Instalarea motorului cu ardere internă. Motor pe benzină: dispozitiv, principiu de funcționare, avantaje și dezavantaje

Fiecare dintre noi are o anumită mașină, dar doar câțiva șoferi se gândesc la modul în care funcționează motorul mașinii. De asemenea, este necesar să înțelegem că numai specialiștii care lucrează la o stație de service trebuie să cunoască pe deplin dispozitivul motorului unei mașini. De exemplu, mulți dintre noi avem diverse dispozitive electronice, dar acest lucru nu înseamnă că trebuie să înțelegem cum funcționează acestea. Le folosim doar pentru scopul propus. Cu toate acestea, situația cu mașina este ușor diferită.

Cu toții înțelegem asta apariția defecțiunilor la motorul unei mașini ne afectează direct sănătatea și viața. Calitatea călătoriei, precum și siguranța persoanelor din mașină, depind adesea de funcționarea corectă a unității de putere. Din acest motiv, vă recomandăm să acordați atenție studierii acestui articol despre modul în care funcționează motorul unei mașini și în ce constă.

Istoria dezvoltării motorului auto

Tradus din limba latină originală, motorul sau motorul înseamnă „conducere”. Astăzi, un motor este un dispozitiv specific conceput pentru a converti unul dintre tipurile de energie în mecanic. Cele mai populare astăzi sunt motoarele cu ardere internă, ale căror tipuri sunt diferite. Primul astfel de motor a apărut în 1801, când Philippe Le Bon din Franța a brevetat un motor care funcționa pe lampă cu gaz. După aceea, August Otto și Jean Etienne Lenoir și-au prezentat desenele. Se știe că August Otto a fost primul care a brevetat motorul în 4 timpi. Până acum, structura motorului practic nu s-a schimbat.

În 1872, a debutat motorul american, care funcționa pe kerosen. Cu toate acestea, această încercare nu ar putea fi numită cu succes, deoarece kerosenul nu ar putea exploda în mod normal în cilindri. După 10 ani, Gottlieb Daimler și-a prezentat versiunea motorului, care funcționa pe benzină și a funcționat destul de bine.

Considera tipuri moderne de motoare autoși află la care aparține mașina ta.

Tipuri de motoare auto

Întrucât motorul cu ardere internă este considerat cel mai comun în timpul nostru, luați în considerare tipurile de motoare cu care aproape toate mașinile sunt echipate astăzi. ICE este departe de a fi cel mai bun tip de motor, dar este folosit în multe vehicule.

Clasificarea motorului auto:

• Motoare diesel. Combustibilul diesel este furnizat cilindrilor prin intermediul unor duze speciale. Aceste motoare nu au nevoie de energie electrică pentru a funcționa. Ei au nevoie doar de acesta pentru a porni unitatea de putere.
• Motoare pe benzină. Sunt, de asemenea, injectabile. Astăzi, sunt utilizate mai multe tipuri de sisteme de injecție și. Astfel de motoare funcționează pe benzină.
• Motoare pe gaz. Aceste motoare pot utiliza gaz comprimat sau lichefiat. Aceste gaze sunt produse prin transformarea lemnului, cărbunelui sau turbării în combustibili gazoși.

Funcționarea și proiectarea unui motor cu ardere internă

Principiul de funcționare al motorului unei mașini- aceasta este o întrebare care interesează aproape fiecare proprietar de mașină. În timpul primei cunoștințe cu structura motorului, totul pare foarte complicat. Cu toate acestea, în realitate, cu ajutorul unui studiu atent, designul motorului devine destul de ușor de înțeles. Dacă este necesar, cunoștințele despre principiul de funcționare al motorului pot fi utilizate în viață.

1. Bloc cilindru este un fel de carcasă motor. În interior este un sistem de canale care este utilizat pentru răcirea și ungerea unității de alimentare. Este folosit ca bază pentru echipamente suplimentare, cum ar fi carterul etc.

2. Piston, care este o sticlă metalică goală. În partea superioară a acestuia există „caneluri” pentru inelele pistonului.

3. Inele cu piston. Inelele situate în partea de jos se numesc inele de răzuire pentru ulei, iar cele superioare se numesc inele de compresie. Inelele superioare asigură un nivel ridicat de compresie sau compresie a amestecului combustibil / aer. Inelele sunt utilizate pentru a asigura etanșeitatea camerei de ardere și, de asemenea, ca etanșări pentru a preveni pătrunderea uleiului în camera de ardere.

4. Mecanismul manivelei. Responsabil pentru transferul de energie alternativă a mișcării pistonului la arborele cotit al motorului.

Mulți șoferi nu știu că, de fapt, principiul de funcționare al unui motor cu ardere internă este destul de simplu. Mai întâi, intră în camera de ardere din duze, unde se amestecă cu aerul. Apoi emite o scânteie care aprinde amestecul de aer / combustibil, provocând explozia acestuia. Gazele care se formează ca urmare a acestui lucru deplasează pistonul în jos, în timpul căruia transferă mișcarea corespunzătoare arborelui cotit. Arborele cotit începe să rotească transmisia. După aceea, un set de trepte de viteză speciale transferă mișcarea roților punții față sau spate (în funcție de tracțiune, poate tuturor celor patru).

Așa funcționează un motor de mașină. Acum nu puteți fi înșelați de specialiști fără scrupule care vor întreprinde reparația unității de putere a mașinii dvs.

În care energia chimică a combustibilului care arde în cavitatea sa de lucru (camera de ardere) este transformată în lucru mecanic. Există motoare cu ardere internă: pistonul e, în care munca de extindere a produselor de ardere gazoasă se desfășoară în cilindru (percepută de piston, a cărei mișcare alternativă este transformată în mișcarea de rotație a arborelui cotit) sau este utilizată direct în mașină acționată; turbine cu gaz, în care munca de extindere a produselor de ardere este percepută de palele rotorului; e reactiv, în care se utilizează presiunea reactivă care rezultă din scurgerea produselor de ardere din duză. Termenul „motor cu ardere internă” este utilizat în principal pentru motoarele cu piston.

