Bensiinimootori tööpõhimõte autotööstuse põhitehnikas
Sädesüütega mootor (bensiinimootor) on sisepõlemismootori tüüp, mida kasutatakse kõige sagedamini kergsõidukites, näiteks mootorratastes ja sõiduautodes. Autotööstuse põhitõdedes on bensiinimootori tööpõhimõtete mõistmine oluline alus enne keerukamate süsteemide, näiteks elektroonilise kütuse sissepritse, heitgaaside kontrolli või rikete diagnoosimise juurde asumist. See artikkel käsitleb bensiinimootori põhimõisteid, selle töötsüklit, kriitilisi komponente ning tegureid, mis mõjutavad selle efektiivsust ja jõudlust.
Bensiinimootorite mõistmine ja põhimõisted
Bensiinimootorid töötavad nii, et bensiini keemiline energia muundatakse põlemise teel soojusenergiaks ja seejärel see energia muundatakse väntvõlli pöörlemise teel mehaaniliseks energiaks. See pöörlemine kandub seejärel jõuülekandele ja sõiduki ratastele.
Bensiinimootori eripäraks on see, et see süütab õhu ja kütuse segu süüteküünla sädeme abil. Seetõttu nimetatakse bensiinimootoreid sageli sädesüütega mootoriteks. Erinevalt diiselmootoritest, mis süttivad kõrge surve tõttu, vajavad bensiinimootorid sädeme tekitamiseks süütesüsteemi.
Autotööstuses on bensiinimootorid üldiselt kahte tüüpi: neljataktilised (4-taktilised) ja kahetaktilised (2-taktilised). Praegu on neljataktilised mootorid domineerivamad, kuna need on tõhusamad ja väiksema heitkogusega, samas kui kahetaktilised mootorid on lihtsamad, kuid raiskavad ja saastavad rohkem.
Bensiinimootori peamised komponendid
Tööpõhimõtte mõistmiseks peame teadma peamisi komponente, mis on põlemistsüklis otseselt seotud:
1. Silinder ja kolb: koht, kus toimuvad surve- ja põlemisprotsessid. Kolb liigub silindri sees üles ja alla.
2. Ühendusvarras (kolvivarras): ühendab kolvi väntvõlliga.
3. Väntvõll: muudab kolvi üles-alla liikumise pöördliikumiseks.
4. Silindripea: põlemiskambri, sisselaskeklapi, väljalaskeklapi, süüteküünla ja sisse-/väljalaskekanali asukoht.
5. Sisselaske- ja väljalaskeklapid: reguleerivad õhu-kütuse segu ja põlemisel tekkivate heitgaaside voolu.
6. Nukkvõll (nukkvõll): reguleerib klapi avamise ja sulgemise aega täpselt ajastusmehhanismi abil.
7. Kütusesüsteem: karburaator või sissepritse, moodustab õhu ja bensiini segu.
8. Süütesüsteem: toodab süüteküünla süütamiseks kõrgepinget.
9. Määrimissüsteem: vähendab hõõrdumist ja jahutab komponente.
10. Jahutussüsteem: hoiab mootori töötemperatuuri stabiilsena.
Kõik need komponendid töötavad tervikuna. Ükskõik millise neist rike võib vähendada jõudlust, suurendada kütusekulu või põhjustada tõsiseid kahjustusi.
Kuidas neljataktiline bensiinimootor töötab
Neljataktiline bensiinimootor läbib ühe töötsükli nelja kolvikäigu ja kahe väntvõlli pöördega. Need neli käiku on:
1. Sisselasketakti
Kolb liigub ülemisest surnud punktist (TDC) alumisse surnud punkti (BDC). Sel hetkel on sisselaskeklapp avatud ja väljalaskeklapp suletud. Kolvi liikumine alandab rõhku silindris, võimaldades õhu-kütuse segul siseneda silindrikambrisse läbi sisselaskekollektori.
Tänapäevastes sissepritsega mootorites siseneb õhk läbi drosselklapi, samal ajal kui bensiini pihustavad pihustid vastavalt ECU juhistele. Karburaatoriga mootorites moodustub segu rõhuerinevuste (Venturi efekt) abil.
2. Survekäik
Kolb liigub ülespoole BDC-st TDC-sse. Nii sisselaske- kui ka väljalaskeklapid on tihedalt suletud. Õhu-kütuse segu surutakse kokku, mis suurendab selle temperatuuri ja rõhku. Kokkusurumine on oluline, sest kokkusurutud segu tekitab süttimisel võimsama põlemise.
