1 motor cu combustie internă. Motor cu combustie internă și utilizarea sa în lumea modernă

Motorul este format dintr-un cilindru 5 și un carter 6, care este închis de jos de o paletă 9 (fig. A). În interiorul cilindrului se deplasează pistonul 4 cu inele de compresie (de etanșare) 2, având forma unui pahar cu un fund în partea superioară. Pistonul prin pinul 3 al pistonului și tija de conectare 14 este conectat la arborele cotit 8, care se rotește în lagărele principale situate în carter. Arborele cotit este format din jurnalele principale 13, obrajii 10 și axul manivelei 11. Cilindrul, pistonul, bara de legătură și arborele cotit alcătuiesc așa-numitul mecanism de manivelă care transformă mișcarea reciprocă a pistonului în mișcarea de rotație a arborelui cotit (vezi Fig. 6).

De sus, cilindrul 5 este acoperit cu capul 1 cu supapele 15 și 17, a căror deschidere și închidere este strict coordonată cu rotirea arborelui cotit și, prin urmare, cu mișcarea pistonului.

Mișcarea pistonului este limitată de două poziții extreme, la care viteza sa este zero: centrul mort superior (TDC), ceea ce corespunde cu cea mai mare distanță a pistonului de la arbore (a se vedea Fig. 6), și centrul mort inferior (BDC), corespunzând celei mai mici distanțe de ax.

Mișcarea non-stop a pistonului prin punctele moarte este asigurată de volanta 7, având forma unui disc cu o janta masivă.

Distanța parcursă de piston între punctele moarte se numește cursa pistonului. S, și distanța dintre axe ale tijei principale și de conectare - raza manivelei R  (fig. b). Cursa pistonului este egală cu două raze de manivelă: S \u003d 2R. Volumul pe care îl descrie pistonul într-o singură cursă se numește deplasarea cilindrului (deplasare) V h:

V h \u003d (¶ / 4) D 2 S.

Volumul deasupra pistonului V c  în poziția TDC (vezi Fig. a) și se numește volumul camerei de ardere (compresie). Suma volumului de lucru al cilindrului și volumul camerei de ardere este volumul total al cilindrului V a:

V a \u003d V h + V c.

Raportul dintre volumul total al cilindrului și volumul camerei de ardere se numește raport de compresie e:

e \u003d V a / V c.

Raportul de compresie este un parametru important al motoarelor cu ardere internă, deoarece afectează foarte mult eficiența și puterea acestuia.

Principiul muncii.

Acțiunea unui motor cu combustie internă alternativă se bazează pe utilizarea expansiunii gazelor încălzite în timpul deplasării pistonului de la TDC la BDC.

Încălzirea gazelor în poziția TDC se realizează ca urmare a combustiei în cilindrul de combustibil amestecat cu aer. Aceasta crește temperatura gazelor și presiunea lor. Deoarece presiunea sub piston este egală cu cea atmosferică, iar în cilindru este mult mai mare, atunci sub influența diferenței de presiune pistonul se va deplasa în jos, în timp ce gazele se vor extinde, făcând lucrări utile. Lucrările desfășurate prin extinderea gazelor sunt transmise arborelui cotit cu ajutorul unui mecanism cu manivelă, iar de la acesta la transmisie și roțile mașinii.

Pentru ca motorul să genereze constant energie mecanică, cilindrul trebuie să fie umplut periodic cu noi porții de aer prin robinetul de intrare 15, iar combustibilul prin duza 16 sau un amestec de aer și combustibil trebuie furnizat prin robinetul de intrare. Produsele de ardere a combustibilului după extinderea lor sunt scoase din cilindru prin supapa de evacuare 17. Aceste sarcini sunt efectuate de mecanismul de distribuție a gazului care controlează deschiderea și închiderea valvei și sistemul de alimentare cu combustibil.

1. Ciclul de admisie - amestec de admisie combustibil-aer
2. Ciclul de compresie - amestecul este comprimat și aprins.
3. Cursa de extensie - Amestecul arde și împing pistonul în jos
4. Stroke Release - Produse de ardere disponibile

Principiul acțiunii.  Arderea combustibilului are loc în camera de ardere, care se află în interiorul cilindrului motorului, unde combustibilul lichid este introdus în amestec cu aer sau separat. Energia termică obținută în timpul arderii combustibilului este transformată în lucru mecanic. Produsele de ardere sunt scoase din cilindru și o nouă porțiune de combustibil este aspirată în locul lor. Ansamblul de procese care au loc în cilindru de la intrarea de încărcare (amestec de lucru sau aer) până la gazul de eșapament, este ciclul real sau de serviciu al motorului.

Sisteme și mecanisme ale motorului și scopul acestora.

INTRODUCERE

În cele mai vechi timpuri, oamenii foloseau cele mai simple mecanisme cu mâinile lor sau cu ajutorul animalelor. Apoi au învățat să folosească puterea vântului când navigau pe navele care navighează. De asemenea, au învățat cum să folosească vântul pentru a roti morile de vânt, măcinând cerealele în făină. Mai târziu au început să folosească energia fluxului de apă din râuri pentru a roti roțile de apă. Aceste roți pompau și ridicau apa sau acționau diverse mecanisme.
Istoria apariției motoarelor termice se întoarce în timp. Deși motorul cu ardere internă este un mecanism foarte complex. Iar funcția îndeplinită prin expansiunea termică în motoarele cu ardere internă nu este la fel de simplă pe cât pare la prima vedere. Da, și nu ar exista motoare cu combustie internă fără utilizarea expansiunii termice a gazelor.

Scopul muncii:
  Luați în considerare un motor cu ardere internă.

obiective:
  1. Studierea teoriei motoarelor cu ardere internă și externă.
  2. Proiectați un model bazat pe teoria motoarelor cu ardere internă.
  3. Luați în considerare impactul ICE asupra mediului.
  4. Creați o broșură pe tema: „Motor cu ardere internă”.

ipoteza:
  Ca centrale electrice ale automobilelor, cele mai frecvente au fost motoarele cu combustie internă, în care procesul de ardere a combustibilului cu eliberarea căldurii și transformarea acesteia în lucru mecanic are loc direct în butelii. Majoritatea automobilelor moderne au motoare cu ardere internă.

