Was ist ein 4-Takt-Motor? | Wie funktioniert ein Viertaktmotor?

Motoren werden weltweit für zahlreiche Anwendungen am häufigsten eingesetzt. Diese werden in verschiedenen Fahrzeugen wie Bussen, Lastwagen, Lieferwagen und Motorrädern usw. verwendet. Es gibt verschiedene Arten von Motoren, und ein 4-Takt-Motor ist einer von ihnen. Entsprechend der Anzahl der Kolbenhübe haben die Motoren zwei Haupttypen:

1. 2- hubmotor
2. 4-Takt-Motor

Im vorherigen Artikel haben wir den 2-Takt-Motor besprochen. Daher werden wir in diesem Artikel hauptsächlich den Viertaktmotor diskutieren.

Was ist ein Viertaktmotor?

Ein 4-Takt-Motor ist ein Verbrennungsmotor, der vier Kolbenhübe verwendet, um einen Arbeitszyklus abzuschließen. Es wandelt die Wärmeenergie des Kraftstoffs aufgrund der Auf- und Abwärtsbewegung des Kolbens in nützliche mechanische Arbeit um. Daher gehört es zur Kategorie des Kolbenmotors.

Ein Viertaktmotor vervollständigt einen Leistungszyklus nach Abschluss von zwei Umdrehungen der Kurbelwelle und 4 Hüben des Kolbens. Diese Motoren werden am häufigsten in verschiedenen Fahrzeugen wie leichten Lastkraftwagen, Bussen, Lieferwagen, Autos usw. verwendet.

Bei diesem Hubkolbenmotor erfolgt der Kompressionsvorgang aufgrund der Auf- und Abbewegung des Kolbens.

Der Hauptunterschied zwischen den 2-Takt- und 4-Takt-Motoren besteht darin, dass ein 2-Takt-Motor einen Arbeitszyklus in nur zwei Takten abschließt, während ein Viertaktmotor einen Arbeitszyklus in vier Kolbenhüben abschließt. Ein 2-Takt-Motor erzeugt im Vergleich zu einem 2-Takt-Motor weniger Umweltverschmutzung.

Wie funktioniert ein 4-Takt-Motor?

Ein Viertaktmotor arbeitet in folgenden Schritten:

1. Intake Prozess
2. Kompression Prozess
3. Power Prozess
4. Auspuff Prozess

1) Einlasshub

• Wenn sich der Kolben vom OT (nach unten) in Richtung BCD hin- und herbewegt, beginnt im Kompressionsraum (Zylinder) ein Vakuum zu erzeugen.
• Wenn das Vakuum in der Kompressionskammer erzeugt wird, schließt das Auslassventil und das Einlassventil öffnet sich.
• Wenn das Einlassventil öffnet, tritt das Luft-Kraftstoff-Gemisch in die Kompressionskammer ein.

2) Kompressionshub

• Wenn der Innendruck der Kompressionskammer gleich dem Außendruck wird, schließt das Einlassventil und der Kompressionshub beginnt.
• Wenn sich der Kolben nach oben bewegt (von BCD zu OT), komprimiert er das Luft-Kraftstoff-Gemisch in der Kompressionskammer und erhöht die Temperatur und den Druck des Luft-Kraftstoff-Gemisches.

3) Krafthub

• Der Krafthub wird auch als Verbrennungshub bezeichnet.
• Wenn der Kompressionshub fast abgeschlossen ist, verbrennt eine Zündkerze das komprimierte Luft-Kraftstoff-Gemisch.
• Wenn der Kraftstoff gezündet wird, wird die Kraft erzeugt, so dass sich der Kolben durch Ausdehnung der chemischen Reaktion von OT zu UT bewegt. Daher wird dieser Hub als KRAFTHUB bezeichnet.
• Durch diesen Brennvorgang werden Temperatur und Druck der Mischung sehr hoch. Aufgrund eines Druckanstiegs drückt das Luft-Kraftstoff-Gemisch den Kolben nach unten (in Richtung BCD von OT) und treibt die Kurbelwelle an, die das Fahrzeug weiter bewegt.
• Während dieses Vorgangs bleiben sowohl das Einlass- als auch das Auslassventil geschlossen.

