بیشتر موتورهای بنزینی از نوع پیستونی و سیلندری رفت و برگشتی هستند. اجزای اصلی موتور پیستونی و سیلندری در شکل زیر نشان داده شده است. تقریباً تمام موتورهای این نوع از چرخه چهار زمانه یا دو زمانه پیروی می کنند.
چرخه چهار زمانه
از میان تکنیک‌های مختلف برای بازیابی توان حاصل از فرآیند احتراق، مهم‌ترین آنها تاکنون چرخه چهار زمانه بوده است، مفهومی که اولین بار در اواخر قرن نوزدهم توسعه یافت. چرخه چهار زمانه در شکل زیر نشان داده شده است. با باز بودن دریچه ورودی، پیستون ابتدا در مسیر ورودی پایین می آید. مخلوط قابل اشتعال بخار بنزین و هوا توسط پیش خلاء ایجاد شده به داخل سیلندر کشیده می شود. مخلوط با بالا رفتن پیستون در ضربه تراکم با هر دو سوپاپ بسته فشرده می شود.
با نزدیک شدن به پایان ضربه، بار توسط یک جرقه الکتریکی مشتعل می‌شود. کورس قدرت با هر دو سوپاپ همچنان بسته و فشار گاز، به دلیل انبساط گاز سوخته، با فشار بر روی سر پیستون یا تاج ادامه می یابد. در طول مرحله اگزوز، حرکت رو به بالا پیستون مواد مصرف شده در احتراق را از طریق دریچه اگزوز باز وارد می کند. سپس چرخه تکرار می شود. بنابراین، هر سیکل به چهار حرکت پیستون - ورودی، فشرده سازی، قدرت و اگزوز - و دو دور چرخش میل لنگ نیاز دارد. نقطه ضعف چرخه چهار زمانه این است که فقط نیمی از تعداد ضربات کورس قدرت در چرخه دو زمانه تکمیل می شود و تنها نیمی از قدرت را می توان از یک موتور با اندازه معین در یک سرعت کار معین انتظار داشت. با این حال، چرخه چهار زمانه، پاکسازی بیشتری از گازهای خروجی اگزوز (گازروبی) و بارگیری مجدد سیلندرها را فراهم می کند.
چرخه دو زمانه اصلی تراکم و کورس قدرت چرخه چهار زمانه بدون حرکت ورودی و خروجی انجام می‌شود، بنابراین برای تکمیل چرخه، تنها به یک چرخش میل لنگ نیاز است. مخلوط سوخت تازه از طریق ورودی های جانبی توسط یک دمنده چرخشی در موتور چرخه دو زمانه از نوع یک جریانه به داخل سیلندر وارد می شود. گازهای خروجی از سوپاپ های لوله ای در سرسیلندر عبور می‌کنند که توسط مکانیزم بادامک باز و بسته می‌شوند. سوپاپ ها زمان بندی شده اند تا پس از کاهش محسوس فشار سیلندر، شروع به باز شدن به سمت انتهای کورس قدرت کنند. دریچه های ورودی در دیواره سیلندر پس از اینکه دریچه اگزوز فشار سیلندر به فشار ورودی تولید شده توسط دمنده را کاهش می دهد، شروع به باز شدن می کنند. دریچه های اگزوز اجازه دارند تا برای چند درجه چرخش میل لنگ پس از پوشاندن دریچه های ورودی توسط پیستون بالارونده در حرکت فشاری باز بمانند، بنابراین تداوم جریان اجازه می دهد تا سیلندر را به طور کامل تری گازروبی بشود. ضربات تراکم و قدرت مشابه موتورهای چهار زمانه است. یک مدل ساده از موتور چرخه دو زمانه چند سال بعد (در سال 1891 معرفی شد) با استفاده از فشرده سازی میل لنگ برای پمپ کردن شارژ تازه به داخل سیلندر ساخته شد. این موتور به جای دریچه های ورودی که به طور کامل در اطراف دیواره سیلندر پایینی امتداد می یابد، دریچه های ورودی دارد که فقط در نیمه دور وجود دارند.
