Motorul cu ardere internă se numește așa deoarece combustibilul este aprins direct în camera de lucru și nu în medii externe suplimentare. Principiul de funcționare al motorului cu ardere internă se bazează pe efectul fizic al expansiunii termice a gazelor formate în timpul arderii amestecului combustibil-aer sub presiune în interiorul cilindrilor motorului. Energia eliberată în acest proces este transformată în lucru mecanic.

În procesul de evoluție a motorului cu ardere internă, s-au distins mai multe tipuri de motoare, clasificarea și structura lor generală:

• Motoare cu combustie internă alternativă. În ele, camera de lucru este situată în interiorul cilindrilor, iar energia termică este transformată în lucru mecanic prin intermediul unui mecanism cu manivelă, care transferă energia de mișcare către arborele cotit. La rândul lor, motoarele cu piston sunt împărțite în:
  • carburatorul, în care se formează un amestec aer-combustibil în carburator, este injectat în cilindru și aprins acolo de o scânteie de la o bujie;
  • injecție, în care amestecul este alimentat direct în galeria de admisie, prin duze speciale, sub controlul unității electronice de control și este, de asemenea, aprins cu ajutorul unei lumânări;
  • motorină, în care aprinderea amestecului aer-combustibil are loc fără bujie, prin comprimarea aerului, care este încălzit de la presiune la o temperatură care depășește temperatura de ardere, iar combustibilul este injectat în cilindri prin intermediul injectoarelor.
• Motoare cu combustie internă cu piston rotativ. Aici, energia termică este transformată în lucru mecanic prin rotirea unui rotor cu o formă și un profil special cu gaze de lucru. Rotorul se deplasează de-a lungul unei „traiectorii planetare” în interiorul camerei de lucru, care are forma unui „opt”, și îndeplinește funcțiile atât ale unui piston, cât și ale unui mecanism de sincronizare (mecanism de distribuție a gazului), precum și al unui arborele cotit.
• Motoare cu turbină cu combustie internă. Particularitățile dispozitivului lor constau în transformarea energiei termice în lucru mecanic prin rotirea unui rotor cu lame speciale în formă de pană, care acționează arborele turbinei.

Mai mult, sunt luate în considerare numai motoarele cu piston, deoarece acestea s-au răspândit în industria auto. Principalele motive pentru aceasta sunt fiabilitatea, costurile de producție și întreținere, productivitatea ridicată.

Dispozitiv pentru motor cu ardere internă

Primele motoare cu combustie internă cu piston aveau un singur cilindru cu un diametru mic. Mai târziu, pentru a crește puterea, a fost mai întâi mărit diametrul cilindrului, apoi numărul acestora. Treptat, motoarele cu ardere internă au luat forma cu care eram obișnuiți. „Inima” unei mașini moderne poate avea până la 12 cilindri.

Cel mai simplu este motorul în linie. Cu toate acestea, odată cu creșterea numărului de cilindri, crește și dimensiunea liniară a motorului. Prin urmare, a apărut o opțiune de aspect mai compactă - în formă de V. Cu această opțiune, cilindrii sunt situați într-un unghi unul față de celălalt (la 180 de grade). De obicei utilizat pentru motoare cu 6 cilindri și peste.

Una dintre părțile principale ale motorului este cilindrul (6), care conține pistonul (7), conectat prin biela (9) la arborele cotit (12). Mișcarea rectilinie a pistonului în cilindru în sus și în jos, biela și manivela sunt transformate în mișcare de rotație a arborelui cotit.

O volantă (10) este fixată la capătul arborelui, al cărui scop este de a oferi o rotație uniformă a arborelui atunci când motorul funcționează. De sus, cilindrul este strâns închis de chiulasa (chiulasa), care conține supapele de intrare (5) și de ieșire (4) care închid canalele corespunzătoare.

Supapele sunt deschise de camele arborelui cu came (14) prin angrenaje (15). Arborele cu came este antrenat de roți dințate (13) de la arborele cotit.
Pentru a reduce pierderile pentru depășirea fricțiunii, îndepărtarea căldurii, prevenirea marcării și uzurii rapide, piesele de frecare sunt lubrifiate cu ulei. Pentru a crea un regim termic normal în cilindri, motorul trebuie răcit.

Dar sarcina principală este de a face pistonul să funcționeze, pentru că el este cel care este principala forță motrice. Pentru a face acest lucru, un amestec combustibil trebuie să fie furnizat cilindrilor într-o anumită proporție (pentru motoarele pe benzină) sau porțiuni măsurate de combustibil la un moment strict definit sub presiune ridicată (pentru motoarele diesel). Combustibilul se aprinde în camera de ardere, aruncă pistonul în jos cu o forță mare, punându-l astfel în mișcare.

Cum funcționează motorul

Datorită performanței reduse și a consumului ridicat de combustibil al motoarelor în 2 timpi, aproape toate motoarele moderne sunt produse cu cicluri în 4 timpi:

1. Admisie combustibil;
2. Compresia combustibilului;
3. Combustie;
4. Evacuarea gazelor de eșapament în afara camerei de ardere.

Punctul de plecare este poziția pistonului în partea de sus (TDC - punctul mort superior). În acest moment, orificiul de admisie este deschis de supapă, pistonul începe să se deplaseze în jos și aspiră amestecul de combustibil în cilindru. Aceasta este prima măsură a ciclului.

În timpul celei de-a doua curse, pistonul atinge punctul cel mai de jos (BDC - centrul mort inferior), în timp ce orificiul de admisie este închis, pistonul începe să se deplaseze în sus, datorită căruia amestecul de combustibil este comprimat. Când pistonul atinge punctul maxim maxim, amestecul de combustibil este comprimat la maxim.

A treia etapă este aprinderea amestecului de combustibil comprimat cu o bujie. Ca rezultat, compoziția combustibilă explodează și împinge pistonul în jos cu o forță mare.

În etapa finală, pistonul atinge limita inferioară și prin inerție revine la punctul superior. În acest moment, supapa de evacuare se deschide, amestecul de evacuare sub formă de gaz părăsește camera de ardere și intră pe stradă prin sistemul de evacuare. După aceea, ciclul, începând cu prima etapă, se repetă din nou și continuă pe parcursul întregului timp de funcționare a motorului.