4) Abgashub

• Nach Beendigung des Arbeitstakts beginnt der Abgashub.
• Im Abgastakt bewegt sich der Kolben wieder nach oben (von OT zu OT).
• Während dieses Hubs schließt das Einlassventil und das Auslassventil öffnet sich. Der Kolben drückt die Abgase aus der Brennkammer.
• Nach Beendigung des Abgastakts bewegt sich der Kolben wieder nach unten (von OT zu UT), saugt das Luft-Kraftstoff-Gemisch an und der gesamte Zyklus wiederholt sich. Dieser letzte Hub zwingt die verbrauchten Gase / Abgase aus dem Zylinder.

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PV-Diagramm des Viertaktmotors

Das folgende PV-Diagramm stellt den Arbeitszyklus des 4-Takt-Motors dar. Ein Viertaktmotor vervollständigt einen Arbeitszyklus in folgenden Schritten:

• Isobarer Prozess (0 bis 1): Beim isobaren Prozess bewegt sich der Kolben nach unten und erzeugt ein Vakuum in der Brennkammer. Während der Vakuumerzeugung entsteht eine Druckdifferenz zwischen dem atmosphärischen Druck und dem Innendruck der Kammer. Aufgrund dieser Druckdifferenz öffnet das Einlassventil und das Luft-Kraftstoff-Gemisch tritt in die Brennkammer ein.
• Adiabatischer Prozess (1 bis 2): Nach Abschluss des isobaren Prozesses schließt das Einlassventil und der Kolben bewegt sich nach oben und setzt das Luft-Kraftstoff-Gemisch unter Druck. Während dieses Vorgangs erhöht der Kolben die Temperatur und den Druck des Gemisches, aber seine Wärme ändert sich nicht.
• Isochorer Prozess (2 bis 3): Eine Zündkerze zündet das Luft-Kraftstoff-Gemisch am Ende des Verdichtungstakts (adiabatischer Prozess). Dieser Prozess erhöht die Temperatur und den Druck des Luft-Kraftstoff-Gemisches und wandelt es in ein Hochtemperatur- und Druckgemisch um. Dieser Zündvorgang erhöht auch die Entropie (Wärme) des Luft-Kraftstoff-Gemisches.
• Arbeitstakt (Prozess 3 bis 4): In diesem Hub wird die durch den Zündvorgang erzeugte Wärme verwendet, um den Kolben nach unten zu drücken, wodurch die Kurbelwelle weiter bewegt wird. Die Bewegung der Kurbelwelle bewegt das Fahrzeug. Daher wird dieser Vorgang als Krafthub bezeichnet.
• Abgasphase (4 bis 1): In dieser Phase bewegt sich der Kolben wieder nach oben und das Auslassventil öffnet sich, wodurch die Abwärme aus der Brennkammer abgeleitet wird. Durch die Entfernung nutzloser Wärme nimmt die kinetische Energie der Moleküle des Luft-Kraftstoff-Gemisches ab. Wiederum erzeugt die Druckdifferenz zwischen dem atmosphärischen Druck und dem Innendruck der Kammer, und der gesamte Zyklus wiederholt sich.

Geschichte

Atkinson Cycle

• 1882 entwarf James Atkinson den Atkinson Cycle Motor. Es war ein Eintakt-IC-Motor.
• Dieser Zyklus wurde für die Bereitstellung von Effizienz auf Kosten der Leistungsdichte erfunden. Heutzutage wird der Atkinson-Zyklusmotor in einigen neuesten hybriden elektrischen Anwendungen eingesetzt.
• Der ursprüngliche 4-Takt-Hubkolbenmotor mit Atkinson-Zyklus erlaubte den Ansaug-, Kompressions-, Leistungs- und Auslasshub in einer Umdrehung der Kurbelwelle, um die Verletzung bestimmter Patente im Zusammenhang mit dem Ottomotor zu verhindern.
• Die einzigartige Kurbelwellenkonstruktion des Atkinson-Motors kann zu unterschiedlichen Kompressions- und Ausdehnungsverhältnissen führen. Der Krafthub ist länger als der Kompressionshub, wodurch der Motor eine größere Enthalpie (thermischer Wirkungsgrad) als herkömmliche Hubkolbenmotoren aufweist.
• Das ursprüngliche Design des Atkinson-Motors ist nichts anderes als eine historische Kuriosität. Einige neueste Motoren haben eine nicht traditionelle Ventilsteuerung, um den längeren Krafthub oder die kürzeren Kompressionshubeffekte zu erzeugen, was eine Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs zur Folge hat.

