Naprava z motorjem z notranjim zgorevanjem

Motor z notranjim zgorevanjem že stoletje uporabljajo v motociklih, avtomobilih in tovornjakih. Do zdaj ostaja najbolj ekonomičen tip motorja. Toda za mnoge načelo delovanja in naprava motorja z notranjim zgorevanjem ostaja nejasno. Poskusimo razumeti glavne zapletenosti in posebnosti strukture motorja.

Opredelitev in splošne značilnosti

Ključna značilnost katerega koli motorja z notranjim zgorevanjem je vžig gorljive mešanice neposredno v njegovi delovni komori in ne v zunanjih medijih. V trenutku zgorevanja goriva prejeta toplotna energija sproži delovanje mehanskih komponent motorja.

📌Ustvarjanje zgodovine

Pred pojavom motorjev z notranjim zgorevanjem so bila vozila na lastni pogon opremljena z motorji z zunanjim zgorevanjem. Takšne enote so delovale iz parnega tlaka, ustvarjenega s segrevanjem vode v ločeni posodi.

Zasnova takih motorjev je bila prevelika in neučinkovita - poleg velike teže naprave je moral prevoz za premagovanje velikih razdalj vleči tudi spodobno zalogo goriva (premog ali drva).

Glede na to pomanjkljivost so inženirji in izumitelji poskušali rešiti pomembno vprašanje: kako kombinirati gorivo s telesom pogonske enote. Z odstranjevanjem elementov, kot so kotel, rezervoar za vodo, kondenzator, uparjalnik, črpalka itd. je bilo mogoče znatno zmanjšati težo motorja.

Ustvarjanje motorja z notranjim zgorevanjem v obliki, ki jo pozna sodobni avtomobilist, je potekalo postopoma. Tu so glavni mejniki, ki so privedli do nastanka sodobnega motorja z notranjim zgorevanjem:

• 1791 John Barber si izmisli plinsko turbino, ki deluje tako, da v retortah destilira nafto, premog in les. Nastali plin je skupaj z zrakom kompresor črpal v zgorevalno komoro. Nastali vroči plin pod pritiskom je bil doveden na rotor rotorja in ga zasukal.
• 1794 Robert Street patentira motor na tekoče gorivo.
• 1799 Philippe Le Bon zaradi pirolize nafte prejme luminiscenčni plin. Leta 1801 predlaga, da se uporablja kot gorivo za plinske motorje.
• 1807 François Isaac de Rivaz - patent o "uporabi eksplozivnih materialov kot viru energije v motorjih." Ustvari posadko na lastni pogon, ki temelji na razvoju.
• 1860 Etienne Lenoir je pionir zgodnjih izumov ustvaril izvedljiv motor, ki ga poganja mešanica svetlobnega plina in zraka. Mehanizem je bil sprožen z iskrico iz zunanjega vira energije. Izum je bil uporabljen na čolnih, ni pa bil nameščen na samohodnih vozilih.
• 1861 Alphonse Bo De Rocha razkriva pomen stiskanja goriva pred vžigom, ki je služil za oblikovanje teorije o delovanju štiritaktnega motorja z notranjim zgorevanjem (sesanje, kompresija, zgorevanje s širjenjem in sproščanjem).
• 1877 Nikolaus Otto ustvari prvi štiritaktni motor z notranjim zgorevanjem z 12 KM.
• 1879 Karl Benz patentira dvotaktni motor.
• Osemdeseta leta. Ogneslav Kostrovich, Wilhelm Maybach in Gottlieb Daimler istočasno razvijajo uplinjače modifikacije motorja z notranjim zgorevanjem in jih pripravljajo na množično proizvodnjo.

Leta 1899 se je poleg bencinskih motorjev pojavil tudi Trinkler Motor. Predloženi izum je druga vrsta motorja z notranjim zgorevanjem (nekompresorski visokotlačni oljni motor), ki deluje po principu izuma Rudolfa Diesela. Z leti so se agregati, tako bencinski kot dizelski, izboljšali, kar je povečalo njihovo učinkovitost.