Metoda descrisă mai sus este universală. Funcționarea aproape tuturor motoarelor pe benzină se bazează pe acest principiu. Motoarele diesel se disting prin faptul că nu există bujii - un element care aprinde combustibilul. Combustibilul diesel este detonat de compresia puternică a amestecului de combustibil. În timpul cursei de „admisie”, aerul curat intră în cilindrii motorului diesel. În timpul cursei de "compresie", aerul se încălzește până la 600 ° C. La sfârșitul acestei curse, o anumită porțiune de combustibil este injectată în cilindru, care se aprinde spontan.

Sisteme de motoare

Cele de mai sus sunt BC (bloc cilindru) și KShM (mecanism cu manivelă). În plus, motorul modern cu ardere internă este alcătuit și din alte sisteme auxiliare, care, pentru confortul percepției, sunt grupate după cum urmează:

1. Timing (mecanism de reglare a temporizării supapelor);
2. Sistem de lubrifiere;
3. Sistem de răcire;
4. Sistem de alimentare cu combustibil;
5. Sistem de evacuare.

Timing - mecanism de distribuție a gazelor

Pentru ca cantitatea necesară de combustibil și aer să pătrundă în cilindru, iar produsele de ardere să fie îndepărtate din camera de lucru în timp, în motorul cu ardere internă este prevăzut un mecanism numit mecanism de distribuție a gazului. Este responsabil pentru deschiderea și închiderea supapelor de admisie și evacuare, prin care amestecul aer-combustibil pătrunde în cilindri și se elimină gazele de eșapament. Piesele de distribuție includ:

• Arbore cu came;
• Supape de admisie și ieșire cu arcuri și bucșe de ghidare;
• Piese de acționare a supapelor;
• Elementele de acționare temporizate.

Momentul este condus de arborele cotit al motorului mașinii. Cu ajutorul unui lanț sau a unei centuri, rotația este transmisă arborelui cu came, care, prin intermediul camelor sau brațelor basculante, prin împingătoare, apasă supapa de admisie sau evacuare și le deschide și închide pe rând.

Sistem de lubrifiere

Orice motor are multe părți de frecare care trebuie lubrifiate în mod constant pentru a reduce pierderile de putere prin frecare și pentru a evita uzura și convulsiile crescute. Pentru aceasta există un sistem de lubrifiere. Pe parcurs, cu ajutorul său, sunt rezolvate mai multe sarcini: protecția pieselor motorului cu ardere internă de coroziune, răcirea suplimentară a pieselor motorului, precum și îndepărtarea produselor de uzură din locurile de contact ale pieselor de frecare. Sistemul de ungere a motorului mașinii este format din:

• Bazin de ulei (bazin);
• Pompa de alimentare cu ulei;
• Filtru de ulei cu supapă de reducere a presiunii;
• Conducte de petrol;
• Joja de ulei (indicator nivel ulei);
• Indicator de presiune a sistemului;
• Gât de umplere cu ulei.

Sistem de răcire

În timpul funcționării motorului, părțile sale intră în contact cu gazele fierbinți care se formează în timpul arderii amestecului combustibil-aer. Pentru a preveni prăbușirea părților motorului cu ardere internă din cauza expansiunii excesive la încălzire, acestea trebuie răcite. Puteți răci motorul unei mașini folosind aer sau lichid. Motoarele moderne au, de regulă, un circuit de răcire a lichidului, care este format din următoarele părți:

• Manta de răcire a motorului;
• Pompa (pompa);
• Termostat;
• Radiator;
• Ventilator;
• Rezervor de expansiune.

Sistem de alimentare cu combustibil

Sistemul de alimentare pentru motoare cu aprindere prin scânteie și compresie cu combustie internă este diferit unul de celălalt, deși împărtășesc o serie de elemente comune. Comunele sunt:

• Rezervor de combustibil;
• Senzor nivel combustibil;
• Filtre de combustibil - grosiere și fine;
• Conducte de combustibil;
• Colector de admisie;
• Conducte de aer;
• Filtru de aer.

În ambele sisteme, există pompe de combustibil, șine de combustibil, injectoare de combustibil, principiul de alimentare este același: combustibilul din rezervor este furnizat de o pompă prin filtre către șina de combustibil, din care intră în injectoare. Dar dacă în majoritatea motoarelor cu combustie internă pe benzină injectoarele îl alimentează la galeria de admisie a unui motor de mașină, atunci la motoarele diesel este alimentat direct în cilindru și deja acolo se amestecă cu aerul.

Ce este un motor cu ardere internă (ICE)

Toate motoarele transformă un fel de energie în muncă. Motoarele sunt diferite - electrice, hidraulice, termice etc., în funcție de tipul de energie pe care îl transformă în lucru. Motorul cu ardere internă este un motor cu ardere internă, este un motor termic, în care căldura combustibilului care arde în camera de lucru, în interiorul motorului, este transformată în lucru util. Există, de asemenea, motoare cu ardere externă - motoare cu reacție ale avioanelor, rachete etc. în aceste motoare arderea este externă, prin urmare se numesc motoare cu ardere externă.

Dar un om obișnuit pe stradă are mai multe șanse să întâlnească un motor de mașină și să înțeleagă motorul ca un motor cu combustie internă cu piston. Într-un motor cu combustie internă cu piston, forța de presiune a gazului care apare în timpul arderii combustibilului în camera de lucru acționează asupra pistonului, care se întoarce în cilindrul motorului și transferă forța către mecanismul manivelei, care convertește mișcarea alternativă a pistonului în mișcarea de rotație a arborelui cotit ... Dar aceasta este o imagine foarte simplificată a motorului cu ardere internă. De fapt, cele mai complexe fenomene fizice sunt concentrate în motorul cu ardere internă, înțelegerea căreia s-au dedicat mulți oameni de știință remarcabili. Pentru ca motorul cu ardere internă să funcționeze, în cilindrii săi, înlocuindu-se reciproc, au loc procese precum alimentarea cu aer, injecția de combustibil și pulverizarea, amestecarea acestuia cu aerul, aprinderea amestecului rezultat, propagarea flăcării și eliminarea gazelor de eșapament. Fiecare proces durează câteva miimi de secundă. Adăugați la aceasta procesele care au loc în sistemele ICE: schimb de căldură, flux de gaze și lichide, frecare și uzură, procese chimice de neutralizare a gazelor de eșapament, sarcini mecanice și termice. Aceasta nu este o listă completă. Și fiecare dintre procese trebuie organizat în cel mai bun mod posibil. Într-adevăr, calitatea motorului în ansamblu este formată din calitatea proceselor care au loc în motorul cu ardere internă - puterea, eficiența, zgomotul, toxicitatea, fiabilitatea, costul, greutatea și dimensiunile acestuia.