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Dieselzyklus

• Ein Dieselmotor ist eine praktische Weiterentwicklung des Ottomotors von 1876.
• 1861 war Otto der Meinung, dass die Motorproduktivität durch Komprimieren des Luft-Kraftstoff-Gemisches vor der Zündung verbessert werden könnte, und Rudolf Diesel wollte einen effizienteren Motor herstellen, der schwerere Kraftstoffe betreiben kann.
• Aus den gleichen Gründen wie Otto wollte Diesel einen Motor entwickeln, der kleinere Industrieunternehmen mit eigener Kraft versorgen kann, um mit großen Unternehmen wie Otto zu konkurrieren und die Anforderungen an die Kraftstoffversorgung der Gemeinschaft zu senken. Wie Otto hat es lange gedauert, einen Motor mit hoher Kompression zu bauen, der den in den Zylinder eingespritzten Kraftstoff spontan entzünden kann. Diesel verwendet eine Mischung aus Luft-Kraftstoff in seinem ersten Motor.
• 1893 wurde schließlich Diesel als erfolgreicher Motor entwickelt. Motoren mit hoher Kompression, die Kraftstoff aufgrund der hohen Kompression der Luft-Kraftstoff-Kompression entzünden, werden als Dieselmotoren bezeichnet. Der Dieselmotor ist sowohl in Viertakt- als auch in Zweitaktausführung erhältlich.
• 4-Takt-Dieselmotoren werden in den meisten Schwerlastanwendungen wie LKW, Bussen und Schaufeln usw. eingesetzt. Dieser Motor verwendet Schweröl, das mehr Energie enthält und weniger Raffination benötigt.

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Viertaktmotor Leistungsbeschränkungen

Die Ausgangsleistung des Motors hängt von der angesaugten Luftmenge ab. Die Leistung eines Kolbenmotors (ob 4-Takt-Motor oder 2-Takt-Motor) hängt von der Drehzahl (U / min), dem Brennwert des Kraftstoffs, dem Verlust, dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis, dem Volumenwirkungsgrad, dem Sauerstoffgehalt im Kraftstoff-Luft-Gemisch und der Brennraumgröße ab. Letztendlich steuert die Drehzahl des Motors durch Schmierung und Materialfestigkeit.

Pleuel, Kolben und Ventil des Motors sind starken Beschleunigungskräften ausgesetzt. Hohe Motordrehzahlen können zu Motorschäden, Leistungsverlust, Kolbenringflattern oder anderen physischen Schäden führen. Wenn der Kolbenring in der Kolbennut, in der sich der Kolbenring befindet, vertikal schwingt, flattert der Kolbenring.

Der Zweck des Ringflatterns besteht darin, die Dichtung zwischen der Zylinderwand und dem Ring abzusetzen, was zu einem Leistungs- und Druckverlust im Zylinder führt.

Wenn der Motor zu schnell dreht, kann die Ventilfeder das Ventil nicht schnell genug schließen. Dies wird oft als „Ventilschwimmer“ bezeichnet und führt dazu, dass der Kolben auf das Ventil trifft und einen schweren Motorbruch verursacht.

Bei hoher Drehzahl neigt die Schmierung der Kolben-Zylinder-Wand-Schnittstelle dazu, beschädigt zu werden. Daher ist die Kolbendrehzahl eines Industriemotors auf 10 m/ s begrenzt.

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Komponenten des 4-Takt-Dieselmotors

Der Viertaktmotor hat folgende Hauptkomponenten:

1. Kraftstoff injektor
2. Kolben
3. Einlass Ventil
4. Abgas Ventil
5. Kurbelwelle
6. Pleuel
7. Motor block
8. Schwungrad

1) Kolben und Kolbenring

Der Kolben des 4-Takt-Dieselmotors erzeugt eine Hin- und Herbewegung. Es ist über eine Pleuelstange mit der Kurbelwelle verbunden. Es überträgt seine Bewegung über eine Pleuelstange auf die Kurbelwelle. Der Kolben bewegt sich im Zylinder des Motors nach unten und oben.

