A | B | C | D | E | F | G | H | CH | I | J | K | L | M | N | O | P | Q | R | S | T | U | V | W | X | Y | Z | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9
|
Ez a szócikk vagy szakasz lektorálásra, tartalmi javításokra szorul. |
Termodinamikai körfolyamatok |
---|
Az Otto-motor az első megvalósított négyütemű belső égésű motor, amelyet Nikolaus August Otto készített 1876-ban. Világviszonylatban ez a belső égésű motor terjedt el leginkább, és üzemanyaga, a benzin miatt hívják sokkal inkább benzinmotornak.
A motor működése
Az első ütem: a szívás
A lefelé haladó dugattyú maga után szívja (fizikailag a dugattyú fölött keletkező térbe a normál külső légköri nyomás által beáramlik) a porlasztóból a benzin-levegő keveréket. A porlasztó által elporlasztott üzemanyaghoz megfelelő mennyiségű levegőt keverve, a kész elegy a szívócsövön keresztül áramlik a henger belsejébe.
Amikor a dugattyú az alsó helyzetbe ér, a dugattyú fölötti hengertér teljesen feltöltődik a benzin-levegő keverékkel. A dugattyú a legfelső helyzetről (felső holtpont) a legalsó helyzetre (alsó holtpont) való mozgásakor a forgattyús tengely fél fordulattal elfordult. Ettől a pillanattól kezdődik a második ütem.
A második ütem: a sűrítés
A vezérműtengely által vezérelt szívószelep elzárja a szívócső furatát. A forgattyús tengely további forgása következtében a dugattyú lentről felfelé halad.
Az előző ütemben beszívott benzin-levegő keverék nem tud kiáramlani a hengerből (a kipufogószelep szintén zárva van). A dugattyú tehát a fölötte lévő keveréket erősen összenyomja (összesűríti). Attól a pillanattól kezdve, hogy a dugattyú ismét a legfelső helyzetbe kerül, kezdődik a harmadik ütem.
A harmadik ütem: expanzió
Amikor a dugattyú a felső holtponttól visszaszámított 2 mm-t eléri (itt keletkezik a megfelelő levegő-benzin keverék), a gyújtógyertya elektródái között villamos szikra ugrik át. Ez a szikra meggyújtja az égéstérben összesűrített benzin-levegő keveréket, ami robbanásszerűen elég.
A terjeszkedő gázok óriási nyomása a dugattyút fentről lefelé löki, ezt nevezzük terjeszkedésnek (expanziónak). A dugattyú a hajtórúdon keresztül fél fordulattal elfordítja a forgattyús tengelyt, amely fél fordulat gyakorlatilag a motor hasznos munkája. (A további fordulatok csak a működés járulékos veszteségeként foghatók fel.) A robbanás nyomán keletkező égésterméket el kell távolítani a hengerből. Ez már a negyedik ütem alatt zajlik le.
A negyedik ütem: a kipufogás
A dugattyú a legalsó helyzetből – ahová az előző ütemben került – ismét felfelé halad. Ekkor viszont nyitva van a kipufogószelep, és a dugattyú kitolja maga előtt a kipufogócsőbe az égésterméket.
Miután a dugattyú ismét a legfelső helyzetbe kerül, záródik a kipufogószelep, nyílik a szívószelep, és az egész folyamat kezdődik elölről. A folyamat termodinamikai modellje az Otto-ciklus vagy Otto-körfolyamat.
Megvalósított motorok
A vázolt 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 korszerű motoroknál a gyújtás sem a felső holtpontban történik, hanem a motor fordulatszámától, és leggyakrabban a szívócsőben uralkodó nyomástól függően előgyújtást alkalmaznak.
A szelepek mozgatását általában bütykökkel ellátott vezérműtengely, más néven bütykös tengely végzi. A szelep zárását és zárva tartását erős acélrugóval oldják meg (konstrukciótól függően csavarrugó vagy hajtűrugó). Mivel mind a kipufogószelep, mind a szívószelep egy négyütemű ciklus alatt (vagyis két motorfordulat alatt) egyszer kell, hogy nyisson, a vezérműtengely fordulatszáma a motor fordulatszámának pontosan fele kell legyen. 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.
Összefoglalásként megállapítható, hogy a tényleges tervezési paraméterek meghatározása csak kompromisszum eredménye lehet.