Referință istorică

Ideea creării unui motor cu ardere internă a fost propusă pentru prima dată de H. Huygens în 1678; praful de pușcă trebuia folosit ca combustibil. Primul motor cu combustie internă cu gaz funcțional a fost proiectat de E. Lenoir (1860). Inventatorul belgian A. Beau de Rocha a propus (1862) un ciclu în patru timpi al motorului cu ardere internă: admisie, compresie, combustie și expansiune, evacuare. Inginerii germani E. Langen și N. A. Otto au creat un motor pe gaz mai eficient; Otto a construit un motor în patru timpi (1876). Comparativ cu o instalație de motor cu abur, un astfel de motor cu ardere internă era mai simplu și mai compact, economic (eficiența a atins 22%), avea o greutate specifică mai mică, dar necesita un combustibil de calitate superioară. În anii 1880. OS Kostovich a construit primul motor cu piston pe benzină din Rusia. În 1897, R. Diesel a propus un motor cu aprindere prin compresie. În 1898–99 la fabrica Ludwig Nobel (Sankt Petersburg) au fabricat motorină lucrând la petrol. Îmbunătățirea motorului cu ardere internă a făcut posibilă utilizarea acestuia pe vehiculele de transport: un tractor (SUA, 1901), un avion (O. și W. Wright, 1903), o navă cu motor "Vandal" (Rusia, 1903), o locomotivă diesel (proiectată de Ya.M. Gakkel, Rusia, 1924).

Clasificare

Varietatea formelor de proiectare a motoarelor cu ardere internă determină utilizarea lor pe scară largă în diverse domenii ale tehnologiei. Motoarele cu ardere internă pot fi clasificate în conformitate cu următoarele criterii : după destinație (motoare staționare - centrale electrice mici, auto, marine, diesel, aviație etc.); natura mișcării părților de lucru(motoare cu piston alternativ; motoare cu piston rotativ - Motoare Wankel); dispunerea cilindrilor(motoare boxer, în linie, radiale, în formă de V); modul de desfășurare a ciclului de lucru(motoare în patru timpi, în doi timpi); după numărul de cilindri[de la 2 (de exemplu, mașina "Oka") la 16 (de exemplu, "Mercedes-Benz" S 600)]; metoda de aprindere a unui amestec combustibil[motoare pe benzină cu aprindere pozitivă (motoare cu aprindere prin scânteie, DsIZ) și motoare diesel cu aprindere prin compresie]; metoda de formare a amestecului[cu formare de amestec extern (în afara camerei de ardere - carburator), în principal motoare pe benzină; cu formare de amestec intern (în camera de ardere - injecție), motoare diesel]; tipul sistemului de răcire(motoare răcite cu lichid, motoare răcite cu aer); locația arborelui cu came(motor cu arbore cu came superior, cu arbore cu came inferior); tipul de combustibil (benzină, motorină, motor pe gaz); modul de umplere a buteliilor ( motoare aspirate natural - motoare „atmosferice”, supraalimentate). La motoarele cu aspirare naturală, admisia de aer sau amestecul combustibil se realizează datorită vidului din cilindru în timpul cursei de aspirație a pistonului; la motoarele cu supraalimentare (turbocompresor), admisia de aer sau amestecul combustibil în funcționare cilindrul are loc sub presiunea generată de compresor pentru a obține o putere mai mare a motorului.

Procese de lucru

Sub influența presiunii produselor gazoase din combustia combustibilului, pistonul face o mișcare alternativă în cilindru, care este transformată într-o mișcare de rotație a arborelui cotit utilizând un mecanism cu manivelă. La o rotație a arborelui cotit, pistonul atinge de două ori pozițiile extreme, unde se schimbă direcția mișcării sale (Fig. 1).

Aceste poziții ale pistonului se numesc de obicei pete oarbe, deoarece forța aplicată pistonului în acest moment nu poate provoca mișcarea de rotație a arborelui cotit. Poziția pistonului în cilindru la care distanța axului pinului pistonului de la axa arborelui cotit atinge maximul său se numește centru mort superior (TDC). Punctul mort inferior (BDC) este poziția pistonului în cilindru la care distanța dintre axa pinului pistonului și axa arborelui cotit atinge minimum. Distanța dintre punctele oarbe se numește cursa pistonului (S). Fiecare cursă a pistonului corespunde unei rotații de 180 ° a arborelui cotit. Mișcarea pistonului în cilindru determină o modificare a volumului spațiului de mai sus al pistonului. Volumul cavității interioare a cilindrului la poziția pistonului la TDC se numește volumul camerei de ardere V c. Volumul cilindrului format de piston atunci când acesta se deplasează între punctele moarte se numește volumul de lucru al cilindrului V c. Volumul spațiului pistonului de mai sus la poziția pistonului în BDC se numește volumul total al cilindrului V p = V c + V c. Deplasarea motorului este produsul deplasării cilindrilor după numărul de cilindri. Raportul dintre volumul total al cilindrului V c și volumul camerei de ardere V c se numește raportul de compresie E (pentru motoarele diesel pe benzină 6.5-11; pentru motoarele diesel 16-23).

Când pistonul se deplasează în cilindru, pe lângă schimbarea volumului fluidului de lucru, presiunea, temperatura, capacitatea de căldură și energia internă se schimbă. Ciclul de lucru este un set de procese secvențiale efectuate cu scopul de a converti energia termică a combustibilului în energie mecanică. Realizarea periodicității ciclurilor de funcționare este asigurată cu ajutorul unor mecanisme speciale și sisteme de motor.

Ciclul de lucru al unui motor cu combustie internă în patru timpi pe benzină durează 4 curse de piston (cursă) în cilindru, adică în 2 rotații ale arborelui cotit (Fig. 2).

