az Otto-körfolyamat, az Otto-ciklus

Otto, Nikolaus

(1832-1891) német mérnök, feltaláló.
1861-ben feltalálja a négyütemű robbanómotor műszaki elvét.
1876-ban megépíti a világ első, gyakorlatban is megvalósított négyütemű belsőégésű motorját.
1877-ben szabadalmaztatják a motort.

Az első ütem: a szívás

A lefelé haladó dugattyú maga után szívja a porlasztóból a benzin-levegő keveréket. A porlasztó által elporlasztott levegővel összekevert benzin 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 mozgáskor a forgattyútengely 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 forgattyútengely 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: a terjeszkedés (munkavégzés)

Amikor a dugattyú a legfelső helyzetet eléri, 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. A dugattyú a hajtórúdon keresztül fél fordulattal elfordítja a forgattyútengelyt, aminek e fél fordulattal az esetben a motor hasznos munkája. A 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.

Megvalósított motorok

A vázolt eredeti Otto-körfolyamat csak az első, lassú járású motoroknál volt megvalósítva. 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 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 vezértengely vezérli, a szelep zárását és zárva tartását erős acélrugó végzi (konstrukciótól függően tekercsrugó 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 ill. 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 nagyfordulatszámú 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.

A hagyományos Otto-motor szerkezeti elemei

• Henger

  

• Dugattyú
• Forgattyús mechanizmus:
  • Csapszeg
  • Hajtórúd
  • Forgattyús tengely
    
  • Lendítőkerék
• Szelepvezérlés
  • Vezértengely (bütykös tengely)
  • Szelepek
• Gyújtás rendszere
  • Gyujtógyertya
  • Elektromos szikrát előállító szerkezet
• Porlasztó vagy üzemanyag befecskendező szerkezet

A motorok felosztása

A motor egy- vagy többhengeres. Ma csak az egészen kisteljesítményű motorok készülnek egy hengerrel.
A többhengeres motorok hengerei igen változatos elrendezésűek lehetnek:

• Soros (a hengerek egy egyenes mentén, párhuzamosan, egy irányban dolgoznak)
• Boxer (a hengerek egy egyenes mentén, párhuzamosan, két irányban dolgoznak)
• V (a hengerek két szöget bezáró egyenes mentén, soronként párhuzamosan és egy irányban dolgoznak, két-két dugattyú kapcsolódik egy hajtókarcsaphoz)
• H
• Csillag (a hengerek egy körvonal kerületén egyenlő távolságban találhatóak. A főtengely a középpontba van szerelve, valamennyi dugattyú egy hajtókarcsaphoz kapcsolódik)
• Wankel-motor