Che cos’è un motore a 4 tempi? / Come funziona un motore a quattro tempi?

I motori sono più utilizzati in tutto il mondo per numerose applicazioni. Questi sono utilizzati in diversi veicoli come autobus, camion, furgoni e motocicli ecc. Esistono diversi tipi di motori e un motore a 4 tempi è uno di questi. In base al numero di colpi del pistone, i motori hanno due tipi principali che sono:

1. 2-motore a corsa
2. motore a 4 tempi

Nel precedente articolo, abbiamo discusso il motore a 2 tempi. Pertanto, in questo articolo, discuteremo principalmente il motore a quattro tempi.

Che cos’è un motore a quattro tempi?

Un motore a 4 tempi è un motore IC che utilizza quattro colpi del pistone per completare un ciclo di lavoro. Converte l’energia termica del carburante in un utile lavoro meccanico dovuto al movimento verso l’alto e verso il basso del pistone. Pertanto, appartiene alla categoria del motore alternativo.

Un motore a quattro tempi completa un ciclo di potenza dopo il completamento di due giri dell’albero motore e 4 colpi del pistone. Questi motori sono più utilizzati in diversi veicoli come autocarri leggeri, autobus, furgoni, automobili, ecc.

In questo motore alternativo, il processo di compressione si verifica a causa del movimento su e giù del pistone.

La differenza principale tra i motori a 2 tempi e 4 tempi è che un motore a 2 tempi completa un ciclo di lavoro in soli due tempi mentre un motore a quattro tempi completa un ciclo di lavoro in quattro tempi del pistone. Un motore a 2 tempi produce meno inquinamento rispetto a un motore a 2 tempi.

Come funziona un motore a 4 tempi?

Un motore a quattro tempi funziona nei seguenti passaggi:

1. Processo di Presa in carico
2. Processo di Compressione

Processo

3. di Scarico del Processo

1) Corsa di aspirazione

• Come il pistone ricambia verso BCD da TDC (verso il basso), un vuoto inizia a produrre all’interno della camera di compressione (cilindro).
• Quando il vuoto produce all’interno della camera di compressione, la valvola di scarico si chiude e la valvola di ingresso si apre.
• Quando la valvola di ingresso si apre, la miscela aria-carburante inizia ad entrare nella camera di compressione.

2) Corsa di compressione

• Poiché la pressione interna della camera di compressione diventa uguale alla pressione esterna, la valvola di ingresso si chiude e inizia la corsa di compressione.
• Mentre il pistone si muove verso l’alto (da BCD a PMS), comprime la miscela aria-carburante all’interno della camera di compressione e aumenta la temperatura e la pressione della miscela aria-carburante.

3) Colpo di potere

• Il colpo di potere inoltre è conosciuto come colpo di combustione.
• Quando la corsa di compressione è quasi completa, una candela brucia la miscela aria-carburante compressa.
• Quando il carburante viene acceso, la potenza viene generata in modo che il pistone si sposti dal PMS al BDC espandendo la reazione chimica. Pertanto, questa corsa è chiamata CORSA DI POTENZA.
• A causa di questo processo di combustione, la temperatura e la pressione della miscela diventano molto alte. A causa di un aumento della pressione, la miscela aria-carburante spinge il pistone a spostarsi verso il basso (verso BCD dal PMS) e aziona l’albero motore, che sposta ulteriormente il veicolo.
• Durante questo processo, le valvole di ingresso e di scarico rimangono chiuse.

4) Corsa di scarico

• Dopo il completamento della corsa di potenza, inizia la corsa di scarico.
• Nella corsa di scarico, il pistone si sposta nuovamente verso l’alto (da BDC a PMS).
• Durante questa corsa, la valvola di ingresso si chiude e la valvola di scarico si apre. Il pistone spinge i gas di scarico fuori dalla camera di combustione.
• Dopo aver completato la corsa di scarico, il pistone si sposta nuovamente verso il basso (dal PMS al BDC), aspira la miscela aria-carburante e l’intero ciclo si ripete. Questa corsa finale costringe i gas esausti / scarico fuori dal cilindro.