Wenn sich der Kolben nach oben bewegt, saugt er die Luft im Zylinder an, während er die Luft komprimiert, wenn er sich nach unten bewegt. Aufgrund dieser Kolbenbewegung steigen Temperatur und Druck des Luft-Kraftstoff-Gemisches im Zylinder an.

Der Motorkolben hat eine komplexe Konstruktion mit einer Stahlkrone und einem duktilen Gusseisenmantel. Diese Schürze verwendet eine Druckschmierung, um die Ölzufuhr zur Zylinderlaufbuchse unter jeder Arbeitssituation sicherzustellen. Öl strömt über die Pleuel zum Kühlkanal oben am Kolben. Alle Kolbenringe sind verchromt, um Verschleiß zu widerstehen. Der Kolbenring enthält einen federkompatiblen Ölsteuerring und 2 Führungskompressionsringe. Die Kolbenringnut hat eine ausgezeichnete Verschleißfestigkeit und ist stabilisiert.

2) zylinder Linear

Diese komponente der vier-hub motor hat eine hohe, starre kragen zu verringern verformung. Dieses lineare Material ist eine Graugusslegierung mit hoher Festigkeit und brillanter Verschleißfestigkeit. Präzise platzierte vertikale Kühlwasserlöcher sorgen für eine präzise Temperaturregelung. Um das Bohrungspolierrisiko zu vermeiden, rüstet sich der Linear mit einem Polierschutzring aus.

Der Raum zwischen der Zylinderlaufbuchse und dem Zylinderblock dichtet mit einem doppelten O-Ring ab. Das obere Ende des Linear ist mit einem Antipolierring ausgestattet, der das Polieren der Innenbohrungen verhindert und den Schmierölverbrauch reduziert.

3) Big end lager und Hauptlager

Die big end lager ist eine blei bronze futter mit tri-metall stahl rücken und eine dicke, glatte-lauf schicht. Das Bimetalllager sowie das Dreimetalllager sind als Hauptlager erschöpft.

4) Pleuel

Hauptartikel: Pleuel

Diese Komponente des 4-Takt-Dieselmotors verbindet die Kurbelwelle und den Kolben des Motors. Es ist aus legiertem Stahl gefertigt und in einem Stück geschmiedet. Eine Pleuelstange ist in einem kreisförmigen Querschnitt bearbeitet. Die Unterseite der Pleuelstange teilt sich in horizontaler Richtung, so dass die Pleuelstange und der Kolben von der Zylinderlaufbuchse entfernt werden können. Das Kolbenbolzenlager besteht aus Trimetall.

Alle Schrauben des Pleuels werden hydraulisch angezogen. Die Löcher in der Pleuelstange leiten Öl zu den Kolben und dem Kolbenbolzenlager. Diese Komponente des Motors überträgt die Bewegung des Kolbens auf die Kurbelwelle, die sich weiter zum Rad des Fahrzeugs bewegt.

5) Kurbelwelle

Die Kurbelwelle wandelt die Hin- und Herbewegung des Motorkolbens in eine Drehbewegung um. Es ist ein wesentlicher Bestandteil für alle Motoren. Dieser Teil überträgt die Endleistung in Form von kinetischer Energie. Es ist in Form eines Stückes hergestellt. Pleuel stellt eine Verbindung zwischen der Kurbelwelle und Kolben des Motors.

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6) Motorblock

Der Motorblock besteht aus Sphäroguss und ist für alle Zylinder geeignet. Die großen Lagerdeckel werden von unten mit zwei hydraulischen Spannschrauben befestigt.

Diese Kappen sind unten und oben seitlich durch den Motorblock gerichtet. Eine hydraulisch angezogene horizontale Seitenschraube stützt den Hauptlagerdeckel.

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7) Nockenwelle

Es wird verwendet, um Eingangs- und Auslassventile zu öffnen und zu schließen und die Kraftstoffpumpe in einem Dieselmotor mit hohem Druck zu steuern.

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8) Zündkerze

Es wird in Benzinmotoren oder Dieselmotoren verwendet. Es verwendet, um den Funken an das Luft-Kraftstoff-Gemisch zu liefern, um es zu entzünden.