Olajozás
Szóróolajozás
Főleg a régebbi típusú négyütemű motoroknál találunk ilyet. Legelterjedtebb az a megoldás, amikor a szivattyú egy kis olajat szállít a forgattyúsházba. Forgás közben a hajtórúd felszórja az olajat a hengerfalra, és a szétszórt olajköd keni a motor többi alkatrészét. A vezérműlánc is segít, hogy a szelepek megfelelő kenést kapjanak. Egyes helyekre furatokon jut el az olaj. Ez az olajozási mód kedvezőbb abból a szempontból, hogy mindig friss olajat kap a motor, de hátránya, hogy nem nagy nyomással kerül az egyes helyekre, és a hűtés nagyon kicsi. Az olajtartályból csak egy cső vezet a motorba.
Cirkuláris nyomóolajozás
Két csővezeték vezet a tartálytól a forgattyúsházig. Az olajat az olajszivattyú tartja keringésben. A szivattyú mindig újabb és újabb olajmennyiséget szállít, és az olajat nyomással kényszeríti a furatokon keresztül a kenésre váró helyekre. Mivel az olaj állandóan kering, mindig új olaj érkezik, a régi használt olaj a csapágyakból kifolyik, és a forgó hajtórúd felhordja a hengerfalra. A hengerfal tehát mindig szóróolajozást kap és a dugattyún lévő középső olajlehúzó gyűrű a felesleges olajat lehúzza a henger faláról. A visszacsepegő olajat a forgattyús tengely szétveri, és a forgattyúsházban lévő olajköd keni a motor kisebb alkatrészeit és végül az olaj visszakerül a forgattyúsházba.
Ez az olajozás kétféle kivitelben készül:
- nedves karteres olajozás
- Az olajat a forgattyúsházban tároljuk, ilyenkor egy szivattyú is elég, mert a visszafolyó olaj mindig összegyűl a kartertér alján, és azt a szivattyú újból átnyomja a furaton a kenésre kerülő helyekre. Ilyenkor a forgattyúsházban tároljuk az olajat.
- száraz karteres olajozás
- Ennél a megoldásnál az olajat külön tartályban tároljuk, és két csővezeték vezet a tartálytól a forgattyúsházig. Ilyen esetben két olajszivattyút építenek be, az egyik az olajat a szükséges helyekre nyomja, a másik mindig visszanyomja a forgattyúsház aljáról az olajtartályba. Két szivattyús megoldás esetében nem kell nagyra méretezni a karterteret.
Vezérlés
Felépítése szerint három típust különböztetünk meg:
- Alulvezérelt oldalszelepelt SV (Standing Valve = állószelepes)
A bütykös tengely alul van, a szelepek a hengerhez viszonyítva oldalt. Építés szempontjától ez a legkedvezőbb, de nagy hátránya, hogy az égéstér nagyobb része nem a henger (dugattyú) felett van, hanem a szelepek felett. A kedvezőtlen égéstér miatt manapság már nem, vagy csak igen ritkán készítik.
- Alulvezérelt felülszelepelt OHV (Overhead Valve = hengerfej feletti szelep)
A bütykös tengely alul van, de a szelepeket a legkedvezőbb égéstér kialakítás miatt felül helyezik el. Felülszelepelt motor esetében a teljesítmény az SV-hez képest nagyobb. A szelepek mozgatása az alul lévő bütykös tengely által himba segítségével történik. A bütyök felnyomja a tolórudat, a himba egyik felét, a másik fele lenyomja a szelepet, és a szelep kinyit. Ha a bütyök elfordul, a rugó a szelepet visszahúzza. Ez a kialakítás helykihasználás szempontjából ugyan jobb, de a vezérlés többletsúlya miatt (a tolórudak és himbák tetemes súlytöbbletet, az egész vezérlés súlyának 15%-át is jelenthetik) nagyobb a teljesítményveszteség, azaz kevésbé hatékony.
- Felülvezérelt felülszelepelt OHC (Overhead Camshaft = felülfekvő vezérműtengely)
Felül helyezkedik el a szelep és a bütykös tengely is. Ez a legpontosabb és legelterjedtebb megoldás is. A bütykös tengely hajtása a forgattyús tengelyről függőleges tengellyel (királytengely) vagy vezérműlánccal, fogasszíjjal készül. Vezérműtengelyek száma szerint lehet:
- Egy vezérműtengelyes SOHC (Single Overhead Camshaft = hengerfej feletti vezérműtengely)
Itt a vezérműtengely a hengerfejben helyezkedik el, így a motor nyomatékának nem kell egy tolórúd többletsúlyát is legyőznie. Egy ilyen vezérlésnél a vezérműtengely bütykei vagy közvetlenül, vagy egy himbán keresztül működtetik a szelepeket. A legtöbb SOHC blokk hengerenként kétszelepes, de vannak gyártók, akik készítenek hengerenként négyszelepes SOHC blokkokat is. Fontos belegondolni, hogy az SOHC blokkok hengerfejenként rendelkeznek egy vezérműtengellyel, így egy V8-as SOHC blokknak például két vezérműtengelye van.
