Otto-motor

Az '''Otto-motor''' az első megvalósított négyütemű belsőégésű motor, amelyet [[Nikolaus August Otto]] készített 1876-ban. Világviszonylatban ez a belsőégésű motor terjedt el leginkább és üzemanyaga, a benzin miatt hívják sokkal inkább '''benzinmotornak'''. 
[[Kép:4-utemu-motor-mukodes-kozben.gif|framed|jobbra| Otto-motor]]

==Az Otto-motor működése ==

'''Az első ütem: a szívás'''

A lefelé haladó dugattyú maga után szívja a porlasztóból a benzin-levegő keveréket. A porlasztó által elporlasztott üzemanyaghoz megfelelő mennyiségű levegőt keverve, a kész elegy 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 mozgásakor a [[forgattyús tengely]] 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 forgattyús tengely 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: terjeszkedés (expanzió)

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, amely fél fordulat gyakorlatilag a motor hasznos munkája. (A további fordulatok csak a működés járulékos veszteségeként foghatók fel). A robbanás nyomán 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. A folyamat termodinamikai modellje az [[Otto-ciklus]] vagy Otto-körfolyamat.

===Megvalósított motorok===

A vázolt eredeti Otto-körfolyamat csak a korai, lassújárású motoroknál volt jellemző. 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 korszerű motoroknál 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 vezérműtengely, más néven bütyköstengely végzi. A szelep zárását és zárva tartását erős acélrugóval oldják meg (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.

===Olajozás===
====Szóró olajozás====
Főleg a régebbi típusú négyütemű motoroknál találunk ilyet.
Legelterjedtebb az a megoldás, amikor a szivattyú egy kis olajat szállít a forgattyúsházba.
Forgás közben a hajtókar felszórja az olajat a hengerfalra és a szétszórt olajköd keni a motor többi alkatrészét.
A vezérműlánc is segít, hogy a szelepek megfelelő kenést kapjanak.
Egyes helyekre furatokon jut el az olaj. Ez az olajozási mód kedvezőbb abból a szempontból, hogy mindig friss olajat kap a motor, de hátránya, hogy nem nagy nyomással kerül az egyes helyekre, és a hűtés nagyon kicsi.
Az olajtartályból csak egy cső vezet a motorba. 

====Cirkuláris nyomóolajozás====
Két csővezeték vezet a tartálytól a forgattyúsházig. Az olajat az olajszivattyú tartja keringésben. A szivattyú mindig újabb és újabb olajmennyiséget szállít, és az olajat nyomással kényszeríti a furatokon keresztül a kenésre váró helyekre. Mivel az olaj állandóan kering, mindig új olaj érkezik, a régi használt olaj a csapágyakból kifolyik, és a forgó hajtórúd felhordja a hengerfalra. A hengerfal tehát mindig ''szóróolajozást'' kap és a dugattyún lévő középső ''olajlehúzó gyűrű'' a felesleges olajat lehúzza a henger faláról.
A visszacsepegő olajat a forgattyús tengely szétveri, és a forgattyúsházban lévő ''olajköd'' keni a motor kisebb alkatrészeit és végül az olaj visszakerül a forgattyúsházba.

Ez az olajozás kétféle kivitelben készül:

* nedves karteres olajozás
** Az olajat a forgattyúsházban tároljuk, ilyenkor egy szivattyú is elég, mert a visszafolyó olaj mindig összegyűl a kartertér alján, és azt a szivattyú újból átnyomja a furaton a kenésre kerülő helyekre. Ilyenkor a forgattyúsházban tároljuk az olajat.

* száraz karteres olajozás
** Ennél a megoldásnál az olajat külön tartályban tároljuk, és két csővezeték vezet a tartálytól a forgattyúsházig. ilyen esetben két olajszivattyút építenek be, az egyik az olajat a szükséges helyekre nyomja, a másik mindig visszanyomja a forgattyúsház aljáról az olajtartályba. Két szivattyús megoldás esetében nem kell nagyra méretezni a karterteret.

===Vezérlés===

Felépítése szerint három típust különböztetünk meg:

*'''Alulvezérelt oldalszelepelt''' '''S.V.''' (Standing Valve = Álló szelepes)

A bütyköstengely alul van, a szelepek a hengerhez viszonyítva oldalt. Építés szempontjától ez a legkedvezőbb, de nagy hátránya, hogy az égéstér nagyobb része nem a henger (dugattyú) felett van, hanem a szelepek felett. A kedvezőtlen égéstér miatt manapság már nem, vagy csak igen ritkán készítik.

*'''Alulvezérelt felülszelepelt''' '''O.H.V''' (Overhead Valve = hengerfej feletti szelep)

A bütykös tengely alul van, de a szelepeket a legkedvezőbb égéstér kialakítás miatt felül helyezik el.
Felülszelepelt motor esetében a teljesítmény a S.V.-hez képest nagyobb. A szelepek mozgatása az alul lévő bütyköstengely által himba segítségével történik. A bütyök felnyomja a tolórudat, a himba egyik felét, a másik fele lenyomja a szelepet és a szelep kinyit. Ha a bütyök elfordul a rugó a szelepet visszahúzza. Ez a kialakítás helykihasználás szempontjából ugyan jobb, de a vezérlés többlet súlya miatt (a tolórudak és himbák tetemes súlytöbbletet, az egész vezérlés súlyának 15%-át is jelenthetik) nagyobb a teljesítményveszteség, azaz kevésbé hatékony.