Prima cursă este admisia, în care sistemele de admisie și combustibil asigură formarea unui amestec combustibil-aer. În funcție de design, amestecul se formează în colectorul de admisie (injecție centrală și multipunct pentru motoarele pe benzină) sau direct în camera de ardere (injecție directă pentru motoarele pe benzină, injecție pentru motoarele diesel). Când pistonul se deplasează de la TDC la BDC, se creează un vid în cilindru (datorită creșterii volumului), sub acțiunea căruia intră un amestec combustibil (vapori de benzină cu aer) prin supapa de admisie de deschidere. Presiunea în supapa de admisie la motoarele cu aspirare naturală poate fi apropiată de cea atmosferică, iar la motoarele supraîncărcate poate fi mai mare (0,13-0,45 MPa). În cilindru, amestecul combustibil este amestecat cu gazele de eșapament rămase în el din ciclul de lucru anterior și formează un amestec de lucru. A doua cursă este compresia, în care supapele de admisie și evacuare sunt închise de arborele cu came, iar amestecul combustibil-aer este comprimat în cilindrii motorului. Pistonul se deplasează în sus (de la BDC la TDC). pentru că volumul din cilindru scade, apoi amestecul de lucru este comprimat la o presiune de 0,8-2 MPa, temperatura amestecului este de 500-700 K. La sfârșitul cursei de compresie, amestecul de lucru este aprins de o scânteie electrică și rapid arde (în 0.001-0.002 s). În acest caz, se eliberează o cantitate mare de căldură, temperatura ajunge la 2000–2600 K, iar gazele, prin expansiune, creează o presiune puternică (3,5–6,5 MPa) asupra pistonului, deplasându-l în jos. A treia cursă este o cursă de lucru, care este însoțită de aprinderea amestecului combustibil-aer. Forța presiunii gazului deplasează pistonul în jos. Mișcarea pistonului prin mecanismul manivelei este transformată în mișcarea de rotație a arborelui cotit, care este apoi utilizată pentru a conduce vehiculul. Astfel, în timpul cursei de lucru, energia termică este transformată în lucru mecanic. A patra cursă este eliberarea, în care pistonul, după efectuarea unor lucrări utile, se deplasează în sus și împinge spre exterior, prin supapa de evacuare de deschidere a mecanismului de distribuție a gazului, gazele de eșapament din cilindri în sistemul de evacuare, unde sunt curățate, răcit și zgomot redus. Apoi gazele intră în atmosferă. Procesul de eșapament poate fi împărțit în preliminar (presiunea din cilindru este mult mai mare decât în ​​supapa de eșapament, debitul gazelor de eșapament la 800–1200 K este de 500–600 m / s) și eșapamentul principal (viteza la capătul evacuării este de 60–160 m / s). Eliberarea gazelor de eșapament este însoțită de un efect sonor, pentru a absorbi ce amortizoare de zgomot sunt instalate. În timpul ciclului de lucru al motorului, lucrările utile se efectuează numai în timpul cursei de lucru, iar restul de trei curse sunt auxiliare. Pentru o rotație uniformă a arborelui cotit, la capătul său este instalată o volantă cu o masă semnificativă. Volanta primește energie în timpul cursei de lucru și acordă o parte din aceasta performanței curselor auxiliare.

Ciclul de lucru al unui motor cu combustie internă în doi timpi se efectuează în două curse de piston sau într-o singură rotație a arborelui cotit. Procesele de compresie, combustie și expansiune sunt aproape identice cu cele ale unui motor în patru timpi. Puterea unui motor în doi timpi cu aceleași dimensiuni ale cilindrilor și turația arborelui este teoretic de 2 ori mai mare decât un motor în patru timpi datorită numărului mare de cicluri de lucru. Cu toate acestea, pierderea unei părți din volumul de lucru duce practic la o creștere a puterii doar de 1,5-1,7 ori. Avantajele motoarelor în doi timpi ar trebui să includă, de asemenea, o uniformitate mai mare a cuplului, deoarece se efectuează un ciclu complet de lucru cu fiecare rotație a arborelui cotit. Un dezavantaj semnificativ al procesului în doi timpi în comparație cu procesul în patru timpi este timpul scurt alocat procesului de schimb de gaze. Eficiența motoarelor cu ardere internă care utilizează benzină este de 0,25–0,3.

Ciclul de lucru al motoarelor cu ardere internă pe gaz este similar cu cel al benzinei DsIZ. Gazul parcurge etapele: evaporarea, purificarea, reducerea etapizată a presiunii, alimentarea în anumite cantități a motorului, amestecarea cu aerul și aprinderea amestecului de lucru cu o scânteie.

Caracteristici de proiectare

ICE este o unitate tehnică complexă care conține o serie de sisteme și mecanisme. La sfarsit. Secolului 20 Practic, s-a efectuat trecerea de la sistemele de alimentare cu carburator pentru motoarele cu ardere internă la sistemele de injecție, în timp ce uniformitatea distribuției și precizia dozelor de combustibil peste cilindri este crescută și devine posibil (în funcție de mod) să se controleze mai flexibil formarea amestecului combustibil-aer care intră în cilindrii motorului. Acest lucru îmbunătățește puterea și economia motorului.

Un motor cu combustie internă cu piston include un corp, două mecanisme (manivelă și distribuția gazului) și un număr de sisteme (admisie, combustibil, aprindere, lubrifiere, răcire, evacuare și sistem de control). Corpul motorului cu ardere internă este format din stații (bloc cilindru, carter, chiulasă) și unități și piese mobile, care sunt combinate în grupuri: piston (piston, știft, inele de compresie și racletă de ulei), bielă, arborele cotit. Sistem de alimentare pregătește un amestec combustibil de combustibil și aer într-o proporție corespunzătoare modului de funcționare și într-o cantitate care depinde de puterea motorului. Sistem de aprindere DsIZ este conceput pentru a aprinde amestecul de lucru cu o scânteie folosind o bujie la momente strict definite în fiecare cilindru, în funcție de modul de funcționare al motorului. Sistemul de pornire (demaror) este utilizat pentru a pre-roti arborele motorului cu ardere internă pentru a aprinde în mod fiabil combustibilul. Sistem de alimentare cu aer asigură purificarea aerului și reducerea zgomotului de admisie cu pierderi hidraulice minime. La presiune, unul sau două compresoare și, dacă este necesar, un răcitor de aer sunt pornite. Sistemul de evacuare efectuează evacuarea gazelor de evacuare. Sincronizare asigură admiterea la timp a unei noi încărcări a amestecului în butelii și eliberarea gazelor de eșapament. Sistemul de lubrifiere servește la reducerea pierderilor prin frecare și uzura pieselor în mișcare și, uneori, la răcirea pistoanelor. Sistem de răcire menține modul de funcționare termic necesar al motorului cu ardere internă; poate fi lichid sau aerian. Sistem de control este conceput pentru a armoniza funcționarea tuturor elementelor motorului cu ardere internă pentru a asigura performanțele sale ridicate, consumul redus de combustibil, indicatorii de mediu necesari (toxicitate și zgomot) în toate modurile de funcționare în diferite condiții de funcționare cu o fiabilitate dată.

