Wat is een 4-takt motor? / Hoe werkt een viertaktmotor?

motoren worden wereldwijd het meest gebruikt voor talrijke toepassingen. Deze worden gebruikt in verschillende voertuigen zoals bussen, vrachtwagens, bestelwagens en motorfietsen etc. Er zijn verschillende soorten motoren, en een 4-takt motor is een van hen. Volgens het aantal zuiger slagen, de motoren hebben twee belangrijke types die zijn:

1. 2-slagmotor
2. viertaktmotor

In het vorige artikel hebben we de tweetaktmotor besproken. Daarom zullen we in dit artikel voornamelijk de viertaktmotor bespreken.

Wat is een viertaktmotor?

een viertaktmotor is een IC-motor die vier slagen van de zuiger gebruikt om een werkcyclus te voltooien. Het zet de thermische energie van de brandstof om in nuttig mechanisch werk door de opwaartse en neerwaartse beweging van de zuiger. Daarom behoort het tot de categorie van de zuigermotor.

een viertaktmotor voltooit een vermogenscyclus na het voltooien van twee omwentelingen van de krukas en 4 slagen van de zuiger. Deze motoren worden het meest gebruikt in verschillende voertuigen zoals lichte vrachtwagens, bussen, bestelwagens, auto ‘ s, enz.

bij deze zuigermotor vindt het compressieproces plaats door de op – en neergaande beweging van de zuiger.

het belangrijkste verschil tussen de 2-takt en 4-takt motoren is dat een 2-takt motor een werkcyclus in slechts twee slagen voltooit, terwijl een 4-takt motor een werkcyclus in vier slagen van de zuiger voltooit. Een 2-takt motor produceert minder vervuiling in vergelijking met een 2-takt motor.

Hoe werkt een viertaktmotor?

een viertaktmotor werkt in de volgende stappen:

1. Inlaatproces
2. compressieproces
3. Vermogensproces
4. Uitlaatgasproces

1) inlaatslag

• naarmate de zuiger naar BCD vanuit TDC (naar beneden) heen en weer beweegt, ontstaat er een vacuüm in de compressiekamer (cilinder).
• wanneer het vacuüm in de compressiekamer ontstaat, sluit de uitlaatklep en opent de inlaatklep.
• wanneer de inlaatklep opent, begint het lucht-brandstofmengsel de compressiekamer binnen te dringen.

2) compressieslag

• naarmate de inwendige druk van de compressiekamer gelijk wordt aan de buitendruk, sluit de inlaatklep en begint de compressieslag.
• naarmate de zuiger naar boven beweegt (van BCD naar TDC), comprimeert hij het lucht-brandstofmengsel in de compressiekamer en verhoogt hij de temperatuur en druk van het lucht-brandstofmengsel.

3) Vermogensslag

• de vermogensslag wordt ook wel een verbrandingsslag genoemd.
• wanneer de compressieslag bijna voltooid is, verbrandt een bougie het perslucht-brandstofmengsel.
• als de brandstof wordt ontstoken, wordt het vermogen zo opgewekt dat de zuiger van TDC naar BDC beweegt door de chemische reactie uit te breiden. Daarom wordt deze slag POWER STROKE genoemd.
• door dit verbrandingsproces worden de temperatuur en de druk van het mengsel zeer hoog. Door een toename van de druk duwt het lucht-brandstofmengsel de zuiger naar beneden (richting BCD van TDC) en drijft de krukas aan, die het voertuig verder beweegt.
• tijdens dit proces blijven zowel de inlaat-als de uitlaatkleppen gesloten.

4) uitlaatslag

• na voltooiing van de vermogensslag begint de uitlaatslag.
• in de uitlaatslag beweegt de zuiger weer omhoog (van BDC naar TDC).
• tijdens deze slag sluit de inlaatklep en opent de uitlaatklep. De zuiger duwt de uitlaatgassen uit de verbrandingskamer.
• na het voltooien van de uitlaatslag beweegt de zuiger opnieuw naar beneden (van TDC naar BDC), zuigt het lucht-brandstofmengsel op en herhaalt de hele cyclus zich. Deze laatste slag dwingt de verbruikte gassen/uitlaatgassen uit de cilinder.

