Dispozitiv cu motor cu combustie internă

Timp de un secol, motorul cu ardere internă a fost folosit în motociclete, autoturisme și camioane. Până acum, rămâne cel mai economic tip de motor. Însă, pentru mulți, principiul funcționării și dispozitivul motorului cu ardere internă rămân neclare. Să încercăm să înțelegem principalele complexități și specificul structurii motorului.

📌Definiție și caracteristici generale

Caracteristica cheie a oricărui motor cu combustie internă este aprinderea amestecului combustibil direct în camera de lucru, și nu în medii externe. În momentul arderii combustibilului, energia termică primită provoacă funcționarea componentelor mecanice ale motorului.

📌 Crearea istoriei

Înainte de apariția motoarelor cu ardere internă, vehiculele autopropulsate erau echipate cu motoare cu ardere externă. Astfel de unități funcționează din presiunea aburului generată de încălzirea apei într-un rezervor separat.

Proiectarea unor astfel de motoare a fost dimensională și ineficientă - în plus față de greutatea mare a instalației, pentru a depăși distanțele lungi, transportul a trebuit să tragă și o aprovizionare decentă cu combustibil (cărbune sau lemne de foc).

Având în vedere acest neajuns, inginerii și inventatorii au încercat să rezolve o întrebare importantă: cum să combinați combustibilul cu corpul unității de alimentare. Prin scoaterea din sistem a elementelor precum cazanul, rezervorul de apă, condensatorul, evaporatorul, pompa etc. a fost posibil să se reducă semnificativ greutatea motorului.

Crearea unui motor cu combustie internă, în formă familiară unui automobilist modern, a avut loc treptat. Iată principalele repere care au dus la apariția motorului modern cu ardere internă:

• 1791 John Barber inventează o turbină cu gaz care funcționează prin distilarea uleiului, a cărbunelui și a lemnului în replici. Gazul rezultat, împreună cu aerul, a fost pompat în camera de ardere de către un compresor. Gazul fierbinte format sub presiune a fost furnizat rotorului rotorului și l-a rotit.
• 1794 Robert Street patentează un motor cu combustibil lichid.
• 1799. Philippe Le Bon ca urmare a pirolizei petrolului primește gaz luminiscent. În 1801 își propune să îl folosească drept combustibil pentru motoarele cu gaz.
• 1807 François Isaac de Rivaz - brevet privind „utilizarea materialelor explozive ca sursă de energie în motoare”. Creează un echipaj autopropulsat pe baza dezvoltării.
• 1860 Etienne Lenoir a fost pionieră în invențiile timpurii prin crearea unui motor funcțional alimentat de un amestec de gaz și aer de iluminat. Mecanismul a fost pus în mișcare cu o scânteie de la o sursă de alimentare externă. Invenția a fost utilizată pe bărci, dar nu a fost instalată pe vehicule autopropulsate.
• 1861 Alphonse Bo De Rocha dezvăluie importanța comprimării combustibilului înainte de a-l aprinde, ceea ce a servit la crearea unei teorii a funcționării unui motor cu combustie internă în patru timpi (admisie, compresie, combustie cu expansiune și eliberare).
• 1877 Nikolaus Otto creează primul motor cu combustie internă în patru timpi de 12 CP.
• 1879 Karl Benz patentează motorul în doi timpi.
• Anii 1880. Ogneslav Kostrovich, Wilhelm Maybach și Gottlieb Daimler dezvoltă simultan modificări ale carburatorului motorului cu ardere internă, pregătindu-le pentru producția în masă.

Pe lângă motoarele pe benzină, motorul Trinkler a apărut în 1899. Această invenție este un alt tip de motor cu combustie internă (motor cu ulei de înaltă presiune fără compresor), care funcționează pe principiul invenției lui Rudolf Diesel. De-a lungul anilor, unitățile de alimentare, atât pe benzină, cât și pe motorină, s-au îmbunătățit, ceea ce le-a crescut eficiența.

