Otomobillerden motosikletlere, modern içten yanmalı motorların büyük çoğunluğu 4 zamanlı prensibe göre çalışır. Bu döngü, motorun temel nefes alıp verme ritmidir. Peki bir benzinli motor, yakıtı nasıl hareket enerjisine dönüştürür? Gelin, bu mühendislik harikasının dört temel adımını birlikte inceleyelim.
4 zamanlı motor, bir güç strokunun (iş) oluşması için pistonun iki kez yukarı, iki kez aşağı hareket ettiği (toplam 4 strok) ve krank milinin iki tam tur döndüğü motordur. Bu döngü, 1876'da Nikolaus Otto tarafından verimli bir şekilde geliştirildiği için "Otto Çevrimi" olarak da bilinir.
Her bir zaman, pistonun silindir içindeki tek yönlü hareketini ifade eder. İşte motorun kalp atışını oluşturan o dört evre:
Piston, üst ölü noktadan (ÜÖN) alt ölü noktaya (AÖN) doğru hareket eder. Bu hareket silindir içinde bir vakum (alçak basınç) oluşturur. Aynı anda emme supabı açılır ve hava-yakıt karışımı (benzinli motorlarda) veya sadece hava (dizel motorlarda) silindire dolar. Egzoz supabı ise kapalıdır.
Piston, alt ölü noktadan üst ölü noktaya doğru yükselir. Bu sırada her iki supap da kapalıdır. Silindir içine alınan hava-yakıt karışımı piston tarafından sıkıştırılır. Bu sıkıştırma, hem karışımın sıcaklığını ve basıncını artırır hem de sonraki ateşleme için ideal koşulları hazırlar. Sıkıştırma oranı (\( \epsilon = V_{max} / V_{min} \)) motorun verimliliğini doğrudan etkiler.
Piston üst ölü noktaya yaklaşmışken, benzinli motorda buji kıvılcım çakar. Sıkışmış ve ısınmış karışım hızla yanar ve patlar. Oluşan yüksek basınçlı gazlar pistonu aşağıya doğru iter. Bu, motordaki tek faydalı işin yapıldığı zamandır. Pistonun bu itme gücü, biyel kolu vasıtasıyla krank miline iletilir ve dönme hareketine çevrilir. Dizel motorlarda ise buji yerine, yüksek basınçla enjekte edilen yakıt, sıkışmış sıcak havada kendiliğinden yanar.
İş zamanı tamamlandığında, piston tekrar yukarı doğru hareket etmeye başlar. Bu sırada egzoz supabı açılır. Pistonun yukarı hareketi, yanmış ve enerjisi alınmış atık gazları silindirden dışarı iter. Atık gazlar egzoz manifoldundan geçerek egzoz sistemine ve atmosfere ulaşır. Zamanın sonunda egzoz supabı kapanır, emme supabı açılmak üzere hazırlanır ve döngü yeniden başlar.
Bu dört zaman sürekli ve döngüsel olarak tekrarlanır. Krank milinin her iki tam turunda bir iş (güç) stroku üretilir. Bu sistem, yakıt verimliliği, emisyon kontrolü ve düşük titreşim açısından 2 zamanlı motorlara göre daha avantajlıdır. Günümüzdeki teknolojik gelişmeler (değişken supap zamanlama, turboşarj vb.) hep bu temel Otto çevriminin verimliliğini daha da artırmak için yapılmaktadır.
Sonuç olarak, her araç çalıştığında, bu dört temel evre saniyede yüzlerce kez sessizce ve kusursuzca tekrarlanarak bizi yolda ilerletir. Motor, gerçekten de modern dünyanın ritmini belirleyen mekanik bir kalptir.
