Co je 4-taktní motor? / Jak funguje čtyřtaktní motor?

motory jsou nejrozšířenější po celém světě pro četné aplikace. Používají se v různých vozidlech, jako jsou autobusy, nákladní automobily, dodávky a motocykly atd. Existují různé typy motorů a jedním z nich je čtyřtaktní motor. Podle počtu zdvihů pístu mají motory dva hlavní typy, které jsou:

1. 2-zdvih motoru
2. 4-taktní motor

v předchozím článku jsme diskutovali o 2-taktním motoru. Proto se v tomto článku budeme zabývat především čtyřtaktním motorem.

co je čtyřtaktní motor?

4-taktní motor je IC motor, který používá čtyři zdvihy pístu k dokončení pracovního cyklu. Přeměňuje tepelnou energii paliva na užitečnou mechanickou práci v důsledku pohybu pístu nahoru a dolů. Proto patří do kategorie pístového motoru.

čtyřtaktní motor dokončí výkonový cyklus po dokončení dvou otáček klikového hřídele a 4 zdvihů pístu. Tyto motory se nejčastěji používají v různých vozidlech, jako jsou lehké nákladní automobily, autobusy, dodávky, auta atd.

v tomto pístovém motoru dochází ke stlačování v důsledku pohybu pístu nahoru a dolů.

hlavní rozdíl mezi 2-taktními a 4-taktními motory spočívá v tom, že 2-taktní motor dokončí pracovní cyklus pouhými dvěma zdvihy, zatímco čtyřtaktní motor dokončí pracovní cyklus čtyřmi zdvihy pístu. 2-taktní motor produkuje méně znečištění ve srovnání s 2-taktním motorem.

jak funguje čtyřtaktní motor?

čtyřtaktní motor pracuje v následujících krocích:

1. sací proces
2. kompresní proces
3. výkonový proces
4. Výfukový proces

1) sací zdvih

• jak se píst otáčí směrem k BCD od TDC (směrem dolů), začne uvnitř kompresní komory (válce) vznikat vakuum.
• když vakuum vytváří uvnitř kompresní komory, výfukový ventil se uzavře a vstupní ventil se otevře.
• po otevření vstupního ventilu začne směs vzduchu a paliva vstupovat do kompresní komory.

2) kompresní zdvih

• jak se vnitřní tlak kompresní komory rovná vnějšímu tlaku, vstupní ventil se uzavře a začne kompresní zdvih.
• jak se píst pohybuje nahoru (z BCD na TDC), stlačuje směs vzduch-palivo uvnitř kompresní komory a zvyšuje teplotu a tlak směsi vzduch-palivo.

3) výkonový zdvih

• výkonový zdvih je také známý jako spalovací zdvih.
• když je kompresní zdvih téměř dokončen, zapalovací svíčka spálí směs stlačeného vzduchu a paliva.
• jak se palivo zapálí, energie se generuje tak, že se píst pohybuje z TDC na BDC rozšířením chemické reakce. Proto se tento zdvih nazývá výkonový zdvih.
• díky tomuto procesu hoření se teplota a tlak směsi stávají velmi vysokými. V důsledku zvýšení tlaku tlačí směs vzduch-palivo píst, aby se pohyboval směrem dolů (směrem k BCD od TDC) a pohání klikový hřídel, který dále pohybuje vozidlem.
• během tohoto procesu zůstávají vstupní i výfukové ventily zavřené.

4) zdvih výfuku

• po dokončení zdvihu se spustí zdvih výfuku.
• při zdvihu výfuku se píst opět pohybuje nahoru (z BDC na TDC).
• během tohoto zdvihu se vstupní ventil uzavře a výfukový ventil se otevře. Píst vytlačuje výfukové plyny ze spalovací komory.
• po dokončení výfukového zdvihu se píst opět pohybuje směrem dolů (z TDC na BDC), nasává směs vzduchu a paliva a celý cyklus se opakuje. Tento konečný zdvih vytlačuje vyčerpané plyny / výfukové plyny z válce.

