Vad är en 4-taktsmotor? / Hur fungerar en fyrtaktsmotor?

motorer används mest över hela världen för många applikationer. Dessa används i olika fordon som bussar, lastbilar, skåpbilar och motorcyklar etc. Det finns olika typer av motorer, och en 4-taktsmotor är en av dem. Enligt antalet kolvslag har motorerna två huvudtyper som är:

1. 2-taktsmotor
2. 4-taktsmotor

i föregående artikel diskuterade vi 2-taktsmotorn. Därför kommer vi i denna artikel huvudsakligen att diskutera fyrtaktsmotorn.

Vad är en fyrtaktsmotor?

en 4-taktsmotor är en IC-motor som använder fyra slag av kolven för att slutföra en arbetscykel. Den omvandlar bränslets termiska energi till användbart mekaniskt arbete på grund av kolvens uppåtgående och nedåtgående rörelse. Därför hör den till kategorin av fram-och återgående motor.

en fyrtaktsmotor fullbordar en effektcykel efter slutförandet av två varv av vevaxeln och 4 slag av kolven. Dessa motorer används mest i olika fordon som lätta lastbilar, bussar, skåpbilar, bilar etc.

i denna fram-och återgående motor uppstår kompressionsprocessen på grund av kolvens upp och ner rörelse.

huvudskillnaden mellan 2-takts-och 4-taktsmotorerna är att en 2-taktsmotor fullbordar en arbetscykel på bara två slag medan en fyrtaktsmotor fullbordar en arbetscykel i fyra slag av kolven. En 2-taktsmotor ger mindre förorening jämfört med en 2-taktsmotor.

hur fungerar en 4-taktsmotor?

en fyrtaktsmotor fungerar i följande steg:

1. Insugningsprocessen
2. komprimeringsprocessen
3. Effektprocessen
4. Avgasprocessen

1) Insugningsslag

• när kolven fram och tillbaka mot BCD från TDC (nedåt) börjar ett vakuum producera inuti kompressionskammaren (cylindern).
• när vakuumet producerar inuti kompressionskammaren stängs avgasventilen och inloppsventilen öppnas.
• när inloppsventilen öppnas börjar luftbränsleblandningen komma in i kompressionskammaren.

2) kompressionsslag

• när kompressionskammarens inre tryck blir lika med det yttre trycket stängs inloppsventilen och kompressionsslaget startar.
• när kolven rör sig uppåt (från BCD till TDC) komprimerar den luftbränsleblandningen inuti kompressionskammaren och ökar temperaturen och trycket i luftbränsleblandningen.

3) Effekt stroke

• effekt stroke är också känd som en förbränningsslag.
• när kompressionsslaget nästan ska vara klart, bränner en tändstift komprimerad luft-bränsleblandning.
• när bränslet antänds genereras kraften så att kolven rör sig från TDC till BDC genom att expandera den kemiska reaktionen. Därför kallas denna stroke POWER STROKE.
• på grund av denna brinnande process blir temperaturen och trycket i blandningen mycket hög. På grund av en ökning av trycket trycker luftbränsleblandningen kolven för att röra sig nedåt (mot BCD från TDC) och driver vevaxeln, som ytterligare rör fordonet.
• under denna process förblir både inlopps-och avgasventilerna stängda.

4) Avgasslag

• efter slutförandet av effektslaget startar avgasslaget.
• i avgasslaget rör sig kolven igen uppåt (från BDC till TDC).
• under denna stroke stängs inloppsventilen och avgasventilen öppnas. Kolven trycker avgaserna ut ur förbränningskammaren.
• efter avslutad avgasslag rör sig kolven igen nedåt (från TDC till BDC), suger luftbränsleblandningen och hela cykeln upprepas. Detta sista slag tvingar de förbrukade gaserna / avgaserna ut ur cylindern.

