Forbrenningsmotorens 7 funksjoner

De fleste er kjent med de gamle benevnelsene til Ottomotorens 4 takter. Når man utvider tankegangen kan man tenke seg at motoren har totalt 7 funksjoner.

En stempelmotor er enkelt sett en luftpumpe med en termodynamisk prosess.
Den mekaniske kraften motoren har er parallel med mengden luft/drivstoff som overføres til mekanisk energi minus tapet i overføringsprosessen, og det mekaniske tapet for å drive motoren.
For å få til en effektiv forbrenning er det 7 prosesser som må fungere optimalt. Motoren er ikke bedre enn den svakeste prosessen, derfor vil trimming av en stempelmotor være relativt omfattende.

skunk

1. Innsugs takten: Starter i det eksosventilen lukker etter ventil overlapp. Stempelet lager et undertrykk i sylinderen og luften foran innsugningsventilen begynner å bevegee seg.  Undertrykket som oppstår pga bevegelse er høyest ved rundt 75* etter TDC da har stempelet oppnådd den høyeste hastigheten. “Maxspeed”

2. Innsugs fløde: Fra luften i innsugsrørene er i bevegelse og luft strømmer inn i sylinderen til innsugsventilen lukker.
Fra bevegelsesligningen Ek=1/2mv^2 ser vi at energien på luftstrømmen er avhengig av luft tetthet (tyngde) og farten. Desto høyere energi, desto senere kan vi vente med å lukke innsugsventilen når trykket P2 i sylinderen øker igjen etter stempelet har passert nedre dødpunkt.

3. Kompresjon: Når begge ventilene er lukket og stempelet presser luft/bensinblandingen sammen. Her virker kammens åpningstid inn på det totale dynamiske kompresjonen. Om kammen lukker tidlig vil ventilen stenge for luften som passerer ventilen, og man vil oppnå en dårligere fylling, men maksimal komprimering. Stenger kammen for sent vil luften blåses ut av innsugsventilen og man tømmer sylinderen for luft før ventilen lukkes.

En kam som lukker ventilene sent i innsugningsyklusen vil fungere best på høyere turtall.
Den opprinnelige formen for Newtons andre lov sier at:
“Netto kraft som virker på en gjenstand er lik forandringen over tiden av bevegelsesmengden. Dersom massen til objektet er konstant, innebærer denne loven at akselerasjon av et legeme er direkte proporsjonal med nettokraft som virker på det, er i retning av denne nettokraften, og er omvendt proporsjonal med massen av objektet”.Det fra bevegelses ligningen Energi (Ek) ser vi at kraften øker med kvadratet av farten og vi kan tenke oss at stempelet bruker lenger tid på å bremse luften dersom farten er høy.
Stempelethastigheten virker på lufthastigheten og forholdet mellom trykket P1 og P2. Trykket før ventil og etter ventil.  Så lenge hastigheten på luften i rørene er tilstrekkelig høy så kreves en lenger tid for stempelet til å bremse luften ned før ventilen lukker på vei opp i sylinderen.
Og på denne tiden kan man oppnå en fylling som er høyere enn sylinderens volum. På lavt turtall med lav stempelhastighet vil luften blø ut av sylinderen dersom lufthastigheten er lav fordi strømningsretningen snur.

 4. Forbrenning og utvidelse: Starter når tennpluggen har antent blandingen, og slutter når eksosventilen åpner. Tennpluggen tenner rett før TDC og tidspunktet avhenger av motorens turtall og drivstoffets brennhastighet i sylinderen. Den ideelle forbrenningen av den atomiserte bensinblandingen har en kort varighet der utgjør den den høyest oppnåelige motoreffekten. Variabler som utgjør forbrenningen og utvidelsen:

-Stempelets utforming I stempeltoppen og forbrenningskammeret, derav formen disse to utgjør. Det vil si plassen og formen imellom forbrenningskammer og stempeltoppen.

-plasseringen av tennpluggen i forhold til utformingen av dette området.

-tenningstidspunkt og tilgjengelig tid for forbrenning, noe som er turtallsavhengig.

-motorens geometri

-total trykk I sylinderen samt temperatur.

-drivstoff verdier, forbrenningshastighet.

5. Eksos utblåsing: Starter når eksosventilen åpner og slutter når stempelet stopper momentant “BDC” ideelt sett kan eksosventilens åpningstid forsinkes om eksosporten og eksosventilen er designet for dette. Man ønsker å hindre eksosgasser å snu strømningsretning. Reversering av eksos senker mengden oksygen i innsugsrørene og øker temperaturen. Turbomotorer kan se dette fenomenet som et resultat av baktrykk.  Eksosportens form og strømingskapasitet er viktig for en effektiv tømming av sylinderen.

6. Eksos strøming: Starter når stempelet er på vei opp fra “BDC” og slutter Idet innsugsventilen åpner det ideelle slutt tilfellet I denne prosessen er at sylindertrykket er relativt mindre enn trykket bak den stengte innsugsventilen på denne sylinderen. Noe som påvirker denne funksjonen er portens kapasitet og areal. Eksosgassene må opprettholde en høy hastighet under tømming av sylinderen for å fungere effektivt. Derfor er det så viktig at portens størrelse er tilpasset motorens geometri og bruksområde.

tech_tips-14

7. Ventil overlapp: Starter etter innsugsventilen åpner og slutter når eksosventilen er totalt lukket. Begge ventilene I og E vil i en kort periode stå åpne samtidig, Energien eller dragsuget fra eksosporten vil da hjelpe til med fylling av ny luft i sylinderen.
Et annet tema her er akustikk, eller lydbølger som reflekteres ved hver åpning på motoren og kan bidra med økt fylling.

Elementer som påvirker denne fasen:

Forbrenningskammeret og stempelets utforming.

-Eksossystemets resonans(evne til å skape et sug,.

-Trykket og temperaturen i sylinderen og innsugs/eksosportene.

-Plenumets evne til å utjevne motorens innsugspulser utforming av innsugsarmen innsugets geometri, grenrørets geometri.

-Innsugets og eksosportens kapasitet.

Forkortelser:
TDC – Top Dead Center. Stempelets øvre posisjon i sylinderen før den snur retning.
BDC – Bottom Dead Center. Stempelets nedre posisjon i sylinderen før den snur retning.