Actualitate:
  Fizica și legile fizice sunt o parte integrantă a vieții noastre.
  Tehnologie, clădiri, diverse procese care au loc în lumea noastră - toate acestea sunt fizica. Nu putem trăi și nu știm, nici măcar legile elementare ale acestei științe. Și, prin urmare, fizica este o știință relevantă, care nu îmbătrânește.
  Tema activității noastre îi va ajuta pe elevi să înțeleagă și să învețe la prima vedere cele mai frecvente procese din lumea din jurul nostru, dar complexe în structura lor.

REZULTATE DE CERCETARE

Motor de ardere

O creștere semnificativă în toate sectoarele economiei necesită circulația unui număr mare de mărfuri și pasageri. Manevrabilitatea ridicată, manevrabilitatea și adaptabilitatea la muncă în diferite condiții fac din mașină unul dintre principalele mijloace de transport de mărfuri și pasageri. Transportul rutier reprezintă peste 80% din mărfurile transportate prin toate modurile de transport combinate și peste 70% din traficul de pasageri. În ultimii ani, fabricile de automobile au stăpânit numeroase modele de echipamente auto modernizate și noi, inclusiv pentru agricultură, construcții, comerț, petrol și gaze și păduri. În prezent, există un număr mare de dispozitive care utilizează expansiunea termică a gazelor. Astfel de dispozitive includ un motor cu carburator, motoare diesel, motoare turboet etc.

Motoarele de căldură pot fi împărțite în două grupe principale:
  1. Motoare cu combustie externă.
  2. Motoare cu combustie internă.

Studiind tema lecției „Motoare cu ardere internă” în clasa a VIII-a, am devenit interesați de acest subiect. Trăim într-o lume modernă în care tehnologia joacă un rol important. Nu numai echipamentele pe care le folosim acasă, ci și mașina pe care o conducem. Privind mașina, eram convins că motoarele sunt o parte necesară a mașinii. Nu contează dacă este o mașină veche sau nouă. Prin urmare, am decis să abordăm subiectul motorului cu ardere internă, pe care îl foloseam înainte și acum.

Pentru a înțelege dispozitivul ICE, am decis să îl creăm noi înșine și asta avem.

Fabricarea ICE

Material:  carton, lipici, sârmă, motor, angrenaje, baterie de 9 V.

Progresul producției
  1. Arbore cotit din carton (cerc tăiat)
  2. Am realizat o tijă de legătură (pliată o foaie dreptunghiulară de carton 15 * 8 în jumătate și alte 90 de grade), la capetele căreia au fost făcute găuri
  3. Un piston a fost realizat din carton, în care au fost făcute găuri (sub degetele pistonului)
  4. Degetele pistonului au făcut găuri în piston pentru a mărimea prin plierea unei mici foi de carton
  5. Folosind un pin cu piston, pistonul este fixat pe tija de legătură, iar cu ajutorul unui fir, bara de conectare este fixată pe arborele cotit
  6. După dimensiunea pistonului, cilindrul a fost rulat, iar după dimensiunea arborelui cotit, carterul (Carter - o cutie sub arborele cotit)
  7. Asamblați mecanismul de rotație a arborelui cotit (cu angrenaje și motor), astfel încât, la viteze mari ale motorului, mecanismul de rotație dezvoltă revoluții mai mici (astfel încât să poată manivela arborele cotit cu tija de conectare și pistonul)
  8. Un mecanism de rotație a fost atașat la arborele cotit și introdus în carter (fixând mecanismul de sincronizare pe peretele carterului)
  9. Pistonul a fost introdus în cilindru, iar cilindrul și carterul au fost lipite.
  10. Mergând două fire + și - de la motor, ne atașăm de baterie și observăm mișcarea pistonului.

Vizualizare model din exterior

Vedere a modelului din interior

Cerere ICE

Expansiunea termică și-a găsit aplicarea în diverse tehnologii moderne. În special, se poate spune despre utilizarea expansiunii termice a gazului în inginerie termică. Deci, de exemplu, acest fenomen este utilizat în diferite motoare termice, adică în motoarele cu combustie internă și externă:
  * Motoare rotative;
  * Motoare cu jet;
  * Motoare turbojet;
  * Turbine cu gaz;
  * Motoare Wankel;
  * Motoare cu stirling;
  * Centrale nucleare.

Extinderea termică a apei este folosită la turbinele cu abur, etc. Toate acestea, la rândul lor, sunt utilizate pe scară largă în diverse sectoare ale economiei naționale. De exemplu, motoarele cu ardere internă sunt cele mai utilizate:
  * Instalatii de transport;
  * Utilaje agricole.

În energia staționară, motoarele cu ardere internă sunt utilizate pe scară largă:
  * La centralele mici;
  * Trenuri energetice;
  * Centrale electrice de urgență

ICE sunt, de asemenea, utilizate pe scară largă ca unități de antrenare pentru compresoare și pompe pentru furnizarea de gaze, ulei, combustibil lichid, etc., prin conducte, în timpul explorării și pentru conducerea instalațiilor de foraj atunci când găuriți puțuri în câmpurile de gaz și petrol.
  Motoarele Turbojet sunt foarte răspândite în aviație. Turbinele cu abur sunt motorul principal pentru conducerea generatoarelor electrice la centralele termice. Turbinele cu abur sunt de asemenea utilizate pentru a conduce suflante, compresoare și pompe centrifuge.
  Există chiar și motoare cu aburi, dar acestea nu sunt răspândite din cauza complexității structurale.
  Expansiunea termică este utilizată și în diferite relee termice, al căror principiu se bazează pe expansiunea liniară a tubului și a tijei, realizată din materiale cu coeficienți de temperatură diferiți de expansiune liniară.

Impactul asupra mediului al motoarelor de căldură

Impactul negativ al motoarelor de căldură asupra mediului se datorează diverși factori.
  În primul rând, arderea combustibilului folosește oxigenul din atmosferă, drept urmare conținutul de oxigen din aer scade treptat.
  În al doilea rând, arderea combustibilului este însoțită de eliberarea de dioxid de carbon în atmosferă.
  În al treilea rând, atunci când cărbunele și petrolul sunt arse, atmosfera este poluată de compuși de azot și sulf, care sunt dăunători sănătății umane. Iar motoarele auto emit anual 2-3 tone de plumb în atmosferă.
  Emisiile de substanțe nocive în atmosferă nu sunt singura latură a impactului motoarelor de căldură asupra naturii. Conform legilor termodinamicii, în principiu, producția de energie electrică și mecanică nu poate fi realizată fără eliminarea în mediu a unor cantități semnificative de căldură. Acest lucru nu poate decât să conducă la o creștere treptată a temperaturii medii pe Pământ.