📌Tipuri de motoare cu ardere internă

După tipul de proiectare și specificul funcționării motorului cu ardere internă, acestea sunt clasificate după mai multe criterii:

• După tipul de combustibil utilizat - motorină, benzină, gaz.
• Conform principiului răcirii - lichid și aer.
• În funcție de dispunerea cilindrilor - în linie și în formă de V.
• Conform metodei de preparare a amestecului de combustibil - carburator, gaz și injecție (amestecurile se formează în partea exterioară a motorului cu ardere internă) și motorină (în partea interioară).
• Conform principiului aprinderii amestecului de combustibil - cu aprindere forțată și cu autoaprindere (tipic pentru unitățile diesel).

Motoarele se disting și prin design și eficiență:

• Piston, în care camera de lucru este amplasată în cilindri. Merită luat în considerare faptul că astfel de motoare cu ardere internă sunt împărțite în mai multe subspecii:
  • carburator (carburatorul este responsabil pentru crearea unui amestec de lucru îmbogățit);
  • injectare (amestecul este furnizat direct la galeria de admisie prin duze);
  • diesel (aprinderea amestecului are loc datorită creării unei presiuni mari în interiorul camerei).
  • Rotun-piston, caracterizat prin conversia energiei termice în energie mecanică datorită rotirii rotorului împreună cu profilul. Lucrările rotorului, a căror mișcare seamănă cu o formă de 8-ku, înlocuiește complet funcțiile pistoanelor, ale temporizării și ale arborelui cotit.
  • Turbina cu gaz, in care motorul este antrenat de energia termica obtinuta prin rotirea unui rotor cu lame asemanatoare unei lame. Conduce arborele turbinei.

Teoria, la prima vedere, pare clară. Acum să ne uităm la principalele componente ale motorului.

📌 Dispozitiv ICE

Caroseria include următoarele componente:

• corp cilindric;
• mecanism de manivelă;
• mecanismul de distribuție a gazelor;
• sisteme de alimentare și aprindere a unui amestec combustibil și îndepărtarea produselor de ardere (gaze de eșapament).

Pentru a înțelege locația fiecărei componente, luați în considerare diagrama structurii motorului:

Numărul 6 indică locația în care se află cilindrul. Este una dintre componentele cheie ale motorului cu ardere internă. În interiorul cilindrului se află un piston, desemnat cu numărul 7. Acesta este atașat la bara de conectare și la arborele cotit (în diagramă, desemnat cu numerele 9 și respectiv 12). Mutarea pistonului în sus și în jos în interiorul cilindrului provoacă formarea mișcărilor de rotație ale arborelui cotit. La capătul cositorului, este prezentată o diagramă volantă prezentată în diagrama sub numărul 10. Este necesară pentru o rotație uniformă a arborelui. Partea superioară a cilindrului este echipată cu un cap dens, care are supape pentru admisia amestecului și gazele de evacuare. Acestea sunt afișate sub numărul 5.

Deschiderea supapelor devine posibilă datorită camelor arborelui cu came, desemnate cu numărul 14, sau mai degrabă, elementele sale de transmisie (numărul 15). Rotirea arborelui cu came este asigurată de angrenajele arborelui cotit, indicate de numărul 13. Când pistonul se mișcă liber în cilindru, acesta este capabil să ia două poziții extreme.

Funcționarea normală a motorului cu ardere internă poate fi asigurată doar printr-o alimentare uniformă a amestecului de combustibil la momentul potrivit. Pentru a reduce costurile de exploatare ale motorului pentru disiparea căldurii și pentru a preveni uzura prematură a componentelor de conducere, acestea sunt lubrifiate cu ulei.

📌Principiul motorului cu ardere internă

Motoarele moderne cu combustie internă funcționează pe combustibilul care este aprins în interiorul buteliilor și energia care provine din acesta. Un amestec de benzină și aer este furnizat prin supapa de admisie (în multe motoare există două pe cilindru). În același loc, se aprinde din cauza scânteii care se formează bujie... În momentul unei mini-explozii, gazele din camera de lucru se extind, creând presiune. Conduce pistonul atașat la KShM.