Lees ook: werking van de tweetaktmotor

PV-diagram van de viertaktmotor

het volgende PV-diagram geeft de werkcyclus van de viertaktmotor weer. Een viertaktmotor voltooit een werkcyclus in de volgende stappen:

• isobarisch proces (0 tot 1): In het isobarische proces beweegt de zuiger naar beneden en genereert een vacuüm in de verbrandingskamer. Tijdens de vacuümvorming genereert een drukverschil tussen de atmosferische druk en de inwendige druk van de kamer. Door dit drukverschil opent de inlaatklep en komt het lucht-brandstofmengsel de verbrandingskamer binnen.
• adiabatisch proces (1 tot 2): Na de voltooiing van het isobarische proces, sluit de inlaatklep, en de zuiger beweegt naar boven en druk het lucht-brandstof mengsel. Tijdens dit proces stijgt de zuiger de temperatuur en druk van het mengsel, maar de warmte verandert niet.
• Isochorisch proces (2 tot 3): een bougie ontbrandt het lucht-brandstofmengsel aan het einde van de compressieslag (adiabatisch proces). Dit proces verhoogt de temperatuur en druk van het lucht-brandstofmengsel en transformeert het in een hoge temperatuur-en drukmengsel. Dit ontstekingsproces verhoogt ook de entropie (warmte) van het lucht-brandstofmengsel.
• krachtslag (proces 3 tot 4): in deze slag wordt de door het ontstekingsproces geproduceerde warmte gebruikt om de zuiger naar beneden te duwen, waardoor de krukas verder beweegt. De beweging van de krukas beweegt het voertuig. Daarom wordt dit proces een krachtslag genoemd.
• Uitlaatfase (4 tot 1): in deze fase beweegt de zuiger weer omhoog en opent de uitlaatklep, die de afvalwarmte uit de verbrandingskamer ontlaadt. Door de verwijdering van nutteloze warmte neemt de kinetische energie van de moleculen van het lucht-brandstofmengsel af. Nogmaals, het drukverschil genereert tussen de atmosferische druk en de inwendige druk van de kamer, en de hele cyclus herhaalt zich.

geschiedenis

Atkinson cyclus

• in 1882 ontwierp James Atkinson de Atkinson cyclus motor. Het was een ééntakt IC motor.
• deze cyclus werd uitgevonden voor het leveren van efficiëntie bij de uitgaven van vermogensdichtheid. Tegenwoordig, de Atkinson cyclus motor wordt gebruikt in een aantal nieuwste hybride elektrische toepassingen.
• de originele 4-takt zuigermotor met Atkinson-cyclus maakte het mogelijk de inlaatslag, compressieslag, vermogensslag en uitlaatslag in één omwenteling van de krukas toe te passen om inbreuk op bepaalde octrooien met betrekking tot de Otto-motor te voorkomen.
• Atkinson engine ’s unieke krukas constructie kan resulteren in verschillende compressie en expansie ratio’ s. De krachtslag is langer dan de compressieslag, waardoor de motor een grotere enthalpie (thermisch rendement) heeft dan conventionele zuigermotoren.
• het oorspronkelijke ontwerp van de Atkinson motor is niets meer dan een historische curiositeit. Verschillende nieuwste motoren hebben niet-traditionele kleptiming om de langere krachtslag of de kortere compressieslag effecten te genereren, waardoor het brandstofverbruik wordt verbeterd.

Lees Ook: De werking van de Atkinson-cyclus

Dieselcyclus

• een dieselmotor is een praktische vooruitgang van de Otto-Motor vanaf 1876.In 1861 vond Otto dat de productiviteit van de motor kon worden verbeterd door het lucht-brandstofmengsel voor de ontsteking te comprimeren, en Rudolf Diesel wilde een efficiëntere motor maken die zwaardere brandstoffen kan aandrijven.Om dezelfde redenen als Otto wilde Diesel een motor ontwerpen die kleinere industriële bedrijven hun eigen vermogen kan leveren om te concurreren met grote bedrijven als Otto en de vraag naar brandstof in de gemeenschap te verminderen. Net als Otto kreeg het veel tijd om een motor met hoge compressie te bouwen die spontaan de brandstof in de cilinder kon ontsteken. Diesel gebruikte een mengsel van lucht-brandstof in zijn eerste motor.In 1893 werd Diesel uiteindelijk ontwikkeld als een succesvolle Motor. Motoren met hoge compressie die brandstof ontsteken als gevolg van de hoge compressie van de lucht-brandstof compressie staan bekend als dieselmotoren. De dieselmotor is toegankelijk in zowel viertakt-als tweetaktontwerpen.
• 4-takt dieselmotoren worden gebruikt in de meeste zware toepassingen zoals vrachtwagens, bussen, schoepen enz. Deze motor gebruikt zware stookolie, die meer energie bevat en minder raffinage nodig heeft om te produceren.