Survetakti lõpus, vahetult enne kolvi TDC-ni jõudmist, süttib süüteküünal. Seda ajastust nimetatakse süüteajastuseks ja see mõjutab oluliselt mootori võimsust ja efektiivsust.
3. Jõu-/laienduskäik
Pärast süüteküünla süttimist süttib õhu ja kütuse segu kiiresti, tekitades kõrge rõhu. See rõhk surub kolvi TDC-st BDC-sse. See on käik, mis tekitab peamise võimsuse. Kolvi liikumine kandub ühendusvarda kaudu väntvõllile.
Selles etapis peab ideaalne põlemine toimuma kontrollitud viisil. Kui põlemine on liiga kiire ja ebanormaalne, võib tekkida detonatsioon, mis on mootorile ohtlik.
4. Heitgaasikäik
Kolb liigub ülespoole alam- ja ülaastmest (BDC) ülemisse astmesse (TDC). Väljalaskeklapp avaneb, samal ajal kui sisselaskeklapp sulgub. Heitgaasid surutakse väljalaskekollektorisse ja väljalaskesüsteemi. Pärast gaaside vabanemist naaseb tsükkel sisselasketakti juurde.
Päris mootoris on olemas termin nimega klapi kattumine, mis tekib siis, kui sisselaskeklapp hakkab avanema, samal ajal kui väljalaskeklapp pole täielikult sulgunud. Kattumine aitab välja loputada jääkgaase ja suurendab mahulist efektiivsust antud pöörlemiskiirusel.
Kuidas kahetaktiline bensiinimootor töötab (lühike ülevaade)
Kahetaktiline mootor läbib ühe tsükli kahe kolvikäigu ja ühe väntvõlli pöördega. Sisselaske-, surve-, jõu- ja väljalaskeprotsessid kattuvad, tavaliselt kasutatakse silindri seinas olevaid avasid ventiilide asemel nagu neljataktilise mootori puhul.
Eelised: lihtne konstruktsioon ja suhteliselt suur võimsus töömahu kohta. Puudused: õli sagedane segunemine kütusega, vähem puhas põlemine, suurem kütusekulu ja suuremad heitgaasid. Heitgaasidega seotud probleemide tõttu on kahetaktilised mootorid tänapäeva sõidukites üha haruldasemad.
Bensiinimootori jõudlust mõjutavad tegurid
Autotööstuse põhitehnikas on bensiinimootori jõudlust ja efektiivsust määravad olulised tegurid järgmised:
1. Survesuhe
Kõrgemad surveastmed parandavad üldiselt termilist efektiivsust, kuid võivad potentsiaalselt põhjustada detonatsiooni, kui bensiini oktaanarv ei ole sobiv.
2. Õhu ja kütuse segu kvaliteet (AFR)
Ideaalne (stöhhiomeetriline) bensiinisegu on umbes 14,7:1 (õhk:kütus). Liiga rikas segu on raiskav ja suitsune, samas kui liiga lahja segu võib põhjustada mootori ülekuumenemist ja võimsuse kadu.
3. Süüte ajastus
Liiga varane või liiga hiline süüde vähendab võimsust ja suurendab kütusekulu. Kaasaegsed mootorid reguleerivad seda elektrooniliselt.
4. Süütesüsteemi seisukord
Kulunud süüteküünlad, nõrgad süütepoolid või vigane juhtmestik võivad põhjustada süütekatkestusi, suurenenud kütusekulu ja halbu heitgaase.
5. Masina mehaaniline seisukord
Kulunud kolvirõngaste või lekkivate ventiilide tõttu madal silindri surve põhjustab nõrka võimsust ja raskusi käivitamisel.
6. Jahutus- ja määrimissüsteem
Ülekuumenemine võib komponente kahjustada, samas kui halb määrimine kiirendab kulumist.
Järeldus
Bensiinimootori tööpõhimõte on sisuliselt õhu ja kütuse segu sisseimemine, kokkusurumine, süüteküünlaga energia tootmiseks süüte süütamine ja seejärel ülejäänud põlemisgaaside väljalaskmine. Neljataktilises bensiinimootoris toimub see tsükkel nelja järjestikuse kolvikäigu kaudu: sisselaske-, kokkusurumis-, võimsus- ja väljalasketaktsioon. Põhikomponentide, tsükli järjestuse ja põlemist mõjutavate tegurite mõistmine on väga kasulik autotööstuse põhitehnikate õppimisel – olgu selleks siis rutiinne hooldus, reguleerimine või tõrkeotsing.
Soovi korral võin lisada lihtsa illustratsiooni 4-taktilise tsükli kohta, 2- ja 4-taktiliste mootorite võrdlustabeli või õppematerjali punktide kaupa kokkuvõtte.
