Hvad er en 4-takts motor? | Hvordan fungerer en firetaktsmotor?

motorer bruges mest over hele verden til adskillige applikationer. Disse bruges i forskellige køretøjer såsom busser, lastbiler, varevogne og motorcykler osv. Der er forskellige typer motorer, og en 4-taktsmotor er en af dem. Ifølge antallet af stempelslag har motorerne to hovedtyper, der er:

1. 2-stroke motor
2. 4-taktsmotor

i den forrige artikel diskuterede vi 2-taktsmotoren. Derfor vil vi i denne artikel primært diskutere firetaktsmotoren.

Hvad er en firetaktsmotor?

en 4-taktsmotor er en IC-motor, der bruger fire slag af stemplet til at fuldføre en arbejdscyklus. Det omdanner brændstofets termiske energi til nyttigt mekanisk arbejde på grund af stemplets opadgående og nedadgående bevægelse. Derfor tilhører den kategorien af den frem-og tilbagegående motor.

en firetaktsmotor fuldender en effektcyklus efter afslutningen af to omdrejninger af krumtapakslen og 4 slag af stemplet. Disse motorer bruges mest i forskellige køretøjer såsom lette lastbiler, busser, varevogne, biler osv.

i denne frem-og tilbagegående motor opstår kompressionsprocessen på grund af stempelets op-og nedadgående bevægelse.

hovedforskellen mellem 2-takts-og 4-taktsmotorerne er, at en 2-taktsmotor afslutter en arbejdscyklus med kun to slag, mens en firetaktsmotor afslutter en arbejdscyklus i fire slag på stemplet. En 2-taktsmotor producerer mindre forurening sammenlignet med en 2-taktsmotor.

Hvordan fungerer en 4-taktsmotor?

en firetaktsmotor fungerer i følgende trin:

1. Indsugningsproces
2. komprimeringsproces
3. Strømproces
4. Udstødningsproces

1) Indsugningsslag

• når stemplet frem og tilbage mod BCD fra TDC (nedad), begynder et vakuum at producere inde i kompressionskammeret (cylinder).
• når vakuumet producerer inde i kompressionskammeret, lukkes udstødningsventilen, og indløbsventilen åbnes.
• når indløbsventilen åbnes, begynder luftbrændstofblandingen at komme ind i kompressionskammeret.

2) Kompressionsslag

• når det indre tryk i kompressionskammeret bliver lig med det ydre tryk, lukker indløbsventilen, og kompressionsslaget starter.
• når stemplet bevæger sig opad (fra BCD til TDC), komprimerer det luftbrændstofblandingen inde i kompressionskammeret og øger temperaturen og trykket i luftbrændstofblandingen.

3) strømslag

• strømslaget er også kendt som et forbrændingsslag.
• når kompressionsslaget næsten skal være færdigt, brænder et tændrør trykluft-brændstofblandingen.
• når brændstoffet antændes, genereres effekten, så stemplet bevæger sig fra TDC til BDC ved at udvide den kemiske reaktion. Derfor kaldes dette slag strømslag.
• på grund af denne brændingsproces bliver temperaturen og trykket af blandingen meget høj. På grund af en stigning i trykket skubber luftbrændstofblandingen stemplet for at bevæge sig nedad (mod BCD fra TDC) og driver krumtapakslen, som yderligere bevæger køretøjet.
• under denne proces forbliver både indløbs-og udstødningsventiler lukket.

4) udstødningsslag

• efter afslutningen af strømslaget starter udstødningsslaget.
• i udstødningsslaget bevæger stemplet sig igen opad (fra BDC til TDC).
• under dette slag lukkes indløbsventilen, og udstødningsventilen åbnes. Stemplet skubber udstødningsgasserne ud af forbrændingskammeret.
• efter afslutning af udstødningsslaget bevæger stemplet sig igen nedad (fra TDC til BDC), suger luft-brændstofblanding, og hele cyklussen gentages. Dette sidste slag tvinger de brugte gasser / udstødning ud af cylinderen.