Lees ook: werking van dieselmotor

viertakt motorvermogen beperkingen

het uitgangsvermogen van de motor is afhankelijk van de hoeveelheid lucht die wordt aangezogen. De prestaties van een zuigermotor (of het nu een 4-takt of een 2-takt motor is) zijn afhankelijk van het toerental (TPM), de calorische waarde van de brandstof, het verlies, de lucht-brandstofverhouding, het volumetrische rendement, het zuurstofgehalte in het brandstof-luchtmengsel en de grootte van de verbrandingskamer. Uiteindelijk regelt de snelheid van de motor door smering en materiaalsterkte.

de drijfstang, de zuiger en de klep van de motor zijn gericht op sterke acceleratiekrachten. Hoge motortoerentallen kunnen leiden tot motorschade, verlies van vermogen, zuigerveerflutter of andere fysieke schade. Wanneer de zuigerveer verticaal trilt in de zuigergroef waarin de zuigerveer zich bevindt, fladdert de zuigerveer.

het doel van de ringflutter is om de afdichting tussen de cilinderwand en de ring te bevestigen, wat leidt tot verlies van vermogen en druk in de cilinder.

als de motor te snel draait, kan de klepveer de klep niet snel genoeg sluiten. Dit is vaak bekend als een” ventiel vlotter ” en zorgt ervoor dat de zuiger om de klep te raken en veroorzaken een ernstige motorbreuk.

bij hoge snelheid is de smering van de zuiger-cilinderwandinterface meestal beschadigd. Daarom is het zuigertoerental van een industriële motor beperkt tot 10 m/s.

Lees ook: verschillende motortypen

onderdelen van 4-takt dieselmotor

de viertaktmotor heeft de volgende hoofdcomponenten:

1. Brandstofinjector
2. zuiger
3. inlaatklep
4. uitlaatklep
5. krukas
6. drijfstang
7. motorblok
8. Vliegwiel

1) zuiger en zuigerveer

de zuiger in de 4-takt dieselmotor produceert zuigerbeweging. Het verbindt met de krukas via een drijfstang. Hij verplaatst zijn beweging naar de krukas via een drijfstang. De zuiger beweegt naar beneden en naar boven in de cilinder van de motor.

wanneer de zuiger omhoog beweegt, zuigt hij de lucht in de cilinder, terwijl hij de lucht comprimeert wanneer hij naar beneden beweegt. Door deze zuigerbeweging nemen de temperatuur en druk van het lucht-brandstofmengsel in de cilinder toe.

de motorzuiger heeft een complexe constructie met een stalen kroon en een nodulair gietijzeren rok. Deze rok maakt gebruik van druksmering om de olietoevoer naar de cilindervoering onder elke werksituatie te garanderen. Olie feds naar het koelkanaal aan de bovenkant van de zuiger via de drijfstangen. Alle zuigerveren zijn verchroomd om slijtage te weerstaan. De zuigerring bevat een veercompatibele olieregelring en 2 geleidende compressieringen. De zuigerringgroef heeft een uitstekende slijtvastheid en is gestabiliseerd.

2) cilinder lineair

dit onderdeel van de viertaktmotor heeft een hoge, stijve kraag om vervorming te verminderen. Dit Lineaire materiaal is een grijze gietijzeren legering met hoge sterkte en briljante slijtvastheid. Nauwkeurig geplaatste verticale koelwatergaten zorgen voor een nauwkeurige temperatuurregeling. Om het boring polijsten risico te vermijden, rust de lineaire uit met een beschermende polijstring.

de ruimte tussen de cilindervoering en het cilinderblok sluit af met een dubbele O-ring. Het bovenste uiteinde van de lineaire rust uit door een anti-polijstring die voorkomt dat de inwendige boringen worden gepolijst en vermindert het verbruik van smeerolie.

3) Big end lagers en Hoofdlagers

het big end lagers is een lood bronzen bekleding met Tri-metalen stalen ruggen en een dikke, glad lopende laag. Het bimetaallager en het trimetaallager zijn als belangrijkste lagers uitgeput.

4) drijfstang

hoofdartikel: Drijfstang

dit onderdeel van de 4-takt dieselmotor verbindt de krukas en de zuiger van de motor. Het is gemaakt van gelegeerd staal en uit één stuk gesmeed. Een drijfstang wordt in een cirkelvormige doorsnede bewerkt. De onderzijde van de drijfstang splitst zich in de horizontale richting zodat de drijfstang en de zuiger van de cilindervoering kunnen worden verwijderd. De peilpenlager bestaat uit tri-metaal.

alle bouten van de drijfstang zijn hydraulisch aangedraaid. De gaten in de drijfstang leiden olie naar de zuigers en de zuigerpen lager. Dit onderdeel van de motor brengt de beweging van de zuiger naar de krukas, die verder naar het wiel van het voertuig beweegt.

5) krukas

de krukas transformeert de heen en weer bewegende beweging van de motorzuiger in roterende beweging. Het is een essentieel onderdeel voor alle motoren. Dit deel draagt eindvermogen over in de vorm van kinetische energie. Het is gemaakt in de vorm van een stuk. Drijfstang maakt een verbinding tussen de krukas en de zuiger van de motor.

