Fyrtaktsmotor

effektutgång limitationsEdit

den maximala effektmängd som genereras av en motor bestäms av motorn.med den maximala mängden luft som intas., Mängden effekt som genereras av en kolvmotor är relaterad till dess storlek (cylindervolym), oavsett om det är en tvåtaktsmotor eller fyrtaktsdesign, volymetrisk effektivitet, förluster, luft-till-bränsle-förhållande, bränslets värmevärde, syrehalt i luften och hastigheten (RPM). Hastigheten begränsas i slutändan av materialstyrka och smörjning. Ventiler, kolvar och anslutningsstänger lider av svåra accelerationskrafter. Vid hög motorvarvtal kan fysisk brott och kolvring fladdra uppstå, vilket resulterar i kraftförlust eller till och med motorförstöring., Kolvringsfladder uppstår när ringarna oscillerar vertikalt inom kolvspåren de bor i. Ringfladder äventyrar tätningen mellan ringen och cylinderväggen, vilket orsakar förlust av cylindertryck och kraft. Om en motor snurrar för snabbt kan ventilfjädrarna inte agera tillräckligt snabbt för att stänga ventilerna. Detta kallas vanligen ”ventil float”, och det kan resultera i kolv till Ventilkontakt, allvarligt skada motorn. Vid höga hastigheter tenderar smörjningen av kolvcylinderväggsgränssnittet att bryta ner., Detta begränsar kolvhastigheten för industrimotorer till ca 10 m / s.

insugnings – / avgasporten flowEdit

motorns uteffekt är beroende av insugningsförmågan (luftbränsleblandning) och avgasämnet att röra sig snabbt genom ventilportar, vanligtvis placerade i cylinderhuvudet. För att öka motorns uteffekt kan oregelbundenheter i inlopps-och avgasvägarna, såsom gjutningsfel, avlägsnas och med hjälp av en luftflödesbänk kan radierna av ventilportsvarv och ventilsäteskonfiguration modifieras för att minska motståndet., Denna process kallas portning, och det kan göras för hand eller med en CNC-maskin.

återvinning av spillvärme från en förbränningsmotor

en förbränningsmotor kan i genomsnitt omvandla endast 40-45% av tillförd energi till mekaniskt arbete. En stor del av avfallsenergin är i form av värme som frigörs till miljön genom kylmedel, fenor etc. Om vi på något sätt kunde återställa spillvärme kan vi förbättra motorns prestanda. Det har visat sig att även om 6% av den helt bortkastade värmen återvinns kan det öka motoreffektiviteten kraftigt.,

många metoder har utarbetats för att utvinna spillvärme från en motor avgaser och använda den ytterligare för att extrahera några användbara arbete, minska avgasföroreningarna samtidigt. Användning av Rankincykeln, turboladdning och termoelektrisk generation kan vara mycket användbar som ett system för återvinning av spillvärme.

SuperchargingEdit

ett sätt att öka motoreffekten är att tvinga mer luft in i cylindern så att mer kraft kan produceras från varje strömslag., Detta kan göras med hjälp av någon typ av luftkompressionsanordning som kallas en kompressor, som kan drivas av motorns vevaxel.

överladdning ökar effektgränsen för en förbränningsmotor i förhållande till dess förskjutning. Oftast är superladdaren alltid igång, men det har funnits mönster som gör att den kan skäras ut eller köras med varierande hastigheter (i förhållande till motorvarvtalet)., Mekaniskt driven överladdning har nackdelen att en del av uteffekten används för att driva överladdaren, medan strömmen slösas bort i högtrycksutblåset, eftersom luften har komprimerats två gånger och sedan får mer potentiell volym i förbränningen men det är bara expanderat i ett steg.

TurbochargingEdit

en turboladdare är en kompressor som drivs av motorns avgaser, med hjälp av en turbin. En turboladdare ingår i ett fordons avgassystem för att använda de utvisade avgaserna., Den består av en tvådelad turbinaggregat med hög hastighet med en sida som komprimerar inloppsluften och den andra sidan som drivs av avgasutflödet.

vid tomgång och vid låga till måttliga hastigheter producerar turbinen liten effekt från den lilla avgasvolymen, turboladdaren har liten effekt och motorn fungerar nästan på ett naturligt aspirerat sätt., När mycket mer effekt krävs ökas motorns varvtal och gasspjällsöppning tills avgaserna är tillräckliga för att ”spola upp” turboladdarens turbin för att börja komprimera mycket mer luft än normalt i insugningsröret. Således utvisas ytterligare effekt (och hastighet) genom denna Turbins funktion.