Motoarele diesel funcționează pe un principiu similar, numai procesul de ardere este inițiat într-un mod ușor diferit. Inițial, aerul din cilindru este comprimat, ceea ce face ca acesta să se încălzească. Înainte ca pistonul să ajungă la TDC pe cursa de compresie, injectorul atomizează combustibilul. Datorită aerului fierbinte, combustibilul se aprinde singur, fără scânteie. Mai mult, procesul este identic cu modificarea pe benzină a motorului cu ardere internă.

KShM transformă mișcările reciproce ale grupului de pistoane în rotație arbore cotit... Cuplul se duce la volan, apoi la cutie de viteze mecanică sau automată și în sfârșit pe roțile de antrenare.

Procesul în timp ce pistonul se mișcă în sus sau în jos se numește cursă. Toate măsurile până în momentul în care sunt repetate se numesc ciclu.

Un ciclu include procesul de aspirare, compresie, aprindere împreună cu extinderea gazelor formate, eliberare.

Există două modificări ale motoarelor:

1. Într-un ciclu în doi timpi, arborele cotit se întoarce o dată pe ciclu, iar pistonul se deplasează în jos și în sus.
2. Într-un ciclu de patru timpi, arborele cotit se va roti de două ori pe ciclu, iar pistonul va face patru mișcări complete - va coborî, va crește, va cădea, va crește.

📌Principiul de lucru al motorului în doi timpi

Când șoferul pornește motorul, demarorul pune în mișcare volanta, arborele cotit se rotește, KShM mișcă pistonul. Când ajunge la BDC și începe să crească, camera de lucru este deja umplută cu un amestec combustibil.

În centrul mortului de sus al pistonului, acesta se aprinde și îl deplasează în jos. O ventilație suplimentară are loc - gazele de eșapament sunt deplasate de o nouă porțiune din amestecul combustibil funcțional. Purjarea poate fi diferită în funcție de designul motorului. Una dintre modificări prevede umplerea spațiului sub-piston cu amestecul combustibil-aer atunci când se ridică, iar când pistonul coboară, acesta este stors în camera de lucru a cilindrului, deplasând produsele de ardere.

În astfel de modificări ale motoarelor, nu există un sistem de cronometrare a valvei. Pistonul în sine deschide / închide intrarea / ieșirea.

Astfel de motoare sunt utilizate în tehnologia cu putere redusă, deoarece schimbul de gaze în acestea are loc datorită înlocuirii gazelor de evacuare cu următoarea porțiune a amestecului aer-combustibil. Deoarece amestecul de lucru este parțial îndepărtat împreună cu evacuarea, această modificare se distinge prin consumul crescut de combustibil și puterea mai mică comparativ cu analogii în patru timpi.

Unul dintre avantajele unor astfel de motoare cu ardere internă este că există o frecare mai mică pe ciclu, dar în același timp se încălzește mai mult.

📌Principiul de lucru al unui motor în patru timpi

Cele mai multe mașini și alte autovehicule sunt echipate cu motoare în patru timpi. Un mecanism de distribuție a gazelor este utilizat pentru a furniza amestecul de lucru și pentru a elimina gazele de eșapament. Este acționat printr-o transmisie de sincronizare conectată la scripetul arborelui cotit de o transmisie cu centură, lanț sau angrenaj.

rotativ arbore cu came ridică / coboară supapele de admisie / evacuare situate deasupra cilindrului. Acest mecanism asigură deschiderea sincronă a supapelor corespunzătoare pentru furnizarea unui amestec combustibil și eliminarea gazelor de evacuare.

În astfel de motoare, ciclul are loc după cum urmează (de exemplu, un motor pe benzină):

1. În momentul în care motorul este pornit, demarorul întoarce volanta, care conduce arborele cotit. Se deschide robinetul de intrare. Mecanismul manivelei scade pistonul, creând un vid în cilindru. Există o lovitură de aspirație a amestecului aer-combustibil.
2. Trecând de la centrul mort de jos în sus, pistonul comprimă amestecul combustibil. Aceasta este a doua măsură - compresia.
3. Când pistonul se află în centrul mortului de sus, bujia creează o scânteie care aprinde amestecul. Din cauza exploziei, gazele se extind. Suprapresiunea din cilindru deplasează pistonul în jos. Acesta este al treilea ciclu - aprinderea și expansiunea (sau cursa de lucru).
4. Arborele cotit rotativ mișcă pistonul în sus. În acest moment, arborele cu came deschide supapa de evacuare prin care pistonul în ascensiune expulza gazele de evacuare. Aceasta este a patra bară - lansare.