Principalele avantaje ale motorului cu ardere internă față de alte motoare sunt independența față de sursele constante de energie mecanică, dimensiunile și greutatea reduse, ceea ce duce la utilizarea lor pe scară largă pe mașini, vehicule agricole, locomotive diesel, nave, echipamente militare autopropulsate etc. autonomie ridicată, poate fi instalată cu ușurință în apropierea sau chiar în obiectul consumului de energie, de exemplu, la centralele mobile, aeronave etc. Una dintre calitățile pozitive ale motorului cu ardere internă este capacitatea de a porni rapid în condiții normale. Motoarele care funcționează la temperaturi scăzute sunt echipate cu dispozitive speciale pentru a facilita și accelera pornirea.

Dezavantajele motorului cu ardere internă sunt: ​​capacitate agregată limitată în comparație, de exemplu, cu turbinele cu abur; nivel ridicat de zgomot; o frecvență relativ mare de rotație a arborelui cotit la pornire și imposibilitatea conexiunii sale directe cu roțile motoare ale consumatorului; toxicitatea gazelor evacuate. Principala caracteristică de proiectare a motorului - mișcarea alternativă a pistonului, care limitează viteza, este cauza apariției forțelor inerțiale dezechilibrate și a momentelor de la acestea.

Îmbunătățirea motoarelor cu ardere internă vizează creșterea puterii, eficienței, reducerea greutății și dimensiunilor, îndeplinirea cerințelor de mediu (reducerea toxicității și a zgomotului), asigurarea fiabilității cu un raport preț-calitate acceptabil. Este evident că motorul cu ardere internă nu este suficient de economic și, de fapt, are un randament scăzut. În ciuda tuturor trucurilor tehnologice și electronice inteligente, eficiența motoarelor moderne pe benzină este de cca. treizeci%. Cele mai economice motoare diesel cu ardere internă au o eficiență de 50%, adică chiar emit în atmosferă jumătate din combustibil sub formă de substanțe nocive. Cu toate acestea, evoluțiile recente arată că motoarele cu ardere internă pot fi cu adevărat eficiente. În compania „EcoMotors International” a reproiectat motorul cu ardere internă, care a reținut pistoanele, bielele, arborele cotit și volanta, dar noul motor este cu 15-20% mai eficient și, de asemenea, este mult mai ușor și mai ieftin de fabricat. În acest caz, motorul poate funcționa pe mai multe tipuri de combustibil, inclusiv benzină, motorină și etanol. Acest lucru se datorează designului opus al motorului, în care camera de ardere este formată din doi pistoane care se deplasează unul către celălalt. În același timp, motorul este în doi timpi și constă din două module cu câte 4 pistoane, conectate printr-un ambreiaj special controlat electronic. Motorul este controlat complet electronic, rezultând în eficiență ridicată și consum minim de combustibil.

Motorul este echipat cu un turbocompresor controlat electronic care recuperează energia din gazele de eșapament și generează electricitate. În general, motorul are un design simplu, cu 50% mai puține piese decât un motor convențional. Nu are un bloc de chiulasă, este realizat din materiale obișnuite. Motorul este foarte ușor: pentru 1 kg de greutate, produce mai mult de 1 litru de putere. cu. (mai mult de 0,735 kW). Experimentatul motor EcoMotors EM100 cu dimensiunile 57,9 x 104,9 x 47 cm cântărește 134 kg și produce 325 CP. cu. (aproximativ 239 kW) la 3500 rpm (diesel), diametrul cilindrului 100 mm. Consumul de combustibil pentru o mașină cu cinci locuri cu motor EcoMotors este planificat să fie extrem de redus - la nivelul de 3-4 litri la 100 km.

Tehnologii Graal Engine a dezvoltat un motor unic în două timpi de înaltă performanță. Deci, cu un consum de 3-4 litri la 100 km, motorul produce 200 de litri de putere. cu. (aprox. 147 kW). Motor cu o capacitate de 100 de litri. cu. cântărește mai puțin de 20 kg și are o capacitate de 5 litri. cu. - doar 11 kg. În acest caz, motorul cu ardere internă„Motor Graal” îndeplinesc cele mai stricte standarde de mediu. Motorul în sine constă din piese simple, realizate în principal prin turnare (Fig. 3). Aceste caracteristici sunt asociate schemei de funcționare „Graal Engine”. În timpul mișcării ascendente a pistonului, se creează presiune negativă a aerului în partea de jos și printr-o supapă specială din fibră de carbon, aerul intră în camera de ardere. La un moment dat în mișcarea pistonului, combustibilul începe să fie furnizat, apoi în punctul mort superior cu ajutorul a trei lumânări electrice convenționale, amestecul combustibil-aer este aprins, supapa din piston se închide. Pistonul coboară, cilindrul este umplut cu gaze de eșapament. La atingerea punctului mort inferior, pistonul începe din nou să se deplaseze în sus, fluxul de aer ventilează camera de ardere, împingând gazele de eșapament, ciclul de lucru se repetă.

