„Otto-motor” változatai közötti eltérés

13 601 bájt törölve ,  2 évvel ezelőtt
A lap tartalmának cseréje erre: BESZOPTAD NEM TUDSZ TANULNI * == Források == <references/> * [http://www.auto.bme.hu/segedletek BME Gépjárművek tanszék oktatási segédletei] * [http://…
(Visszavontam 195.199.213.210 (vita) szerkesztését (oldid: 19851239))
Címke: Visszavonás
(A lap tartalmának cseréje erre: BESZOPTAD NEM TUDSZ TANULNI * == Források == <references/> * [http://www.auto.bme.hu/segedletek BME Gépjárművek tanszék oktatási segédletei] * [http://…)
Címkék: Vizuális szerkesztés Oldal nagy része eltávolítva
BESZOPTAD NEM TUDSZ TANULNI
{{lektor}}
{{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'''.
[[Kép:4-Stroke-Engine.gif|framed|jobbra| Otto-motor]]
 
*
== 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 forgattyútengelyt, 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 bütyköstengely 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 vezértengely 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 hajtókar 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 bütyköstengely 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 bütyköstengely 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 bütyköstengely is. Ez a legpontosabb és legelterjedtebb megoldás is. A bütyköstengely 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).
 
=== 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 ===
 
A motor egy- vagy többhengeres. Ma csak az egészen kis teljesítményű motorok készülnek egy hengerrel.<br />
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'''<!-- lásd OH. 527. o, "bokszermotor" ksz-szel --> – a hengerek egy egyenes mentén, párhuzamosan, egymásnak háttal dolgoznak. Középen a főtengely és a dugattyúk két irányba dolgoznak. Így a rezonanciát is hatékonyan oltják ki. A legismertebb gyártó a [[Porsche]] és a [[Subaru]], motorkerékpároknál a [[BMW]].<ref>[http://m.cdn.blog.hu/ca/carevolution/201401/Subaru/Boxer%20engine/02.jpg Boxer]</ref>
 
* '''V''' – a hengerek két szöget bezáró egyenes mentén, soronként párhuzamosan és egy irányban dolgoznak, két-két [[dugattyú]] kapcsolódik egy [[hajtókarcsap]]hoz. 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 hajtókarcsapokra dolgoznak, lényegében a boxer motor is ez.<ref>[http://m.cdn.blog.hu/ca/carevolution/201401/Subaru/Boxer%20engine/02.jpg Boxer 2]</ref>
 
* '''W''' – 2 db V-motor, egymás mögött elhelyezve. 12 vagy 16 hengeres kocsikban alkalmazzák; például a [[Volkswagen]] konszernnél. Folynak kísérletek egy főtengelyes, 3 sorban elhelyezett dugattyús motorral is.
 
* '''[[csillagmotor|Csillag]]''' – a hengerek egy körvonal kerületén egyenlő távolságban találhatóak. A főtengely a középpontba van szerelve, valamennyi [[dugattyú]] egy [[hajtókarcsap]]hoz kapcsolódik. Főleg kisebb [[repülőgép]]ekben alkalmazzák. Egyik jeles gyártója a [[Bentley]].
 
* '''[[Wankel-motor|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 bolyong a dugattyú. A dugattyú három csúcsa mindig érintkezik a dugattyú falával, a köpennyel, hiszen ez zárja el a különböző ütemeket egymástól.
 
== Források ==
Névtelen felhasználó