Εισαγωγή, συμπίεση, καύση και εκτόνωση... τι σημαίνουν όλα αυτά;

Πολλές φορές διαβάζουμε στα χαρακτηριστικά ενός κινητήρα ότι είναι τετράχρονος, το βλέπουμε μάλιστα σημειωμένο και ως 4T. Tι σημαίνει όμως αυτό; Τι είναι ένας τετράχρονος κινητήρας και πως λειτουργεί; Με αυτό θα καταπιαστούμε στο θέμα που ακολουθεί, προσπαθώντας μια όσο πιο απλή προσέγγιση.

Τι είναι ο τετράχρονος κινητήρας;

Ως τετράχρονο, ονομάζουμε έναν κινητήρα, ο οποίος ολοκληρώνει μια φάση λειτουργίας του, σε τέσσερις χρόνους. Για να το  κάνουμε όσο πιο απλό μπορούμε, σκεφτείτε την ανθρώπινη αναπνοή, ή οποία ως διαδικασία ολοκληρώνεται σε δύο χρόνους, εισπνοή και εκπνοή, για να αρχίσει αμέσως ένας νέος κύκλος. Το ίδιο συμβαίνει και σε έναν κινητήρα, υπάρχουν μάλιστα χρόνοι που προσομοιάζουν την εισπνοή και την εκπνοή, οι οποίοι ονομάζονται εισαγωγή και εξαγωγή και θα μιλήσουμε για αυτούς αναλυτικά πιο κάτω.

Τα βασικά μέρη ενός τετράχρονου κινητήρα



Είναι απαραίτητο να εξηγήσουμε την δομή και τα μέρη ενός τετράχρονου κινητήρα, πριν φτάσουμε στο πως αυτός λειτουργεί. Φανταστείτε λοιπόν έναν κύλινδρο, μέσα στον οποίο παλινδρομεί ένα στοιχείο το οποίο ονομάζεται έμβολο ή πιστόνι. Το πιστόνι είναι επίπεδο στο πάνω μέρος του και εφάπτεται στα τοιχώματα του κυλίνδρου που το περιβάλλουν. Στην κάτω πλευρά του πιστονιού, υπάρχει ένας αρθρωτός σύνδεσμος (διωστήρας ή μπιέλα) ο οποίος στο άλλο άκρο του συνδέεται με τον στρόφαλο. Ο στρόφαλός είναι ένας περιστρεφόμενος άξονας ο οποίος επιτρέπει στο πιστόνι την παλινδρομική του κίνηση μέσα στον κύλινδρο. Στην κορυφή του κυλίνδρου, υπάρχουν δύο τουλάχιστον βαλβίδες, οι οποίες ανοιγοκλείνουν σε συγκεκριμένους προκαθορισμένους χρόνους.



Πρώτος χρόνος: Εισαγωγή

Η πρώτη φάση, ο πρώτος χρόνος λειτουργίας δηλαδή του τετράχρονου κινητήρα, ονομάζεται εισαγωγή. Το πιστόνι σε αυτή την φάση βρίσκεται στο ανώτερο σημείο της διαδρομής του, κοντά στις βαλβίδες, στην κορυφή του κυλίνδρου και αρχίζει την διαδρομή του προς τα κάτω, δημιουργώντας υποπίεση μέσα στον κύλινδρο. Τότε, ενώ το πιστόνι κατεβαίνει, ανοίγει η βαλβίδα ή οι βαλβίδες της εισαγωγής που επικοινωνούν με το σύστημα τροφοδοσίας του κινητήρα και καύσιμο μίγμα εισέρχεται στον κύλινδρο. Η φάση της εισαγωγής, ολοκληρώνεται όταν το πιστόνι φθάσει στο κατώτερο άκρο της διαδρομής του, χαμηλά στον κύλινδρο

Δεύτερος χρόνος: Συμπίεση

Το πιστόνι αρχίζει και πάλι την ανοδική του πορεία προς την κορυφή του κυλίνδρου. Οι βαλβίδες είναι όλες κλειστές και ο κύλινδρος “σφραγισμένος”, οπότε το καύσιμο μίγμα συμπιέζεται όλο και περισσότερο, καθώς το πιστόνι το σπρώχνει προς τα πάνω. Όταν το πιστόνι φθάσει στο ανώτερο σημείο της διαδρομής του, ο χρόνος της συμπίεσης έχει ολοκληρωθεί και το καύσιμο μίγμα βρίσκεται στο μέγιστο της πυκνότητας και της θερμοκρασίας του.

Τρίτος χρόνος: Καύση

Την στιγμή λοιπόν που το πιστόνι έχει φτάσει στην κορυφή της διαδρομής του, παράγεται ένας σπινθήρας από το (ή τα, καθότι μπορεί να είναι δύο) μπουζί, που βρίσκεται ή βρίσκονται στην κεφαλή, ανάμεσα στις βαλβίδες. Οι οποίες βαλβίδες παρεμπιπτόντως, παραμένουν κλειστές και σε αυτή τη φάση λειτουργίας του κινητήρα. Με τον σπινθήρα από το μπουζί, τα καύσιμο μίγμα αναφλέγεται και η εκτόνωση των αεριών που παράγονται (ουσιαστικά πρόκειται για μια mini –έκρηξη!) σπρώχνει βίαια το πιστόνι προς τα κάτω. Αυτή είναι η μοναδική παραγωγική φάση του κινητήρα, ο χρόνος στον οποίο παράγεται ισχύς. Το “σπρώξιμο” του πιστονιού προς τα κάτω, γυρίζει τον στρόφαλο, ο οποίος με την σειρά του γυρίζει το κιβώτιο ταχυτήτων και στην συνέχεια την αλυσίδα (ή τον ιμάντα ή τον άξονα) και τέλος, τον πίσω τροχό.   

Τέταρτος χρόνος: Εξαγωγή

O τέταρτος χρόνος, αυτός που ολοκληρώνει έναν κύκλο λειτουργίας του 4T, ονομάζεται εξαγωγή. Τα αέρια από την καύση του μίγματος, έχουν “σπρώξει” το πιστόνι στο κατώτερο σημείο της διαδρομής και τώρα είναι έτοιμο να αρχίσει την ανοδική του πορεία. Στην κεφαλή ανοίγει μια (ή δύο αν πρόκειται για τερτραβάλβιδο) βαλβίδα, αυτή που ονομάζεται “εξαγωγής” και η οποία επικοινωνεί με την εξάτμιση. Το πιστόνι ανεβαίνοντας ωθεί τα αέρια της καύσης, τα οποία βρίσκουν έξοδο από την βαλβίδα εξαξωγής, οδηγούμενα στην εξάτμιση και από εκεί, στο περιβάλλον. Όταν το πιστόνι φτάσει στο υψηλότερο σημείο της διαδρομής του ολοκληρώνεται αυτός ο τελευταίος χρόνος της λειτουργίας του μοτέρ. Τώρα η βαλβίδα εξαγωγής κλείνει, ενώ ανοίγει αυτή της εισαγωγής, μπαίνοντας στην αντίστοιχη πρώτη φάση λειτουργίας του τετράχρονου κινητήρα.