Štvordobý motor

Animácia pracovného cyklu štvortaktného spaľovacieho motora. Čísla zodpovedajú číslam v texte.

Štvortaktný spaľovací motor (iné názvy: štvortaktný motor, štvordobový spaľovací motor, štvordobový motor) je motor pracujúci na štyri doby (takty). Podľa spôsobu zapálenia zmesi sa pracovné cykly mierne odlišujú pre zážihový a vznetový motor. Rozdiely sú v popise cyklov vyznačené tučne. Obrázok vpravo zobrazuje cyklus zážihového motora.

Pracovný cyklus zážihového štvortaktného motora

• 1. nasávanie - pri pohybe piesta nadol sa plní valec cez nasávací kanál popri otvorenom ventile (alebo viac ventilov) zmesou vzduchu a paliva (Pre motory s s priamym vstrekom paliva - GDI (Gasoline Direct Injection) sa nasáva čistý vzduch)
• 2. kompresia (stláčanie) - valec pri pohybe nahor stláča pracovnú náplň. (Pri GDI sa v tomto takte vstrekne palivo)

Tesne pred koncom zdvihu preskočí iskra a zapáli pracovnú náplň

• 3. spaľovanie a expanzia - stlačená zmes paliva a vzduchu horením expanduje a tlačí piest nadol
• 4. výfuk - spaliny sú vytláčané piestom z valca do výfukového potrubia cez výfukový kanál (ventily)

Existuje viac druhov štvordobých spaľovacích motorov. Okrem klasického štvordobého motora s tzv. Ottovým cyklom aj motory s Atkinsovým cyklom, Millerovým cyklom, atď.

Pracovný cyklus vznetového štvortaktného motora

• 1. nasávanie - pri pohybe piesta nadol sa plní valec cez nasávací ventil vzduchom
• 2. kompresia (stláčanie) - valec pri pohybe nahor stláča vzduch

Tesne pred koncom zdvihu sa vstrekne palivo, ktoré sa v horúcom stlačenom vzduchu vznieti

• 3. spaľovanie a expanzia - stlačená zmes paliva a vzduchu horením expanduje a tlačí piest nadol
• 4. výfuk - spaliny sú vytláčané piestom z valca do výfukového potrubia cez výfukový ventil

Priebeh skutočných taktov

Pre jednoduchšie pochopenie pracovného cyklu, v rôznych obrázkoch a animovaných schémach sa často používa zjednodušený predpoklad, že každý z taktov trvá polovicu otáčky kľukového hriadeľa t. j. presne jeden zdvih a začína a končí sa v úvrati piesta. V skutočnosti tomu tak nie je. Začiatok a koniec jednotlivých taktov riadi:

• otváranie a zatváranie kanálov rozvodu. Pre označenie týchto okamihov sa využíva poloha kľukového hriadeľa v stupňoch pred, alebo za príslušnou úvraťou.
• okamih zážihu, alebo vstreku paliva, ktoré sa tiež udávajú v stupňoch pred hornou úvraťou a nazývajú sa uhol predstihu zapaľovania a uhol predvstreku.
• dynamické podmienky prúdenia, ktoré sú závislé na režime práce motora.

Nasávanie, resp. plnenie (pri preplňovaných motoroch) trvá viac ako jeden zdvih (180°), pretože sací kanál sa otvára skôr ako piest dosiahne hornú úvrať a zatvára neskôr, ako dosiahne dolnú úvrať. Uhol otvorenia sacieho (plniaceho) kanálu môže prevýšiť 200°a dosiahnuť až 300° otočenia kľukového hriadeľa.

Kompresia trvá od okamihu uzatvorenia sacích kanálov po okamih zážihu, alebo vstreku. Jej trvanie je kratšie ako zdvih a dosahuje len 120 až 150°. V skutočnosti môže vplyvom dynamických javov prúdiacej náplne vo väčšine režimov nastať prekrytie týchto taktov, pretože v okamihu, keď piest smeruje k hornej úvrati a sací ventil je ešte otvorený, je pred ventilom vyšší tlak ako vo valci, a zároveň s dopĺňaním objemu valca prebieha aj stláčanie jeho náplne. Za nevhodných podmienok keď je tlak pred ventilom nižší samozrejme môže dôjsť k opačnému javu, že náplň ktorá už bola vo valci sa vytlačí späť do nasávacieho potrubia.

Spaľovanie sa neprejaví hneď po zapálení zmesi, alebo vstreknutí paliva, pretože chemické reakcie potrebujú istý čas na svoj rozvoj. Pri vznetových motoroch je tento čas tzv. prieťah vznietenia výrazne dlhší - 15° až 25°. Spaľovanie trvá určitý čas a v závislosti od režimu motora môže dohorievanie prebiehať aj hlboko počas expanzného zdvihu.

Expanzia a spaľovanie sú navzájom prepojené. Pre oddelenie taktov na účely výpočtu a modelovania sa za začiatok expanzie považuje okamih, keď sa vo valci dosiahne maximálny tlak. Expanzia končí otvorením výfukového kanálu, ktorý sa otvára ešte pred dosiahnutím dolnej úvrate.

Výfuk môže začínať v extrémnych prípadoch až 60° pred dolnou úvraťou a končiť až 80° po hornej úvrati takže trvá viac ako jedne zdvih. Môže trvať 190° až 320°. Ešte kým je výfukový ventil otvorený, otvára sa súčasne sací ventil a vytvára sa interval prekrytia ventilov, ktorý môže trvať až 120°.

Využitie

Benzínový (podľa typu použitého paliva) štvortaktný spaľovací motor je najpoužívanejším pohonným agregátom v súčasných osobných automobiloch.

Naftový štvortaktný spaľovací motor je najpoužívanejším pohonným agregátom v súčasných nákladných automobiloch. V poslednom období menšie prepĺňané naftové motory úspešne zvyšujú svoj podiel aj v segmente osobných automobilov.