Um motor a quatro tempos (também conhecido como quatro-ciclo) é um motor de combustão interna em que o pistão completa quatro tipos diferentes de traços que compõem um único ciclo termodinâmico. Um curso refere-se ao curso completo do pistão ao longo do cilindro, em qualquer direção. Os quatro traços distintos são denominados:
- ingestão: este traço do pistão começa no centro morto. O pistão desce do topo do cilindro para o fundo do cilindro, aumentando o volume do cilindro., Uma mistura de combustível e ar é forçada pela pressão atmosférica (ou maior) para o cilindro através da porta de admissão.compressão: com ambas as válvulas de admissão e de escape fechadas, o pistão volta à parte superior do cilindro comprimindo a mistura ar / AR na cabeça do cilindro.poder: este é o início da segunda revolução do ciclo. Enquanto o pistão está perto do centro morto superior( TDC), a mistura ar–combustível comprimido em um motor a gasolina é inflamado, por uma vela de ignição em motores a gasolina, ou que incendeia devido ao calor gerado pela compressão em um motor diesel., A pressão resultante da combustão da mistura ar-combustível comprimido força o pistão de volta para baixo em direção ao centro morto inferior (BDC).Escape: durante o curso dos gases de escape, o pistão volta novamente ao centro morto, enquanto a válvula de escape está aberta. Esta acção expele a mistura ar-combustível usado através das válvulas de escape.,
Design e princípios de engenharia
Potência de saída limitações
A quatro tempos o ciclo
A: Ingestão
B: Compressão
C: Potência
D: Escape
1=TDC
2=BDC
A máxima quantidade de energia gerada por um motor é determinado pela quantidade máxima de ar ingerido., A quantidade de energia gerada por um motor de pistão está relacionada com o seu tamanho (volume de cilindro), seja um projeto de dois tempos ou quatro tempos, eficiência volumétrica, perdas, relação ar-combustível, o poder calorífico do combustível, conteúdo de oxigênio do ar e velocidade (RPM). A velocidade é, em última análise, limitada pela força do material e lubrificação. Válvulas, pistões e forças de aceleração severas de ligação. A alta velocidade do motor, ruptura física e pistão anel flutter pode ocorrer, resultando em perda de potência ou até mesmo destruição do motor., A oscilação do anel de pistão ocorre quando os anéis oscilam verticalmente dentro das ranhuras de pistão em que residem. A oscilação do anel compromete o selo entre o anel e a parede do cilindro, o que provoca uma perda de pressão e potência do cilindro. Se um motor gira muito rapidamente, molas de válvulas não podem agir rapidamente o suficiente para fechar as válvulas. Isto é comumente referido como “Valve float”, e pode resultar em pistão para contato com válvula, danificando severamente o motor. Em altas velocidades, a lubrificação da interface de parede de cilindro de pistão tende a se quebrar., Isto limita a velocidade de pistão para motores industriais a cerca de 10 m / s.
caudal de entrada/saída do motor
a potência de saída de um motor depende da capacidade de admissão (mistura ar–combustível) e matéria de escape para mover-se rapidamente através de portas de válvula, tipicamente localizado na cabeça do cilindro. Para aumentar a potência de saída de um motor, irregularidades nas vias de admissão e escape, tais como falhas de vazamento, pode ser removido, e, com a ajuda de um banco de fluxo de ar, os raios de curvas porta de válvula e configuração do banco de válvula podem ser modificados para reduzir a resistência., Este processo é chamado de porting, e pode ser feito à mão ou com uma máquina CNC.
sobrealimentação
uma maneira de aumentar a potência do motor é forçar mais Ar para dentro do cilindro de modo que mais potência pode ser produzida a partir de cada curso de potência. Isto pode ser feito usando algum tipo de dispositivo de Compressão De Ar conhecido como um supercharger, que pode ser alimentado pelo motor virabrequim.a sobrealimentação aumenta os limites de potência de um motor de combustão interna em relação ao seu deslocamento., Mais comumente, o supercharger está sempre em execução, mas houve projetos que permitem que ele seja cortado ou executado em velocidades variáveis (em relação à velocidade do motor). Supercharging movido mecanicamente tem a desvantagem de que parte da potência de saída é usada para conduzir o supercharger, enquanto a potência é desperdiçada no Escape de alta pressão, como o ar foi comprimido duas vezes e, em seguida, ganha mais volume potencial na combustão, mas é apenas expandido em um estágio.
turbocompressor
um turbocompressor é um supercompressor que é conduzido pelos gases de escape do motor, por meio de uma turbina., É constituído por um conjunto de turbinas de alta velocidade de duas peças, com um lado que comprime o ar de admissão, e o outro lado que é alimentado pelo fluxo de gases de escape.