turboladdning möjliggör effektivare motordrift eftersom den drivs av avgastryck som annars skulle (mestadels) slösas bort, men det finns en konstruktionsbegränsning som kallas turbo lag., Den ökade motoreffekten är inte omedelbart tillgänglig på grund av behovet av att kraftigt öka motorns varvtal, för att bygga upp trycket och att snurra upp turbo, innan turbon börjar göra någon användbar luftkompression. Den ökade inloppsvolymen orsakar ökad avgas och snurrar turbo snabbare, och så vidare tills stadig hög effekt drift uppnås. En annan svårighet är att det högre avgastrycket gör att avgaserna överför mer av sin värme till motorns mekaniska delar.,

Rod och kolv-till-stroke ratioEdit

rod-till-stroke-förhållandet är förhållandet mellan längden på anslutningsstången och längden på kolvslaget. En längre stång minskar sidvis tryck av kolven på cylinderväggen och spänningskrafter, vilket ökar motorns livslängd. Det ökar också kostnaden och motorns höjd och vikt.

en ”fyrkantig motor” är en motor med en borrdiameter som är lika med dess slaglängd., En motor där borrdiametern är större än dess slaglängd är en oversquare motor, omvänt, en motor med en borrdiameter som är mindre än dess slaglängd är en underljudsmotor.

ventil trainEdit

ventilerna drivs vanligtvis av en kamaxel som roterar vid halva vevaxelns hastighet. Den har en serie kammar längs sin längd, var och en utformad för att öppna en ventil under lämplig del av ett inlopps-eller avgasslag. En tappet mellan ventil och cam är en kontaktyta där kammen glider för att öppna ventilen., Många motorer använder en eller flera kamaxlar ”ovanför” en rad (eller varje rad) av cylindrar, som i illustrationen, där varje kam direkt aktiverar en ventil genom en platt tappet. I andra motorkonstruktioner är kamaxeln i vevhuset, i vilket fall varje kam vanligtvis kommer i kontakt med en tryckstång, som kommer i kontakt med en vipparm som öppnar en ventil, eller i händelse av en flathead motor är en tryckstång inte nödvändig. Overhead cam design tillåter vanligtvis högre motorvarvtal eftersom det ger den mest direkta vägen mellan cam och ventil.,

ventil clearanceEdit

Ventilklarering avser det lilla gapet mellan en ventillyftare och en ventilstam som säkerställer att ventilen helt stängs. På motorer med mekanisk ventiljustering orsakar överdriven clearance buller från ventiltåget. En för liten ventilklarering kan leda till att ventilerna inte stängs ordentligt. Detta resulterar i en förlust av prestanda och eventuellt överhettning av avgasventiler. Vanligtvis måste clearance justeras varje 20,000 miles (32,000 km) med en känselmätare.,

de flesta moderna produktionsmotorer använder hydrauliska lyftare för att automatiskt kompensera för ventil tåg komponent slitage. Smutsig motorolja kan orsaka lyftavbrott.

energibalans

Otto-motorer är ca 30% effektiva; med andra ord omvandlas 30% av den energi som genereras genom förbränning till användbar rotationsenergi vid motorns utgående axel, medan resten är förluster på grund av spillvärme, friktion och motortillbehör. Det finns ett antal sätt att återställa en del av den energi som går förlorad för att slösa värme., Användningen av en turboladdare i dieselmotorer är mycket effektiv genom att öka inkommande lufttryck och i själva verket ger samma ökning av prestanda som att ha mer förskjutning. Mack Truck company, för årtionden sedan, utvecklade ett turbinsystem som omvandlade spillvärme till kinetisk energi som den matade tillbaka i motorns överföring. I 2005 meddelade BMW utvecklingen av turbosteamer, ett tvåstegssystem för värmeåtervinning som liknar Mack-systemet som återvinner 80% av energin i avgaserna och ökar effektiviteten hos en Otto-motor med 15%., Däremot kan en sextaktsmotor minska bränsleförbrukningen med så mycket som 40%.

moderna motorer är ofta avsiktligt byggda för att vara något mindre effektiva än de annars skulle kunna vara. Detta är nödvändigt för utsläppskontroller som avgasåterföring och katalysatorer som minskar smog och andra luftföroreningar. Minskningar i effektivitet kan motverkas med en motorstyrenhet med hjälp av lean burn tekniker.

i USA ger företagets genomsnittliga bränsleekonomi i uppdrag att fordonen ska uppnå ett genomsnitt på 34,9 mpg-US (6,7 l/100 km; 41.,9 mpg-imp) jämfört med den nuvarande standarden på 25 mpg-US (9,4 l/100 km; 30,0 mpg‑imp). Som biltillverkare ser ut att uppfylla dessa standarder senast 2016 måste nya sätt att konstruera den traditionella förbränningsmotorn (ICE) övervägas. Några potentiella lösningar för att öka bränsleeffektiviteten för att möta nya mandat inkluderar bränning efter kolven är längst bort från vevaxeln, känd som top dead center, och tillämpa Miller cykeln. Tillsammans kan denna omformning avsevärt minska bränsleförbrukningen och inga
X-utsläpp.,