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Diagramma PV del motore a quattro tempi

Il seguente diagramma PV rappresenta il ciclo di lavoro del motore a 4 tempi. Un motore a quattro tempi completa un ciclo di lavoro nei seguenti passaggi:

• Processo isobarico (da 0 a 1): Nel processo isobarico, il pistone si muove verso il basso e genera un vuoto all’interno della camera di combustione. Durante la creazione del vuoto, si genera una differenza di pressione tra la pressione atmosferica e la pressione interna della camera. A causa di questa differenza di pressione, la valvola di aspirazione si apre e la miscela aria-carburante entra nella camera di combustione.
• Processo adiabatico (da 1 a 2): Dopo il completamento del processo isobarico, la valvola di ingresso si chiude e il pistone si muove verso l’alto e pressurizza la miscela aria-carburante. Durante questo processo, il pistone aumenta la temperatura e la pressione della miscela, ma il suo calore non cambia.
• Processo isocorico (da 2 a 3): una candela accende la miscela aria-carburante al termine della corsa di compressione (processo adiabatico). Questo processo aumenta la temperatura e la pressione della miscela aria-carburante e la trasforma in una miscela ad alta temperatura e pressione. Questo processo di accensione aumenta anche l’entropia (calore) della miscela aria-carburante.
• Corsa di potenza (processo da 3 a 4): In questa corsa, il calore prodotto a causa del processo di accensione viene utilizzato per spingere il pistone verso il basso, che sposta ulteriormente l’albero motore. Il movimento dell’albero motore muove il veicolo. Pertanto, questo processo è chiamato colpo di potenza.
• Fase di scarico (da 4 a 1): In questa fase, il pistone si sposta nuovamente verso l’alto e si apre la valvola di scarico, che scarica il calore residuo dalla camera di combustione. A causa della rimozione del calore inutile, l’energia cinetica delle molecole della miscela aria-carburante diminuisce. Ancora una volta, la differenza di pressione genera tra la pressione atmosferica e la pressione interna della camera, e l’intero ciclo si ripete.

Storia

Atkinson Cycle

• Nel 1882, James Atkinson progettò il motore Atkinson cycle. Era un motore IC a un solo colpo.
• Questo ciclo è stato inventato per la fornitura di efficienza a spese della densità di potenza. Al giorno d’oggi, il motore del ciclo di Atkinson è utilizzato in alcune ultime applicazioni elettriche ibride.
• L’originale motore alternativo a 4 tempi con ciclo Atkinson consentiva la corsa di aspirazione, compressione, potenza e scarico in un solo giro dell’albero motore per evitare la violazione di particolari brevetti relativi al motore Otto.
• La costruzione unica dell’albero motore di Atkinson può provocare i rapporti differenti di espansione e di compressione. La corsa di potenza è più lunga della corsa di compressione, dando al motore una maggiore entalpia (efficienza termica) rispetto ai motori alternativi convenzionali.
• Il design iniziale del motore Atkinson non è altro che una curiosità storica. Diversi motori più recenti hanno una fasatura delle valvole non tradizionale per generare la corsa di potenza più lunga o, gli effetti della corsa di compressione più brevi, fornendo un miglioramento del risparmio di carburante.

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Ciclo diesel

• Un motore diesel è un avanzamento pratico del motore Otto dal 1876.
• Nel 1861, Otto riteneva che la produttività del motore potesse essere migliorata comprimendo la miscela aria-carburante prima dell’accensione, e Rudolf Diesel desiderava creare un motore più efficiente in grado di far funzionare combustibili più pesanti.
• Per le stesse ragioni di Otto, Diesel desiderava progettare un motore in grado di fornire alle aziende industriali più piccole la propria potenza per competere con le grandi aziende come Otto e ridurre le richieste di approvvigionamento di carburante della comunità. Come Otto, ha avuto molto tempo per costruire un motore ad alta compressione che potrebbe accendere spontaneamente il carburante iniettato nel cilindro. Diesel utilizzato una miscela di aria-carburante nel suo primo motore.
• Nel 1893, il Diesel fu finalmente sviluppato come motore di successo. I motori ad alta compressione che accendono il carburante a causa dell’elevata compressione della compressione aria-carburante sono noti come motori diesel. Il motore diesel è accessibile in entrambi i disegni a quattro tempi o due tempi.
• I motori diesel a 4 tempi sono utilizzati nella maggior parte delle applicazioni pesanti come camion, autobus e palette ecc. Questo motore utilizza olio combustibile pesante, che contiene più energia e richiede meno raffinazione per produrre.

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Limitazioni di potenza del motore a quattro tempi

La potenza di uscita del motore dipende dalla quantità di aria aspirata. Le prestazioni di un motore a pistoni (che si tratti di un motore a 4 tempi o di un motore a 2 tempi) dipendono dalla velocità (RPM), dal potere calorifico del carburante, dalla perdita, dal rapporto aria-carburante, dall’efficienza volumetrica, dal contenuto di ossigeno nella miscela aria-carburante e dalle dimensioni della camera di combustione. In definitiva, la velocità del motore controlla attraverso la lubrificazione e la resistenza del materiale.