Metode de abordare a efectelor nocive ale motoarelor termice asupra mediului

O modalitate de a reduce poluarea mediului este utilizarea motoarelor diesel în locul motoarelor pe benzină cu carburator în automobile care nu adaugă compuși de plumb la combustibilul lor.
  Promițătoare sunt dezvoltarea mașinilor în care se folosesc în loc de motoare pe benzină, motoare electrice sau motoare care utilizează hidrogen ca combustibil.
  Un alt mod este creșterea eficienței motoarelor termice. La Institutul de sinteză petrochimică numit după A. V. Topchieva RAS a dezvoltat cele mai noi tehnologii pentru convertirea dioxidului de carbon în metanol (alcool metilic) și dimetil eter, care cresc productivitatea dispozitivelor de 2-3 ori cu o scădere semnificativă a energiei electrice. Aici a fost creat un nou tip de reactor, în care productivitatea a fost crescută de 2-3 ori.
  Introducerea acestor tehnologii va reduce acumularea de dioxid de carbon în atmosferă și va ajuta nu numai la crearea de materii prime alternative pentru sinteza multor compuși organici, a căror bază este petrolul astăzi, dar și la rezolvarea problemelor de mediu menționate mai sus.

CONCLUZIE

Datorită muncii noastre, putem trage următoarele concluzii:
  Nu ar exista motoare cu combustie internă fără utilizarea expansiunii termice a gazelor. Și suntem cu ușurință convinși de acest lucru, după ce am examinat în detaliu principiul funcționării ICE, ciclurile lor de funcționare - toată activitatea lor se bazează pe utilizarea expansiunii termice a gazelor. Dar ICE este doar una dintre aplicațiile specifice de extindere termică. Și judecând după avantajele pe care expansiunea termică le aduce oamenilor printr-un motor cu ardere internă, se poate aprecia avantajele acestui fenomen în alte domenii ale activității umane.
  Și să treacă epoca motorului cu ardere internă, chiar dacă au multe deficiențe, să apară motoare noi care nu poluează mediul intern și nu folosesc funcția de expansiune termică, dar primul va beneficia de oameni mult timp, iar oamenii vor răspunde amabil pentru multe sute de ani despre ei, căci au adus omenirea la un nou nivel de dezvoltare și, trecând-o, umanitatea a crescut și mai sus.

literatură

1. Un cititor în fizică: A. S. Enokhovich - M .: Education, 1999
  2. Detlaf A. A., Yavorsky B. M. Curs de fizică: - M., Școala Superioară., 1989.
  3. Kabardin O. F. Fizică: Referințe: Iluminare 1991.
  4. Resurse de internet.

Managerii muncii:
  Shavrova T. G. profesor de fizică,
  Bachurin D. N. profesor de informatică.

Instituție de învățământ municipal
  „Școala Gimnazială nr. 2 mai”
Districtul Biysk de pe teritoriul Altai

  - O unitate de putere universală folosită în aproape toate tipurile de vehicule moderne. Trei raze închise într-un cerc, cuvintele „Pe pământ, pe apă și pe cer” sunt marca și motto-ul Mercedes-Benz, unul dintre cei mai importanți producători de motoare diesel și benzină. Proiectarea motorului, istoricul creației sale, principalele tipuri și perspective de dezvoltare - acestea sunt conținutul scurt al acestui material.

Un pic de istorie

Principiul transformării mișcării reciproce într-una rotativă prin utilizarea unui mecanism de manivelă este cunoscut încă din 1769, când francezul Nicolas Joseph Kunho a arătat lumii prima mașină cu aburi. Motorul folosea vaporii de apă ca fluid de lucru, era cu putere redusă și scutura fum de negru, cu miros neplăcut. Astfel de unități au fost utilizate ca centrale electrice în fabrici, fabrici, nave și trenuri, în timp ce modele compacte existau sub forma unei curiozități tehnice.

Totul s-a schimbat într-un moment în care, în căutarea de noi surse de energie, omenirea și-a îndreptat ochii către un lichid organic - uleiul. În încercarea de a crește caracteristicile energetice ale acestui produs, oamenii de știință și cercetătorii au efectuat experimente privind distilarea și distilarea și, în final, au obținut o substanță până acum necunoscută - benzina. Acest lichid transparent, cu o nuanță gălbuie, a ars fără formarea de funingine și funingine, eliberând mult mai multă energie termică decât petrolul brut.

Cam în același timp, Etienne Lenoir a proiectat primul motor în doi timpi cu combustie internă cu gaz și l-a patentat în 1880.

În 1885, un inginer german Gottlieb Daimler, în colaborare cu antreprenorul Wilhelm Maybach, a dezvoltat un motor compact pe benzină, care un an mai târziu și-a găsit aplicarea în primele modele de mașini. Rudolf Diesel, care lucrează în direcția creșterii eficienței motorului cu ardere internă (motor cu ardere internă), a propus, în 1897, o schemă fundamentală de aprindere a combustibilului. Aprinderea într-un motor numit după marele proiectant și inventator apare din cauza încălzirii fluidului de lucru în timpul comprimării.

Și în 1903, frații Wright au luat în aer primele lor aeronave echipate cu un motor pe benzină Wright-Taylor cu o schemă de injecție de combustibil primitivă.

Cum funcționează

Structura generală a motorului și principiile de bază ale funcționării sale vor deveni clare atunci când studiați un model cu doi cilindri în doi timpi.

Un astfel de motor cu ardere internă este format din:

• camere de combustie;
• un piston conectat la arborele cotit cu ajutorul unui mecanism de manivelă;
• sisteme de alimentare și aprindere a amestecului combustibil-aer;
• valve pentru eliminarea produselor de ardere (gaze de evacuare).