Vrste motorjev z notranjim zgorevanjem

Glede na vrsto zasnove in posebnosti delovanja motorja z notranjim zgorevanjem so razvrščeni po več merilih:

• Po vrsti uporabljenega goriva - dizelsko gorivo, bencin, plin.
• Po principu hlajenja - tekočina in zrak.
• Glede na razporeditev valjev - vrstni in v obliki črke V.
• Po metodi priprave mešanice goriv - uplinjač, ​​plin in vbrizg (mešanice nastanejo v zunanjem delu motorja z notranjim zgorevanjem) in dizelsko gorivo (v notranjem delu).
• V skladu z načelom vžiga mešanice goriva - s prisilnim vžigom in s samovžigom (značilno za dizelske enote).

Motorji se odlikujejo tudi po svoji zasnovi in ​​učinkovitosti:

• Bat, v katerem je delovna komora v valjih. Upoštevati je treba, da so takšni motorji z notranjim zgorevanjem razdeljeni na več podvrst:
  • uplinjač (uplinjač je odgovoren za ustvarjanje obogatene delovne mešanice);
  • vbrizgavanje (mešanica se skozi šobe dovaja neposredno v sesalni kolektor);
  • dizelsko gorivo (vžig mešanice se pojavi zaradi ustvarjanja visokega tlaka v komori).
  • Rotacijski bat, za katerega je značilna pretvorba toplotne energije v mehansko energijo zaradi vrtenja rotorja skupaj s profilom. Delo rotorja, katerega gibanje spominja na obliko 8 ku, v celoti nadomešča funkcije bata, krmiljenja in ročične gredi.
  • Plinska turbina, pri kateri motor poganja toplotna energija, pridobljena z vrtenjem rotorja z rezili, podobnimi lopaticam. Poganja gred turbine.

Teorija se na prvi pogled zdi jasna. Zdaj pa si oglejmo glavne sestavne dele pogonskega sklopa.

Device Naprava ICE

Zasnova karoserije vključuje naslednje komponente:

• blok valjev;
• ročični mehanizem;
• mehanizem za distribucijo plina;
• sistemi za dovajanje in vžig gorljive mešanice ter odstranjevanje produktov zgorevanja (izpušni plini).

Če želite razumeti lokacijo vsake komponente, upoštevajte diagram strukture motorja:

Številka 6 označuje, kje se nahaja valj. Je eden ključnih sestavnih delov motorja z notranjim zgorevanjem. V notranjosti jeklenke je bat, označen s številko 7. Pritrjen je na ojnico in ročično gred (v diagramu označena s številkama 9 oziroma 12). Premikanje bata navzgor in navzdol znotraj cilindra povzroči nastanek rotacijskih gibanj ročične gredi. Na koncu ročice je vztrajnik, prikazan na diagramu pod številko 10. Potreben je za enakomerno vrtenje gredi. Zgornji del valja je opremljen z gosto glavo z vstopnimi in izpušnimi ventili za mešanico. Prikazani so pod številko 5.

Odpiranje ventilov postane možno zaradi odmikačev odmične gredi, označenih s številko 14, oziroma njegovih prenosnih elementov (številka 15). Vrtenje odmične gredi zagotavljajo zobniki ročične gredi, označeni s številko 13. Ko se bat prosto giblje v cilindru, lahko zavzame dva skrajna položaja.

Za normalno delovanje motorja z notranjim zgorevanjem lahko zagotovimo le enakomerno dovajanje mešanice goriva ob pravem času. Da bi zmanjšali obratovalne stroške motorja za odvajanje toplote in preprečili prezgodnjo obrabo pogonskih delov, so podmazani z oljem.

Načelo motorja z notranjim zgorevanjem

Sodobni motorji z notranjim zgorevanjem poganjajo gorivo, ki se vžge v valjih, in energijo, ki iz njega izhaja. Mešanica bencina in zraka se dovaja skozi sesalni ventil (pri mnogih motorjih sta dva na valj). Na istem mestu se vname zaradi iskre, ki nastane vžigalna svečka... V trenutku mini eksplozije se plini v delovni komori širijo in ustvarjajo pritisk. Sproži bat, pritrjen na KShM.