مجموعه دوم دریچه ها کمی بالاتر در دیواره سیلندر در نیمه دیگر سوراخ سیلندر شروع می شود. این دریچه های بزرگتر به سیستم اگزوز منتهی می شوند. دریچه های ورودی به یک مسیر انتقال منتهی به میل لنگ کاملاً بسته متصل می شوند. یک سوپاپ ورودی فنری، هوا را در حرکت رو به بالا یا فشاری ضربه ای پیستون وارد میل لنگ می کند. هوای محبوس شده در میل لنگ با پایین آمدن پیستون در طول کورس قدرت آن فشرده می شود. بنابراین پیستون دریچه های اگزوز را قبل از تمام شدن کورس قدرت باز می کند و کمی بعد دریچه ورودی یا انتقال را در طرف مقابل سیلندر باز می کند تا مخلوط تازه فشرده شده را از میل لنگ وارد کند. صفحه بالایی پیستون به گونه ای طراحی شده است که یک انحراف ساز یا موج گیر (بافل) ایجاد کند که بار تازه را در سمت ورودی سیلندر به سمت بالا و سپس در سمت اگزوز به سمت پایین هدایت می کند، بنابراین گازهای مصرف شده چرخه قبلی را از طریق دریچه اگزوز به بیرون هدایت می کند.
این جریان خروجی پس از پوشاندن دریچه های ورودی توسط پیستون بالا رونده روی ضربه تراکم ادامه می یابد تا زمانی که دریچه های اگزوز پوشانده شده و فشرده سازی بار تازه آغاز شود. این فرآیند بارگذاری، به نام حلقه گازروبی، ساده ترین روش شناخته شده برای جایگزینی گازهایی خروجی از اگزوز با یک مخلوط تازه و ایجاد یک چرخه تنها با ضربات فشرده سازی و قدرت است. چنین سیستمی در بسیاری از موتورهای بنزینی کوچک استفاده می شود. یک نقطه ضعف این است که جریان برگشتی گازها باعث از دست رفتن جزئی مخلوط ورودی تازه از طریق دریچه های اگزوز می شود. با تجهیز آنها به سیستم های تزریق سوخت به جای کاربراتور و تزریق مستقیم سوخت به سیلندرها پس از گازروبی، می توان از تلفات آن جلوگیری کرد. چنین ترتیبی به عنوان وسیله ای برای دستیابی به توان خروجی بالا از یک موتور نسبتا کوچک جذاب است و توسعه توربوشارژر برای این کاربرد نوید بهبود بیشتری را دارد.
بیشتر موتورهای بنزینی از نوع پیستونی و سیلندری رفت و برگشتی هستند. اجزای اصلی موتور پیستونی و سیلندری در شکل زیر نشان داده شده است. تقریباً تمام موتورهای این نوع از چرخه چهار زمانه یا دو زمانه پیروی می کنند.
چرخه چهار زمانه
از میان تکنیک‌های مختلف برای بازیابی توان حاصل از فرآیند احتراق، مهم‌ترین آنها تاکنون چرخه چهار زمانه بوده است، مفهومی که اولین بار در اواخر قرن نوزدهم توسعه یافت. چرخه چهار زمانه در شکل زیر نشان داده شده است. با باز بودن دریچه ورودی، پیستون ابتدا در مسیر ورودی پایین می آید. مخلوط قابل اشتعال بخار بنزین و هوا توسط پیش خلاء ایجاد شده به داخل سیلندر کشیده می شود. مخلوط با بالا رفتن پیستون در ضربه تراکم با هر دو سوپاپ بسته فشرده می شود.
با نزدیک شدن به پایان ضربه، بار توسط یک جرقه الکتریکی مشتعل می‌شود. کورس قدرت با هر دو سوپاپ همچنان بسته و فشار گاز، به دلیل انبساط گاز سوخته، با فشار بر روی سر پیستون یا تاج ادامه می یابد. در طول مرحله اگزوز، حرکت رو به بالا پیستون مواد مصرف شده در احتراق را از طریق دریچه اگزوز باز وارد می کند. سپس چرخه تکرار می شود. بنابراین، هر سیکل به چهار حرکت پیستون - ورودی، فشرده سازی، قدرت و اگزوز - و دو دور چرخش میل لنگ نیاز دارد. نقطه ضعف چرخه چهار زمانه این است که فقط نیمی از تعداد ضربات کورس قدرت در چرخه دو زمانه تکمیل می شود و تنها نیمی از قدرت را می توان از یک موتور با اندازه معین در یک سرعت کار معین انتظار داشت. با این حال، چرخه چهار زمانه، پاکسازی بیشتری از گازهای خروجی اگزوز (گازروبی) و بارگیری مجدد سیلندرها را فراهم می کند.