La biella, il pistone e la valvola del motore affrontano forti forze di accelerazione. Gli alti regimi del motore possono causare danni al motore, perdita di potenza, flutter dell’anello del pistone o altri danni fisici. Quando l’anello del pistone vibra verticalmente nella scanalatura del pistone in cui si trova l’anello del pistone, l’anello del pistone svolazza.

Lo scopo del flutter dell’anello è di sistemare la guarnizione fra la parete del cilindro e l’anello, che piombo ad una perdita di potere e di pressione nel cilindro.

Se il motore gira troppo velocemente, la molla della valvola non sarà in grado di chiudere la valvola abbastanza velocemente. Questo è spesso conosciuto come un” galleggiante valvola ” e provoca il pistone a colpire la valvola e causare una grave rottura del motore.

Ad alta velocità, la lubrificazione dell’interfaccia della parete pistone-cilindro tende a danneggiarsi. Pertanto, la velocità del pistone di un motore industriale è limitata fino a 10 m / s.

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Componenti del motore diesel a 4 tempi

Il motore a quattro tempi ha i seguenti componenti principali:

1. iniettore di Carburante
2. Pistone
3. Valvola di Aspirazione
4. Valvola di Scarico
5. Albero
6. biella
7. blocco Motore
8. Volano

1) Pistone e l’Anello di Stantuffo

Il pistone a 4 tempi motore diesel produce il movimento alternativo. Si collega con l’albero motore tramite una biella. Trasferisce il suo movimento all’albero motore tramite una biella. Il pistone si muove verso il basso e verso l’alto all’interno del cilindro del motore.

Quando il pistone si muove verso l’alto, aspira l’aria all’interno del cilindro, mentre comprime l’aria quando si muove verso il basso. A causa di questo movimento del pistone, la temperatura e la pressione della miscela aria-carburante all’interno del cilindro aumentano.

Il pistone del motore ha una costruzione complessa con una corona in acciaio e una gonna in ghisa duttile. Questa gonna utilizza la lubrificazione a pressione per garantire la consegna dell’olio al rivestimento del cilindro sotto ogni situazione di lavoro. Feds olio verso il condotto di raffreddamento nella parte superiore del pistone tramite le bielle. Tutte le fasce elastiche sono cromate per resistere all’usura. L’anello del pistone contiene un anello di controllo dell’olio compatibile con molla e 2 anelli di compressione guida. La scanalatura dell’anello del pistone ha un’eccellente resistenza all’usura ed è stabilizzata.

2) Cilindro lineare

Questo componente del motore a quattro tempi ha un collare alto e rigido per ridurre la deformazione. Questo materiale lineare è una lega grigia del ghisa con resistenza all’usura ad alta resistenza e brillante. I fori per l’acqua di raffreddamento verticali posizionati con precisione garantiscono un controllo preciso della temperatura. Per evitare il rischio di lucidatura del foro, linear è dotato di un anello di lucidatura protettivo.

Lo spazio tra il rivestimento del cilindro e le guarnizioni del blocco cilindri con un doppio O-ring. L’estremità superiore del linear è dotata di un anello anti-lucidatura che impedisce la lucidatura dei fori interni e riduce il consumo di olio lubrificante.

3) Big end bearings and Main Bearings

Il big end bearing è un rivestimento in bronzo di piombo con schienali in acciaio tri-metallo e uno strato spesso e scorrevole. Il cuscinetto bimetallico e il cuscinetto tri-metallico sono esauriti come cuscinetti principali.

4) Biella

Articolo principale: Biella

Questo componente del motore diesel a 4 tempi collega l’albero motore e il pistone del motore. È fatto di acciaio legato e forgiato in un unico pezzo. Una biella è lavorata in una sezione trasversale circolare. Il lato inferiore della biella si divide in direzione orizzontale in modo che la biella e il pistone possano essere rimossi dal rivestimento del cilindro. Il cuscinetto del perno del gudgeon è costituito da tri-metallo.

Tutti i bulloni della biella sono serrati idraulicamente. I fori nella biella dirigono l’olio ai pistoni e al cuscinetto del perno del gudgeon. Questo componente del motore trasferisce il movimento del pistone all’albero motore, che si sposta ulteriormente sulla ruota del veicolo.