Motorul compact și puternic Graal este ideal pentru vehiculele hibride în care motorul pe benzină generează electricitate și motoarele electrice conduc roțile. Într-o astfel de mașină, „Motorul Graal” va funcționa în modul optim, fără supratensiuni bruște de putere, ceea ce îi va crește semnificativ durabilitatea, va reduce zgomotul și consumul de combustibil. În același timp, designul modular permite conectarea a două sau mai multe „motoare Graal” cu un singur cilindru la un arborele cotit comun, ceea ce face posibilă crearea motoarelor în linie de putere diferită.

Motorul cu ardere internă folosește atât combustibili convenționali, cât și combustibili alternativi. Promite utilizarea hidrogenului în motoarele cu combustie internă de transport, care au o căldură mare de ardere, iar gazele de eșapament nu conțin CO și CO 2. Cu toate acestea, există probleme cu costul ridicat al obținerii și depozitării acestuia la bordul vehiculului. Sunt testate variante de centrale electrice combinate (hibride) ale vehiculelor, în care motoarele cu ardere internă și motoarele electrice funcționează împreună.

Motorul cu ardere internă este astăzi principalul tip de propulsie auto. Principiul de funcționare al unui motor cu ardere internă se bazează pe efectul expansiunii termice a gazelor care are loc în timpul arderii unui amestec combustibil-aer într-un cilindru.

Cele mai comune tipuri de motoare

Există trei tipuri de motoare cu ardere internă: piston, unitate de putere cu piston rotativ a sistemului Wankel și turbină cu gaz. Cu rare excepții, motoarele cu piston în patru timpi sunt instalate pe mașinile moderne. Motivul constă în prețul redus, compactitatea, greutatea redusă, capacitatea multi-combustibil și posibilitatea instalării pe aproape orice vehicul.

Motorul auto în sine este un mecanism care transformă energia termică a combustibilului ars în energie mecanică, a cărei funcționare este asigurată de multe sisteme, componente și ansambluri. Motoarele cu combustie internă alternativă sunt în doi și patru timpi. Cel mai simplu mod de a înțelege principiul de funcționare al unui motor de mașină este de a folosi exemplul unei unități de putere monocilindrică în patru timpi.

Un motor în patru timpi se numește deoarece un ciclu de lucru constă din patru mișcări ale pistonului (curse) sau două rotații ale arborelui cotit:

• admisie;
• comprimare;
• accident vascular cerebral de lucru;
• eliberare.

Dispozitiv ICE general

Pentru a înțelege modul în care funcționează un motor, este necesar să se contureze designul său în termeni generali. Principalele părți sunt:

1. bloc cilindru (în cazul nostru, există un singur cilindru);
2. mecanism cu manivelă, format dintr-un arbore cotit, biele și pistoane;
3. capul blocului cu un mecanism de distribuție a gazului (sincronizare).

Mecanismul manivelei transformă mișcarea alternativă a pistoanelor în rotația arborelui cotit. Pistoanele sunt puse în mișcare de energia combustibilului ars în butelii.


Funcționarea acestui mecanism este imposibilă fără funcționarea mecanismului de distribuție a gazului, care asigură deschiderea în timp util a supapelor de admisie și evacuare pentru intrarea amestecului de lucru și eliberarea gazelor de eșapament. Cureaua de distribuție constă din unul sau mai mulți arbori cu came cu came, supape de împingere (cel puțin două pentru fiecare cilindru), supape și arcuri de retur.

Motorul cu ardere internă este capabil să funcționeze numai cu activitatea coordonată a sistemelor auxiliare, care includ:

• sistemul de aprindere, care este responsabil pentru aprinderea amestecului combustibil în cilindri;
• un sistem de admisie care furnizează aer pentru a forma un amestec de lucru;
• un sistem de alimentare care asigură alimentarea continuă cu combustibil și un amestec de combustibil cu aer;
• sistem de lubrifiere conceput pentru a lubrifia piesele de frecare și a elimina produsele uzate;
• un sistem de evacuare care elimină gazele de eșapament din cilindrii motorului cu ardere internă și reduce toxicitatea acestora;
• sistemul de răcire necesar pentru menținerea temperaturii optime pentru funcționarea unității de putere.

Ciclul de funcționare a motorului

După cum sa menționat mai sus, ciclul constă din patru măsuri. În timpul primei curse, camera arborelui cu came împinge supapa de admisie, deschizând-o, pistonul începe să se deplaseze din poziția cea mai înaltă în jos. În acest caz, se creează un vid în cilindru, datorită căruia în cilindru intră un amestec de lucru gata preparat sau aer, dacă motorul cu ardere internă este echipat cu un sistem de injecție directă a combustibilului (în acest caz, combustibilul este amestecat cu aer direct în camera de ardere).

Pistonul, prin tija de legătură, conferă mișcare arborelui cotit, rotindu-l cu 180 de grade până când atinge cea mai joasă poziție.

În timpul celei de-a doua curse - comprimare - supapa (sau supapele) de admisie se închide, pistonul inversează direcția de mișcare, comprimând și încălzind amestecul de lucru sau aerul. La sfârșitul ciclului, o descărcare electrică este aplicată bujiei prin sistemul de aprindere și se formează o scânteie care aprinde amestecul comprimat combustibil-aer.

Principiul aprinderii combustibilului într-un motor diesel cu ardere internă este diferit: la sfârșitul cursei de compresie, combustibilul diesel atomizat fin este injectat în camera de ardere printr-o duză, unde se amestecă cu aerul încălzit, iar amestecul rezultat se aprinde spontan. Trebuie remarcat faptul că din acest motiv raportul de compresie al motorinei este mult mai mare.

Între timp, arborele cotit a virat încă 180 de grade, făcând o revoluție completă.

Al treilea ciclu se numește un accident vascular cerebral de lucru. Gazele formate în timpul arderii combustibilului, în expansiune, împing pistonul în poziția cea mai joasă. Pistonul transferă energie la arborele cotit prin tija de legătură și îl rotește cu încă jumătate de tură.