Dizelski motorji delujejo po podobnem principu, le postopek zgorevanja se začne nekoliko drugače. Sprva se zrak v valju stisne, zaradi česar se segreje. Preden bat doseže TDC na tlaku stiskanja, injektor razprši gorivo. Zaradi vročega zraka gorivo vžge samo od sebe brez iskre. Nadalje je postopek enak bencinski modifikaciji motorja z notranjim zgorevanjem.

KShM pretvori batne gibe skupine batov v rotacijo ročična gred... Navor gre na vztrajnik, nato na mehanski ali avtomatski menjalnik in končno - na pogonskih kolesih.

Postopek premikanja bata gor ali dol se imenuje hod. Vsi ukrepi, dokler se ne ponovijo, se imenujejo cikel.

En cikel vključuje postopek sesanja, stiskanja, vžiga skupaj s širjenjem nastalih plinov, sproščanjem.

Obstajata dve modifikaciji motorjev:

1. V dvotaktnem ciklu se ročična gred obrača enkrat na cikel, bat pa se premika navzdol in navzgor.
2. V štiritaktnem ciklu se bo ročična gred obračala dvakrat na cikel, bat pa bo izvedel štiri popolne gibe - spuščal se bo, dvigal, spuščal, dvigal.

Principle Načelo dela dvotaktnega motorja

Ko voznik zažene motor, zaganjalnik sproži vztrajnik, ročična gred se obrne, KShM premakne bat. Ko doseže BDC in začne naraščati, je delovna komora že napolnjena z gorljivo mešanico.

V zgornji mrtvi točki bata se vžge in premakne navzdol. Nadalje pride do prezračevanja - izpušni plini se izpodrivajo z novim delom delujoče gorljive mešanice. Odzračevanje se lahko razlikuje glede na zasnovo motorja. Ena od sprememb omogoča polnjenje prostora pod batom z mešanico goriva in zraka, ko se dvigne, in ko se bat spusti, se stisne v delovno komoro valja in izpodriva produkte zgorevanja.

Pri takšnih modifikacijah motorjev ni sistema za krmiljenje ventilov. Bat sam odpira / zapira dovod / izstop.

Takšni motorji se uporabljajo v opremi z majhno močjo, saj pride do zamenjave plina v njih zaradi zamenjave izpušnih plinov z naslednjim delom mešanice zraka in goriva. Ker se delovna mešanica delno odstrani skupaj z izpuhom, to spremembo odlikuje večja poraba goriva in manjša moč v primerjavi s štiritaktnimi analogi.

Ena od prednosti takšnih motorjev z notranjim zgorevanjem je manjše trenje na cikel, a se hkrati močneje segrejejo.

Principle Načelo dela štiritaktnega motorja

Večina avtomobilov in drugih motornih vozil je opremljenih s štiritaktnimi motorji. Za dovajanje delovne mešanice in odstranjevanje izpušnih plinov se uporablja mehanizem za distribucijo plina. Poganja se skozi krmilni pogon, ki je na jermenico, verigo ali zobniški pogon povezan z jermenico ročične gredi.

Vrtenje odmična gred dviga / spušča sesalne / izpušne ventile nad valjem. Ta mehanizem zagotavlja sinhrono odpiranje ustreznih ventilov za dovajanje gorljive mešanice in odstranjevanje izpušnih plinov.