Când motorul pornește, pistonul pornește de la centrul mort superior (TDC) până la partea inferioară (BDC), datorită rotirii arborelui cotit. După ce a ajuns la punctul de jos, el schimbă direcția de mișcare spre centrul mort superior, în același timp cu furnizarea amestecului combustibil-aer camerei de ardere. Un piston în mișcare comprimă ansamblul combustibilului, când se ajunge la centrul mortal superior, sistemul de aprindere electronică aprinde amestecul. Extinzându-se rapid, arderea gazelor de benzină aruncă pistonul către centrul mort de jos. După trecerea unei anumite părți a căii, el deschide supapa de evacuare, prin care gazele fierbinți ies din camera de ardere. După trecerea punctului inferior, pistonul schimbă direcția în TDC. În acest timp, arborele cotit a făcut o singură revoluție.

Aceste explicații vor deveni mai clare atunci când vizionați un videoclip despre funcționarea motorului cu ardere internă.

Acest videoclip arată clar dispozitivul și funcționarea motorului mașinii.

Două bare

Principalul dezavantaj al circuitului push-pull, în care pistonul joacă rolul elementului de distribuție a gazului, este pierderea substanței de lucru în momentul eliminării gazelor de eșapament. Iar sistemul de purjare forțată și cerințele crescute pentru rezistența la căldură a supapei de evacuare conduc la o creștere a prețului motorului. În caz contrar, nu este posibilă realizarea unei puteri ridicate și a durabilității unității de alimentare. Principalul domeniu de aplicare al acestor motoare sunt motocicletele și motocicletele ieftine, motoarele pentru bărci și cositoarele.

Patru măsuri

Dezavantajele descrise sunt lipsite de ICE-uri în patru timpi utilizate într-o tehnică mai „serioasă”. Fiecare fază a funcționării unui astfel de motor (intrarea amestecului, compresie, cursă și gaz de evacuare) se realizează folosind un mecanism de distribuție a gazului.

Separarea fazelor motorului cu ardere internă este foarte arbitrară. Inerția gazelor de eșapament, apariția vârtejurilor locale și a fluxurilor inverse în zona supapei de evacuare duce la suprapunerea reciprocă în timp a proceselor de injecție a amestecului de combustibil și îndepărtarea produselor de ardere. Ca urmare, fluidul de lucru din camera de ardere este poluat de gazele de eșapament, în urma cărora parametrii de combustie ai ansamblurilor de combustibil se schimbă, transferul de căldură scade, iar puterea scade.

Problema a fost rezolvată cu succes prin sincronizarea mecanică a funcționării supapelor de admisie și evacuare cu viteza arborelui cotit. Mai simplu spus, injecția amestecului combustibil-aer în camera de ardere va avea loc numai după ce gazul de evacuare a fost complet îndepărtat și ventilul de evacuare a fost închis.

Dar acest sistem de control al gazelor are și dezavantajele sale. Funcționarea optimă a motorului (consumul minim de combustibil și puterea maximă) se poate realiza într-o gamă destul de restrânsă de rotații ale arborelui cotit.

Dezvoltarea tehnologiei computerizate și introducerea unităților de control electronic au făcut posibilă rezolvarea cu succes a acestei probleme. Sistemul de control electromagnetic al supapelor motorului cu ardere internă permite, în funcție de modul de funcționare, să alegeți modul de distribuție optimă a gazului. Schemele animate și videoclipurile personalizate facilitează înțelegerea.

Pe baza videoclipului, nu este greu de concluzionat că o mașină modernă este un număr imens de tot felul de senzori.

Tipuri de ICE

Aranjamentul general al motorului rămâne neschimbat mult timp. Principalele diferențe se referă la tipurile de combustibil utilizate, sistemele de pregătire a amestecului combustibil-aer și schemele sale de aprindere.
  Luați în considerare trei tipuri principale:

1. carburator de benzină;
2. injecție de benzină;
3. diesel.

Carburator de benzină ICE

Pregătirea unui amestec omogen (uniform în compoziție), aer-combustibil are loc prin pulverizarea combustibilului lichid într-un flux de aer, a cărui intensitate este reglată de gradul de rotație a accelerației. Toate operațiunile de preparare a amestecului sunt efectuate în afara camerei de ardere a motorului. Avantajele motorului carburator sunt capacitatea de a regla compoziția amestecului de combustibil „pe genunchi”, ușurința de întreținere și reparație, relativă ieftinitate a proiectării. Principalul dezavantaj este consumul crescut de combustibil.

Istoric istoric. Primul motor de acest tip a fost proiectat și patentat în 1888 de inventatorul rus Ogneslav Kostovich. Sistemul de opoziție al pistoanelor amplasate orizontal și care se deplasează unul către celălalt este încă utilizat cu succes în crearea motoarelor cu ardere internă. Cea mai faimoasă mașină în care a fost utilizată ICE-ul acestui design este Volkswagen Beetle.

ICE de injecție benzină

Pregătirea ansamblurilor de combustibil se realizează în camera de ardere a motorului, prin pulverizarea combustibilului cu duze injectoare. Injecția este controlată de unitatea electronică sau computerul de bord al mașinii. Răspunsul instantaneu al sistemului de control la o schimbare a modului de funcționare a motorului asigură stabilitatea și consumul optim de combustibil. Dezavantajul este complexitatea proiectării, prevenirea și punerea în funcțiune sunt posibile numai la stațiile de service specializate.

Motor diesel

Amestecul combustibil-aer este preparat direct în camera de ardere a motorului. La sfârșitul ciclului de compresie a aerului din cilindru, duza injectează combustibil. Aprinderea se produce din cauza contactului cu aerul atmosferic supraîncălzit în timpul compresiei. În urmă cu doar 20 de ani, motoarele diesel cu viteză mică erau folosite ca unități de alimentare ale echipamentelor speciale. Apariția tehnologiei de turbocompresie a deschis calea pentru ei în lumea automobilelor.

Modalități de dezvoltare ulterioară a ICE

Gândirea de design nu stă niciodată nemișcată. Principalele direcții pentru dezvoltarea și îmbunătățirea motoarelor cu ardere internă sunt creșterea eficienței și minimizarea substanțelor dăunătoare pentru mediu în gazele de eșapament. Utilizarea amestecurilor de combustibil stratificat, designul ICE-urilor combinate și hibride sunt doar primele etape ale unei călătorii lungi.

Motorul unei mașini poate arăta ca un mishmash mare, încurcat de piese metalice, tuburi și fire pentru neinițiați. În același timp, motorul este „inima” aproape a oricărei mașini - 95% din toate mașinile funcționează pe un motor cu ardere internă.

