Nelitahtimoottori: miten se toimii ja mitkä ovat sen edut
Nelitahtimoottori tai puhekielellä nelitahtimoottori on nelitahtisella mäntäpolttomoottori. Tämä tarkoittaa, että moottorin työjakso tapahtuu neljän männän iskun ja kahden kampiakselin kierroksen aikana.
Työsyklit vaihtelevat hieman kipinä- ja dieselmoottoreilla riippuen siitä, kuinka seos sytytetään. Katsotaanpa, kuinka bensiini-nelitahtimoottori ja diesel-nelitahtimoottori toimivat.
Sisältö
Nelitahtinen moottoritoiminto
Koska bensiini- ja dieselmoottorien työsyklit ovat hieman erilaisia, puhumme molemmista erikseen.
Bensiini nelitahtimoottori
1. Imuisku
Männän liikkuessa alaspäin männän yläpuolella oleva tila kasvaa ja samalla myös imuventtiilit avautuvat. Tämä aiheuttaa paineen laskun männän yläpuolella (männän yläpuolella oleva paine on alhaisempi kuin ilmakehän paine). Tämän paine-eron ansiosta moottori voi imeä tarvittavan ilman sylintereihin imuputken kautta.
Moottorin männät: miten ne toimivat?
Itse ilman lisäksi sylintereihin pääsee kuitenkin myös polttoainetta. Ilma ja polttoaine muodostavat yhdessä syttyvän seoksen. Sytytysseos muodostuu polttoaineen ruiskutustekniikasta riippuen imukanaviin, imusarjaan tai sylinteriin.
2. Puristus
Kun mäntä on saavuttanut alemman kuolokohdan ja imuvaihe päättyy, se alkaa liikkua ylöspäin. Mäntä puristaa seosta ylöspäin suuntautuvalla liikkeellään, mikä lämpenee ja koska se ei voi laajeta, myös paine nousee.
Puristussuhde: Mikä vaikutus sillä on moottoriin?
Korkea lämpötila ja paine edistävät polttoaineen höyrystymistä ja sekoittumista ilman kanssa, jolloin seoksesta tulee räjähdysherkkäämpi. Seosta ei kuitenkaan saa puristaa puristuksen aikana liikaa, jotta se ei saavuta polttoaineen itsesyttymislämpötilaa (räjähdyspoltto). Puristuksen aikana imu- ja pakoventtiilit ovat kiinni.
3. Laajentaminen
Tässä vaiheessa palamisprosessi alkaa. Kipinä hyppää sytytystulpan päälle ja sytyttää puristetun seoksen. Sytytyksen jälkeen seos alkaa laajentua työntäen mäntää ja liikuttamalla sitä alaspäin alempaan kuolokohtaansa muuttaen lämpöenergian mekaaniseksi työksi.
4. Pakokaasu
Tämän vaiheen aikana pakoventtiilit avautuvat, jotta pakokaasut pääsevät poistumaan sylinteristä. Laajentamisen lopussa sylinterissä oleva paine on korkeampi kuin ilmakehän paine, minkä vuoksi pakokaasut pakotetaan ulos sylinteristä. Mäntä työntää jäljellä olevat pakokaasut ulos liikkuessaan kohti yläkuolokohtaansa.
Kuitenkin sylinterin tyhjennyksen parantamiseksi pakoventtiilit sulkeutuvat vasta, kun mäntä on saavuttanut yläkuolokohdan ja imuventtiilit ovat jo auki.
Kun kaikki neljä sykliä on päättynyt, moottorin työjakso alkaa uudelleen.
Nelitahti dieselmoottori:
Nelitahtisen dieselmoottorin toimintaperiaate on hyvin samanlainen kuin nelitahtisen bensiinimoottorin toimintaperiaate. Suurin ero on, että sylintereihin imetään vain puhdasta ilmaa. Puristamisen ja kuumentamisen jälkeen dieselpolttoainetta ruiskutetaan, ja tuloksena oleva seos syttyy puristuslämmöllä.
1. Imuisku
Mäntä liikkuu yläkuolokohdasta alaspäin alempaan kuolokohtaansa, mikä lisää tilaa männän yläpuolella ja avaa imuventtiilit. Tämä saa tarvittavan määrän ilmaa sisään sylintereihin imuputken kautta.
2. Puristus
Kun mäntä on saavuttanut alemman kuolokohdan ja imuvaihe päättyy, se alkaa liikkua ylöspäin. Mäntä kulkee siten alemmasta kuolokohdasta takaisin ylempään kuolokohtaansa samalla kun sen ylöspäin suuntautuva liike puristaa ilmaa, joka lämpenee tämän seurauksena, mutta lisää myös sen painetta.
Juuri ennen kuin mäntä saavuttaa yläkuolokohtansa, polttoainetta ruiskutetaan palotilaan, joka sekoitetaan, höyrystyy ja syttyy, mikä aiheuttaa laajenemista.
3. Laajentaminen
Seoksen sytytyksen jälkeen polttoaineen lämpöenergia vapautuu palamalla, mikä ilmenee kaasun paineen nousuna sylinterissä. Näin ollen kaasun paine vaikuttaa moottorin mäntään, joka muuttaa polttoaineen lämpöenergian moottorin mekaaniseksi työksi. Laajentumisen aikana moottorin mäntä liikkuu yläkuolokohdasta alempaan kuolokohtaansa.
4. Pakokaasu
Nelitahtisen dieselmoottorin työjakson viimeisen osan aikana mäntä liikkuu alemmasta kuolokohdasta ylempään kuolokohtaansa pakoventtiilien ollessa auki. Tämä tarkoittaa, että mäntä työntää pakokaasut pakojärjestelmän läpi ilmaan ylöspäin suuntautuvalla liikkeellä. Pakoventtiilit suljetaan juuri ennen kuin mäntä saavuttaa yläkuolopisteensä.
Pakojärjestelmä: Mitkä ovat sen pääkomponentit?
Sama koskee diesel-nelitahtimoottoreita ja bensiini-nelitahtimoottoreita. Kun kaikki neljä sykliä on päättynyt, moottorin työjakso alkaa uudelleen.
Turboahdinta käytetään usein nelitahtimoottoreissa ahtopaineen luomiseksi. Aikaisemmin moottoreiden turboahtaminen kompressorilla oli kuitenkin suhteellisen yleistä. Mutta katsotaanpa nelitahtisen moottorin etuja ja haittoja kaksitahtimoottoriin verrattuna.
Nelitahtisen moottorin edut:
- Pienempi polttoaineenkulutus
- Tasapainoisempi ja hienostuneempi toiminta
- Riittävä teho myös pienemmillä nopeuksilla
- Parempi voitelujärjestelmä
- Alhainen moottoriöljyn kulutus
- Vähemmän päästöjä
- Parempi moottorin jäähdytys
- Pidempi käyttöikä elämä
Nelitahtisen moottorin haitat:
- Suurempi paino
- Monimutkaisempi rakenne
- Kalliimpia korjauksia vian sattuessa
- Yhdelle moottorin työkierrokselle tarvitaan kaksi kampiakselin kierrosta ja neljä männän iskua