La atingerea punctului mort de jos, începe bara finală - eliberarea. La începutul acestei curse, camera arborelui cu came împinge și deschide supapa de evacuare, pistonul se deplasează în sus și expulzează gazele de eșapament din cilindru.

ICE-urile instalate pe mașinile moderne au nu un singur cilindru, ci mai multe. Pentru o funcționare uniformă a motorului în același timp, se efectuează curse diferite în cilindri diferiți și la fiecare jumătate de tură a arborelui cotit în cel puțin un cilindru există o cursă de lucru (cu excepția motoarelor cu 2 și 3 cilindri) . Datorită acestui fapt, este posibil să scăpați de vibrațiile inutile, echilibrând forțele care acționează asupra arborelui cotit și asigurând buna funcționare a motorului cu ardere internă. Jantele bielei sunt amplasate pe arbore la unghiuri egale una față de cealaltă.

Din motive de compactitate, motoarele cu mai mulți cilindri sunt fabricate nu în linie, ci în formă de V sau opuse (o carte de vizită a lui Subaru). Acest lucru economisește mult spațiu sub capotă.

Motoare în doi timpi

În plus față de motoarele cu combustie internă cu piston în patru timpi, există și cele în doi timpi. Principiul funcționării lor este oarecum diferit de cel descris mai sus. Dispozitivul unui astfel de motor este mai simplu. Cilindrul are pentru fereastră - intrare și ieșire, situate deasupra. Pistonul, aflat în BDC, închide fereastra de admisie, apoi, deplasându-se în sus, închide orificiul de ieșire și comprimă amestecul de lucru. La atingerea TDC, se formează o scânteie pe lumânare și aprinde amestecul. În acest moment, fereastra de admisie se dovedește a fi deschisă și, prin ea, o altă doză de amestec combustibil-aer intră în camera de manivelă.

În timpul celei de-a doua curse, deplasându-se în jos sub influența gazelor, pistonul deschide orificiul de evacuare, prin care gazele de evacuare sunt suflate din cilindru cu o nouă porțiune a amestecului de lucru, care intră în cilindru prin canalul de purjare. În același timp, parțial amestecul de lucru intră și în fereastra de evacuare, ceea ce explică gălăgia motorului cu combustie internă în doi timpi.

Acest principiu de funcționare vă permite să obțineți mai multă putere a motorului cu o cilindree mai mică, dar trebuie să plătiți acest lucru cu un consum ridicat de combustibil. Avantajele acestor motoare includ o funcționare mai uniformă, un design mai simplu, greutate redusă și densitate mare de putere. Printre neajunsuri trebuie menționate evacuarea mai murdară, lipsa sistemelor de lubrifiere și răcire, care amenință supraîncălzirea și defectarea unității.

Pentru un adevărat pasionat de mașini, o mașină nu este doar un mijloc de transport, ci și un instrument de libertate. Cu ajutorul unei mașini, puteți ajunge oriunde în oraș, țară sau continent. Dar a avea o licență nu este suficient pentru un călător adevărat. La urma urmei, există încă multe locuri în care mobilul nu prinde și unde evacuatorii nu pot ajunge. În astfel de cazuri, în caz de avarie, toată responsabilitatea revine automobilistului.

Prin urmare, fiecare șofer ar trebui să înțeleagă cel puțin puțin despre structura mașinii sale și este necesar să porniți cu motorul. Desigur, companiile moderne de automobile produc multe mașini cu diferite tipuri de motoare, dar cel mai adesea producătorii folosesc motoare cu ardere internă în proiectele lor. Au o eficiență ridicată și, în același timp, asigură o fiabilitate ridicată a întregului sistem.

Atenţie! În majoritatea articolelor științifice, motoarele cu ardere internă sunt prescurtate ca motoare cu ardere internă.

Care sunt motoarele cu ardere internă

Înainte de a continua cu un studiu detaliat al motorului cu ardere internă și al principiului lor de funcționare, să luăm în considerare ce sunt motoarele cu ardere internă. Există un punct important de făcut imediat. Peste 100 de ani de evoluție, oamenii de știință au venit cu multe tipuri de modele, fiecare dintre ele având propriile sale avantaje. Prin urmare, pentru a începe, să subliniem principalele criterii prin care se pot distinge aceste mecanisme:

1. În funcție de metoda de creare a unui amestec combustibil, toate motoarele cu ardere internă sunt împărțite în carburator, gaz și dispozitive de injecție. Mai mult, aceasta este o clasă cu formare de amestec extern. Dacă vorbim despre intern, atunci - acestea sunt motorine.
2. În funcție de tipul de combustibil, motorul cu ardere internă poate fi împărțit în benzină, gaz și motorină.
3. Răcirea dispozitivului motor poate fi de două tipuri: lichid și aer.
4. Cilindri pot fi situate atât opuse, cât și în forma literei V.
5. Amestecul din interiorul cilindrilor poate fi aprins de o scânteie. Acest lucru se întâmplă la motoarele cu combustie internă cu carburator și cu injecție sau datorită arderii spontane.

În majoritatea revistelor auto și în rândul exporturilor profesionale de automobile, se obișnuiește clasificarea ICE în următoarele tipuri:

1. Motor pe gaz. Acest dispozitiv este alimentat cu benzină. Aprinderea are loc cu forța cu ajutorul unei scântei generate de o lumânare. Carburatorul și sistemele de injecție sunt responsabile pentru dozarea amestecului combustibil-aer. Aprinderea apare la comprimare.
2. Motorină ... Motoarele cu acest tip de dispozitiv funcționează prin arderea motorinei. Principala diferență în comparație cu unitățile pe benzină este că combustibilul explodează din cauza creșterii temperaturii aerului. Acesta din urmă devine posibil datorită creșterii presiunii în interiorul cilindrului.
3. Sistemele de gaz funcționează folosind propan-butan. Aprinderea este forțată. Gazul cu aer este furnizat cilindrului. În caz contrar, dispozitivul unui astfel de motor cu ardere internă este similar cu un motor pe benzină.

Această clasificare este cea mai des utilizată, indicând caracteristici specifice ale sistemului.