În acest articol vom discuta despre funcționarea motorului cu ardere internă: principiul său general, vom studia elementele și fazele specifice ale motorului, vom afla exact cum este transformat combustibilul potențial în forță de rotație și vom încerca să răspundem la următoarele întrebări: cum funcționează motorul cu ardere internă, ce tip de motoare și tipurile lor și ce înseamnă acești sau alți parametri și caracteristici ale motorului? Și, întotdeauna, toate acestea sunt simple și accesibile, ca de două ori două.

Principalul obiectiv al motorului pe benzină al unei mașini este transformarea benzinei în mișcare, astfel încât mașina dvs. să se poată deplasa. În prezent, cel mai simplu mod de a crea mișcare din benzină este pur și simplu să-l arzi în interiorul motorului. Astfel, „motorul” auto este un motor cu ardere internă - adică. arderea benzinei are loc în interiorul ei.

Există diferite tipuri de motoare cu ardere internă. Motoarele diesel sunt de o singură formă, iar cele ale turbinei pe gaz sunt complet diferite. Fiecare dintre ele are avantajele și dezavantajele sale.

Ei bine, după cum veți observa, deoarece există un motor cu ardere internă, trebuie să existe și un motor cu ardere externă. Motorul cu abur din trenurile și navele de modă veche este doar cel mai bun exemplu de motor cu combustie externă. Combustibilul (cărbune, lemn, ulei, oricare altul) din motorul cu aburi arde în afara motorului pentru a crea abur, iar aburul creează mișcare în interiorul motorului. Desigur, motorul cu ardere internă este mult mai eficient (cel puțin consumă mult mai puțin combustibil pe kilometru de vehicul) decât arderea externă, în plus, motorul cu ardere internă are dimensiuni mult mai mici decât motorul cu combustie externă echivalentă. Așa se explică de ce nu vedem o singură mașină similară cu o locomotivă cu aburi.

Acum să vedem mai detaliat cum funcționează motorul cu ardere internă.

Să ne uităm la principiul din spatele oricărei mișcări reciproce a unui motor cu combustie internă: dacă introduceți o cantitate mică de combustibil cu energie mare (de exemplu benzină) într-un spațiu mic închis și îl luminați (acest combustibil), o cantitate incredibilă de energie va fi eliberată sub formă de gaz în expansiune. Puteți folosi această energie, de exemplu, pentru a propulsa cartofii. În acest caz, energia este transformată în mișcarea acestui cartof. De exemplu, dacă puneți puțină benzină într-o țeavă în care un capăt este închis strâns și celălalt este deschis, atunci aruncați un cartof și puneți foc la benzină, atunci explozia lui va declanșa mișcarea acestui cartof stoarcându-l cu benzină explozând, astfel cartoful va zbura sus pe cer dacă îndrepți țeava în sus. Aceasta am descris pe scurt principiul funcționării unui tun vechi. Dar puteți utiliza o astfel de energie de benzină pentru scopuri mai interesante. De exemplu, dacă puteți crea un ciclu de explozii de gaze de sute de ori pe minut și dacă puteți utiliza această energie în scopuri utile, atunci știți că aveți deja un nucleu pentru motorul mașinii!

Aproape toate mașinile folosesc în prezent ceea ce se numește combustie cu patru cicluri pentru a converti benzina în mișcare. Ciclul în patru timpi este cunoscut și ca ciclul Otto - în onoarea lui Nikolai Otto, care l-a inventat în 1867. Deci, iată, aceste 4 cicluri de funcționare a motorului:

1. Ciclul de alimentare cu combustibil
2. Ciclul de compresie a combustibilului
3. Ciclul combustibilului
4. Ciclul de evacuare

Totul pare clar din asta, nu? În figura de mai jos puteți vedea că elementul numit piston înlocuiește cartofii în „pistolul de cartof” descris anterior. Pistonul este conectat la arborele cotit folosind o tija de conectare. Doar nu vă alarmați de noii termeni - de fapt nu există atât de mulți dintre ei în principiu cu motorul!

În figură, literele indică următoarele elemente ale motorului:

A - Arborele cu came
   B - capac de supapă
   C - supapă de evacuare
   D - port de evacuare
   E - Cap cilindru
   F - Cavitatea lichidului de răcire
   G - Bloc motor
   H - Tigaie cu ulei
   I - tava motorului
   J - bujie
   K - supapa de admisie
   L - intrare
   M - piston
   N - Bara de conectare
   O - Rulmentul tijei de conectare
   P - arbore cotit

Iată ce se întâmplă când motorul parcurge ciclul său complet în patru timpi:

1. Poziția inițială a pistonului este în partea superioară, în acest moment valva de intrare se deschide, iar pistonul se deplasează în jos, aspirand astfel amestecul pregătit de benzină și aer în cilindru. Acesta este atacul de admisie. Doar o mică picătură de benzină trebuie să se amestece cu aerul pentru ca acesta să funcționeze.
2. Când pistonul atinge punctul cel mai jos, supapa de admisie se închide, iar pistonul începe să se deplaseze înapoi (benzina se află într-o „capcană”), comprimând acest amestec de combustibil și aer. Compresia va face ulterior explozia mai puternică.
3. Când pistonul atinge vârful cursei sale, bujia emite o scânteie generată de o tensiune mai mare de zece mii de volți pentru a aprinde benzina. Se produce detonarea și gazul din cilindru explodează, împingând pistonul în jos cu o forță incredibilă.
4. După ce pistonul ajunge din nou la partea inferioară a cursei sale, este rândul să deschideți supapa de evacuare. Apoi, pistonul se mișcă în sus (acest lucru se întâmplă deja prin inerție) și amestecul uzat de benzină și aer părăsește cilindrul prin gaura de evacuare pentru a merge în călătoria sa către conducta de evacuare și mai departe către atmosfera superioară.

Acum, când supapa este din nou în vârf, motorul este gata pentru următorul ciclu, astfel încât aspiră următoarea porțiune din amestecul de aer și benzină pentru a desface mai mult arborele cotit, care, de fapt, își transferă torsiunea mai departe prin transmisia către roți. Acum uitați mai jos cum funcționează motorul în toate cele patru timpi.

Puteți vedea funcționarea motorului cu ardere internă mai clar în cele două animații de mai jos:

Cum funcționează motorul - animație

Rețineți că mișcarea creată de funcționarea motorului cu ardere internă este de rotație, în timp ce mișcarea creată de „pistolul de cartof” este liniară (directă). În motor, mișcarea liniară a pistoanelor este transformată în mișcare de rotație a arborelui cotit. Avem nevoie de mișcare de rotație, deoarece intenționăm să ne întoarcem roțile mașinii.