Pri takih motorjih se cikel zgodi na naslednji način (na primer bencinski motor):

1. V trenutku, ko se motor zažene, zaganjalnik obrne vztrajnik, ki poganja ročično gred. Vhodni ventil se odpre. Ročični mehanizem spusti bat in ustvari vakuum v valju. Mešanica zrak-gorivo ima sesalni hod.
2. Če se bat premika od spodnje mrtve točke navzgor, stisne mešanico goriva. To je drugi ukrep - stiskanje.
3. Ko je bat v zgornji mrtvi točki, vžigalna svečka ustvari iskro, ki vžge mešanico. Zaradi eksplozije se plini širijo. Prekomerni tlak v valju premakne bat navzdol. To je tretji cikel - vžig in raztezanje (ali delovni hod).
4. Vrtljiva ročična gred premakne bat navzgor. V tem trenutku odmična gred odpre izpušni ventil, skozi katerega naraščajoči bat izpušča izpušne pline. To je četrta vrstica - izdaja.

📌Pomožni sistemi motorja z notranjim zgorevanjem

Noben sodoben motor z notranjim zgorevanjem ne more delovati samostojno. To je zato, ker je treba gorivo iz rezervoarja za plin dostaviti v motor, ob pravem času se mora vžgati, in da se motor ne "zaduši" iz izpušnih plinov, jih je treba pravočasno odstraniti.

Vrteči se deli potrebujejo stalno mazanje. Zaradi visokih temperatur, ki nastanejo med zgorevanjem, je treba motor ohladiti. Teh spremljevalnih procesov ne zagotavlja sam motor, zato motor z notranjim zgorevanjem deluje v povezavi s pomožnimi sistemi.

SystemVžigalni sistem

Ta pomožni sistem je zasnovan za pravočasen vžig gorljive mešanice v ustreznem položaju bata (TDC v tlaku stiskanja). Uporablja se na bencinskih motorjih z notranjim zgorevanjem in je sestavljen iz naslednjih elementov:

• Vir moči. Ko motor miruje, to funkcijo opravlja akumulator (kako zagnati avto, če je baterija prazna, preberite v ločen članek). Po zagonu motorja je vir energije generator.
• Vžigalna ključavnica. Naprava, ki zapre električni tokokrog za napajanje iz vira napajanja.
• Shranjevalna naprava. Večina bencinskih vozil ima vžigalno tuljavo. Obstajajo tudi modeli, v katerih je več takih elementov - po en za vsako svečko. Nizko napetost iz baterije pretvorijo v visoko napetost, potrebno za ustvarjanje visokokakovostne iskre.
• Razdelilnik-prekinilnik vžiga. V uplinjačih je ta distributer, v večini drugih ta postopek nadzira ECU. Te naprave distribuirajo električne impulze na ustrezne svečke.

📌Uvodni sistem

Za zgorevanje je potrebna kombinacija treh dejavnikov: goriva, kisika in vira vžiga. Če pride do električnega praznjenja - naloga vžigalnega sistema, potem sesalni sistem motorju priskrbi kisik, da se gorivo lahko vžge.

Ta sistem je sestavljen iz:

• Dovod zraka - odcepna cev, skozi katero se odvaja čist zrak. Postopek sprejema je odvisen od modifikacije motorja. V atmosferskih motorjih se zrak sesa zaradi ustvarjanja vakuuma v valju. V modelih s turbopolnilnikom je ta postopek izboljšan z vrtenjem lopatic polnilnika, kar poveča moč motorja.
• Zračni filter je zasnovan za čiščenje toka pred prahom in majhnimi delci.
• Dušilni ventil je ventil, ki uravnava količino zraka, ki vstopa v motor. Uravnava se s pritiskom na stopalko za plin ali z elektroniko krmilne enote.
• Sesalni kolektor je sistem cevi, povezanih z eno skupno cevjo. Pri vbrizgalnih motorjih z notranjim zgorevanjem je na vrhu nameščen dušilni ventil in vbrizgalnik goriva za vsak valj. Pri modifikacijah uplinjača je na sesalnem kolektorju nameščen uplinjač, ​​v katerem se zrak meša z bencinom.

Poleg zraka je treba v jeklenke dovajati gorivo. V ta namen je bil razvit sistem za gorivo, ki ga sestavljajo:

• rezervoar za gorivo;
• cev za gorivo - cevi in ​​cevi, po katerih se bencin ali dizelsko gorivo premikata iz rezervoarja v motor;
• uplinjač ali injektor (sistemi šob, ki pršijo gorivo);
• črpalka za gorivočrpanje goriva iz rezervoarja v uplinjač ali drugo napravo za mešanje goriva in zraka;
• filter za gorivo, ki bencin ali dizelsko gorivo očisti iz naplavin.