Læs også: bearbejdning af 2-taktsmotor

PV-diagram over firetaktsmotoren

følgende PV-diagram repræsenterer 4-taktsmotorens arbejdscyklus. En firetaktsmotor afslutter en arbejdscyklus i følgende trin:

• isobarisk proces (0 til 1): i den isobariske proces bevæger stemplet sig nedad og genererer et vakuum inde i forbrændingskammeret. Under vakuumdannelse genererer en trykforskel mellem det atmosfæriske tryk og kammerets indre tryk. På grund af denne trykforskel åbnes indsugningsventilen, og luftbrændstofblandingen kommer ind i forbrændingskammeret.
• adiabatisk proces (1 til 2): Efter afslutningen af den isobariske proces lukker indløbsventilen, og stemplet bevæger sig opad og trykker på luftbrændstofblandingen. Under denne proces stiger stemplet temperaturen og trykket af blandingen, men dens varme ændres ikke.
• Isokorisk proces (2 til 3): et tændrør antænder luftbrændstofblandingen ved afslutningen af kompressionsslaget (adiabatisk proces). Denne proces øger temperaturen og trykket i luft-brændstofblandingen og omdanner den til en blanding med høj temperatur og tryk. Denne tændingsproces øger også entropien (varmen) af luftbrændstofblandingen.
• strømslag (proces 3 til 4): i dette slag bruges den varme, der produceres på grund af tændingsprocessen, til at skubbe stemplet til at bevæge sig ned, hvilket yderligere bevæger krumtapakslen. Bevægelsen af krumtapakslen bevæger køretøjet. Derfor kaldes denne proces et strømslag.
• Udstødningsfase (4 til 1): i denne fase bevæger stemplet sig igen op, og udstødningsventilen åbnes, som udleder spildvarmen fra forbrændingskammeret. På grund af fjernelsen af ubrugelig varme falder den kinetiske energi af luft-brændstofblandingens molekyler. Igen genererer trykforskellen mellem det atmosfæriske tryk og kammerets indre tryk, og hele cyklussen gentages.

historie

Atkinson-cyklus

• i 1882 designede James Atkinson-cyklusmotoren. Det var en single-takts IC-motor.
• denne cyklus blev opfundet for at tilvejebringe effektivitet ved udgifterne til effekttæthed. I dag bruges Atkinson-cyklusmotoren i nogle nyeste hybride elektriske applikationer.
• den originale 4-takts frem-og tilbagegående motor med Atkinson-cyklus tillod indsugningsslag, kompressionsslag, kraftslag og udstødningsslag i en omdrejning af krumtapakslen for at forhindre krænkelse af bestemte patenter vedrørende Otto-motoren.
• Atkinson engines unikke krumtapakselkonstruktion kan resultere i forskellige kompressions-og ekspansionsforhold. Effektslaget er længere end kompressionsslaget, hvilket giver motoren større entalpi (termisk effektivitet) end konventionelle frem-og tilbagegående motorer.
• det oprindelige design af Atkinson-motoren er intet andet end en historisk nysgerrighed. Flere nyeste motorer har ikke-traditionel ventiltiming for at generere det længere strømslag eller de kortere kompressionsslagvirkninger, hvilket giver en forbedring af brændstoføkonomien.

Læs Også: Arbejde med Atkinson Cycle

Diesel Cycle

• en dieselmotor er en praktisk udvikling af Otto-motoren fra 1876.
• i 1861 følte Otto, at motorproduktiviteten kunne forbedres ved at komprimere luftbrændstofblandingen inden tænding, og Rudolf Diesel ønskede at fremstille en mere effektiv motor, der kan køre tungere brændstoffer.
• på grund af de samme grunde som Otto ønskede Diesel at designe en motor, der kan forsyne mindre industrivirksomheder med deres egen kraft til at konkurrere med store virksomheder som Otto og reducere kravene til samfundets brændstofforsyning. Ligesom Otto fik det lang tid at bygge en højkompressionsmotor, der spontant kunne antænde det brændstof, der blev injiceret i cylinderen. Diesel brugte en blanding af luftbrændstof i sin første motor.
• i 1893 blev Diesel til sidst udviklet som en succesrig motor. Motorer med høj kompression, der antænder brændstof på grund af den høje kompression af luft-brændstofkomprimeringen, er kendt som dieselmotorer. Dieselmotoren er tilgængelig i både firetakts-eller totaktsdesign.
• 4-takts dieselmotorer anvendes i de fleste tunge applikationer som lastbiler, busser og skovle mv. Denne motor bruger tung brændselsolie, som indeholder mere energi og kræver mindre raffinering for at producere.