Quando EM marcha lenta SEM carga, e a velocidades baixas a moderadas, a turbina produz pouca potência a partir do pequeno volume de escape, o turbocompressor tem pouco efeito e o motor funciona quase de uma forma naturalmente aspirada., Quando é necessária uma potência muito maior, a velocidade do motor e a abertura do acelerador são aumentadas até que os gases de escape sejam suficientes para “rodar” a turbina do turbocompressor para começar a comprimir muito mais Ar do que o normal no colector de admissão.
turbocompressor permite um funcionamento mais eficiente do motor porque ele é impulsionado pela pressão de escape que de outra forma seria (principalmente) desperdiçado, mas há uma limitação de projeto conhecido como turbo lag., O aumento da potência do motor não está imediatamente disponível devido à necessidade de aumentar drasticamente RPM do motor, para aumentar a pressão e rodar o turbo, antes que o turbo começa a fazer qualquer compressão de ar útil. O aumento do volume de entrada causa aumento do escape e gira o turbo mais rápido, e assim por diante até que a operação de alta potência estável é alcançada. Outra dificuldade é que a maior pressão de escape faz com que os gases de escape para transferir mais de seu calor para as partes mecânicas do motor.,
Rod e razão pistão-acidente vascular cerebral
a razão rod-acidente vascular cerebral é a razão entre o comprimento da haste de ligação e o comprimento do acidente vascular cerebral do êmbolo. Uma haste mais longa reduz a pressão do pistão na parede do cilindro e as forças de estresse, aumentando a vida do motor. Também aumenta o custo e a altura do motor e o peso.
um “motor quadrado” é um motor com um diâmetro de diâmetro igual ao seu comprimento de traço., Um motor em que o diâmetro do furo é maior do que o seu comprimento de curso é um motor super-quadrado, inversamente, um motor com um diâmetro de furo que é menor do que o seu comprimento de curso é um motor sub-quadrado.
Valve train
As válvulas são tipicamente operadas por uma cambota girando a metade da velocidade da cambota. Possui uma série de cames ao longo de seu comprimento, cada um projetado para abrir uma válvula durante a parte apropriada de um curso de admissão ou escape. Um tappet entre válvula e cam é uma superfície de contato na qual a câmara desliza para abrir a válvula., Muitos motores usam um ou mais camafeus “acima” de uma linha (ou cada linha) de cilindros, como na ilustração, na qual cada cam atua diretamente uma válvula através de um tappet plano. Em outros projetos do motor a cambota está no cárter, caso em que cada cam entra em contato com uma barra de pressão, que entra em contato com um braço roqueiro que abre uma válvula. O projeto de came superior normalmente permite velocidades mais altas do motor, porque ele fornece o caminho mais direto entre cam e válvula.,
a clearance da Válvula
a clearance da Válvula refere-se ao pequeno intervalo entre um salva-vidas da válvula e uma haste da válvula que garante que a válvula se fecha completamente. Nos motores com regulação mecânica das válvulas, a folga excessiva causa ruído do trem de válvulas. Uma liberação de válvula muito pequena pode resultar em que as válvulas não fechar corretamente, isto resulta em uma perda de desempenho e possivelmente sobreaquecimento de válvulas de escape. Tipicamente,a distância deve ser reajustada a cada 32.000 km com um indicador de sensibilidade.,os motores de produção mais modernos usam salva-vidas hidráulicas para compensar automaticamente o desgaste DOS Componentes da válvula. Óleo sujo do motor pode causar falha do lifter.
balanço de Energia
Otto motores são cerca de 30% de eficiência; em outras palavras, 30% da energia gerada pela combustão, é convertida em energia rotacional no eixo de saída do motor, enquanto o restante sendo as perdas devido ao calor, a fricção e acessórios do motor. Há uma série de maneiras de recuperar parte da energia perdida para o calor residual., O uso de um turbocompressor em motores Diesel é muito eficaz, aumentando a pressão do ar de entrada e, com efeito, proporciona o mesmo aumento de desempenho que ter mais deslocamento. A Mack Truck company, décadas atrás, desenvolveu um sistema de turbina que converteu o calor residual em energia cinética que ele alimentou de volta para a transmissão do motor. Em 2005, a BMW anunciou o desenvolvimento do turbo-vapor, um sistema de recuperação de calor de duas fases semelhante ao Mack sistema que recupera 80% da energia nos gases de escape e aumenta a eficiência de um motor Otto em 15%., Em contraste, um motor de seis tempos pode reduzir o consumo de combustível em até 40%.
motores modernos são muitas vezes intencionalmente construídos para ser um pouco menos eficiente do que eles poderiam ser de outra forma. Tal é necessário para os controlos das emissões, como a recirculação dos gases de escape e os catalisadores que reduzem o smog e outros poluentes atmosféricos. As reduções de eficiência podem ser contrabalançadas com uma unidade de controlo do motor utilizando técnicas de combustão magra.nos Estados Unidos, a economia média corporativa de combustível determina que os veículos devem atingir uma média de 35.,5 milhas por galão (mpg) Em comparação com o padrão atual de 25 mpg. Como as montadoras procuram cumprir estes padrões até 2016, novas formas de engenharia do motor de combustão interna tradicional (ICE) poderia ter que ser considerado. Algumas soluções potenciais para aumentar a eficiência de combustível para atender novos mandatos incluem o disparo após o pistão é mais longe do virabrequim, conhecido como top dead center (TDC), e a aplicação do ciclo Miller. Em conjunto, esta reformulação poderia reduzir significativamente o consumo de combustível e as emissões de NOx.,
Starting position, intake stroke, and compression stroke.
Ignition of fuel, power stroke, and exhaust stroke.