*'''Felülvezérelt felülszelepelt''' '''O.H.C''' (Overhead Camshaft = felülfekvő vezérműtengely)

Felül helyezkedik el a szelep és a bütyköstengely is. Ez a legpontosabb és legelterjedtebb megoldás is.
A bütyköstengely hajtása a forgattyús tengelyről függőleges tengellyel ''(királytengely)'' vagy ''vezérműlánccal'', ''fogasszíjjal'' készül. Vezérműtengelyek száma szerint lehet:

**-''egy vezérműtengelyes'' '''S.O.H.C''' ( Single Overhead Camshaft = hengerfej feletti vezérműtengely)

Itt a vezérműtengely a hengerfejben helyezkedik el, így a motor nyomatékának nem kell egy tolórúd többletsúlyát is "legyőznie". Egy ilyen vezérlésnél a vezérműtengely bütykei vagy közvetlenül, vagy egy himbán keresztül működtetik a szelepeket. A legtöbb SOHC blokk hengerenként kétszelepes, de vannak gyártók akik készítenek hengerenként négyszelepes SOHC blokkokat is. Fontos belegondolni, hogy az SOHC blokkok hengerfejenként rendelkeznek egy vezérműtengellyel, így egy V8-as SOHC blokknak például két vezérműtengelye van!

**-''két vezérműtengelyes'' '''D.O.H.C''' ( Double Overhead Camshaft = dupla hengerfej feletti vezérműtengely)

A DOHC kialakítás a hengerenként négyszelepes elrendezés előnyeit használja ki. Viszont van hátránya is: előállítási költségek (több alkatrész, nagyobb ár), a rosszabb helykihasználás (a több tengelynek és szelepnek több hely is kell), és a szervizelés (kétszer annyi szelepet kell beállítani).

===A hagyományos Otto-motor szerkezeti elemei===

* Henger
* Dugattyú
* Forgattyús mechanizmus:
** Csapszeg
** Hajtórúd
** Forgattyús tengely
** Lendítőkerék
* Szelepvezérlés
** Vezértengely (bütykös tengely)
** Szelepek
* Gyújtás rendszere
** Gyújtógyertya
** Elektromos szikrát előállító szerkezet
* Porlasztó, karburátor vagy üzemanyag befecskendező szerkezet
A teljesítménynövelés és hatásfokjavítás idővel további alkatrészekkel bővítette a szerkezetet, pl. [[turbófeltöltő]].

===A motorok felosztása===

A motor egy- vagy többhengeres. Ma csak az egészen kis teljesítményű motorok készülnek egy hengerrel.
A többhengeres motorok hengerei igen változatos elrendezésűek lehetnek:
* '''Soros''' – a hengerek egy egyenes mentén, párhuzamosan, egy irányban dolgoznak. A legtöbb motor ilyen, főleg a kis lökettérfogatúak.

* '''Boxer''' – a hengerek egy egyenes mentén, párhuzamosan, egymással szembe dolgoznak. A legismertebb gyártó a [[Porsche]] és a [[Subaru]], motorkerékpároknál a [[BMW]].

* '''V''' – a hengerek két szöget bezáró egyenes mentén, soronként párhuzamosan és egy irányban dolgoznak, két-két [[dugattyú]] kapcsolódik egy [[hajtókarcsap]]hoz. Általában nagyobb lökettérfogattal rendelkező motorokra jellemző.

* '''Kiforgatott''' – ránézésre soros vagy V motor /hengerszögtől függ, hogy egy vagy két hengerfejet alkalmaznak/, de az egymással szemben lévő dugattyúk külön hajtókarcsapokra dolgoznak, lényegében a Boxer motor is ez.

* '''H''' – lényegében 2 különálló motor fektetve,egymáshoz képest 180 fokosan elforgatva,összehangolva. Csak a váltó köti össze a motorokat. Mindkét motornak saját főtengelye,és vezérműtengelye van. Régebben, a Formula–1-ben alkalmazták, amíg nem szabták meg a hengerek V-alakban való elrendezését.

* '''W''' – 2 db V-motor, egymás mögött elhelyezve. 12 vagy 16 hengeres kocsikban alkalmazzák; például a [[Volkswagen]] konszernnél. Valamint folynak kísérletek egy főtengelyes, 3 sorban elhelyezett dugattyús motorral is.

* '''[[csillagmotor|Csillag]]''' – a hengerek egy körvonal kerületén egyenlő távolságban találhatóak. A főtengely a középpontba van szerelve, valamennyi [[dugattyú]] egy [[hajtókarcsap]]hoz kapcsolódik. Főleg kisebb repülőgépekben alkalmazzák. Egyik jeles gyártója a [[Bentley]].

*'''[[Wankel-motor]]''' – bolygódugattyús motornak is hívják. A dugattyúk háromszög alakúak, az élük íves. A henger (köpeny) formája úgy néz ki, mint egy nulla, ebben egy excenter tengely segítségével bolyong a dugattyú. A dugattyú három csúcsa mindig érintkezik a dugattyú falával, a köpennyel, hiszen ez zárja el a különböző ütemeket egymástól.

==Források, hivatkozások==
* [http://hu.wikipedia.org/wiki/Otto-motor Otto-motor a magyar Wikipédián]
* [http://www.auto.bme.hu/segedletek BME Gépjárművek tanszék oktatási segédletei]
* [http://www.keveney.com/otto.html Animált motorok: Otto-motor]
* [http://www.zoldauto.info/technologiak/benzinmotor Zöldautó.info - Benzinmotor működése és környezeti hatásai]

[[Kategória:Műhely]]