Dispozitivul și principiul de funcționare

Dispozitiv pentru motor cu ardere internă

Cel mai bine este să luați în considerare dispozitivul ICE folosind exemplul unui motor cu un singur cilindru. Partea principală a mecanismului este cilindrul. Conține un piston care se deplasează în sus și în jos. În același timp, există două puncte de control ale mișcării sale: superior și inferior. În literatura profesională, acestea sunt denumite BMT și BMT. Decodarea este după cum urmează: punctele moarte de sus și de jos.

Atenţie! Pistonul este, de asemenea, conectat la arbore. Biela este o bielă.

Sarcina principală a bielei este de a converti energia care este generată ca urmare a mișcării în sus și în jos a pistonului în rotație. Rezultatul acestei transformări este mișcarea mașinii în direcția dorită. De asta este responsabil dispozitivul ICE. De asemenea, nu uitați de rețeaua de la bord, a cărei funcționare devine posibilă datorită energiei generate de motor.

Volanta este atașată la capătul arborelui ICE. Asigură o rotație stabilă a arborelui cotit. Supapele de admisie și evacuare sunt situate în partea superioară a cilindrului, care, la rândul său, este acoperit de un cap special.

Atenţie! Supapele deschid și închid canalele corespunzătoare la momentul potrivit.

Pentru ca supapele motorului cu ardere internă să se deschidă, camele arborelui cu came acționează asupra lor. Acest lucru se întâmplă prin piesele de transmisie. Arborele în sine este acționat de angrenajele arborelui cotit.

Atenţie! Pistonul se mișcă liber în interiorul cilindrului, înghețând o clipă în punctul mort superior, apoi în partea inferioară.

Pentru ca dispozitivul ICE să funcționeze normal, amestecul combustibil trebuie furnizat într-o proporție precis ajustată. În caz contrar, este posibil să nu se producă foc. Momentul în care are loc servirea joacă, de asemenea, un rol imens.

Uleiul este necesar pentru a preveni uzura prematură a pieselor din dispozitivul ICE. În general, întregul dispozitiv al unui motor cu ardere internă constă din următoarele elemente de bază:

• bujii,
• supape,
• pistoane,
• inele de piston,
• biele,
• arbore cotit,
• carter.

Interacțiunea acestor elemente de sistem permite dispozitivului ICE să genereze energia necesară pentru a muta mașina.

Principiul de funcționare

Să analizăm cum funcționează un motor cu combustie internă în patru timpi. Pentru a înțelege cum funcționează, trebuie să cunoașteți sensul tactului. Aceasta este o anumită perioadă de timp în care acțiunea necesară funcționării dispozitivului este efectuată în interiorul cilindrului. Poate fi micșorată sau arzătoare.

Cursele ICE formează un ciclu de lucru, care, la rândul său, asigură funcționarea întregului sistem. În timpul acestui ciclu, energia termică este transformată în energie mecanică. Datorită acestui fapt, se produce mișcarea arborelui cotit.

Atenţie! Ciclul de lucru este considerat complet după ce arborele cotit a făcut o revoluție. Dar această afirmație funcționează doar pentru un motor în doi timpi.

Există o explicație importantă de făcut aici. În zilele noastre, mașinile folosesc în principal un dispozitiv cu motor în patru timpi. Astfel de sisteme sunt mai fiabile și mai performante.

Pentru a finaliza un ciclu în patru timpi, sunt necesare două rotații ale arborelui cotit. Acestea sunt patru mișcări în sus și în jos ale pistonului. Fiecare bară efectuează acțiuni în secvența exactă:

• admisie,
• comprimare,
• extensie,
• eliberare.

Penultima lovitură se mai numește și cursa de lucru.Știți deja despre punctul mort de sus și de jos. Dar distanța dintre ele indică un alt parametru important. Și anume, volumul motorului cu ardere internă. Poate varia în medie de la 1,5 la 2,5 litri. Indicatorul se măsoară prin adăugarea datelor fiecărui cilindru.

În prima jumătate de tură, pistonul de la TDC se deplasează la BDC. În acest caz, supapa de admisie rămâne deschisă, la rândul ei, supapa de ieșire este bine închisă. Ca urmare a acestui proces, se formează un vid în cilindru.

Un amestec combustibil de benzină și aer intră în conducta de gaz a motorului cu ardere internă. Acolo se amestecă cu gazele reziduale. Ca rezultat, se formează o substanță ideală pentru aprindere, care se împrumută la comprimare în al doilea act.

Compresia apare atunci când cilindrul este complet umplut cu amestecul de lucru. Arborele cotit își continuă revoluția, iar pistonul se deplasează de jos în centru mort.

Atenţie! Cu o scădere a volumului, temperatura amestecului din interiorul cilindrului motorului cu ardere internă crește.

Extinderea are loc în a treia măsură. Când compresia ajunge la concluzia sa logică, lumânarea generează o scânteie și apare aprinderea. La un motor diesel, lucrurile funcționează puțin diferit.

În primul rând, în loc de o lumânare, este instalată o duză specială, care injectează combustibil în sistem la a treia cursă. În al doilea rând, aerul este pompat în cilindru și nu un amestec de gaze.

Principiul de funcționare al unui motor diesel cu ardere internă este interesant prin faptul că combustibilul din acesta se aprinde singur. Acest lucru se întâmplă datorită creșterii temperaturii aerului din interiorul cilindrului. Un rezultat similar se obține datorită compresiei, în urma căreia presiunea crește și temperatura crește.

Când combustibilul intră în cilindrul motorului cu ardere internă prin injector, temperatura din interior este atât de ridicată încât se aprinde singură. Atunci când utilizați benzină, acest rezultat nu poate fi atins. Acest lucru se datorează faptului că se aprinde la o temperatură mult mai mare.

Atenţie! În procesul mișcării pistonului de la microexplozia care a avut loc în interior, partea motorului cu ardere internă face o smucitură înapoi, iar arborele cotit se rotește.