چرخه دو زمانه اصلی تراکم و کورس قدرت چرخه چهار زمانه بدون حرکت ورودی و خروجی انجام می‌شود، بنابراین برای تکمیل چرخه، تنها به یک چرخش میل لنگ نیاز است. مخلوط سوخت تازه از طریق ورودی های جانبی توسط یک دمنده چرخشی در موتور چرخه دو زمانه از نوع یک جریانه به داخل سیلندر وارد می شود. گازهای خروجی از سوپاپ های لوله ای در سرسیلندر عبور می‌کنند که توسط مکانیزم بادامک باز و بسته می‌شوند. سوپاپ ها زمان بندی شده اند تا پس از کاهش محسوس فشار سیلندر، شروع به باز شدن به سمت انتهای کورس قدرت کنند. دریچه های ورودی در دیواره سیلندر پس از اینکه دریچه اگزوز فشار سیلندر به فشار ورودی تولید شده توسط دمنده را کاهش می دهد، شروع به باز شدن می کنند. دریچه های اگزوز اجازه دارند تا برای چند درجه چرخش میل لنگ پس از پوشاندن دریچه های ورودی توسط پیستون بالارونده در حرکت فشاری باز بمانند، بنابراین تداوم جریان اجازه می دهد تا سیلندر را به طور کامل تری گازروبی بشود. ضربات تراکم و قدرت مشابه موتورهای چهار زمانه است. یک مدل ساده از موتور چرخه دو زمانه چند سال بعد (در سال 1891 معرفی شد) با استفاده از فشرده سازی میل لنگ برای پمپ کردن شارژ تازه به داخل سیلندر ساخته شد. این موتور به جای دریچه های ورودی که به طور کامل در اطراف دیواره سیلندر پایینی امتداد می یابد، دریچه های ورودی دارد که فقط در نیمه دور وجود دارند.
مجموعه دوم دریچه ها کمی بالاتر در دیواره سیلندر در نیمه دیگر سوراخ سیلندر شروع می شود. این دریچه های بزرگتر به سیستم اگزوز منتهی می شوند. دریچه های ورودی به یک مسیر انتقال منتهی به میل لنگ کاملاً بسته متصل می شوند. یک سوپاپ ورودی فنری، هوا را در حرکت رو به بالا یا فشاری ضربه ای پیستون وارد میل لنگ می کند. هوای محبوس شده در میل لنگ با پایین آمدن پیستون در طول کورس قدرت آن فشرده می شود. بنابراین پیستون دریچه های اگزوز را قبل از تمام شدن کورس قدرت باز می کند و کمی بعد دریچه ورودی یا انتقال را در طرف مقابل سیلندر باز می کند تا مخلوط تازه فشرده شده را از میل لنگ وارد کند. صفحه بالایی پیستون به گونه ای طراحی شده است که یک انحراف ساز یا موج گیر (بافل) ایجاد کند که بار تازه را در سمت ورودی سیلندر به سمت بالا و سپس در سمت اگزوز به سمت پایین هدایت می کند، بنابراین گازهای مصرف شده چرخه قبلی را از طریق دریچه اگزوز به بیرون هدایت می کند.
این جریان خروجی پس از پوشاندن دریچه های ورودی توسط پیستون بالا رونده روی ضربه تراکم ادامه می یابد تا زمانی که دریچه های اگزوز پوشانده شده و فشرده سازی بار تازه آغاز شود. این فرآیند بارگذاری، به نام حلقه گازروبی، ساده ترین روش شناخته شده برای جایگزینی گازهایی خروجی از اگزوز با یک مخلوط تازه و ایجاد یک چرخه تنها با ضربات فشرده سازی و قدرت است. چنین سیستمی در بسیاری از موتورهای بنزینی کوچک استفاده می شود. یک نقطه ضعف این است که جریان برگشتی گازها باعث از دست رفتن جزئی مخلوط ورودی تازه از طریق دریچه های اگزوز می شود. با تجهیز آنها به سیستم های تزریق سوخت به جای کاربراتور و تزریق مستقیم سوخت به سیلندرها پس از گازروبی، می توان از تلفات آن جلوگیری کرد. چنین ترتیبی به عنوان وسیله ای برای دستیابی به توان خروجی بالا از یک موتور نسبتا کوچک جذاب است و توسعه توربوشارژر برای این کاربرد نوید بهبود بیشتری را دارد.
پمپ اسلاری یا دوغاب چیست؟