Läs också: bearbetning av 2-taktsmotor

PV-diagram över fyrtaktsmotorn

följande PV-diagram representerar arbetscykeln för 4-taktsmotorn. En fyrtaktsmotor fullbordar en arbetscykel i följande steg:

• isobarisk Process (0 till 1): i isobarisk process rör sig kolven nedåt och genererar ett vakuum inuti förbränningskammaren. Under vakuumskapande genererar en tryckskillnad mellan atmosfärstrycket och kammarens inre tryck. På grund av denna tryckskillnad öppnas inloppsventilen och luftbränsleblandningen kommer in i förbränningskammaren.
• adiabatisk Process (1 till 2): Efter avslutad isobarisk process stängs inloppsventilen och kolven rör sig uppåt och trycker på luftbränsleblandningen. Under denna process stiger kolven temperaturen och trycket i blandningen, men värmen förändras inte.
• Isokorisk Process (2 till 3): en tändstift tänder luftbränsleblandningen i slutet av kompressionsslaget (adiabatisk process). Denna process ökar temperaturen och trycket i luftbränsleblandningen och omvandlar den till en hög temperatur och tryckblandning. Denna tändningsprocess ökar också entropin (värmen) i luftbränsleblandningen.
• Power Stroke (Process 3 till 4): i detta slag används värmen som produceras på grund av tändningsprocessen för att trycka kolven för att röra sig ner, vilket ytterligare rör vevaxeln. Vevaxelns rörelse rör fordonet. Därför kallas denna process en kraftslag.
• Avgasfas (4 till 1): i denna fas rör sig kolven igen upp och avgasventilen öppnas, som släpper ut spillvärmen från förbränningskammaren. På grund av avlägsnande av värdelös värme minskar den kinetiska energin hos luftbränsleblandningens molekyler. Återigen genererar tryckskillnaden mellan atmosfärstrycket och kammarens inre tryck, och hela cykeln upprepas.

historia

Atkinson-cykel

• 1882 designade James Atkinson Atkinson-cykelmotorn. Det var en entakts IC-motor.
• denna cykel uppfanns för att tillhandahålla effektivitet vid utgifterna för effekttäthet. Numera används Atkinson – cykelmotorn i några senaste hybridapplikationer.
• den ursprungliga 4-takts fram-och återgående motorn med Atkinson-cykel tillät insugningsslag, kompressionsslag, kraftslag och avgasslag i en vevaxelns varv för att förhindra intrång i särskilda patent relaterade till Otto-motorn.
• Atkinson engine unika vevaxelkonstruktion kan resultera i olika kompressions-och expansionsförhållanden. Kraftslaget är längre än kompressionsslaget, vilket ger motorn större entalpi (termisk effektivitet) än konventionella fram-och återgående motorer.
• den ursprungliga designen av Atkinson-motorn är inget annat än en historisk nyfikenhet. Flera senaste motorer har icke-traditionell ventiltid för att generera längre kraftslag eller, de kortare kompressionsslagseffekterna, vilket ger en förbättring av bränsleekonomin.

Läs Också: Bearbetning av Atkinson cykel

Diesel cykel

• en dieselmotor är en praktisk utveckling av Otto motorn från 1876.
• år 1861 kände Otto att motorproduktiviteten kunde förbättras genom att komprimera luftbränsleblandningen före tändning, och Rudolf Diesel önskade göra en effektivare motor som kan köra tyngre bränslen.
• av samma skäl som Otto Ville Diesel konstruera en motor som kan förse mindre industriföretag med egen kraft för att konkurrera med stora företag som Otto och minska kraven på gemenskapens bränsleförsörjning. Liksom Otto fick det lång tid att bygga en högkompressionsmotor som spontant kunde antända bränslet som injicerades i cylindern. Diesel använde en blandning av luftbränsle i sin första motor.
• 1893 utvecklades Diesel så småningom som en framgångsrik motor. Motorer med hög kompression som tänder bränsle på grund av den höga kompressionen av luftbränslekompressionen kallas dieselmotorer. Dieselmotorn är tillgänglig i både fyrtakts-eller tvåtaktsdesign.
• 4-takts dieselmotorer används i de flesta tunga applikationer som lastbilar, bussar och skovlar etc. Denna motor använder tung eldningsolja, som innehåller mer energi och kräver mindre raffinering för att producera.