📌Sisteme auxiliare ale motorului cu ardere internă

Niciun motor modern cu combustie internă nu poate funcționa independent. Acest lucru se datorează faptului că combustibilul trebuie să fie livrat de la rezervorul de gaz la motor, trebuie să se aprindă la momentul potrivit și, astfel încât motorul să nu se „sufoce” de gazele de eșapament, acestea trebuie îndepărtate la timp.

Piesele rotative au nevoie de ungere constantă. Datorită temperaturilor crescute generate în timpul combustiei, motorul trebuie răcit. Aceste procese de însoțire nu sunt asigurate de motorul însuși, de aceea motorul cu ardere internă funcționează împreună cu sisteme auxiliare.

📌Sistem de aprindere

Acest sistem auxiliar este proiectat pentru aprinderea în timp util a amestecului combustibil în poziția corespunzătoare a pistonului (TDC în cursa de compresie). Este utilizat la motoarele cu combustie internă pe benzină și este format din următoarele elemente:

• Alimentare electrică. Când motorul este în repaus, această funcție este îndeplinită de baterie (cum să porniți o mașină dacă bateria este moartă, citiți articol separat). După pornirea motorului, sursa de energie este generator.
• Încuierea Egniției. Un dispozitiv care închide un circuit electric pentru a-l alimenta de la o sursă de alimentare.
• Dispozitiv de stocare. Majoritatea vehiculelor pe benzină au o bobină de aprindere. Există, de asemenea, modele în care există mai multe astfel de elemente - unul pentru fiecare bujie. Acestea convertesc tensiunea joasă de la baterie la înaltă tensiune necesară pentru a crea o scânteie de înaltă calitate.
• Distribuitor-întrerupător de aprindere. În mașinile cu carburator, acesta este un distribuitor, în majoritatea altora, acest proces este controlat de un ECU. Aceste dispozitive distribuie impulsuri electrice la bujii corespunzătoare.

📌Sistem de introducere

Pentru a crea un proces de ardere, este necesară o combinație de trei factori: combustibil, oxigen și o sursă de aprindere. Dacă se aplică o descărcare electrică - sarcina sistemului de aprindere, atunci sistemul de admisie furnizează motorului oxigen, astfel încât combustibilul să se poată aprinde.

Acest sistem constă din:

• Intrare de aer - o conductă de ramură prin care este preluat aer curat. Procesul de admitere depinde de modificarea motorului. În motoarele atmosferice, aerul este aspirat datorită creării unui vid care se formează în cilindru. În modelele cu turbocompresor, acest proces este îmbunătățit prin rotația lamelor de supraalimentare, ceea ce crește puterea motorului.
• Filtrul de aer este proiectat pentru a curăța fluxul de praf și particule mici.
• Supapa de accelerație - o supapă care reglează cantitatea de aer care intră în motor. Este reglat fie prin apăsarea pedalei de accelerație, fie prin electronica unității de control.
• Colectorul de admisie este un sistem de conducte conectate la o conductă comună. În motoarele cu combustie internă cu injecție, o supapă de accelerație este instalată deasupra și un injector de combustibil pentru fiecare cilindru. În modificările carburatorului, un carburator este instalat pe galeria de admisie, în care aerul este amestecat cu benzină.

Pe lângă aer, combustibilul trebuie furnizat buteliilor. În acest scop, a fost dezvoltat un sistem de combustibil, format din:

• rezervor de combustibil;
• linie de combustibil - furtunuri și conducte prin care trece benzina sau motorina din rezervor în motor;
• carburator sau injector (sisteme cu duze care pulverizează combustibil);
• pompă de combustibilpomparea combustibilului dintr-un rezervor către un carburator sau alt dispozitiv pentru amestecarea combustibilului și aerului;
• un filtru de combustibil care curăță benzina sau motorina de resturi.