Citește și

Motoarele cu ardere internă sunt diferite: benzină, putere mixtă etc. și aceasta nu este o listă completă! După cum puteți vedea, există o mulțime de opțiuni pentru motoarele cu ardere internă, dar dacă merită să atingeți clasificarea motoarelor cu ardere internă, atunci pentru o analiză detaliată a întregului volum de material, cel puțin 20-30 de pagini vor fi necesar - un volum mare, nu-i așa? Și asta este doar o clasificare ...

Principalul motor cu ardere internă al mașinii NIVA

Niciuna dintre domeniile de activitate nu este incomparabilă cu motoarele cu combustie internă cu piston în ceea ce privește scala, numărul de persoane implicate în dezvoltare, producție și funcționare. În țările dezvoltate, activitatea unui sfert din populația activă este direct sau indirect legată de construcția motorului cu piston. Construcția de motoare, ca domeniu exclusiv intensiv în cunoaștere, determină și stimulează dezvoltarea științei și educației. Capacitatea totală a motoarelor cu ardere internă alternativă este de 80-85% din capacitatea tuturor centralelor electrice din sectorul energetic mondial. În transportul rutier, feroviar, pe apă, agricultură, construcții, mecanizare la scară mică, o serie de alte domenii, motorul cu combustie internă cu piston ca sursă de energie nu are încă o alternativă adecvată. Numai producția mondială de motoare auto este în continuă creștere, depășind 60 de milioane de unități pe an. Numărul de motoare mici produse în lume depășește, de asemenea, zeci de milioane pe an. Chiar și în aviație, motoarele cu piston domină în ceea ce privește puterea totală, numărul de modele și modificări și numărul de motoare instalate pe aeronave. Câteva sute de mii de avioane cu motoare cu combustie internă cu piston (clasa business, sport, fără pilot etc.) sunt operate în lume. În Statele Unite, motoarele cu piston reprezintă aproximativ 70% din puterea tuturor motoarelor instalate pe aeronavele civile.

Dar, în timp, totul se schimbă și în curând vom vedea și vom opera fundamental diferite tipuri de motoare, care vor avea performanțe ridicate, eficiență ridicată, simplitate a designului și, cel mai important, respectarea mediului. Da, așa este, principalul dezavantaj al unui motor cu ardere internă este performanța sa de mediu. Indiferent cât de mult este lucrat motorul cu ardere internă, indiferent de sistemele introduse, acesta are în continuare un impact semnificativ asupra sănătății noastre. Da, acum putem spune cu încredere că tehnologia de construcție a motorului existentă simte un „plafon” - aceasta este o stare în care această tehnologie și-a epuizat complet capacitățile, s-a stins complet, tot ceea ce s-ar putea face a fost deja făcut, și din punct de vedere al ecologiei, nu există fundamental NIMIC care să nu mai poată fi schimbat în tipurile existente de motoare cu ardere internă. Există o întrebare: este necesar să se schimbe complet principiul de funcționare al motorului, purtătorul său de energie (produse petroliere) pentru ceva nou, fundamental diferit (). Dar, din păcate, nu este vorba de o zi sau chiar de un an, sunt necesare decenii ...

Până în prezent, mai mult de o generație de oameni de știință și designeri vor cerceta și îmbunătăți vechea tehnologie, apropiindu-se treptat din ce în ce mai mult de perete, peste care va fi imposibil să sară (fizic nu este posibil). Pentru o perioadă foarte lungă de timp, motorul cu ardere internă va da de lucru celor care îl produc, îl operează, îl întrețin și îl vând. De ce? Totul este foarte simplu, dar în același timp, nu toată lumea înțelege și acceptă acest adevăr simplu. Principalul motiv pentru încetinirea introducerii unor tehnologii fundamental diferite este capitalismul. Da, oricât de ciudat ar suna, dar capitalismul, sistemul care pare să fie interesat de noile tehnologii, este cel care încetinește dezvoltarea omenirii! Este foarte simplu - trebuie să câștigi bani. Ce zici de aceste platforme petroliere, rafinării și venituri?

Motorul cu ardere internă a fost „îngropat” de mai multe ori. În diverse momente, a fost înlocuit de motoare electrice alimentate cu baterii, pile de combustie cu hidrogen și multe altele. ICE a câștigat invariabil competiția. Și nici problema epuizării rezervelor de petrol și gaze nu este o problemă ICE. Există o sursă nelimitată de combustibil pentru motorul cu ardere internă. Conform celor mai recente date, petrolul se poate recupera, dar ce înseamnă acest lucru pentru noi?

Caracteristicile ICE

Cu aceiași parametri de proiectare pentru diferite motoare, indicatori precum puterea, cuplul și consumul specific de combustibil pot diferi. Acest lucru se datorează unor caracteristici precum numărul de supape pe cilindru, sincronizarea supapei etc. Prin urmare, pentru a evalua funcționarea motorului la diferite turații, sunt utilizate caracteristici - dependența performanței sale de modurile de funcționare. Caracteristicile sunt determinate empiric pe standuri speciale, deoarece teoretic ele sunt calculate doar aproximativ.

De regulă, în documentația tehnică a mașinii sunt date caracteristicile de turație externe ale motorului (figura din stânga), care determină dependența puterii, cuplului și consumului specific de combustibil de numărul de rotații ale arborelui cotit cu alimentarea cu combustibil. Ele dau o idee despre performanța maximă a motorului.

Indicatorii motorului (simplificați) se modifică din următoarele motive. Pe măsură ce viteza arborelui cotit crește, cuplul crește datorită faptului că mai mulți combustibili curg în cilindri. La aproximativ turații medii, atinge maximul și apoi începe să scadă. Acest lucru se datorează faptului că, odată cu creșterea vitezei de rotație a arborelui cotit, forțele de inerție, forțele de frecare, rezistența aerodinamică a conductelor de admisie încep să joace un rol semnificativ, ceea ce înrăutățește umplerea cilindrilor cu o nouă încărcare de amestecul combustibil-aer etc.