Läs också: bearbetning av dieselmotor

fyrtaktsmotor Uteffektbegränsningar

motorns uteffekt beror på mängden luft som dras in. En kolvmotors prestanda (oavsett om det är en 4-taktsmotor eller en 2-taktsmotor) beror på hastigheten (RPM), bränslets värmevärde, förlust, luftbränsleförhållande, volymetrisk effektivitet, syreinnehåll i bränsle-luftblandning och förbränningskammarens storlek. I slutändan styr motorns hastighet genom smörjning och materialstyrka.

vevstaken, kolven och ventilen på motorn står inför starka accelerationskrafter. Höga motorvarvtal kan leda till motorskador, kraftförlust, kolvring fladder eller annan fysisk skada. När kolvringen vibrerar vertikalt i kolvspåret i vilket kolvringen är belägen, fladdrar kolvringen.

syftet med ringfladdern är att reglera tätningen mellan cylinderväggen och ringen, vilket leder till förlust av kraft och tryck i cylindern.

om motorn vrider för snabbt, kommer ventilfjädern inte att kunna stänga ventilen tillräckligt snabbt. Detta är ofta känt som en” ventilflotta ” och får kolven att träffa ventilen och orsaka en allvarlig motorbrott.

vid hög hastighet tenderar kolvcylindervägggränssnittets smörjning att skadas. Därför är kolvhastigheten för en industrimotor begränsad upp till 10 m / s.

Läs också: olika typer av motorer

komponenter i 4-takts dieselmotor

fyrtaktsmotorn har följande huvudkomponenter:

1. bränsleinsprutare
2. kolv
3. inloppsventil
4. avgasventil
5. vevaxel
6. vevstake
7. motorblock
8. svänghjul

1) kolv och kolvring

kolven i 4-takts dieselmotorn producerar fram-och återgående rörelse. Den ansluts till vevaxeln via en anslutningsstång. Den överför sin rörelse till vevaxeln via en anslutningsstång. Kolven rör sig nedåt och uppåt inuti motorns cylinder.

när kolven rör sig uppåt suger den luften inuti cylindern medan den komprimerar luften när den rör sig nedåt. På grund av denna kolvrörelse ökar temperaturen och trycket i luftbränsleblandningen inuti cylindern.

motorkolven har en komplex konstruktion med en stålkrona och en duktil gjutjärnskjol. Denna kjol använder trycksmörjning för att säkerställa oljeleverans till cylinderfodret under varje arbetssituation. Olje feds mot kylkanalen på toppen av kolven via vevstakar. Alla kolvringar är förkromade för att motstå slitage. Kolvringen innehåller en fjäderkompatibel oljekontrollring och 2 styrkompressionsringar. Kolvringsspåret har utmärkt slitstyrka och stabiliseras.

2) Cylinder linjär

denna komponent i fyrtaktsmotorn har en hög, styv krage för att minska deformationen. Detta linjära material är en grå gjutjärnlegering med hög hållfasthet och lysande slitstyrka. Exakt placerade vertikala kylvattenhål säkerställer exakt temperaturkontroll. För att undvika borrpoleringsrisken utrustar linjären med en skyddande poleringsring.

utrymmet mellan cylinderfodret och cylinderblocket tätar med en dubbel O-ring. Den övre änden av den linjära utrustar med en antipoleringsring som förhindrar att de inre hålen poleras och minskar förbrukningen av smörjolja.

3) stora ändlager och huvudlager

det stora ändlagret är ett blybronsfoder med tri-metallstålbackar och ett tjockt, smidigt lager. Bimetalllagret, såväl som tri-metalllagret, är utarmat som huvudlagren.

4) vevstake

Huvudartikel: Anslutningsstång

denna komponent i 4-takts dieselmotorn förbinder motorns vevaxel och kolv. Den är tillverkad av legerat stål och smidd i ett stycke. En anslutningsstång bearbetas i ett cirkulärt tvärsnitt. Den nedre sidan av anslutningsstången delar sig i horisontell riktning så att anslutningsstången och kolven kan avlägsnas från cylinderfodret. Gudgeon-stiftlagret består av tri-metall.

alla bultar på vevstaken dras åt hydrauliskt. Hålen i vevstaken direkt olja till kolvarna och gudgeon stiftlager. Denna komponent i motorn överför kolvens rörelse till vevaxeln, som vidare rör sig till fordonets hjul.

5) vevaxel

vevaxeln omvandlar motorkolvens fram-och återgående rörelse till roterande rörelse. Det är en viktig komponent för alla motorer. Denna del överför slutlig kraft i form av kinetisk energi. Den är gjord i form av ett stycke. Anslutningsstången gör en länk mellan vevaxeln och kolven på motorn.

