Was sind die vier Takte eines Viertaktmotors?

Was sind die vier Takte eines Viertaktmotors?

Ein Viertaktmotorist ein Verbrennungsmotor, der vier verschiedene Kolbenhübe (Einlass, Kompression, Leistung und Auslass) nutzt, um einen Arbeitszyklus abzuschließen. Der Kolben führt zwei vollständige Hübe im Zylinder aus, um einen Arbeitszyklus abzuschließen. Für einen Arbeitszyklus muss sich die Kurbelwelle zweimal drehen, also um 720°.

Viertaktmotoren sind die am weitesten verbreitete Art von Kleinmotoren. Ein Viertaktmotor führt in einem Arbeitszyklus fünf Takte aus, darunter Ansaugtakt, Verdichtungstakt, Zündtakt, Arbeitstakt und Auslasstakt.

Ansaughub

Das Ansaugereignis bezieht sich auf den Zeitpunkt, zu dem das Luft-Kraftstoff-Gemisch eingeleitet wird, um den Brennraum zu füllen. Ein Einlassereignis tritt auf, wenn sich der Kolben vom oberen Totpunkt zum unteren Totpunkt bewegt und das Einlassventil öffnet. Durch die Bewegung des Kolbens in Richtung des unteren Totpunkts entsteht im Zylinder ein Unterdruck. Der atmosphärische Umgebungsdruck drückt das Luft-Kraftstoff-Gemisch durch das offene Einlassventil in den Zylinder, um den durch die Kolbenbewegung erzeugten Niederdruckbereich zu füllen. Der Zylinder füllt sich etwas über den unteren Totpunkt hinaus weiter, während das Luft-Kraftstoff-Gemisch aufgrund seiner eigenen Trägheit weiter strömt und der Kolben beginnt, seine Richtung zu ändern. Nach dem BDC bleibt das Einlassventil für einige Grad Kurbelwellendrehung geöffnet. Hängt vom Motordesign ab. Das Einlassventil schließt dann und das Luft-Kraftstoff-Gemisch wird im Zylinder eingeschlossen.

Kompressionshub Der Kompressionshub ist die Zeit, in der das eingeschlossene Luft-Kraftstoff-Gemisch im Zylinder komprimiert wird. Um eine Ladung zu erzeugen, wird die Brennkammer verschlossen. Die Ladung ist das Volumen des komprimierten Luft-Kraftstoff-Gemisches in der Brennkammer, das zur Zündung bereit ist. Durch die Komprimierung des Luft-Kraftstoff-Gemisches wird bei der Zündung mehr Energie freigesetzt. Die Einlass- und Auslassventile müssen geschlossen sein, um sicherzustellen, dass der Zylinder für die Kompression abgedichtet ist. Bei der Kompression handelt es sich um den Vorgang, bei dem die Ladung in der Brennkammer von einem großen Volumen auf ein kleineres Volumen reduziert oder zusammengedrückt wird. Das Schwungrad trägt dazu bei, den zum Komprimieren der Ladung erforderlichen Impuls aufrechtzuerhalten.

Wenn der Kolben eines Motors die Ladung komprimiert, führt die Erhöhung der Kompressionskraft, die durch die vom Kolben geleistete Arbeit entsteht, zur Erzeugung von Wärme. Die Kompression und Erwärmung des Luft-Kraftstoff-Dampfes in der Ladung führt zu einer erhöhten Ladungstemperatur und einer erhöhten Kraftstoffverdampfung. Der Anstieg der Ladungstemperatur erfolgt gleichmäßig im gesamten Brennraum, um nach der Zündung eine schnellere Verbrennung (Kraftstoffoxidation) zu bewirken.

Die Kraftstoffverdampfung nimmt zu, wenn kleine Kraftstofftröpfchen aufgrund der erzeugten Wärme vollständiger verdampfen. Die vergrößerte Oberfläche der der Zündflamme ausgesetzten Tröpfchen ermöglicht eine vollständigere Verbrennung der Ladung in der Brennkammer. Nur Benzindämpfe entzünden sich. Die vergrößerte Oberfläche der Tröpfchen führt dazu, dass das Benzin mehr Dampf abgibt, anstatt flüssig zu bleiben.