Acum să ne uităm la toate părțile care colaborează într-o echipă prietenoasă pentru a face acest lucru, începând cu cilindrii!

Nucleul motorului este un cilindru cu un piston care se deplasează în sus și în jos în interiorul cilindrului. Motorul descris mai sus are un cilindru. S-ar părea că ce mai este nevoie pentru mașină ?! Și iată, o mașină pentru o călătorie confortabilă pe ea are nevoie de cel puțin 3 alți cilindri cu pistoane și toate atributele necesare acestui cuplu (supape, tije de conectare și așa mai departe), dar un cilindru este potrivit numai pentru majoritatea mașinii de tuns iarba. Uită-te - mai jos, pe animație, vei vedea funcționarea unui motor cu 4 cilindri:

Tipuri de motor

Mașinile au cel mai adesea patru, șase, opt și chiar zece, doisprezece și șaisprezece cilindri (ultimele trei opțiuni sunt instalate în principal pe mașini sport și mingi de foc). Într-un motor cu mai multe cilindri, toți cilindrii sunt situați de obicei într-unul din cele trei moduri:

• rând
• În formă de V
• opus

Iată-le - toate cele trei tipuri de aranjare a cilindrilor din motor:

Inline 4 cilindri

Aranjament opus de 4 cilindri

Dispunerea în formă de V a 6 cilindri

Configurații diferite prezintă avantaje și dezavantaje diferite în ceea ce privește vibrațiile, costul de producție și caracteristicile matriței. Aceste avantaje și dezavantaje le fac mai potrivite pentru utilizarea anumitor vehicule specifice. Așadar, motoarele cu 4 cilindri au rar sens să aibă forma în V, astfel încât acestea sunt de obicei în linie; iar motoarele cu 8 cilindri fac mai des un aranjament de cilindri în formă de V.

Acum, să aruncăm o privire la modul în care funcționează sistemul de injecție de combustibil, uleiul și alte componente din motor:

Să analizăm mai detaliat câteva detalii cheie ale motorului:

Acum atenție! Pe baza a tot ce este citit, să ne uităm la ciclul complet al motorului cu toate elementele sale:

Ciclul motor complet

De ce motorul nu funcționează?

Să presupunem că ieșiți dimineața la mașină și începeți să o porniți, dar nu începe. Ce ar putea fi greșit? Acum că știți cum funcționează motorul, puteți înțelege lucrurile de bază care pot împiedica pornirea motorului. Se pot întâmpla trei lucruri fundamentale:

• Amestec de combustibil rău
• Lipsa compresiunii
• Lipsa de scânteie

Da, există alte mii de lucruri nesemnificative care pot crea probleme, dar cele „mari trei” indicate sunt cel mai adesea o consecință sau o cauză a uneia dintre ele. Pe baza unei simple înțelegeri a motorului, putem face o listă scurtă a modului în care aceste probleme afectează motorul.

Amestecul de combustibil necorespunzător se poate datora unuia dintre motivele:

• Pur și simplu ai rămas fără gaz în rezervor, iar motorul încearcă să pornească din aer.
• Intrarea de aer poate fi înfundată, astfel încât combustibilul să intre în motor, dar nu are suficient aer pentru a detona.
• Sistemul de combustibil poate furniza prea mult sau prea puțin combustibil amestecului, ceea ce înseamnă că arderea nu are loc corect.
• Pot exista impurități în combustibil (ceea ce este valabil mai ales pentru benzina de calitate rusă) care împiedică combustibilul să ardă complet.

Lipsa compresiunii - dacă încărcarea aerului și a combustibilului nu poate fi comprimată corect, procesul de ardere nu va funcționa așa cum trebuie. Lipsa compresiei poate apărea din următoarele motive:

• Inelele pistonului sunt uzate (permițând aerului și combustibilului să treacă peste piston în timpul compresiei)
• Supapele de intrare sau de ieșire nu sunt sigilate corespunzător, deschizând din nou o scurgere în timpul compresiei
• A apărut o gaură în cilindru.

Lipsa scânteilor poate fi din mai multe motive:

• Dacă bujii sau firul care se duce la ele sunt uzate, scânteia va fi slabă.
• Dacă firul este deteriorat sau lipsește pur și simplu sau dacă sistemul care trimite scânteia prin fir nu funcționează corect.
• Dacă o scânteie apare fie prea curând, fie prea târziu în ciclu, combustibilul nu va fi aprins la momentul potrivit și acest lucru poate provoca tot felul de probleme.

Și iată o serie de motive pentru care motorul poate să nu funcționeze, iar aici vom atinge câteva detalii în afara motorului:

• În cazul în care bateria este descărcată, nu veți mai putea manivela motorul pentru a-l porni.
• În cazul în care rulmenții care permit arborelui cotit să se rotească liber sunt uzate, arborele cotit nu se va putea manivela, astfel încât motorul nu va putea funcționa.
• Dacă supapele nu se deschid și nu se închid la momentul potrivit sau nu funcționează deloc, aerul nu va putea intra și evacuările nu vor mai rămâne, astfel încât din nou motorul nu va putea funcționa.
• Dacă cineva din motive hooligan pune un cartof într-o conductă de evacuare, gazele de evacuare nu vor putea scăpa din cilindru, iar motorul nu va mai funcționa.
• Dacă nu există suficient ulei în motor, pistonul nu se va putea deplasa în sus și în jos liber în cilindru, ceea ce va împiedica sau va face imposibilă funcționarea normală a motorului.

Într-un motor care funcționează corect, toți acești factori se încadrează în toleranță. După cum puteți vedea, motorul are o serie de sisteme care îl ajută să-și facă treaba de a converti combustibilul în mișcare fără cusur. Vom lua în considerare diferitele subsisteme utilizate la motoare în secțiunile următoare.

Majoritatea subsistemelor de motor pot fi implementate folosind o varietate de tehnologii, iar tehnologii mai bune pot crește semnificativ performanțele motorului. Acesta este motivul pentru care dezvoltarea industriei auto continuă în cel mai mare ritm, deoarece concurența dintre producătorii de automobile este suficient de mare pentru a investi o mulțime de bani în fiecare putere suplimentară stoarsă de la motor cu același volum. Să analizăm diferitele subsisteme utilizate la motoarele moderne, începând cu funcționarea supapelor în motor.

