Il motore a quattro tempi è il tipo più comune di motori a combustione interna ed è utilizzato in varie automobili (che utilizzano specificamente benzina come carburante) come auto, camion e alcune moto (molte moto utilizzano un motore a due tempi). Un motore a quattro tempi eroga una corsa di potenza per ogni due cicli del pistone (o quattro corse del pistone)., C’è un’animazione a destra (Figura 1) di un motore a quattro tempi e ulteriori spiegazioni del processo di seguito.
- Corsa di aspirazione: Il pistone si sposta verso il basso, questo aumenta il volume per consentire ad una miscela aria-carburante di entrare nella camera.
- Corsa di compressione: la valvola di aspirazione è chiusa e il pistone sale la camera verso l’alto. Questo comprime la miscela aria-carburante. Alla fine di questa corsa, una candela fornisce al carburante compresso l’energia di attivazione necessaria per iniziare la combustione.,
- Power Stroke: Quando il carburante raggiunge la fine della sua combustione, il calore rilasciato dagli idrocarburi in combustione aumenta la pressione che provoca il gas a spingere verso il basso sul pistone e creare la potenza di uscita.
- Corsa di scarico: quando il pistone raggiunge il fondo, la valvola di scarico si apre. Il gas di scarico rimanente viene spinto fuori dal pistone mentre si sposta indietro verso l’alto.
L’efficienza termica di questi motori a benzina varia a seconda del modello e del design del veicolo., Tuttavia, in generale, i motori a benzina convertono il 20% del carburante (energia chimica) in energia meccanica—in cui solo il 15% verrà utilizzato per spostare le ruote (il resto viene perso per attrito e altri elementi meccanici). Un modo in cui l’efficienza termodinamica può migliorare nei motori è attraverso un rapporto di compressione più elevato. Questo rapporto è la differenza tra il volume minimo e massimo nella camera del motore (visto come PMS e BDC in figura 2). Un rapporto più elevato consentirà a una miscela aria-carburante più grande di entrare, causando una pressione più elevata, portando a una camera più calda, che aumenta l’efficienza termica.,
Il ciclo Otto
Figura 2.Il vero processo a ciclo otto che si verifica in un motore a quattro tempi.
Figura 3. Il ciclo Otto ideale.
Il diagramma del volume di pressione (diagramma PV) che modella i cambiamenti che la miscela aria-carburante subisce in pressione e volume in un motore a quattro tempi è chiamato ciclo Otto., I cambiamenti in questi creeranno calore e useranno questo calore per spostare il veicolo o la macchina (quindi perché è un tipo di motore termico). Il ciclo Otto può essere visto in Figura 2 (ciclo Otto reale) e Figura 3 (ciclo Otto ideale). Il componente in qualsiasi motore che utilizza questo ciclo avrà un pistone per modificare il volume e la pressione della miscela aria-carburante (come si vede in Figura 1). Il pistone guadagna movimento dalla combustione del carburante (dove questo accade è spiegato di seguito), e una spinta elettrica all’avvio del motore.,
Il seguente descrive ciò che accade durante ogni passo del diagramma PV, in cui la combustione del fluido di lavoro—benzina e di aria (ossigeno), e, a volte, elettricità, cambia il movimento del pistone:
Real ciclo-passaggio da 0 a 1 (ciclo ideale-linea verde): Definito come la fase di aspirazione, il pistone viene risucchiata verso il basso per consentire il volume in camera ad aumentare quindi è in grado di “assunzione” di una miscela aria-carburante. In termini di termodinamica, questo è indicato come un processo isobarico.,
Processo da 1 a 2: Durante questa fase verrà disegnato il pistone, in modo da poter comprimere la miscela aria-carburante che è entrata nella camera. La compressione fa sì che la miscela aumenti leggermente di pressione e temperatura, tuttavia non viene scambiato calore. In termini di termodinamica, questo è indicato come un processo adiabatico. Quando il ciclo raggiunge il punto 2, è quando il carburante viene raggiunto dalla candela da accendere.
Processo da 2 a 3: è qui che si verifica la combustione a causa dell’accensione del carburante da parte della candela., La combustione del gas è completa al punto 3, che si traduce in una camera altamente pressurizzata che ha un sacco di calore (energia termica). In termini di termodinamica, questo è indicato come un processo isocorico.
Processo da 3 a 4: L’energia termica nella camera a seguito della combustione viene utilizzata per eseguire lavori sul pistone—che spinge il pistone verso il basso—aumentando il volume della camera. Questo è anche conosciuto come il potere stoke perché è quando l’energia termica viene trasformata in movimento per alimentare la macchina o il veicolo.,
Linea viola (processo 4 a 1 e fase di scarico): Dal processo 4 a 1 la valvola di scarico si apre e tutto il calore residuo viene espulso dalla camera del motore. Quando il calore lascia il gas, le molecole perdono energia cinetica causando la diminuzione della pressione. Quindi la fase di scarico (fase da 0 a 1) si verifica quando la miscela rimanente nella camera viene compressa dal pistone per essere “esaurita”, senza modificare la pressione.,
Per Ulteriori letture
- motore a combustione Interna
- ciclo Otto
- motore Due tempi
- efficienza Termica
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