Læs også: bearbejdning af dieselmotor

Firetaktsmotorens Effektbegrænsninger

motorens udgangseffekt afhænger af mængden af luft, der trækkes ind. Ydeevnen for en stempelmotor (uanset om det er en 4-taktsmotor eller en 2-taktsmotor) afhænger af hastigheden (omdrejningstal), brændværdien af brændstoffet, tab, luft-brændstofforhold, volumetrisk effektivitet, iltindhold i brændstof-luftblanding og forbrændingskammerets størrelse. I sidste ende styrer motorens hastighed gennem smøring og materialestyrke.

motorens forbindelsesstang, stempel og ventil står over for stærke accelerationskræfter. Høje motorhastigheder kan føre til motorskader, tab af strøm, stempelringflutter eller anden fysisk skade. Når stempelringen vibrerer lodret i stempelrillen, hvori stempelringen er placeret, flagrer stempelringen.

formålet med ringflagren er at sætte tætningen mellem cylindervæggen og ringen, hvilket fører til tab af kraft og tryk i cylinderen.

hvis motoren drejer for hurtigt, kan ventilfjederen ikke lukke ventilen hurtigt nok. Dette er ofte kendt som en” ventilflåd ” og får stemplet til at ramme ventilen og forårsage en alvorlig motorbrud.

ved høj hastighed har stempel-cylindervæggrænsefladens smøring tendens til at blive beskadiget. Derfor er stempelhastigheden for en industriel motor begrænset op til 10 m / s.

Læs også: forskellige typer motorer

komponenter af 4-takts dieselmotor

firetaktsmotoren har følgende hovedkomponenter:

1. brændstofinjektor
2. stempel
3. indløbsventil
4. udstødningsventil
5. krumtapaksel
6. forbindelsesstang
7. motorblok
8. svinghjul

1) stempel og stempelring

stemplet i 4-takts dieselmotoren producerer frem-og tilbagegående bevægelse. Den forbinder med krumtapakslen via en forbindelsesstang. Den overfører sin bevægelse til krumtapakslen via en forbindelsesstang. Stemplet bevæger sig nedad og opad inde i motorens cylinder.

når stemplet bevæger sig op, suger det luften inde i cylinderen, mens det komprimerer luften, når det bevæger sig nedad. På grund af denne stempelbevægelse øges temperaturen og trykket af luftbrændstofblandingen inde i cylinderen.

motorstemplet har en kompleks konstruktion med en stålkrone og et duktilt støbejernskørt. Denne nederdel bruger tryksmøring for at sikre olielevering til cylinderforingen under hver arbejdssituation. Olie feds mod kølekanalen øverst på stemplet via forbindelsesstængerne. Alle stempelringe er forkromede for at modstå slid. Stempelringen indeholder en fjederkompatibel oliekontrolring og 2 styrende kompressionsringe. Stempelringsporet har fremragende slidstyrke og er stabiliseret.

2) cylinder lineær

denne komponent i firetaktsmotoren har en høj, stiv krave for at mindske deformation. Dette lineære materiale er en grå støbejernslegering med høj styrke og strålende slidstyrke. Præcist placerede lodrette kølevandshuller sikrer præcis temperaturregulering. For at undgå borepoleringsrisikoen udstyrer den lineære med en beskyttende poleringsring.

rummet mellem cylinderforingen og cylinderblokken forsegler med en dobbelt O-ring. Den øvre ende af den lineære udstyrer af en anti-polsk ring, der forhindrer de indre boringer i at blive poleret og reducerer forbruget af smøreolie.

3) store endelejer og hovedlejer

det store endeleje er en blybronsforing med tremetallstålrygge og et tykt, glatløbende lag. Bi-metal-lejet samt tri-metal-lejet er udtømt som hovedlejerne.

4) forbindelsesstang

Hovedartikel: Forbindelsesstang

denne komponent i 4-takts dieselmotoren forbinder motorens krumtapaksel og stempel. Den er lavet af legeret stål og smedet i et stykke. En forbindelsesstang er bearbejdet i et cirkulært tværsnit. Den nedre side af forbindelsesstangen opdeles i vandret retning, så forbindelsesstangen og stemplet kan fjernes fra cylinderforingen. Gudgeon pin-lejet består af tri-metal.

alle bolte på forbindelsesstangen strammes hydraulisk. Hullerne i forbindelsesstangen direkte olie til stemplerne og gudgeon pin leje. Denne komponent af motoren overfører stempelets bevægelse til krumtapakslen, som yderligere bevæger sig til køretøjets hjul.

5) krumtapaksel

krumtapakslen omdanner motorstemplets frem-og tilbagegående bevægelse til roterende bevægelse. Det er en vigtig komponent for alle motorer. Denne del overfører den endelige effekt i form af kinetisk energi. Den er lavet i form af et stykke. Forbindelsesstang gør en forbindelse mellem motorens krumtapaksel og stempel.