Astăzi, există multe modificări ale motoarelor în care amestecul de lucru este introdus în cilindri prin diferite metode. Astfel de sisteme includ:

• o singură injecție (principiul carburatorului, numai cu o duză);
• injecție distribuită (o duză separată este instalată pentru fiecare cilindru, amestecul aer-combustibil se formează în canalul galeriei de admisie);
• injecție directă (duza pulverizează amestecul de lucru direct în cilindru);
• injecție combinată (combină principiul injecției directe și distribuite)

📌Sistem de lubrifiere

Toate suprafețele de frecare ale pieselor metalice trebuie lubrifiate pentru a răci și a reduce uzura. Pentru a asigura această protecție, motorul este echipat cu un sistem de ungere. De asemenea, protejează părțile metalice de oxidare și îndepărtează depozitele de carbon. Sistemul de ungere este format din:

• sump - un rezervor care conține ulei de motor;
• o pompă de ulei care creează presiune, datorită căreia lubrifiantul curge în toate părțile motorului;
• un filtru de ulei care captează orice particule rezultate din funcționarea motorului;
• unele mașini sunt echipate cu un răcitor de ulei pentru răcirea suplimentară a lubrifiantului pentru motor.

📌Sistem de evacuare

Un sistem de evacuare de înaltă calitate asigură eliminarea gazelor de evacuare din camerele de lucru ale buteliilor. Mașinile moderne sunt echipate cu un sistem de evacuare care include următoarele elemente:

• o galerie de evacuare care amortizează vibrațiile gazelor de evacuare fierbinți;
• o conductă de primire, în care gazele de eșapament provin din colector (la fel ca galeria de evacuare, este fabricată din metal rezistent la căldură);
• un catalizator care curăță gazele de eșapament de elemente dăunătoare, ceea ce permite vehiculului să respecte standardele de mediu;
• rezonator - o capacitate puțin mai mică decât toba de eșapament principală, concepută pentru a reduce viteza de evacuare;
• muffler-ul principal, în interiorul căruia sunt partiții care schimbă direcția gazelor de eșapament pentru a reduce viteza și zgomotul acestora.

📌Sistem de răcire

Acest sistem suplimentar permite motorului să funcționeze fără supraîncălzire. Ea susține temperatura de operare a motoruluiîn timp ce se rătăcește. Pentru ca acest indicator să nu depășească limitele critice chiar și atunci când mașina este în staționare, sistemul este format din următoarele părți:

• radiator de răcireconstând din tuburi și plăci concepute pentru schimbul rapid de căldură între lichidul de răcire și aerul din mediu;
• un ventilator care asigură un debit de aer mai mare, de exemplu, dacă mașina se află într-un blocaj de circulație și radiatorul nu este suficient suflat;
• o pompă de apă, datorită căreia este asigurată circulația lichidului de răcire, care îndepărtează căldura de pe pereții fierbinți ai blocului de cilindri;
• termostat - o supapă care se deschide după ce motorul se încălzește la temperatura de funcționare (înainte de a fi declanșat, lichidul de răcire circulă într-un cerc mic, iar când se deschide, lichidul se deplasează prin calorifer).

Funcționarea sincronă a fiecărui sistem auxiliar asigură funcționarea lină a motorului cu ardere internă.

📌 Ciclurile motorului

Un ciclu se referă la acțiuni care se repetă într-un singur cilindru. Motorul în patru timpi este echipat cu un mecanism care declanșează fiecare dintre aceste cicluri.

În motorul cu ardere internă, pistonul efectuează mișcări reciproce (sus / jos) de-a lungul cilindrului. Biela și manivela atașată la aceasta transformă această energie în rotație. În timpul unei acțiuni - când pistonul ajunge din punctul cel mai de jos în sus și înapoi - arborele cotit face o rotație în jurul axei sale.