- Két vezérműtengelyes DOHC (Double Overhead Camshaft = hengerfej feletti dupla vezérműtengely)
A DOHC kialakítás a hengerenként négyszelepes elrendezés előnyeit használja ki. Viszont van hátránya is: előállítási költségek (több alkatrész, magasabb ár), a rosszabb helykihasználás (a több tengelynek és szelepnek több hely is kell) és a szervizelés (kétszer annyi szelepet kell beállítani).(Léteznek hengerenkénti ötszelepes megoldások is, ekkor három végzi a szívást, kettő a kipufogást.)
A hagyományos Otto-motor szerkezeti elemei
- henger
- dugattyú
- forgattyús mechanizmus:
- csapszeg
- hajtórúd
- forgattyús tengely
- lendítőkerék
- szelepvezérlés
- vezértengely (bütykös tengely)
- szelepek
- gyújtás rendszere
- gyújtógyertya (alternatívája a lézeres gyújtás)
- elektromos szikrát előállító szerkezet
- porlasztó, karburátor vagy üzemanyag-befecskendező szerkezet
A teljesítménynövelés és hatásfokjavítás idővel további alkatrészekkel bővítette a szerkezetet, pl. turbófeltöltő.
A motorok felosztása szerkezetük szerint
A motor egy- vagy többhengeres. Ma csak az egészen kis teljesítményű motorok készülnek egy hengerrel.
A többhengeres motorok hengerei igen változatos elrendezésűek lehetnek:
- Soros – a hengerek egy egyenes mentén, párhuzamosan, egy irányban dolgoznak. A legtöbb motor ilyen, főleg a kis lökettérfogatúak.
- Bokszer – a hengerek egy egyenes mentén, párhuzamosan, egymásnak háttal dolgoznak. Középen a forgattyús tengely és a dugattyúk két irányba dolgoznak. Így a rezonanciát is hatékonyan oltják ki. A legismertebb gyártó a Porsche és a Subaru, motorkerékpároknál a BMW.[1]
- V – a hengerek két szöget bezáró egyenes mentén, soronként párhuzamosan és egy irányban dolgoznak, két-két dugattyú kapcsolódik egy hajtórúdcsaphoz. Általában nagyobb lökettérfogatú motorokra jellemző.
- Kiforgatott – ránézésre soros vagy V motor (hengerszögtől függ, hogy egy vagy két hengerfejet alkalmaznak), de az egymással szemben lévő dugattyúk külön hajtórúdcsapokra dolgoznak, lényegében a bokszermotor is ez.[2]
- W – 2 db V-motor, egy főtengelyre csatlakoztatva. 12 vagy 16 hengeres kocsikban alkalmazzák; például a Volkswagen konszernnél. Folynak kísérletek egy forgattyús tengelyes, 3 sorban elhelyezett dugattyús motorral is.
- Csillag – a hengerek egy körvonal kerületén egyenlő távolságban találhatóak. A forgattyús tengely a középpontba van szerelve, valamennyi dugattyú egy hajtórúdcsaphoz kapcsolódik. Főleg kisebb repülőgépekben alkalmazzák. Egyik jeles gyártója a Bentley.
- Wankel – bolygódugattyús motornak is hívják. A dugattyúk háromszög alakúak, az élük íves. A henger (köpeny) formája úgy néz ki, mint egy nulla, ebben egy excenter tengely segítségével mozog a dugattyú. A dugattyú három csúcsa mindig érintkezik a dugattyú falával, a köpennyel, hiszen ez zárja el a különböző ütemeket egymástól.
Források
A lap szövege Creative Commons Nevezd meg! – Így add tovább! 3.0 licenc alatt van; egyes esetekben más módon is felhasználható. Részletekért lásd a felhasználási feltételeket.
Analóg multiméterek túlterhelés elleni védelme
Egyenáram
Egyenáram mérése
Egyenirányítós lengőtekercses műszer
Elektromágnes (fizika)
Elektromos feszültség
Elektromos térerősség
Fáziseltolódás
Fázismutató
Fajlagos ellenállás
Feszültséggenerátor
Feszültségváltó
Forgó mágneses tér
Háromfázisú hálózat
Hőelektromosság
Hatásos ellenállás
A lap szövege Creative Commons Nevezd meg! – Így add tovább! 3.0 licenc alatt van; egyes esetekben más módon is felhasználható. Részletekért lásd a felhasználási feltételeket.