Přečtěte si také: práce 2taktního motoru

PV diagram čtyřtaktního motoru

následující PV diagram představuje pracovní cyklus 4taktního motoru. Čtyřtaktní motor dokončí pracovní cyklus v následujících krocích:

• Izobarický proces (0 až 1): v izobarickém procesu se píst pohybuje směrem dolů a vytváří vakuum uvnitř spalovací komory. Během vytváření vakua vzniká tlakový rozdíl mezi atmosférickým tlakem a vnitřním tlakem Komory. V důsledku tohoto tlakového rozdílu se sací ventil otevře a směs vzduchu a paliva vstoupí do spalovací komory.
• adiabatický proces (1 až 2): Po dokončení izobarického procesu se vstupní ventil uzavře a píst se pohybuje nahoru a natlakuje směs vzduch-palivo. Během tohoto procesu píst zvyšuje teplotu a tlak směsi, ale jeho teplo se nemění.
• Izochorický Proces (2 až 3): zapalovací svíčka zapálí směs vzduch-palivo na konci kompresního zdvihu (adiabatický proces). Tento proces zvyšuje teplotu a tlak směsi vzduch-palivo a přeměňuje ji na směs s vysokou teplotou a tlakem. Tento proces zapálení také zvyšuje entropii (teplo) směsi vzduch-palivo.
• výkonový zdvih (Proces 3 až 4): Při tomto zdvihu se teplo produkované v důsledku procesu zapalování používá k tomu, aby se píst posunul dolů, což dále pohybuje klikovým hřídelem. Pohyb klikového hřídele pohybuje vozidlem. Proto se tento proces nazývá výkonový zdvih.
• výfuková Fáze (4 až 1): v této fázi se píst opět pohybuje nahoru a otevře se výfukový ventil, který odvádí odpadní teplo ze spalovací komory. V důsledku odstranění zbytečného tepla se kinetická energie molekul směsi vzduch-palivo snižuje. Opět se vytváří tlakový rozdíl mezi atmosférickým tlakem a vnitřním tlakem komory a celý cyklus se opakuje.

historie

Atkinsonův cyklus

• v roce 1882 navrhl James Atkinson motor Atkinsonova cyklu. Byl to jednodobý IC motor.
• tento cyklus byl vynalezen pro zajištění účinnosti při výdajích hustoty výkonu. V dnešní době je motor Atkinsonova cyklu využíván v některých nejnovějších hybridních elektrických aplikacích.
• původní čtyřtaktní pístový motor s Atkinsonovým cyklem povoloval sací zdvih, kompresní zdvih, výkonový zdvih a výfukový zdvih v jedné otáčce klikového hřídele, aby se zabránilo porušení zvláštních patentů týkajících se motoru Otto.
• unikátní konstrukce klikového hřídele Atkinsonova motoru může mít za následek různé kompresní a expanzní poměry. Výkonový zdvih je delší než kompresní zdvih, což dává motoru větší entalpii (tepelnou účinnost) než běžné pístové motory.
• počáteční konstrukce motoru Atkinson není ničím jiným než historickou kuriozitou. Několik nejnovějších motorů má netradiční časování ventilů, které generují delší zdvih nebo kratší účinky kompresního zdvihu, což zlepšuje spotřebu paliva.

Přečtěte Si Také: Práce Atkinsonova cyklu

dieselový cyklus

• dieselový motor je praktickým pokrokem motoru Otto z roku 1876.
• v roce 1861 Otto cítil, že produktivita motoru by mohla být zlepšena stlačením směsi vzduch-palivo před zapálením, a Rudolf Diesel si přál vytvořit účinnější motor, který může provozovat těžší paliva.
• ze stejných důvodů jako Otto si Diesel přál navrhnout motor, který by mohl dodávat menším průmyslovým společnostem vlastní sílu, aby konkuroval velkým společnostem, jako je Otto, a snížil nároky na dodávky paliva Společenství. Stejně jako Otto dostal dlouhou dobu na vybudování vysoce kompresního motoru, který by mohl spontánně zapálit palivo vstřikované do válce. Diesel použil ve svém prvním motoru směs vzduchového paliva.
• v roce 1893 byla nafta nakonec vyvinuta jako úspěšný motor. Motory s vysokou kompresí, které zapalují palivo v důsledku vysoké komprese komprese vzduchu a paliva, jsou známé jako dieselové motory. Dieselový motor je dostupný jak ve čtyřtaktním, tak ve dvoudobém provedení.
• 4-taktní dieselové motory se používají ve většině těžkých aplikacích, jako jsou nákladní automobily, autobusy a lopatky atd. Tento motor používá těžký topný olej, který obsahuje více energie a vyžaduje méně rafinace k výrobě.