Creșterea rapidă a cuplului motor indică o dinamică bună a accelerației datorită creșterii intense a tracțiunii la roți. Cu cât momentul este mai lung în regiunea maximă și nu scade, cu atât mai bine. Un astfel de motor este mai adaptat condițiilor de drum în schimbare și mai rar trebuie să schimbați vitezele.

Puterea crește odată cu cuplul și chiar și atunci când începe să scadă, continuă să crească datorită turațiilor mai mari. După atingerea maximului, puterea începe să scadă din același motiv pentru care cuplul scade. Rotațiile ușor mai mari decât puterea maximă sunt limitate de dispozitivele de reglare, deoarece în acest mod o parte semnificativă a combustibilului nu este cheltuită pentru a efectua lucrări utile, ci pentru a depăși forțele de inerție și frecare din motor. Puterea maximă determină viteza maximă a vehiculului. În acest mod, mașina nu accelerează și motorul funcționează doar pentru a depăși forțele de rezistență la mișcare - rezistența aerului, rezistența la rulare etc.

Valoarea consumului specific de combustibil se modifică și în funcție de viteza arborelui cotit, care poate fi văzută pe caracteristică. Consumul specific de combustibil ar trebui să fie aproape de minim cât mai mult posibil; acest lucru indică o economie bună a motorului. Consumul specific minim, de regulă, este atins ușor sub viteza medie, la care mașina este utilizată în principal atunci când conduceți în oraș.

Linia punctată din graficul de mai sus arată performanța motorului mai optimă.

GHEAŢĂ este un motor care arde diferiți combustibili direct în interiorul unității. Spre deosebire de motoarele de alt tip, ICE-urile sunt private de: orice elemente care transferă căldura pentru o conversie ulterioară în energie mecanică, conversia are loc direct din arderea combustibilului; mult mai compact; sunt ușoare în comparație cu alte tipuri de unități cu putere comparabilă; necesită utilizarea unui anumit combustibil cu caracteristici rigide ale temperaturii de ardere, gradul de evaporare, numărul octanic etc.

Motoarele în patru timpi sunt utilizate în industria auto:

1. Admisie;

2. Comprimare;

3. Accident vascular cerebral de lucru;

4. Eliberare.
Dar există și versiuni în doi timpi ale motoarelor cu ardere internă, dar în lumea modernă, acestea sunt de utilizare limitată.

În acest articol, vor fi luate în considerare numai motoarele instalate pe mașini.

Soiuri de motoare după combustibilul utilizat

Acestea pot fi împărțite în funcție de tipul de admisie în carburator și injecție. Motoarele cu carburator dispar deja din producție din cauza dificultății de reglare fină, a consumului ridicat de benzină, a ineficienței în amestecarea amestecului de combustibil și a inadecvării la cerințele moderne de mediu stricte. La astfel de motoare, amestecarea amestecului combustibil începe în camerele carburatorului și se termină pe parcurs în galeria de admisie.

Unitățile de injecție se dezvoltă într-un ritm rapid, iar sistemul de injecție a combustibilului s-a îmbunătățit cu fiecare generație. Primii injectori au avut o „singură injecție” cu o singură duză. De fapt, a fost modernizarea motoarelor cu carburator. De-a lungul timpului, majoritatea unităților au început să folosească sisteme cu duze separate pentru fiecare cilindru. Utilizarea injectoarelor în sistemul de admisie a făcut posibilă controlul mai precis al proporțiilor de combustibil și aer în diferite moduri de funcționare ale unității, reducerea consumului de combustibil, creșterea calității amestecului de combustibil și creșterea puterii și a ecologiei puterii unități.

Injectoarele moderne instalate pe unitățile de putere cu injecție directă de combustibil în cilindri sunt capabile să producă mai multe injecții separate de combustibil pe cursă. Acest lucru îmbunătățește în continuare calitatea amestecului de combustibil și maximizează rentabilitatea energiei din cantitatea de benzină utilizată. Adică, economia și performanța motoarelor au crescut și mai mult.

Unități diesel - utilizați principiul aprinderii unui amestec de motorină și aer atunci când este încălzit prin compresie puternică. În același timp, sistemele de aprindere forțată nu sunt utilizate în unitățile diesel. Aceste motoare au o serie de avantaje față de motoarele pe benzină, în primul rând, sunt consum de combustibil (până la 20%), cu o putere comparativă. Se consumă mai puțin combustibil datorită raportului de compresie mai mare din cilindri, care îmbunătățește caracteristicile de ardere și puterea de energie a amestecului de combustibil și, prin urmare, este nevoie de mai puțin combustibil pentru a obține aceleași rezultate. În plus, unitățile diesel nu utilizează supape de accelerație, ceea ce îmbunătățește fluxul de aer către unitatea de putere, ceea ce reduce și mai mult consumul de combustibil. Motoarele diesel dezvoltă un cuplu mai mare și la turații mai mici ale arborelui cotit.

Nu fără dezavantajele sale. Datorită sarcinii crescute pe pereții cilindrilor, proiectanții au trebuit să utilizeze materiale mai fiabile și să mărească dimensiunea structurii (greutate crescută și costuri de producție mai mari). În plus, funcționarea motorului diesel este puternică datorită particularităților aprinderii combustibilului. Și masa crescută a pieselor nu permite motorului să dezvolte turații mari la aceeași viteză ca cele pe benzină, iar valoarea maximă a turațiilor arborelui cotit este mai mică decât cea a unităților pe benzină.

Un fel de motor cu ardere internă prin design

Grup de propulsie hibrid

Avantajele combinării sunt exprimate în capacitatea de a combina energia a două unități în timpul accelerației sau de a utiliza fiecare tip de motor separat, în funcție de nevoie. De exemplu, atunci când conduceți într-un blocaj de trafic din oraș, doar motorul electric poate funcționa, economisind motorina. Când conduceți pe drumuri rurale, motorul cu ardere internă funcționează ca un dispozitiv mai rezistent, mai puternic și cu o unitate mare de rezervă de putere.