9) kraftstoff Injektor

Es ist verwendet zu injizieren die kraftstoff im inneren der motor zylinder. Einige motoren verwenden kraftstoff pumpe anstelle von kraftstoff injektor.

10) Schwungrad

Diese Komponente des Viertakt-Benzinmotors ist auf einer Gusseisenstange montiert. Es speichert Energie als Trägheit.

Vor- und Nachteile von 4-Takt-Motoren

Der Viertaktmotor hat folgende Vor- und Nachteile:

Vorteile des Viertaktmotors

1. Zuverlässigkeit: Diese Arten von Dieselmotorensind zuverlässiger und effizienter.
2. Haltbarkeit: Diese Motoren haben eine hohe Haltbarkeit als 2-Takt-Motoren.
3. Umweltfreundlich: Diese Motoren sind umweltfreundlich, da ein 4-Takt-Motor weniger gefährliche Dämpfe freisetzt als ein 2-Takt-Motor.
4. Diese motorensind beste für schwere lasten und schwere fahrzeuge.
5. Kraftstoffeffizienz: Diese Motoren haben eine höhere Kraftstoffeffizienz als 2-Takt-Motoren.
6. Geräusch: Diese haben einen leisen Betrieb als Zweitaktmotoren
7. Mehr Drehmoment: Bei niedriger Drehzahl erzeugen Viertaktmotoren mehr Drehmoment als 2-Taktmotoren.
8. Mehr kraftstoff effizienz: Diese art von IC motor hat höhere kraftstoff effizienz als ein zwei-hub motor.
9. Kein zusätzlicher Ölbedarf: Dieser Motor benötigt keine zusätzliche Schmierung oder Öl, um den Kraftstoff hinzuzufügen. Lediglich die Drehteile müssen zwischenzeitlich geschmiert werden.

1. Diese Dieselmotoren produzieren das kleinste NOX.

Nachteile des Viertaktmotors

1. Leistung: Dieser Motor hat eine geringere Leistung als der Zweitaktmotor.
2. Teuer: Ein Viertaktmotor hat viele Teile. Daher hat es hohe Kosten als ein Zweitaktmotor.
3. Gewicht: Diese Motoren haben ein hohes Gewicht als 2-Takt-Motoren
4. Erforderliche Fläche: Sie benötigten eine große Fläche für die Installation.
5. Kolbenhübe: Es sind mehr Kolbenhübe erforderlich, um einen Leistungszyklus abzuschließen.
6. Design: Diese Motoren haben ein komplexes Design.

Was sind die Unterschiede zwischen einem 4-Takt-Dieselmotor und einem 4-Takt-Benzinmotor?

Benzinmotor	Dieselmotor
Dieser Motor arbeitet auf der Basis des Otto-Zyklus.	Es funktioniert auf der Basis eines Dieselmotors.
Bei diesem Motor erfolgt der Zündvorgang aufgrund des von einer Zündkerze bereitgestellten Funkens.	Bei diesem Motor erfolgt die Zündung aufgrund einer hohen Kompression des Luft-Kraftstoff-Gemisches.
Es verwendet Benzin oder Benzin als Arbeitsfluid.	Es wird Diesel verwendet.
Dieser Motor ist weniger effizient.	Es ist am effizientesten.
Es hat ein niedriges Kompressionsverhältnis.	Dieser Motor hat ein hohes Verdichtungsverhältnis.
Es verbraucht weniger Kraftstoff.	Es verbraucht wenig Kraftstoff.
Diese Motoren werden hauptsächlich in kleinen Anwendungen wie Fahrrädern, Motorrädern und Generatoren usw. verwendet.	Diese Motoren werden hauptsächlich für schwere Anwendungen wie Busse, Lastwagen und Lieferwagen usw. verwendet.

FAQ-Bereich

Was versteht man unter einem 4-Takt-Motor?

Was sind Beispiele für einen 4-Takt-Motor?

Welcher Motor produziert weniger Umweltverschmutzung, 2-Takt oder 4-Takt?

Was ist schneller, 2-Takt oder 4-Takt?

Gibt es einen Sechstaktmotor?

1. Verschiedene Arten von Motoren
2. Verschiedene Arten von Hubkolbenmotoren
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7. Arbeiten von SI oder Benzinmotor