Läs också: bearbetning av vevaxel

6) motorblock

motorblocket är tillverkat av segjärn och är lämpligt för alla cylindrar. De stora lagerlocken är fästa underifrån med två hydrauliska spännskruvar.

dessa lock riktas längst ner och upp i sidled genom motorblocket. En hydrauliskt åtdragen horisontell sidoskruv stöder huvudlagerlocket.

Läs Också: Bearbetning av motorblock

7) kamaxel

det används för att öppna och stänga in-och avgasventiler och för att styra bränslepumpen i en dieselmotor med högt tryck.

Läs också: bearbetning av kamaxel

8) tändstift

den använder i bensinmotorer eller SI-motorer. Den använder för att ge gnistan till luftbränsleblandningen för att antända den.

9) bränsleinsprutare

det används för att injicera bränslet inuti motorcylindrarna. Vissa motorer använder bränslepump istället för bränsleinsprutare.

10) svänghjul

denna komponent i fyrtaktsbensinmotorn monterad på en gjutjärnspole. Det lagrar energi som tröghet.

fördelar och nackdelar med 4-taktsmotorer

fyrtaktsmotorn har följande fördelar och nackdelar:

fördelar med fyrtaktsmotor

1. tillförlitlighet: dessa typer av dieselmotorerär mer tillförlitliga och effektiva.
2. hållbarhet: dessa motorer har hög hållbarhet än 2-taktsmotorer.
3. miljövänlig: Dessa motorer är miljövänliga eftersom en 4-taktsmotor släpper ut mindre farliga rök än en 2-taktsmotor.
4. dessa motorerär bäst för tunga laster och tunga fordon.
5. bränsleeffektivitet: dessa motorer har hög bränsleeffektivitet än 2-taktsmotorer.
6. buller: dessa har en tyst drift än tvåtaktsmotorer
7. mer vridmoment: vid låg hastighet producerar fyrtaktsmotorer mer vridmoment än 2-taktsmotorer.
8. mer bränsleeffektivitet: denna typ av IC-motor har högre bränsleeffektivitet än en tvåtaktsmotor.
9. inget extra oljebehov: denna motor kräver ingen ytterligare smörjning eller olja för att tillsätta bränslet. Endast vridkomponenterna kräver smörjning mellan varandra.

1. dessa dieselmotorer producerar den minsta NOX.

nackdelar med fyrtaktsmotor

1. effekt: denna motor har lägre effekt än tvåtaktsmotorn.
2. dyrt: en fyrtaktsmotor har många delar. Därför har den hög kostnad än en tvåtaktsmotor.
3. vikt: Dessa motorer har hög vikt än 2-taktsmotorer
4. erforderligt område: de krävde ett stort område för installation.
5. kolvslag: det kräver fler kolvslag för att slutföra en effektcykel.
6. Design: dessa motorer har en komplex design.

vad är skillnaderna mellan en 4-takts dieselmotor och en 4-takts bensinmotor?

bensinmotor	dieselmotor
denna motor fungerar på basen av otto-cykeln.	det fungerar på basen av en dieselmotor.
i denna motor uppstår tändningsprocessen på grund av gnistan som tillhandahålls av en tändstift.	i denna motor uppstår tändning på grund av hög kompression av luftbränsleblandningen.
Den använder bensin eller bensin som arbetsvätska.	Den använder diesel.
denna motor är mindre effektiv.	det är mest effektivt.
Den har ett lågt kompressionsförhållande.	denna motor har ett högt kompressionsförhållande.
Den använder mindre mängd bränsle.	Den använder en låg mängd bränsle.
dessa motorer används mest i små applikationer som Cyklar, motorcyklar och generatorer etc.	dessa motorer används mest för tunga applikationer som bussar, lastbilar och skåpbilar etc.

FAQ avsnitt

vad menas med en 4-taktsmotor?

Vad är exempel på en 4-taktsmotor?

vilken motor producerar mindre föroreningar, 2-takts eller 4-takts?

vilket är snabbare, 2 stroke eller 4 stroke?

finns det en sextaktsmotor?

1. olika typer av motorer
2. olika typer av kolvmotorer
3. bearbetning av 2-taktsmotor
4. bearbetning av ångmotor
5. typer av IC-motorer
6. typer av externa förbränningsmotorer
7. bearbetning av SI eller bensinmotor