Pentru ca acest proces să se producă în mod constant, un amestec de aer-combustibil trebuie să pătrundă în cilindru, acesta trebuie comprimat și aprins în el, iar produsele de ardere trebuie de asemenea îndepărtate. Fiecare dintre aceste procese are loc într-o revoluție a arborelui cotit. Aceste acțiuni se numesc bare. Există patru dintre ei în patru timpi:

1. Admisie sau aspirație. La această cursă, un amestec de aer-combustibil este aspirat în cavitatea cilindrului. Intră printr-o supapă de admisie deschisă. În funcție de tipul sistemului de alimentare cu combustibil, benzina este amestecată cu aer în galeria de admisie sau direct în cilindru, cum ar fi la motoarele diesel;
2. Comprimare. În acest moment, atât supapele de admisie, cât și cele de evacuare sunt închise. Pistonul se deplasează în sus datorită manivelei arborelui cotit și se rotește datorită efectuării altor curse în cilindrii adiacenți. Într-un motor pe benzină, VTS este comprimat în mai multe atmosfere (10-11), iar într-un motor diesel - mai mult de 20 atm;
3. Accident vascular cerebral. În momentul în care pistonul se oprește chiar în vârf, amestecul comprimat este aprins de o scânteie de la o bujie. La un motor diesel, acest proces este ușor diferit. În el, aerul este atât de comprimat încât temperatura lui sare la o valoare la care combustibilul diesel se aprinde singur. De îndată ce apare o explozie a unui amestec de combustibil și aer, energia eliberată nu are încotro și se deplasează pistonul în jos;
4. Eliberarea produselor de ardere. Pentru a umple camera cu o porțiune proaspătă din amestecul combustibil, gazele formate ca urmare a aprinderii trebuie îndepărtate. Acest lucru se întâmplă în cursa următoare când pistonul se ridică. În acest moment, supapa de ieșire se deschide. Când pistonul ajunge la punctul mort superior, ciclul (sau setul de curse) într-un cilindru separat este închis și procesul se repetă.

📌Avantaje și dezavantaje ale ICE

Astăzi cea mai bună opțiune de motor pentru autovehicule este ICE. Printre avantajele unor astfel de unități se numără:

• ușurință de reparație;
• economie pentru călătorii lungi (depinde de volumul său);
• resurse de lucru mari;
• accesibilitate pentru un motorist cu venituri medii.

Motorul ideal nu a fost încă creat, astfel încât aceste unități prezintă și unele dezavantaje:

• cu cât unitatea și sistemele conexe sunt mai complexe, cu atât întreținerea lor este mai scumpă (de exemplu, motoarele EcoBoost);
• necesită reglare fină a sistemului de alimentare cu combustibil, distribuție de aprindere și alte sisteme, care necesită anumite abilități, în caz contrar motorul nu va funcționa eficient (sau nu va porni deloc);
• mai multă greutate (în comparație cu motoarele electrice);
• uzura mecanismului manivelei.

În ciuda echipării multor vehicule cu alte tipuri de motoare (mașini „curate” acționate de tracțiune electrică), ICE-urile vor menține o poziție competitivă mult timp datorită disponibilității lor. Versiunile hibride și electrice ale mașinilor câștigă popularitate, cu toate acestea, din cauza costului ridicat al acestor vehicule și al costurilor de întreținere a acestora, acestea nu sunt încă disponibile pentru automobilistul mediu.

Intrebari obisnuite:

Ce este un motor cu ardere internă? Acesta este un tip de unitate de putere, în care este prevăzută o cameră de ardere închisă în proiectare, în care este generată energie termică (datorită aprinderii amestecului combustibil-aer) și transformată în energie mecanică.

Cine a inventat motorul de ardere internă? Un eșantion al primului motor cu ardere internă din lume a fost descoperit de inventatorul francez Étven Lenoir în 1860. Primul motor cu combustie internă în patru timpi, conform schemei căruia funcționează absolut toate unitățile de putere, a fost inventat de Nikolaus Otto.

Din ce este făcut motorul? Cel mai simplu ICE constă dintr-un bloc de cilindri în care este instalat un sistem de bielă cu manivelă, un grup cilindru-piston, blocul este acoperit cu o chiulasă cu un mecanism de distribuție a gazului (arborele cu came și supape), un sistem de admisie și evacuare, un sistem de combustibil și aprindere.