5) Albero motore

L’albero motore trasforma il moto alternativo del pistone del motore in moto rotatorio. È un componente essenziale per tutti i motori. Questa parte trasferisce la potenza finale sotto forma di energia cinetica. È fatto sotto forma di un pezzo unico. La biella crea un collegamento tra l’albero motore e il pistone del motore.

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6) Blocco motore

Il blocco motore è costruito in ferro duttile ed è adatto a tutti i cilindri. I cappucci principali del cuscinetto sono fissati da sotto con due viti idrauliche di tensionamento.

Questi tappi sono diretti in basso e in alto lateralmente attraverso il blocco motore. Una vite laterale orizzontale serrata idraulicamente sostiene il cappuccio principale del cuscinetto.

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7) Albero a camme

Viene utilizzato per aprire e chiudere le valvole di ingresso e scarico e per controllare la pompa del carburante in un motore diesel ad alta pressione.

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8) Candela

Utilizza nei motori a benzina o nei motori SI. Esso utilizza per fornire la scintilla alla miscela aria-carburante per accenderlo.

9) Iniettore di carburante

Viene utilizzato per iniettare il carburante all’interno dei cilindri del motore. Alcuni motori utilizzano pompa del carburante invece di iniettore di carburante.

10) Volano

Questo componente del motore a benzina a quattro tempi montato su un palo in ghisa. Immagazzina energia come inerzia.

Vantaggi e svantaggi dei motori a 4 tempi

Il motore a quattro tempi presenta i seguenti vantaggi e svantaggi:

Vantaggi del motore a quattro tempi

1. Affidabilità: questi tipi di motori diesel sono più affidabili ed efficienti.
2. Durata: questi motori hanno un’elevata durata rispetto ai motori a 2 tempi.
3. Rispettoso dell’ambiente: Questi motori sono rispettosi dell’ambiente perché un motore a 4 tempi rilascia fumi meno pericolosi di un motore a 2 tempi.
4. Questi motori sono i migliori per carichi pesanti e veicoli pesanti.
5. Efficienza del carburante: questi motori hanno un’elevata efficienza del carburante rispetto ai motori a 2 tempi.
6. Rumore: Questi hanno un funzionamento silenzioso rispetto ai motori a due tempi
7. Più coppia: a bassa velocità, i motori a quattro tempi producono più coppia rispetto ai motori a 2 tempi.
8. Più efficienza del carburante: Questo tipo di motore IC ha una maggiore efficienza del carburante rispetto a un motore a due tempi.
9. Nessun requisito olio extra: Questo motore non richiede alcuna lubrificazione o olio aggiuntivo per aggiungere il carburante. Solo i componenti di tornitura richiedono una lubrificazione intermedia.

1. Questi motori diesel producono il più piccolo NOX.

Svantaggi del motore a quattro tempi

1. Potenza: questo motore ha una potenza inferiore rispetto al motore a due tempi.
2. Costoso: un motore a quattro tempi ha molte parti. Pertanto, ha un costo elevato rispetto a un motore a due tempi.
3. Peso: Questi motori hanno un peso elevato rispetto ai motori a 2 tempi
4. Area richiesta: richiedevano una vasta area per l’installazione.
5. Colpi del pistone: Richiede più colpi del pistone per completare un ciclo di potere.
6. Design: Questi motori hanno un design complesso.

Quali sono le differenze tra un motore diesel a 4 tempi e un motore a benzina a 4 tempi?

Motore a benzina	Motore diesel
Questo motore funziona sulla base del ciclo otto.	Funziona sulla base di un motore diesel.
In questo motore, il processo di accensione si verifica a causa della scintilla fornita da una candela.	In questo motore, l’accensione si verifica a causa dell’elevata compressione della miscela aria-carburante.
Usa benzina o benzina come fluido di lavoro.	Utilizza diesel.
Questo motore è meno efficiente.	È più efficiente.
Ha un basso rapporto di compressione.	Questo motore ha un elevato rapporto di compressione.
Utilizza meno quantità di carburante.	Utilizza una bassa quantità di carburante.
Questi motori sono utilizzati principalmente in piccole applicazioni come biciclette, motocicli e generatori,ecc.	Questi motori sono utilizzati principalmente per applicazioni pesanti come autobus, camion e furgoni, ecc.

Sezione FAQ

Cosa si intende per motore a 4 tempi?

Quali sono esempi di un motore a 4 tempi?

Quale motore produce meno inquinamento, 2 tempi o 4 tempi?

Quale è più veloce, 2 tempi o 4 tempi?

C’è un motore a sei tempi?

1. Diversi tipi di Motori
2. Diversi tipi di Motori Alternativi
3. funzionamento del Motore a 2 tempi
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