Læs også: bearbejdning af krumtapaksel

6) motorblok

motorblokken er konstrueret af duktilt jern og er velegnet til alle cylindre. De store lejehætter er fastgjort nedenunder med to hydrauliske spændingsskruer.

disse hætter er rettet i bunden og toppen sideværts gennem motorblokken. En hydraulisk strammet vandret sideskrue understøtter hovedlejehætten.

Læs Også: Bearbejdning af motorblok

7) knastaksel

den bruges til at åbne og lukke indgangs-og udstødningsventiler og til at styre brændstofpumpen i en dieselmotor med højt tryk.

Læs også: bearbejdning af knastaksel

8) tændrør

det bruger i bensinmotorer eller SI-motorer. Det bruger til at give gnisten til luftbrændstofblandingen for at antænde den.

9) brændstofinjektor

det bruges til at injicere brændstoffet inde i motorcylindrene. Nogle motorer bruger brændstofpumpe i stedet for brændstofinjektor.

10) svinghjul

denne komponent af firetaktsbensmotoren monteret på en støbejernsstang. Det lagrer energi som inerti.

fordele og ulemper ved 4-taktsmotorer

firetaktsmotoren har følgende fordele og ulemper:

fordele ved firetaktsmotor

1. pålidelighed: disse typer dieselmotorerer mere pålidelige og effektive.
2. holdbarhed: disse motorer har høj holdbarhed end 2-taktsmotorer.
3. miljøvenlig: Disse motorer er miljøvenlige, fordi en 4-taktsmotor frigiver mindre farlige dampe end en 2-taktsmotor.
4. disse motorerer bedst til tunge laster og tunge køretøjer.
5. brændstofeffektivitet: disse motorer har høj brændstofeffektivitet end 2-taktsmotorer.
6. støj: disse har en stille drift end totaktsmotorer
7. mere drejningsmoment: ved lav hastighed producerer firetaktsmotorer mere drejningsmoment end 2-taktsmotorer.
8. mere brændstofeffektivitet: denne type IC-motor har højere brændstofeffektivitet end en totaktsmotor.
9. intet ekstra oliebehov: denne motor kræver ikke yderligere smøring eller olie for at tilføje brændstoffet. Kun drejekomponenterne kræver smøring mellemliggende.

1. disse dieselmotorer producerer det mindste antal.

ulemper ved firetaktsmotor

1. effekt: denne motor har lavere effekt end totaktsmotoren.
2. dyrt: en firetaktsmotor har mange dele. Derfor har den høje omkostninger end en totaktsmotor.
3. vægt: Disse motorer har høj vægt end 2-takts motorer
4. påkrævet område: de krævede et stort område til installation.
5. stempelslag: det kræver flere stempelslag for at fuldføre en strømcyklus.
6. Design: disse motorer har et komplekst design.

hvad er forskellen mellem en 4-takts dieselmotor og en 4-takts brændstofmotor?

brændstofmotor	dieselmotor
denne motor arbejder på bunden af otto-cyklen.	det virker på bunden af en dieselmotor.
i denne motor opstår tændingsprocessen på grund af gnisten fra et tændrør.	i denne motor opstår tænding på grund af høj kompression af luftbrændstofblandingen.
det bruger brændstof eller brændstof som arbejdsvæske.	det bruger diesel.
denne motor er mindre effektiv.	det er mest effektivt.
det har et lavt kompressionsforhold.	denne motor har et højt kompressionsforhold.
det bruger mindre mængde brændstof.	det bruger en lav mængde brændstof.
disse motorer bruges mest i små applikationer som Cykler, motorcykler og generatorer osv.	disse motorer bruges mest til tunge applikationer som busser, lastbiler og varevogne osv.

Ofte stillede spørgsmål sektion

hvad menes med en 4-taktsmotor?

hvad er eksempler på en 4-taktsmotor?

hvilken motor producerer mindre forurening, 2-takts eller 4-takts?

hvilket er hurtigere, 2 slag eller 4 slag?

er der en seks-takts motor?

1. forskellige typer motorer
2. forskellige typer frem-og tilbagegående motorer
3. bearbejdning af 2-taktsmotor
4. bearbejdning af dampmotor
5. typer af IC-motorer
6. typer af eksterne forbrændingsmotorer
7. bearbejdning af SI-eller Bensinmotor