Přečtěte si také: práce vznětového motoru

omezení výkonu čtyřtaktního motoru

výstupní výkon motoru závisí na množství nasávaného vzduchu. Výkon pístového motoru (ať už jde o 4-taktní motor nebo 2-taktní motor) závisí na rychlosti (ot / min), výhřevnosti paliva, ztrátě, poměru vzduch-palivo,objemové účinnosti, obsahu kyslíku ve směsi palivo-vzduch a velikosti spalovací komory. Nakonec se rychlost motoru řídí mazáním a pevností materiálu.

ojnice, píst a ventil motoru čelí silným akceleračním silám. Vysoké otáčky motoru mohou vést k poškození motoru, ztrátě výkonu, chvění pístního kroužku nebo jinému fyzickému poškození. Když pístní kroužek vibruje svisle v drážce pístu, ve které je umístěn pístní kroužek, pístní kroužek se třepotá.

účelem kroužkového chvění je usadit těsnění mezi stěnou válce a kroužkem, což vede ke ztrátě výkonu a tlaku ve válci.

pokud se motor otáčí příliš rychle, pružina ventilu nebude schopna ventil dostatečně rychle uzavřít. Toto je často známé jako „plovák ventilu“ a způsobuje, že píst narazí na ventil a způsobí vážné přerušení motoru.

při vysoké rychlosti dochází k poškození mazání stěnového rozhraní píst-válec. Proto jsou otáčky pístu průmyslového motoru omezeny na 10 m / s.

Přečtěte si také: různé typy motorů

komponenty čtyřtaktního vznětového motoru

čtyřtaktní motor má následující hlavní součásti:

1. vstřikovač paliva
2. píst
3. vstupní ventil
4. Výfukový ventil
5. Klikový hřídel
6. ojnice
7. blok motoru
8. setrvačník

1) píst a pístní kroužek

píst ve 4-taktním vznětovém motoru vytváří vratný pohyb. Spojuje se s klikovým hřídelem pomocí ojnice. Přenáší svůj pohyb na klikový hřídel pomocí ojnice. Píst se pohybuje dolů a nahoru uvnitř válce motoru.

když se píst pohybuje nahoru, nasává vzduch uvnitř válce, zatímco stlačuje vzduch, když se pohybuje dolů. Díky tomuto pohybu pístu se zvyšuje teplota a tlak směsi vzduch-palivo uvnitř válce.

píst motoru má složitou konstrukci s ocelovou korunkou a tvárnou litinovou sukní. Tento plášť používá tlakové mazání k zajištění dodávky oleje do vložky válce pod každou pracovní situací. Olej se přivádí k chladicímu kanálu v horní části pístu prostřednictvím ojnic. Všechny pístní kroužky jsou pochromované, aby odolávaly opotřebení. Pístní kroužek obsahuje pružinový ovládací kroužek oleje a 2 vodicí kompresní kroužky. Drážka pístního kroužku má vynikající odolnost proti opotřebení a je stabilizována.

2) lineární válec

tato součást čtyřtaktního motoru má vysoký tuhý límec, který snižuje deformaci. Tento lineární materiál je šedá slitina z litiny s vysokou pevností a brilantní odolností proti opotřebení. Přesně umístěné svislé otvory pro chladicí vodu zajišťují přesnou regulaci teploty. Aby se zabránilo riziku leštění vrtání, je lineární vybaven ochranným leštícím kroužkem.

prostor mezi vložkou válce a blokem válců utěsňuje dvojitým o-kroužkem. Horní konec lineárního zařízení je vybaven protiskluzovým kroužkem, který zabraňuje leštění vnitřních otvorů a snižuje spotřebu mazacího oleje.

3) Velká koncová ložiska a hlavní ložiska

velké koncové ložisko je olověná bronzová podšívka s tri-kovovými ocelovými zády a silnou hladkou vrstvou. Bi-kovové ložisko, stejně jako tri-kovové ložisko jsou vyčerpány jako hlavní ložiska.

4) ojnice

Hlavní článek: Ojnice

tato součást čtyřtaktního vznětového motoru spojuje klikový hřídel motoru a píst. Je vyrobena z legované oceli a kovaná v jednom kuse. Ojnice je obrobena v kruhovém průřezu. Spodní strana ojnice se rozdělí ve vodorovném směru, takže ojnice a píst mohou být odstraněny z vložky válce. Ložisko pístu se skládá z tri-kovu.

všechny šrouby ojnice jsou hydraulicky utaženy. Otvory v ojnici nasměrují olej na písty a ložisko pístu. Tato součást motoru přenáší pohyb pístu na klikový hřídel, který se dále pohybuje na kolo vozidla.

5) Klikový hřídel

klikový hřídel přeměňuje vratný pohyb pístu motoru na rotační pohyb. Je to základní součást pro všechny motory. Tato část přenáší konečný výkon ve formě kinetické energie. Vyrábí se ve formě jednoho kusu. Ojnice vytváří spojení mezi klikovým hřídelem a pístem motoru.