În același timp, o baterie specială pentru motoare electrice poate fi reîncărcată de la un generator sau folosind un sistem de frânare regenerativă, care economisește nu numai combustibil, ci și energia electrică necesară pentru încărcarea bateriei.

Motor cu piston rotativ

Datorită acestui design, motorul crește rapid turația, ceea ce mărește caracteristicile dinamice ale mașinii. Dar odată cu dezvoltarea designului clasic ICE, motorul Wankel a început să își piardă relevanța din cauza constrângerilor de proiectare. Principiul mișcării pistonului nu permite obținerea unui raport de compresie ridicat al amestecului de combustibil, ceea ce exclude utilizarea motorinei. O resursă mică, complexitatea întreținerii și reparațiilor, precum și indicatorii de mediu slabi nu permit producătorilor de automobile să dezvolte această direcție.

Soiuri de unități de putere după aspect

Motoare în linie

Motorul în linie este cea mai clasică versiune a unității de putere. În care toți pistoanele și cilindrii sunt situați într-un singur rând. În același timp, motoarele moderne în linie conțin nu mai mult de șase cilindri. Dar motoarele cu șase cilindri în linie au cele mai bune performanțe în echilibrarea vibrațiilor în timpul funcționării. Singurul dezavantaj este lungimea semnificativă a motorului, în raport cu alte planuri.

Motoare în formă de V

Aceste motoare au apărut ca urmare a dorinței proiectanților de a reduce dimensiunea motoarelor și a nevoii de a plasa mai mult de șase pistoane într-un bloc. În aceste motoare, cilindrii sunt în diferite planuri. Vizual, dispunerea cilindrilor formează litera „V”, de unde și numele. Unghiul dintre cele două rânduri se numește unghiul de înclinare și variază pe o gamă largă, împărțind un anumit tip de motor în subgrupuri.

Motoare boxer

Motoarele Boxer au primit un unghi maxim de înclinare de 180 de grade. Acest lucru a permis proiectanților să reducă înălțimea unității la o dimensiune minimă și să distribuie sarcina pe arborele cotit, sporind resursa acestuia.

Motoare VR

Aceasta este o combinație a proprietăților unităților în linie și în formă de V. Unghiul de înclinare în astfel de motoare atinge 15 grade, ceea ce permite utilizarea unui cap de cilindru cu un singur mecanism de sincronizare a supapei.

Motoare în formă de W.

Unul dintre cele mai puternice și „extreme” modele ICE. Pot avea trei rânduri de cilindri cu un unghi mare de înclinare sau două blocuri VR combinate. Astăzi, motoarele pentru opt și doisprezece cilindri au devenit răspândite, dar designul permite utilizarea unui număr mai mare de cilindri.

Caracteristicile motorului cu ardere internă

Puterea unității de putere, măsurată în CP. (sau kW * h);

Cuplul maxim dezvoltat de unitatea de putere, măsurat în N / m;

Majoritatea pasionaților de mașini împart unitățile de putere numai în ceea ce privește puterea. Dar această diviziune nu este pe deplin corectă. Cu siguranță, o unitate de 200 de "cai" este preferabilă unui motor de 100 de "cai" pe un crossover greu. Și pentru un hatchback urban ușor, este suficient un motor de 100 de cai putere. Dar există unele nuanțe.

Puterea maximă indicată în documentația tehnică este atinsă la anumite viteze ale arborelui cotit. Dar când folosește o mașină într-un mediu urban, șoferul rotește rar motorul peste 2.500 rpm. Prin urmare, cu cât timpul de funcționare al mașinii este mai mare, este implicată doar o parte din puterea potențială.

Dar, adesea, există cazuri pe drum. Când este necesar să măriți brusc viteza de depășire sau să evitați o urgență. Cuplul maxim care afectează capacitatea unității de a câștiga rapid viteza și puterea necesare. Pur și simplu, cuplul afectează dinamica vehiculului.

Merită remarcat o ușoară diferență între motoarele pe benzină și cele diesel. Motor pe benzină - oferă un cuplu maxim la turația arborelui cotit de la 3.500 la 6.000 rpm, iar motoarele diesel pot atinge parametrii maximi la turații mai mici. Prin urmare, li se pare multora. Că unitățile diesel sunt mai puternice și mai bune „trage”. Dar majoritatea celor mai puternice unități folosesc combustibil pe benzină, deoarece sunt capabile să dezvolte un număr mai mare de rotații pe minut.

Și pentru o înțelegere detaliată a termenului de cuplu, ar trebui să vă uitați la unitățile de măsurare ale acestuia: Newtoni înmulțiți cu metri. Cu alte cuvinte, cuplul determină forța cu care pistonul împinge arborele cotit, care, la rândul său, transferă puterea către cutia de viteze și, în cele din urmă, spre roți.

De asemenea, puteți menționa tehnologia puternică, în care cuplul maxim poate fi atins la o viteză de 1.500 pe minut. Practic, acestea sunt tractoare, basculante puternice și unele vehicule pentru toate terenurile diesel. Bineînțeles, astfel de mașini nu trebuie să rotească motorul la rotații maxime.

Pe baza informațiilor furnizate, putem concluziona că cuplul depinde de volumul unității de putere, de dimensiunile sale, de mărimea pieselor și de greutatea acestora. Cu cât aceste elemente sunt mai grele, cu atât cuplul predomină la turații mici. Unitățile diesel au un cuplu mai mare și turații mai mici ale arborelui cotit (inerția mai mare a arborelui cotit greu și alte elemente nu permit dezvoltarea turațiilor mari).

Puterea motorului mașinii

Există o formulă bine cunoscută care caracterizează raportul dintre putere și cuplu:

Putere = cuplu * rpm / 9549

Ca rezultat, obținem valoarea puterii în kilowați. Dar, firesc, uitându-ne la caracteristicile mașinilor, suntem mai obișnuiți să vedem cifrele din „CP”. Pentru a converti kilowați în CP trebuie să multiplicați valoarea rezultată cu 1,36.

Ieșire

Analiza dezvoltării centralelor electrice pentru transportul rutier arată că în prezent motorul cu ardere internă (ICE) este principala unitate de putere, iar îmbunătățirea sa ulterioară are perspective mari.