Danes obstaja veliko modifikacij motorjev, pri katerih se delovna mešanica dovaja v valje z različnimi metodami. Med takšnimi sistemi so:

• enojno vbrizgavanje (načelo uplinjača, samo s šobo);
• porazdeljeno vbrizgavanje (za vsak valj je nameščena ločena šoba, mešanica zraka in goriva se tvori v kanalu sesalnega kolektorja);
• neposredno vbrizgavanje (šoba razprši delovno mešanico neposredno v valj);
• kombinirano vbrizgavanje (združuje princip neposrednega in porazdeljenega vbrizgavanja)

Mazalni sistem

Vse drgnjenje kovinskih delov je treba namazati, da se ohladi in zmanjša obraba. Za zagotovitev te zaščite je motor opremljen z mazalnim sistemom. Prav tako ščiti kovinske dele pred oksidacijo in odstranjuje usedline ogljika. Mazalni sistem je sestavljen iz:

• zbiralnik - rezervoar, ki vsebuje motorno olje;
• oljna črpalka, ki ustvarja tlak, zahvaljujoč kateri se mazivo dovaja na vse dele motorja;
• oljni filter, ki zajame delce, ki so posledica delovanja motorja;
• nekateri avtomobili so opremljeni z hladilnikom olja za dodatno hlajenje maziva v motorju.

📌 Izpušni sistem

Kakovosten izpušni sistem zagotavlja odstranjevanje izpušnih plinov iz delovnih komor jeklenk. Sodobni avtomobili so opremljeni z izpušnim sistemom, ki vključuje naslednje elemente:

• izpušni kolektor, ki duši tresljaje vročih izpušnih plinov;
• sprejemna cev, v katero izpušni plini prihajajo iz razdelilnika (tako kot izpušni zbiralnik je izdelan iz toplotno odporne kovine);
• katalizator, ki čisti izpušne pline iz škodljivih elementov, kar omogoča, da vozilo ustreza okoljskim standardom;
• resonator - zmogljivost nekoliko manjša od glavnega dušilca, namenjena zmanjšanju hitrosti izpušnih plinov;
• glavni dušilec zvoka, znotraj katerega so predelne stene, ki spreminjajo smer izpušnih plinov, da zmanjšajo njihovo hitrost in hrup.

📌Hladilni sistem

Ta dodatni sistem omogoča motorju, da deluje brez pregrevanja. Ona podpira delovna temperatura motorjamedtem ko je navita. Da ta indikator ne preseže kritičnih meja, tudi če avto miruje, je sistem sestavljen iz naslednjih delov:

• hladilni radiatorsestavljen iz cevi in ​​plošč, zasnovanih za hitro izmenjavo toplote med hladilno tekočino in zunanjim zrakom;
• ventilator, ki zagotavlja večji pretok zraka, na primer, če je avto v prometnem zastoju in je hladilnik premalo prepihan;
• vodna črpalka, zahvaljujoč kateri je zagotovljena cirkulacija hladilne tekočine, ki odvaja toploto iz vročih sten bloka cilindrov;
• termostat - ventil, ki se odpre, ko se motor segreje na delovno temperaturo (preden se sproži, hladilno sredstvo kroži v majhnem krogu in ko se odpre, se tekočina premakne skozi radiator).

Sinhrono delovanje vsakega pomožnega sistema zagotavlja nemoteno delovanje motorja z notranjim zgorevanjem.

Cy Motorni cikli

Cikel se nanaša na dejanja, ki se ponovijo v enem valju. Štiritaktni motor je opremljen z mehanizmom, ki sproži vsak od teh ciklov.