Přečtěte si také: práce klikového hřídele

6) blok motoru

blok motoru je vyroben z tvárné litiny a je vhodný pro všechny válce. Hlavní uzávěry ložisek jsou upevněny zespodu dvěma hydraulickými napínacími šrouby.

tyto uzávěry jsou nasměrovány na spodní a horní stranu bočně přes blok motoru. Hydraulicky utažený vodorovný boční šroub podporuje hlavní víčko ložiska.

Přečtěte Si Také: Práce bloku motoru

7) vačkový hřídel

používá se k otevírání a zavírání vstupních a výfukových ventilů a k ovládání palivového čerpadla ve vznětovém motoru s vysokým tlakem.

Přečtěte si také: práce vačkového hřídele

8) zapalovací svíčka

používá se v benzínových motorech nebo si motorech. Používá se k zajištění jiskry směsi vzduchu a paliva, aby se zapálila.

9) vstřikovač paliva

používá se k vstřikování paliva do válců motoru. Některé motory používají palivové čerpadlo místo vstřikovače paliva.

10) setrvačník

tato součást čtyřtaktního benzínového motoru namontovaného na litinové tyči. Ukládá energii jako setrvačnost.

výhody a nevýhody čtyřtaktních motorů

čtyřtaktní motor má následující výhody a nevýhody:

výhody čtyřtaktního motoru

1. spolehlivost: tyto typy dieselových motorůjsou spolehlivější a efektivnější.
2. trvanlivost: tyto motory mají vysokou životnost než 2-taktní motory.
3. šetrné k životnímu prostředí: Tyto motory jsou šetrné k životnímu prostředí, protože 4-taktní motor uvolňuje méně nebezpečné výpary než 2-taktní motor.
4. tyto motoryjsou nejlepší pro těžké náklady a těžká vozidla.
5. palivová účinnost: tyto motory mají vysokou palivovou účinnost než 2-taktní motory.
6. hluk: tyto motory mají tichý provoz než dvoutaktní motory
7. větší točivý moment: při nízkých otáčkách produkují čtyřtaktní motory větší točivý moment než 2taktní motory.
8. vyšší palivová účinnost: tento typ motoru IC má vyšší palivovou účinnost než dvoutaktní motor.
9. žádné další požadavky na olej: tento motor nevyžaduje žádné další mazání ani olej pro přidání paliva. Pouze soustružnické komponenty vyžadují mazání mezilehle.

1. tyto dieselové motory produkují nejmenší NOX.

nevýhody čtyřtaktního motoru

1. výkon: tento motor má nižší výkon než dvoutaktní motor.
2. drahé: čtyřtaktní motor má mnoho částí. Proto má vysoké náklady než dvoutaktní motor.
3. hmotnost: Tyto motory mají vysokou hmotnost než 2-taktní motory
4. požadovaná oblast: vyžadovaly velkou plochu pro instalaci.
5. zdvihy pístu: k dokončení cyklu výkonu vyžaduje více zdvihů pístu.
6. provedení: tyto motory mají složitou konstrukci.

jaké jsou rozdíly mezi 4-taktním vznětovým motorem a 4-taktním benzínovým motorem?

zážehový motor	vznětový motor
tento motor pracuje na základě cyklu otto.	pracuje na bázi dieselového motoru.
v tomto motoru dochází k procesu zapalování v důsledku jiskry poskytované zapalovací svíčkou.	v tomto motoru dochází k zapálení v důsledku vysokého stlačení směsi vzduch-palivo.
jako pracovní kapalinu používá benzín nebo benzín.	používá naftu.
tento motor je méně účinný.	Je to nejúčinnější.
má nízký kompresní poměr.	tento motor má vysoký kompresní poměr.
používá menší množství paliva.	používá nízké množství paliva.
tyto motory se většinou používají v malých aplikacích, jako jsou kola, motocykly a generátory atd.	tyto motory se většinou používají pro těžké aplikace, jako jsou autobusy, nákladní automobily a dodávky atd.

sekce FAQ

co se rozumí čtyřtaktním motorem?

jaké jsou příklady čtyřtaktního motoru?

který motor produkuje méně znečištění, 2-taktní nebo 4-taktní?

který je rychlejší, 2 mrtvice nebo 4 mrtvice?

existuje šestdobý motor?

1. různé typy motorů
2. různé typy pístových motorů
3. práce dvoudobého motoru
4. práce parního motoru
5. typy IC motorů
6. typy vnějších spalovacích motorů
7. práce SI nebo zážehového motoru