Un motor cu combustie internă cu piston auto este un complex de mecanisme și sisteme utilizate pentru a transforma energia termică a combustibilului care arde în cilindri în lucru mecanic.

Partea mecanică a oricărui motor cu piston se bazează pe un mecanism cu manivelă (KShM) și un mecanism de distribuție a gazului (GRM).
În plus, motoarele termice sunt echipate cu sisteme speciale, fiecare dintre acestea îndeplinind funcții specifice pentru a asigura buna funcționare a motorului.
Astfel de sisteme includ:

• sistem de alimentare;
• sistem de aprindere (la motoare cu aprindere forțată a amestecului de lucru);
• sistem de lansare;
• sistem de răcire;
• Sistem de lubrifiere (sistem de lubrifiere).

Fiecare dintre sistemele enumerate constă din mecanisme, noduri și dispozitive separate și include, de asemenea, comunicații speciale (conducte sau fire electrice).

De aproximativ o sută de ani, în întreaga lume, principalul motor pe mașini și motociclete, tractoare și combine, alte echipamente sunt motorul cu ardere internă. Ajuns la începutul secolului al XX-lea pentru a înlocui motoarele cu ardere externă (abur), acesta rămâne cel mai rentabil tip de motor din secolul al XXI-lea. În acest articol, vom analiza mai atent dispozitivul, principiul de funcționare al diferitelor tipuri de motoare cu ardere internă și principalele sale sisteme auxiliare.

Definiție și caracteristici generale ale motorului cu ardere internă

Principala caracteristică a oricărui motor cu ardere internă este că combustibilul este aprins direct în camera sa de lucru și nu în suporturi externe suplimentare. În timpul funcționării, energia chimică și termică din combustia combustibilului este transformată în lucru mecanic. Principiul de funcționare al motorului cu ardere internă se bazează pe efectul fizic al expansiunii termice a gazelor, care se formează în timpul arderii amestecului combustibil-aer sub presiune în interiorul cilindrilor motorului.

Clasificarea motorului cu ardere internă

În procesul de evoluție a motorului cu ardere internă, următoarele tipuri de motoare și-au dovedit eficacitatea:

• Reciproc motoare de combustie internă. În ele, camera de lucru este situată în interiorul cilindrilor, iar energia termică este transformată în lucru mecanic prin intermediul unui mecanism cu manivelă, care transferă energia de mișcare către arborele cotit. Motoarele cu piston sunt împărțite, la rândul lor, în
• carburatorîn care amestecul aer-combustibil este format în carburator, injectat în cilindru și aprins acolo de scânteia de la bujie;

• injecţie, în care amestecul este alimentat direct în colectorul de admisie, prin duze speciale, sub controlul unității electronice de control, și este, de asemenea, aprins cu ajutorul unei lumânări;
• motorină, în care aprinderea amestecului aer-combustibil are loc fără lumânare, prin comprimarea aerului, care este încălzit de la presiunea de la o temperatură care depășește temperatura de ardere, iar combustibilul este injectat în cilindri prin injectoare.
• Piston rotativ motoare de combustie internă. La motoarele de acest tip, energia termică este transformată în lucru mecanic prin rotirea gazelor de lucru ale unui rotor cu o formă și un profil special. Rotorul se deplasează de-a lungul unei „traiectorii planetare” în interiorul camerei de lucru, care are forma unui „opt”, și îndeplinește funcțiile atât ale unui piston, cât și ale unui mecanism de sincronizare (mecanism de distribuție a gazului), precum și al unui arborele cotit.
• Turbina de gaz motoare de combustie internă. În aceste motoare, transformarea energiei termice în lucru mecanic se realizează prin rotirea unui rotor cu lame speciale în formă de pană, care acționează arborele turbinei.

Cele mai fiabile, nepretențioase, economice în ceea ce privește consumul de combustibil și necesitatea unei întrețineri regulate sunt motoarele cu piston.

Vehiculele cu alte tipuri de motoare cu ardere internă pot fi incluse în Cartea Roșie. În prezent, numai Mazda produce mașini cu motoare cu piston rotativ. O serie experimentală de mașini cu motor cu turbină cu gaz a fost produsă de „Chrysler”, dar a fost în anii 60 și niciunul dintre producătorii de automobile nu a revenit la această problemă. În URSS, tancurile T-80 și navele de debarcare Zubr erau echipate cu motoare cu turbină cu gaz, dar ulterior s-a decis abandonarea acestui tip de motoare. În această privință, să ne oprim în detaliu asupra motoarelor cu combustie internă cu piston care au câștigat dominația mondială.

Corpul motorului se unește într-un singur organism:

• corp cilindric, în interiorul camerelor de ardere ale cărora se aprinde amestecul combustibil-aer, iar gazele din această combustie acționează pistoanele;
• mecanism cu manivela, care transferă energia mișcării la arborele cotit;
• mecanism de distribuție a gazelor, care este conceput pentru a asigura deschiderea / închiderea în timp util a supapelor pentru intrarea / ieșirea amestecului combustibil și a gazelor de eșapament;
• sistemul de alimentare („injecție”) și aprindere („aprindere”) a amestecului combustibil-aer;
• sistem de eliminare a produsului de ardere(gaze de esapament).

Vedere în secțiune a unui motor cu ardere internă în patru timpi

Când motorul este pornit, un amestec de aer-combustibil este injectat în cilindrii săi prin supapele de admisie și aprins acolo de o scânteie de la o bujie. În timpul arderii și expansiunii termice a gazelor din suprapresiune, pistonul se pune în mișcare, transferând lucrările mecanice la rotația arborelui cotit.

Funcționarea unui motor cu combustie internă cu piston se efectuează ciclic. Aceste cicluri se repetă de câteva sute de ori pe minut. Aceasta asigură o rotație continuă înainte a arborelui cotit care iese din motor.

Să definim terminologia. O cursă este un proces de lucru care are loc într-un motor într-o singură cursă a pistonului, mai exact, într-o mișcare a pistonului într-o direcție, în sus sau în jos. Un ciclu este o colecție de măsuri care se repetă într-o secvență specifică. În funcție de numărul de curse din cadrul unui ciclu de lucru, motoarele cu ardere internă sunt împărțite în doi timpi (ciclul se desfășoară într-o rotație a arborelui cotit și două curse de piston) și în patru timpi (în două rotații ale arborelui cotit și patru curbe de piston) . În același timp, atât în ​​acele motoare, cât și în alte motoare, procesul de lucru se desfășoară în conformitate cu următorul plan: admisie; comprimare; combustie; extindere și eliberare.