Cum funcționează supapele?

Sistemul de supape este format, de fapt, de supape și un mecanism care le deschide și le închide. Se numește sistemul de deschidere și închidere a acestora arborelui cu came. Arborele cu came are părți speciale pe axa sa care deplasează supapele în sus și în jos, așa cum se arată în figura de mai jos.

Majoritatea motoarelor moderne au ceea ce se numește came deasupra capului. Aceasta înseamnă că arborele este situat deasupra supapelor, așa cum vedeți în figură. Motoarele mai vechi folosesc un arbore cu came situat în carterul de lângă arborele cotit. Arborele cu came, învârtind, mișcă proeminența camei în jos, astfel încât împinge supapa în jos, creând un gol pentru trecerea combustibilului sau a gazelor de eșapament. Centura de distribuție sau acționarea lanțului este condusă de un arbore cotit și transmite torsiunea de la ea la arborele cu came, astfel încât supapele să fie în sincronizare cu pistoanele. Arborele cu came întotdeauna se rotește de două ori mai lent decât arborele cotit. Multe motoare de înaltă performanță au patru valve pe cilindru (două pentru primirea combustibilului în interior și două pentru extragerea amestecului uzat).

Cum funcționează sistemul de aprindere?

Sistemul de aprindere produce o încărcare de înaltă tensiune și o transferă la bujii folosind firele de aprindere. Încărcarea merge mai întâi la bobina de aprindere (un fel de distribuitor care distribuie scânteia către butelii la un moment dat), pe care îl puteți găsi cu ușurință sub capota majorității mașinilor. Bobina de aprindere are un fir care funcționează în centru și patru, șase, opt fire sau mai multe în funcție de numărul de cilindri care ies din ea. Aceste fire de aprindere trimit o taxă la fiecare bujie. Motorul primește o astfel de scânteie în timp, astfel încât un singur cilindru primește o scânteie de la distribuitor la un moment dat. Această abordare asigură netezimea maximă a motorului.

Cum funcționează răcirea?

Sistemul de răcire din majoritatea mașinilor este format dintr-un radiator și o pompă de apă. Apa circulă prin pasajele (canalele) din jurul cilindrilor, apoi trece printr-un calorifer, astfel încât să se răcească cât mai mult. Cu toate acestea, există astfel de modele de mașini (în principal, Volkswagen Beetle (Beetle)), precum și cele mai multe motociclete și mașini de tuns iarba care au un motor răcit cu aer. Probabil ați văzut motoare cu răcire cu aer cu aripioare pe părțile lor - o suprafață cu nervuri care împodobește fiecare cilindru la exterior pentru a ajuta la disiparea căldurii.

Răcirea cu aer face motorul mai ușor, dar mai cald și, în general, reduce durata de viață a motorului și performanțele generale. Deci, acum știi cum și de ce motorul tău rămâne neîncălzit.

Cum funcționează sistemul de lansare?

Îmbunătățirea performanței motorului dvs. este o afacere importantă, dar, mai important, ce se întâmplă exact când porniți cheia pentru a-l porni! Sistemul de pornire este format dintr-un demaror cu un motor electric. Când întoarceți cheia de aprindere, demarorul întoarce motorul câteva rotații, astfel încât procesul de ardere să înceapă să funcționeze și nu poate fi oprit decât prin întoarcerea cheii în direcția opusă, când scânteia încetează să fie furnizată cilindrilor, iar motorul se oprește astfel.

Demarorul are, de asemenea, un motor electric puternic, care rotește un motor cu combustie internă rece. Un demaror este întotdeauna destul de puternic și, prin urmare, un motor care „mănâncă” resursele bateriei, trebuie să depășească:

• Toată frecarea internă cauzată de inelele pistonului și exacerbată de uleiul neîncălzit la rece.
• Presiunea de compresie a oricărui cilindru (cilindri) care apare în timpul cursei de compresie.
• Rezistență asigurată prin deschiderea și închiderea ventilelor cu un arbore cu came.
• Toate celelalte procese legate direct de motor, inclusiv rezistența pompei de apă, pompa de ulei, generator etc.

Vedem că un starter are nevoie de multă energie. O mașină folosește cel mai adesea un sistem electric de 12 volți și sute de amperi de electricitate trebuie să curgă în demaror.

Cum funcționează injecția și ungerea?

Când vine vorba de întreținerea zilnică a mașinii, prima problemă este probabil să verificați cantitatea de gaz din mașină. Și cum ajunge benzina din rezervorul de combustibil în butelii? Sistemul de combustibil al motorului atrage benzina din rezervor folosind pompa de combustibil situată în rezervor și o amestecă cu aer, astfel încât un amestec adecvat de aer și combustibil să poată curge în cilindri. Combustibilul este furnizat într-unul din cele trei moduri comune: un carburator, o injecție de combustibil și un sistem de injecție directă de combustibil.

Carburatorii astăzi sunt foarte depășiți și nu sunt plasați în modele noi de mașini. În motorul cu injecție, cantitatea necesară de combustibil este injectată individual în fiecare cilindru, fie direct în supapa de admisie (injecție de combustibil), fie direct în cilindru (injecție directă de combustibil).

Uleiul joacă, de asemenea, un rol important. Sistemul lubrifiat perfect și corect asigură că fiecare piesă în mișcare a motorului primește ulei, astfel încât să poată fi mișcat cu ușurință. Cele două părți principale care au nevoie de ulei sunt pistonul (sau mai bine zis, inelele acestuia) și orice rulmenți care permit elemente cum ar fi arborele cotit și alți arbori să se rotească liber. În majoritatea mașinilor, uleiul este aspirat de la o tigaie de ulei de o pompă de ulei, trece printr-un filtru de ulei pentru a îndepărta particulele de murdărie, apoi este pulverizat sub presiune înaltă pe rulmenți și pereții cilindrului. Apoi, uleiul curge în bazin, unde este colectat din nou, iar ciclul se repetă.