Ultima cursă într-un motor cu ardere internă în patru timpi se numește admisie. Are loc în a patra jumătate de tură. Principiul său de funcționare este destul de simplu. Supapa de evacuare se deschide și toate produsele de ardere intră în ea, de unde în conducta de evacuare.

Înainte de a intra în atmosferă, gazele de eșapament din trec de obicei printr-un sistem de filtrare. Acest lucru minimizează deteriorarea mediului. Cu toate acestea, designul motoarelor diesel este încă mult mai ecologic decât cele pe benzină.

Dispozitive care permit creșterea performanței motorului cu ardere internă

De la inventarea primului motor cu ardere internă, sistemul a fost îmbunătățit constant. Dacă vă amintiți primele motoare ale mașinilor de producție, atunci acestea ar putea accelera până la maximum 50 de mile pe oră. Supercarurile moderne depășesc cu ușurință marca de 390 km. Oamenii de știință au reușit să obțină astfel de rezultate datorită integrării sistemelor suplimentare în dispozitivul motorului și a unor modificări structurale.

O creștere semnificativă a puterii la un moment dat a fost dată de mecanismul supapelor introdus în motorul cu ardere internă. Un alt pas evolutiv a fost amplasarea arborelui cu came în partea superioară a structurii. Acest lucru a redus numărul pieselor mobile și a crescut productivitatea.

De asemenea, nu se poate nega utilitatea unui sistem modern de aprindere ICE. Oferă cea mai mare stabilitate posibilă. În primul rând, se generează o taxă care este alimentată către distribuitor și de la aceasta la una dintre lumânări.

Atenţie! Desigur, nu trebuie să uităm de sistemul de răcire, care constă dintr-un radiator și o pompă. Datorită acestuia, este posibil să se prevină supraîncălzirea la timp a dispozitivului ICE.

Rezultate

După cum puteți vedea, dispozitivul unui motor cu ardere internă nu este deosebit de dificil. Pentru a o înțelege, nu aveți nevoie de cunoștințe speciale - este suficientă o simplă dorință. Cu toate acestea, cunoașterea principiilor de funcționare ICE cu siguranță nu va fi de prisos pentru fiecare șofer.

Un motor cu ardere internă este un motor termic în care o parte din energia chimică a combustibilului de ardere este transformată în energie mecanică. O divizare semnificativă a motoarelor în categorii este împărțirea în funcție de ciclul de funcționare în 2 și 4 timpi; conform metodei de preparare a unui amestec combustibil - cu formare de amestec extern (în special, carburator) și intern (de exemplu, motoare diesel); în funcție de tipul convertorului de energie, motoarele cu ardere internă sunt împărțite în piston, turbină, jet și combinate.

Eficiența motorului cu ardere internă este de 0,4-0,5. Primul motor cu ardere internă a fost proiectat de E. Lenoir în 1860. În acest articol, vom lua în considerare motorul cu ardere internă în patru timpi cel mai des utilizat în industria auto.

Motorul în patru timpi a fost introdus pentru prima dată de Nikolaus Otto în 1876 și, prin urmare, este numit și motorul cu ciclu Otto. Un nume mai alfabetizat pentru un astfel de ciclu este un ciclu în patru timpi. În prezent este cel mai comun tip de motor pentru automobile.

Principiul de funcționare al unui motor cu ardere internă (ICE)

Astfel, ciclul motorului este împărțit în următoarele etape:

• Accident vascular cerebral.
• Ciclul de compresie.
• Cursa de expansiune sau cursa de lucru.
• Ciclul de eliberare.

Forța de la pistonul în mișcare a cilindrului prin arborele cotit este transformată în mișcare de rotație a arborelui motorului. O parte din energia de rotație este cheltuită pentru a readuce pistoanele la starea lor inițială, pentru a finaliza un nou ciclu. Proiectarea arborelui determină diferitele poziții ale pistoanelor în cilindri diferiți la un moment dat. Astfel, cu cât sunt mai mulți cilindri în motor, cu atât, în general, este mai uniformă rotația arborelui său.

În funcție de dispunerea cilindrilor, motoarele sunt împărțite în mai multe tipuri:

a) Motoare cu dispunere verticală sau înclinată a cilindrilor pe un rând

B) în formă de V cu dispunerea reciprocă a cilindrilor sub un unghi sub forma literei latine V:

D) Motoare cu cilindri opuși. Se numește „opus”, cilindrii din acesta sunt situați la un unghi de 180 de grade:

Mecanismul de distribuție a gazului motorului la cursa de evacuare curăță cilindrii de produsele de ardere (gaze de evacuare) și umple cilindrii cu o nouă porțiune din amestecul combustibil-aer la cursa de admisie.

Sistemul de aprindere produce o descărcare de înaltă tensiune și o transferă la mufa cilindrului prin firul de înaltă tensiune. Aprinderea este controlată de un distribuitor, firele de la care merg la fiecare lumânare. Distribuitorul este proiectat în așa fel încât descărcarea să se producă exact în cilindru, unde pistonul trece în prezent punctul de cea mai mare compresie a amestecului de combustibil. Dacă amestecul se aprinde mai devreme, atunci presiunea gazului va funcționa împotriva cursului său, dacă mai târziu - puterea eliberată de expansiunea gazelor nu va fi utilizată complet.

Pentru a porni motorul, trebuie să i se dea o mișcare inițială. Pentru aceasta, se utilizează un sistem de pornire (a se vedea articolul „cum funcționează demarorul”) de la un motor electric - demaror.

Avantajele motoarelor pe benzină

• Niveluri mai mici de zgomot și vibrații în comparație cu motorina;
• Putere mai mare cu cilindree egală a motorului;
• Capacitatea de a lucra la viteze mari, fără consecințe grave pentru motor.

Dezavantaje ale motoarelor pe benzină

• Consum mai mare de combustibil decât un motor diesel și cerințe mai mari pentru calitatea acestuia;
• Necesitatea prezenței și funcționării constante a sistemului de aprindere a combustibilului;
• Cea mai mare putere a motoarelor cu combustie internă pe benzină se realizează într-un interval de viteză restrâns.