Principiile motorului cu ardere internă

- Principiul de funcționare al unui motor în doi timpi

Când motorul pornește, pistonul, purtat de rotația arborelui cotit, începe să se miște. De îndată ce ajunge la punctul mort inferior (BDC) și se deplasează în sus, un amestec de aer-combustibil este introdus în camera de ardere a cilindrului.

În mișcarea sa ascendentă, pistonul îl comprimă. În momentul în care pistonul ajunge la punctul mort superior (TDC), scânteia de la bujia electronică aprinde amestecul combustibil-aer. Extindându-se instantaneu, arderea vaporilor de combustibil împinge rapid pistonul înapoi în centrul mort inferior.

În acest moment, se deschide supapa de evacuare, prin care gazele de evacuare fierbinți sunt îndepărtate din camera de ardere. După ce a trecut din nou de BDC, pistonul își reia mișcarea către TDC. În acest timp, arborele cotit face o revoluție.

Cu o nouă mișcare a pistonului, canalul de admisie al amestecului combustibil-aer se deschide din nou, care înlocuiește întregul volum al gazelor de eșapament degajate, iar întregul proces se repetă din nou. Datorită faptului că munca pistonului în astfel de motoare este limitată la două curse, acesta efectuează mult mai puțin decât într-un motor în patru timpi, numărul de mișcări pentru o anumită unitate de timp. Pierderile de frecare sunt reduse la minimum. Cu toate acestea, se eliberează multă energie termică, iar motoarele în doi timpi se încălzesc mai repede și mai puternic.

La motoarele în doi timpi, pistonul înlocuiește mecanismul de distribuție a supapei, în timpul mișcării sale, la anumite momente, deschizând și închizând orificiile de admisie și evacuare de lucru din cilindru. Cel mai prost schimb de gaze în comparație cu un motor în patru timpi este principalul dezavantaj al unui sistem ICE în doi timpi. În momentul îndepărtării gazelor de eșapament, se pierde un anumit procent din substanța de lucru, dar și puterea.

Sferele de aplicare practică a motoarelor cu combustie internă în doi timpi sunt motorete și scutere; motoare pentru bărci, mașini de tuns iarba, ferăstraie cu lanț etc. echipamente de mică putere.

Aceste neajunsuri sunt lipsite de motoare cu ardere internă în patru timpi, care, în diferite versiuni, sunt instalate pe aproape toate mașinile, tractoarele și alte echipamente moderne. În ele, intrarea / ieșirea amestecului combustibil / gazelor de eșapament se efectuează sub formă de procese de lucru separate și nu sunt combinate cu compresie și expansiune, ca în cele din doi timpi. Cu ajutorul unui mecanism de distribuție a gazului, se asigură sincronizarea mecanică a funcționării supapelor de admisie și evacuare cu viteza arborelui cotit. La un motor în patru timpi, injecția amestecului combustibil-aer are loc numai după îndepărtarea completă a gazelor de eșapament și închiderea supapelor de eșapament.

Procesul de lucru al motorului cu ardere internă

Fiecare cursă este o cursă a pistonului de la punctul mort de sus în jos. În acest caz, motorul parcurge următoarele faze de funcționare:

• Primul accident vascular cerebral, aportul... Pistonul se deplasează de sus în jos în punctul mort. În acest moment, se produce un vid în interiorul cilindrului, supapa de admisie se deschide și amestecul combustibil-aer intră. La sfârșitul admisiei, presiunea din cavitatea cilindrului este cuprinsă între 0,07 și 0,095 MPa; temperatura - de la 80 la 120 de grade Celsius.
• A doua măsură, compresia... Când pistonul se deplasează de jos în jos în punctul mort și supapele de admisie și evacuare sunt închise, amestecul combustibil este comprimat în cavitatea cilindrului. Acest proces este însoțit de o creștere a presiunii până la 1,2-1,7 MPa și a temperaturii - până la 300-400 grade Celsius.
• A treia măsură, expansiunea... Amestecul de aer / combustibil se aprinde. Acest lucru este însoțit de eliberarea unei cantități semnificative de energie termică. Temperatura din cavitatea cilindrului crește brusc la 2,5 mii grade Celsius. Sub presiune, pistonul se deplasează rapid către punctul mort inferior. Indicatorul de presiune în acest caz este de la 4 la 6 MPa.
• A patra măsură, problema... În timpul mișcării inversă a pistonului către punctul mort superior, se deschide supapa de evacuare, prin care gazele de eșapament sunt împinse din cilindru în conducta de evacuare și apoi în mediu. Indicatorii de presiune din etapa finală a ciclului sunt de 0,1-0,12 MPa; temperaturi - 600-900 grade Celsius.

Sisteme auxiliare pentru motoare cu ardere internă

- Sistem de aprindere

Sistemul de aprindere face parte din echipamentul electric al mașinii și este proiectat pentru a oferi o scânteie, aprinderea amestecului combustibil-aer în camera de lucru a cilindrului. Componentele sistemului de aprindere sunt:

• Alimentare electrică... Când motorul este pornit, aceasta este bateria, iar când motorul funcționează, acesta este generatorul.
• Comutator sau comutator de contact... A fost anterior un mecanic, iar în ultimii ani tot mai des un dispozitiv electric de contact pentru alimentarea tensiunii electrice.
• Stocare a energiei... O bobină, sau autotransformator, este o unitate concepută pentru a stoca și converti energia suficientă pentru a genera descărcarea necesară între electrozii bujiei.
• Distribuitor aprindere (distribuitor)... Un dispozitiv conceput pentru a distribui un impuls de înaltă tensiune de-a lungul firelor care duc la bujii ale fiecărui cilindru.

