tandstift
- På dieselmotorer: genom självantändning tack vare den höga temperaturen i kompressionen
Fordonsspecifika extremvärden för förbränningen:
- Tryck: når 30-40 bar vid bensin och upp till 150 bar vid diesel
- Temperatur: överstiger 2200°C och kan nå 2500°C
- Varaktighet: förbränningen varar endast några millisekunder
Tack vare detta enorma tryck tvingas kolven nedåt i cylindern och överför kraften via vevaxeln.
Tid 4: Avgas – avlägsnande av förbränningsgaser
I den sista fasen av cykeln förblir insugningsventilen stängd, och avgasventilen öppnas för att släppa ut förbränningsgaserna.
Viktiga tekniska detaljer:
- Avgasventilen öppnas innan kolven når nedre dödpunkten
- Denna tidiga öppning säkerställer optimal avgasavlägsning
- Avgaserna har temperaturer mellan 400-900°C
- Avgastrycket varierar mellan 1,2-1,8 bar
Synkronisering och upprepning av cykeln
De fyra takterna sker under två fulla varvtal av vevaxeln (720 grader). Synkroniseringen säkerställs av:
- Kamaxeln: styr öppning och stängning av ventilerna
- Distribueringssystemet: rem eller kedja
- Vevaxeln: upprätthåller inertin mellan cyklerna
Vid en motor som körs vid 3000 rpm upprepas detta cykli varje cylinder 1500 gånger per minut, vilket illustrerar den oerhört precisa kontrollen som krävs för korrekt funktion.
Effektivitet och moderna optimeringar
Moderna fyrtaktsmotorer utnyttjar flera optimeringar:
- Direktinsprutning: förbättrar bränsleeffektiviteten
- Turboladdning: ökar kraften genom att höja luftdensiteten
- Variabel ventilstyrning: optimerar ventildåppningen beroende på varvtal
- Återcirkulationssystem: minskar utsläppen
Att förstå dessa fyra grundläggande takter ger en solid grund för förståelsen av hur en internförbränningsmotor fungerar, och är viktig både för bilentusiaster och för dem som vill förstå fordonet de kör.