Lees ook: werking van krukas

6) motorblok

het motorblok is vervaardigd van nodulair gietijzer en is geschikt voor alle cilinders. De belangrijkste lagerkappen worden van onderaf bevestigd met twee hydraulische spanschroeven.

deze doppen zijn zijdelings gericht op de onderkant en bovenkant door het motorblok. Een hydraulisch aangedraaide horizontale zijschroef ondersteunt de hoofdlagerkap.

Lees Ook: Werking van motorblok

7) Nokkenas

wordt gebruikt voor het openen en sluiten van invoer-en uitlaatkleppen en voor het regelen van de brandstofpomp in een dieselmotor met hoge druk.

Lees ook: werking van Nokkenas

8) bougie

gebruikt in benzinemotoren of SI-motoren. Het gebruikt om de vonk te leveren aan de lucht-brandstof mengsel om het te ontsteken.

9) Brandstofinjector

het wordt gebruikt om de brandstof in de motorcilinders te injecteren. Sommige motoren gebruiken brandstofpomp in plaats van brandstofinjector.

10) Vliegwiel

dit onderdeel van de viertakt benzinemotor gemonteerd op een gietijzeren paal. Het slaat energie op als traagheid.

voor-en nadelen van viertaktmotoren

de viertaktmotor heeft de volgende voor-en nadelen:

voordelen van viertaktmotoren

1. betrouwbaarheid: Deze dieselmotoren zijn betrouwbaarder en efficiënter.
2. duurzaamheid: deze motoren hebben een hoge duurzaamheid dan tweetaktmotoren.
3. milieuvriendelijk: Deze motoren zijn milieuvriendelijk omdat een 4-takt motor minder gevaarlijke dampen afgeeft dan een 2-takt motor.
4. deze motoren zijn het best geschikt voor zware ladingen en zware voertuigen.
5. brandstofrendement: deze motoren hebben een hoog brandstofrendement dan tweetaktmotoren.
6. Geluid: Deze hebben een stille werking dan tweetaktmotoren
7. meer koppel: bij laag toerental produceren viertaktmotoren meer koppel dan tweetaktmotoren.
8. meer brandstofrendement: dit type IC-motor heeft een hoger brandstofrendement dan een tweetaktmotor.
9. geen extra olie nodig: Deze motor vereist geen extra smering of olie om de brandstof toe te voegen. Alleen de draaicomponenten hebben tussendoor smering nodig.

1. deze dieselmotoren produceren de kleinste NOX.

nadelen van viertaktmotor

1. vermogen: deze motor heeft een lager vermogen dan de tweetaktmotor.
2. duur: een viertaktmotor heeft vele onderdelen. Daarom heeft het hoge kosten dan een tweetaktmotor.
3. gewicht: Deze motoren hebben een hoog gewicht dan 2-takt motoren
4. vereist gebied: ze vereist een groot gebied voor de installatie.
5. Zuigerslagen: er zijn meer zuigerslagen nodig om een vermogenscyclus te voltooien.
6. ontwerp: deze motoren hebben een complex ontwerp.

Wat zijn de verschillen tussen een 4-takt dieselmotor en een 4-takt benzinemotor?

benzinemotor	dieselmotor
deze motor werkt op basis van de otto-cyclus.	het werkt op de basis van een dieselmotor.
In deze motor, het ontstekingsproces vindt plaats als gevolg van de vonk die door een bougie.	in deze Motor treedt ontsteking op door hoge compressie van het lucht-brandstofmengsel.
het gebruikt benzine of benzine als een werkende vloeistof.	hij maakt gebruik van diesel.
deze motor is minder efficiënt.	het is het meest efficiënt.
het heeft een lage compressieverhouding.	deze motor heeft een hoge compressieverhouding.
het verbruikt minder brandstof.	er wordt weinig brandstof gebruikt.
deze motoren worden meestal gebruikt in kleine toepassingen zoals fietsen, motorfietsen, en generatoren, enz.	deze motoren worden meestal gebruikt voor zware toepassingen zoals bussen, vrachtwagens en bestelwagens, enz.

FAQ sectie

wat wordt bedoeld met een viertaktmotor?

Wat zijn voorbeelden van een 4-takt motor?

welke motor produceert minder vervuiling, 2-takt of 4-takt?

Wat is sneller, 2 takt of 4 takt?

Is er een zestaktmotor?

1. verschillende typen motoren
2. verschillende typen zuigermotoren
3. werking van tweetaktmotor
4. werking van stoommachine
5. typen IC-motoren
6. typen motoren met uitwendige verbranding
7. werking van SI – of benzinemotor