Sistem de aprindere ICE

- Sistem de admisie

Este proiectat sistemul de admisie a motorului cu ardere internă pentru neîntrerupt depunere în motor atmosferic aer, pentru amestecarea acestuia cu combustibil și pregătirea unui amestec combustibil. Trebuie remarcat faptul că în motoarele cu carbură din trecut, sistemul de admisie constă dintr-un canal de aer și un filtru de aer. Și asta e tot. Sistemul de admisie al autoturismelor, tractoarelor și altor echipamente moderne include:

• Admisie a aerului... Este o conductă de ramificare de o formă convenabilă pentru fiecare motor special. Prin el, aerul atmosferic este aspirat în motor, prin diferența de presiune în atmosferă și în motor, unde apare un vid atunci când pistoanele se mișcă.
• Filtru de aer... Acesta este un material consumabil conceput pentru a curăța aerul care intră în motor de praf și particule solide, cu reținerea lor pe filtru.
• Clapetei de accelerație... Supapă de aer concepută pentru a regla alimentarea cu cantitatea necesară de aer. Mecanic, este activat prin apăsarea pedalei de gaz, iar în tehnologia modernă, electronic.
• Colector de admisie... Distribuie fluxul de aer către cilindrii motorului. Pentru a oferi fluxului de aer distribuția dorită, se utilizează clapete speciale de admisie și un amplificator de vid.

- Sistem de alimentare

Sistemul de alimentare cu combustibil sau sistemul de alimentare cu motor cu ardere internă este „responsabil” pentru neîntrerupere alimentarea cu combustibil pentru formarea unui amestec combustibil-aer. Sistemul de alimentare cu combustibil include:

• Rezervor de combustibil- un rezervor pentru depozitarea benzinei sau motorinei, cu un dispozitiv de admisie a combustibilului (pompă).
• Liniile de combustibil- un set de țevi și furtunuri prin care motorul își primește „alimentele”.
• Dispozitiv de amestecare, adică carburator sau injector- un mecanism special pentru prepararea unui amestec combustibil-aer și injectarea acestuia în motorul cu ardere internă.
• Unitate de control electronic(ECU) formarea și injecția amestecului - în motoarele cu injecție, acest dispozitiv este „responsabil” pentru funcționarea sincronă și eficientă a formării și alimentării amestecului combustibil către motor.
• Pompă de combustibil- un dispozitiv electric pentru injectarea benzinei sau motorinei în conducta de combustibil.
• Filtrul de combustibil este un consumabil pentru purificarea suplimentară a combustibilului în timpul transportului său din rezervor la motor.

Diagrama sistemului de alimentare cu combustibil ICE

- Sistem de lubrifiere

Scopul sistemului de lubrifiere a motorului cu ardere internă este scăderea forței de frecareși efectul său distructiv asupra pieselor; deviere părți ale redundantului căldură; ștergere produse depozite de carbon și uzură; protecţie metal din coroziune... Sistemul de lubrifiere a motorului cu ardere internă include:

• Tigaie cu ulei- rezervor pentru depozitarea uleiului de motor. Nivelul uleiului din bazin este controlat nu numai de o jojă specială, ci și de un senzor.
• Pompă de ulei- pompează ulei din palet și îl alimentează cu piesele motorului necesare prin canale speciale forate - „linii”. Sub acțiunea gravitației, uleiul curge în jos din părțile lubrifiate, înapoi în vasul de ulei, se acumulează acolo și ciclul de lubrifiere se repetă din nou.
• Filtru de ulei captează și elimină din uleiul de motor particulele solide formate din depozite de carbon și produse de uzură. Elementul filtrant este întotdeauna înlocuit cu unul nou la fiecare schimb de ulei de motor.
• Radiator ulei conceput pentru a răci uleiul de motor folosind fluid din sistemul de răcire a motorului.

- Sistem de evacuare

Sistemul de evacuare al motorului cu ardere internă servește pentru îndepărtare a petrecut gazeși Reducerea zgomotului funcționarea motorului. În tehnologia modernă, sistemul de evacuare constă din următoarele părți (în ordinea gazelor de eșapament de la motor):

• Un colector de evacuare. Acesta este un sistem de țevi din fontă la temperatură înaltă, care primește gaze de evacuare incandescente, le stinge procesul oscilator primar și le trimite mai departe în conducta de admisie.
• Downpipe- o ieșire curbată de gaz din metal rezistent la foc, denumită popular „pantaloni”.
• Rezonator, sau, vorbind într-un limbaj popular, „malul” tobei de eșapament este un recipient în care are loc separarea gazelor de eșapament și o scădere a vitezei acestora.
• Catalizator- un dispozitiv conceput pentru curățarea și neutralizarea gazelor de eșapament.
• Toba de esapament- un rezervor cu un complex de partiții speciale conceput pentru schimbări multiple în direcția fluxului de gaz și, în consecință, zgomotul acestora.

Sistem de evacuare a motorului cu ardere internă

- Sistem de răcire

Dacă pe motorete, scutere și motociclete ieftine, este încă utilizat un sistem de răcire cu aer al motorului - cu un flux de aer care se apropie, atunci, desigur, nu este suficient pentru echipamente mai puternice. Aici funcționează un sistem de răcire cu lichid, proiectat pentru luând în exces căldura la motor și reducerea sarcinilor termice pe detaliile sale.

• Radiator sistemul de răcire servește la transferul excesului de căldură în mediu. Se compune dintr-un număr mare de tuburi curbate din aluminiu, nervurate pentru o disipare suplimentară a căldurii.
• Ventilator conceput pentru a spori efectul de răcire a radiatorului din fluxul de aer care se apropie.
• Pompă de apă(pompă) - „antrenează” lichidul de răcire prin cercurile „mici” și „mari”, asigurând circulația acestuia prin motor și radiator.
• Termostat- o supapă specială care asigură temperatura optimă a lichidului de răcire prin pornirea acestuia într-un „cerc mic”, ocolind radiatorul (cu un motor rece) și într-un „cerc mare”, prin radiator - cu un motor cald.

Lucrul bine coordonat al acestor sisteme auxiliare asigură randamentul maxim de la motorul cu combustie și fiabilitatea acestuia.

În concluzie, trebuie remarcat faptul că, în viitorul previzibil, nu este de așteptat apariția unor concurenți demni la motorul cu ardere internă. Există toate motivele pentru a afirma că, în forma sa modernă, îmbunătățită, va rămâne tipul dominant de motor în toate sectoarele economiei mondiale timp de câteva decenii.