Sistem de evacuare

Acum că știm despre o serie de lucruri pe care le-am pus (turnat) în mașina noastră, să analizăm alte lucruri care ies din ea. Sistemul de evacuare include o țeavă de evacuare și un amortizor. Fără un amortizor, auziți sunetul a mii de mici explozii din conducta de evacuare. Mufflerul ude sunetul. Sistemul de evacuare include, de asemenea, un catalizator care utilizează catalizatorul și oxigenul pentru a arde tot combustibilul neutilizat și alte substanțe chimice din eșapament. Astfel, mașina dvs. respectă anumite standarde europene în ceea ce privește poluarea aerului.

Ce mai există, pe lângă toate cele de mai sus, într-o mașină? Sistemul electric este format dintr-o baterie și un generator. Generatorul este conectat la motor printr-o centură și generează electricitate pentru a încărca bateria. Bateria produce o încărcare de 12 volți de energie electrică, accesibilă tuturor celor dintr-o mașină care are nevoie de energie electrică (sistem de aprindere, radio,

Automobilele sunt echipate cu motoare cu combustie internă (ICE), în care combustibilul arde în interiorul cilindrului. Baza este proprietatea gazelor de a se extinde atunci când este încălzită. Luați în considerare principiul funcționării motorului și ciclurile de funcționare ale acestuia.

Ciclul de serviciu al unui motor pe benzină în patru timpi

Motoarele auto funcționează, de regulă, într-un ciclu de patru cicluri, care se desfășoară în două viraje ale arborelui cotit sau a patru timpi și constă în lovituri de intrare, compresie, expansiune (cursă) și evacuare.

Principiul motorului cu ardere internă (pentru a vedea, faceți clic pe pictograma „Play” din ilustrație)

Pozițiile extreme ale pistonului, la care este cel mai îndepărtat de axa arborelui cotit sau aproape de acesta, sunt denumite „puncte moarte” superioare și inferioare (TDC și BDC). Mai multe detalii în articolul „Cum funcționează un motor cu ardere internă”.

Inlet. Pe măsură ce motorul se învârte pentru prima repriză, pistonul se deplasează de la TDC la BDC, supapa de admisie este deschisă, supapa de evacuare este închisă. În cilindru se creează un vid, în urma căruia o conductă proaspătă dintr-un amestec combustibil, format din vapori de benzină și aer, este aspirată prin conducta de gaz de intrare în cilindru și, amestecată cu gazele reziduale de evacuare, formează un amestec de lucru.

Compresie. După umplerea cilindrului cu un amestec combustibil cu rotirea ulterioară a arborelui cotit (a doua jumătate de viraj), pistonul se deplasează de la BDC la TDC cu supapele închise. Pe măsură ce volumul scade, temperatura și presiunea amestecului de lucru cresc.

Extensie sau accident vascular cerebral.  La sfârșitul cursei de compresie, amestecul de lucru se aprinde dintr-o scânteie electrică și se arde rapid, ca urmare temperatura și presiunea gazelor rezultate cresc brusc, în timp ce pistonul se deplasează de la TDC la BDC. În timpul cursei de expansiune, biela de legătură pivotată conectată la piston face o mișcare complexă și, prin manivelă, rotește arborele cotit.

Atunci când se extinde, gazele funcționează util, astfel încât pistonul în cursul celei de-a treia jumătăți de viraj a arborelui cotit numit un accident vascular cerebral. La sfârșitul cursei pistonului, când este aproape de foraj, se deschide supapa de evacuare, presiunea din cilindru scade până la 0,3 - 0,75 MPa, iar temperatura la 950 - 1200 o C.

Eliberați. În a patra jumătate de viraj a arborelui cotit, pistonul se deplasează de la BDC la TDC. În acest caz, supapa de evacuare este deschisă, iar produsele de ardere sunt împinse în afara cilindrului în atmosferă prin conducta de gaz de evacuare.

Ciclul de funcționare al motorului diesel în patru timpi

Spre deosebire de un motor pe benzină, cu o cursă de „admisie”, aerul curat intră în cilindrii diesel. În timpul ciclului de „compresie”, aerul se încălzește până la 600 ° C. La sfârșitul acestui ciclu, o anumită porțiune de combustibil este injectată în cilindru, care se autoaprinde.

Compresie. Pistonul se deplasează de la BDC la TDC; supapele de admisie și evacuare sunt închise, în urma cărora pistonul cu mișcare în sus comprimă aerul de intrare. Pentru a aprinde combustibilul, este necesar ca temperatura aerului comprimat să fie mai mare decât temperatura de autoaprindere a combustibilului. Când pistonul se deplasează către TDC, cilindrul injectează motorină prin duză, furnizat de pompa de combustibil.

Extensie sau accident vascular cerebral.  Combustibilul injectat la sfârșitul cursei de compresie, fiind amestecat cu aerul încălzit, se aprinde și începe procesul de ardere, caracterizat printr-o creștere rapidă a temperaturii și presiunii. În acest caz, presiunea maximă a gazului atinge 6 - 9 MPa, iar temperatura este de 1800 - 2000 ° C. Sub influența presiunii gazului, pistonul se deplasează de la TDC la BDC - apare o lovitură de lucru. În apropierea BDC, presiunea scade la 0,3 - 0,5 MPa, iar temperatura la 700 - 900 о С.

Eliberați. Pistonul se deplasează de la BDC la TDC și prin supapa de evacuare deschisă gazele de evacuare sunt împinse în afara cilindrului. Presiunea gazului scade la 0,11 - 0,12 MPa, iar temperatura la 500-700 ° C. După cursa de evacuare, cu o rotație suplimentară a arborelui cotit, ciclul de serviciu se repetă în aceeași secvență.

Principiul funcționării motoarelor cu mai mulți cilindri

Secvența alternanței acelorași cicluri în cilindri numită comanda motorului. Procedura de funcționare a majorității motoarelor cu patru cilindri este 1-3-4-2 sau 1-2-4-3. Aceasta înseamnă că după cursa de lucru din primul cilindru, următoarea cursă de lucru are loc în al treilea, apoi în al patrulea și, în final, în cel de-al doilea cilindru. O altă secvență este observată la alte motoare cu mai multe cilindri.

Schema motorului în conformitate cu schema 1-2-4-3

Motoarele cu mai multe cilindri sunt în linie și în formă de V. La motoarele în linie, buteliile sunt dispuse vertical, iar în cele în formă de V, sunt înclinate. Acestea din urmă se caracterizează printr-o lungime totală mai mică comparativ cu primele. Motoarele moderne cu opt cilindri sunt dublu rând cu un aranjament de cilindri în formă de V.