Je stärker die geladenen Dampfmoleküle komprimiert werden, desto mehr Energie wird aus dem Verbrennungsprozess gewonnen. Die zum Verdichten der Ladung erforderliche Energie ist viel geringer als der Kraftgewinn, der bei der Verbrennung entsteht. Beispielsweise beträgt bei einem typischen Kleinmotor die zum Komprimieren der Ladung erforderliche Energie nur ein Viertel der bei der Verbrennung erzeugten Energie.

Das Verdichtungsverhältnis eines Motors ist der Vergleich des Brennkammervolumens, wenn sich der Kolben im unteren Totpunkt befindet, mit dem Brennkammervolumen, wenn sich der Kolben im oberen Totpunkt befindet. Dieser Bereich bestimmt zusammen mit der Gestaltung und dem Stil der Brennkammer das Verdichtungsverhältnis. Benzinmotoren haben typischerweise ein Verdichtungsverhältnis von 6 zu 1 bis 10 zu 1. Je höher das Verdichtungsverhältnis, desto sparsamer ist der Motor. Ein höheres Verdichtungsverhältnis erhöht in der Regel den Verbrennungsdruck bzw. die auf den Kolben wirkende Kraft deutlich. Allerdings erhöht ein höheres Verdichtungsverhältnis den Kraftaufwand, den der Bediener zum Starten des Motors benötigt. Einige kleine Motoren verfügen über Systeme, die den Druck während des Kompressionshubs entlasten, um den Kraftaufwand des Bedieners beim Starten des Motors zu verringern.

Zündereignis Ein Zündereignis (Verbrennungsereignis) tritt auf, wenn eine Ladung gezündet und durch eine chemische Reaktion schnell oxidiert wird, um thermische Energie freizusetzen. Verbrennung ist eine schnelle oxidative chemische Reaktion, bei der sich Brennstoff chemisch mit Luftsauerstoff verbindet und Energie in Form von Wärme freisetzt.

Eine ordnungsgemäße Verbrennung erfordert eine kurze, aber begrenzte Zeit, in der sich die Flamme in der Brennkammer ausbreitet. Der Funke an der Zündkerze beginnt mit der Verbrennung, wenn sich die Kurbelwelle etwa 20° vor dem oberen Totpunkt dreht. Luftsauerstoff und Kraftstoffdampf werden durch die fortschreitende Flammenfront verbraucht. Die Flammenfront ist die Grenzwand, die die Ladung von den Verbrennungsnebenprodukten trennt. Die Flammenfront durchdringt die Brennkammer, bis die gesamte Ladung verbrannt ist.

Kraftschlag

Der Arbeitstakt ist der Arbeitstakt des Motors, bei dem heiße expandierende Gase den Kolbenkopf vom Zylinderkopf wegdrücken. Die Kolbenkraft und die anschließende Bewegung werden über die Pleuelstange übertragen, um ein Drehmoment auf die Kurbelwelle auszuüben. Das aufgebrachte Drehmoment löst die Drehung der Kurbelwelle aus. Das erzeugte Drehmoment wird durch den Druck auf den Kolben, die Größe des Kolbens und den Hub des Motors bestimmt. Beim Krafthub sind beide Ventile geschlossen.

Auspufftakt Der Auspufftakt tritt auf, wenn Abgase aus der Brennkammer ausgestoßen und in die Atmosphäre abgegeben werden. Der Auslasstakt ist der Endtakt und findet statt, wenn das Auslassventil öffnet und das Einlassventil schließt. Durch die Bewegung des Kolbens werden die Abgase in die Atmosphäre ausgestoßen.

Wenn der Kolben während des Arbeitstakts den unteren Totpunkt erreicht, ist die Verbrennung abgeschlossen und der Zylinder ist mit Abgasen gefüllt. Das Auslassventil öffnet sich und die Trägheit des Schwungrads und anderer beweglicher Teile drückt den Kolben zurück in den oberen Totpunkt, wodurch die Abgase durch das offene Auslassventil ausgestoßen werden. Am Ende des Ausstoßhubs befindet sich der Kolben im oberen Totpunkt und ein Arbeitszyklus ist abgeschlossen.