Firetaktsmotor: Sådan fungerer den, og hvad er dens fordele
En firetaktsmotor, eller i daglig tale firetakt, er en stempelforbrændingsmotor, der arbejder i fire takter. Dette betyder, at motorens arbejdscyklus vil finde sted under fire slag af stemplet og to omdrejninger af krumtapakslen.
Arbejdscyklusserne er lidt forskellige for gnist og dieselmotorer, afhængigt af hvordan blandingen antændes. Så lad os se på, hvordan en firetakts benzinmotor og en dieselfiretaktsmotor fungerer.
Indholdsfortegnelse
Firetakts motorfunktion
Da arbejdscyklusserne for benzin og diesel motorer er lidt forskellige, vil vi tale om begge separat.
Benzin firetaktsmotor
1. Indtagsslag
Når stemplet bevæger sig nedad, øges pladsen over stemplet, og samtidig åbner indsugningsventilerne også. Dette forårsager et trykfald over stemplet (trykket over stemplet er lavere end atmosfærisk tryk). Denne trykforskel vil gøre det muligt for motoren at suge den nødvendige luft ind i cylindrene gennem indsugningsrøret.
Motorstempler: Hvordan fungerer de?
Ud over selve luften kommer der dog også brændstof ind i cylindrene. Luft og brændstof danner sammen en antændelig blanding. Tændingsblandingen dannes i indsugningskanalerne, indsugningsmanifolden eller cylinderen, afhængigt af brændstofindsprøjtningsteknologien.
2. Kompression
Efter at stemplet når sit nederste dødpunkt, og indsugningsfasen slutter, begynder det at bevæge sig opad. Stemplet komprimerer blandingen med sin opadgående bevægelse, som derved opvarmes, og fordi den ikke kan udvide sig, stiger trykket også.
Kompressionsforhold: Hvilken effekt har det på motoren?
Den høje temperatur og tryk fremmer fordampningen af brændstoffet og dets blanding med luft, hvilket gør blandingen mere eksplosiv. Blandingen må dog ikke komprimeres for meget under kompressionen, så den ikke når brændstoffets selvantændelsestemperatur (detonationsforbrænding). Under kompression er indsugnings- og udstødningsventilerne lukkede.
3. Udvidelse
I denne fase begynder forbrændingsprocessen. En gnist springer på tændrøret og antænder den komprimerede blanding. Efter antændelse begynder blandingen at udvide sig, skubber på stemplet og flytter det nedad til dets nederste dødpunkt, hvorved termisk energi omdannes til mekanisk arbejde.
4. Udstødning
I denne fase åbnes udstødningsventilerne for at tillade udstødningsgassen at komme ud af cylinderen. Ved slutningen af ekspansionen er trykket i cylinderen højere end det atmosfæriske tryk, på grund af hvilket udstødningsgasserne presses ud af cylinderen. Stemplet skubber de resterende udstødningsgasser ud, når det bevæger sig mod sit øverste dødpunkt.
For at forbedre cylindertømningen lukker udstødningsventilerne dog først, når stemplet når sit øverste dødpunkt, og indsugningsventilerne allerede er åbne.
Når alle fire cyklusser er afsluttet, begynder motorens arbejdscyklus igen.
4-takts dieselmotor:
Funktionsprincippet for en firetakts dieselmotor ligner meget driften af en firetakts benzinmotor. Den væsentligste forskel er, at kun ren luft trækkes ind i cylindrene. Efter at være blevet komprimeret og opvarmet, sprøjtes dieselbrændstof ind, og den resulterende blanding antændes af kompressionsvarme.
1. Indtagsslag
Stemplet bevæger sig fra dets øverste dødpunkt nedad til dets nederste dødpunkt, hvilket øger rummet over stemplet og åbner indsugningsventilerne. Dette gør, at den nødvendige mængde luft kommer ind i cylindrene gennem indsugningsrøret.
2. Kompression
Efter at stemplet når sit nederste dødpunkt, og indsugningsfasen slutter, begynder det at bevæge sig opad. Stemplet bevæger sig således fra dets nedre dødpunkt tilbage til dets øvre dødpunkt, mens dets opadgående bevægelse komprimerer luften, som opvarmes som et resultat, men også øger dens tryk.
Lige før stemplet når sit øverste dødpunkt, sprøjtes brændstof ind i forbrændingskammeret, som blandes, fordampes og antændes, hvilket forårsager ekspansion.
3. Udvidelse
Efter at blandingen er antændt, frigives brændstoffets termiske energi ved forbrænding, hvilket kommer til udtryk ved en stigning i gastrykket i cylinderen. Således virker gastrykket på motorstemplet, som omdanner brændstoffets termiske energi til motorens mekaniske arbejde. Under ekspansion bevæger motorstemplet sig fra sit øverste dødpunkt til sit nederste dødpunkt.
4. Udstødning
Under den sidste del af arbejdscyklussen for en firetakts dieselmotor bevæger stemplet sig fra sit nederste dødpunkt til sit øverste dødpunkt med udstødningsventilerne åbne. Det betyder, at stemplet skubber udstødningsgasserne gennem udstødningssystemet op i luften med opadgående bevægelse. Udstødningsventilerne lukkes lige før stemplet når sit øverste dødpunkt.
Udstødningssystem: Hvad er dets hovedkomponenter?
Det samme gælder for en dieselfiretaktsmotor og en benzinfiretaktsmotor. Når alle fire cyklusser er afsluttet, begynder motorens arbejdscyklus igen.
En turbolader bruges ofte til firetaktsmotorer for at skabe ladetryk. Tidligere var turboladning af motorer med en kompressor dog relativt udbredt. Men lad os se på fordele og ulemper ved en firetaktsmotor sammenlignet med en totaktsmotor.
Fordele ved en firetaktsmotor:
- Lavere brændstofforbrug
- Mere afbalanceret og raffineret drift
- Tilstrækkelig kraft selv ved lavere hastigheder
- Bedre smøresystem
- Lavt motorolieforbrug
- Færre emissioner
- Bedre motorkøling
- Længere service liv
Ulemper ved en firetaktsmotor:
- Højere vægt
- Mere komplekst design
- Dyrere reparationer i tilfælde af fejl
- To omdrejninger af krumtapakslen og fire slag af stemplet er påkrævet for én arbejdscyklus af motoren