V motorju z notranjim zgorevanjem bat izvaja batne gibe (gor / dol) vzdolž valja. Ojnica in na njej pritrjena ročica pretvarjajo to energijo v vrtenje. Med enim dejanjem - ko bat doseže od najnižje točke do vrha in nazaj - ročična gred naredi en vrtljaj okoli svoje osi.

Da se ta postopek nenehno dogaja, mora v valj vstopiti mešanica zraka in goriva, v njem mora biti stisnjena in vžgana, odstranjeni pa morajo biti tudi produkti zgorevanja. Vsak od teh procesov poteka v eni revoluciji motorne gredi. Ta dejanja se imenujejo palice. V štiritaktnih so štirje:

1. Vnos ali sesanje. Pri tej kapi se mešanica zraka in goriva vpije v votlino valja. Vstopi skozi odprt sesalni ventil. Glede na vrsto sistema za gorivo se bencin meša z zrakom v sesalnem kolektorju ali neposredno v valju, na primer pri dizelskih motorjih;
2. Stiskanje. V tem trenutku sta tako sesalni kot izpušni ventil zaprta. Bat se premika navzgor zaradi zvijanja ročične gredi, vrti pa se zaradi izvajanja drugih gibov v sosednjih valjih. V bencinskem motorju je VTS stisnjen na več atmosfer (10-11), v dizelskem motorju pa več kot 20 atm;
3. Delovni udar. V trenutku, ko se bat ustavi na samem vrhu, se stisnjena zmes vžge s pomočjo iskre iz svečke. Pri dizelskem motorju je ta postopek nekoliko drugačen. V njem je zrak stisnjen toliko, da njegova temperatura skoči na vrednost, pri kateri se dizelsko gorivo vžge samo od sebe. Takoj, ko pride do eksplozije mešanice goriva in zraka, sproščena energija nima kam iti in premakne bat navzdol;
4. Sproščanje produktov zgorevanja. Da bi komoro napolnili s svežim delom gorljive mešanice, je treba odstraniti pline, ki nastanejo kot posledica vžiga. To se zgodi v naslednjem gibu, ko se bat dvigne. V tem trenutku se izpustni ventil odpre. Ko bat doseže zgornjo mrtvo točko, se cikel (ali niz gibov) v ločenem valju zapre in postopek se ponovi.

📌Prednosti in slabosti ICE

Danes je najboljša možnost motorja za motorna vozila ICE. Med prednostmi takšnih enot so:

• enostavnost popravila;
• varčnost za dolga potovanja (odvisno od njen obseg);
• velik delovni vir;
• dostopnost voznika s povprečnim dohodkom.

Idealni motor še ni bil ustvarjen, zato imajo te enote tudi nekaj pomanjkljivosti:

• bolj kot so enota in z njo povezani sistemi dražji od njihovega vzdrževanja (na primer motorji EcoBoost);
• zahteva natančno uravnavanje sistema za dovod goriva, razdeljevanja vžiga in drugih sistemov, kar zahteva določena znanja, sicer motor ne bo deloval učinkovito (ali pa se sploh ne bo zagnal);
• večja teža (v primerjavi z električnimi motorji);
• obraba ročičnega mehanizma.

Kljub temu da so številna vozila opremili z drugimi vrstami motorjev ("čisti" avtomobili, ki jih poganja električna vleka), bodo ICE zaradi svoje razpoložljivosti še dolgo ohranili konkurenčni položaj. Hibridne in električne različice avtomobilov postajajo vse bolj priljubljene, vendar zaradi visokih stroškov tovrstnih vozil in stroškov njihovega vzdrževanja povprečnemu vozniku še niso na voljo.

Pogosta vprašanja:

Kaj je motor z notranjim zgorevanjem? To je vrsta pogonske enote, pri kateri je v zasnovi predvidena zaprta zgorevalna komora, v kateri se ustvari toplotna energija (zaradi vžiga mešanice goriva in zraka) in pretvori v mehansko energijo.

Kdo je izumil motor z notranjim zgorevanjem? Vzorec prvega motorja z notranjim zgorevanjem na svetu je leta 1860 odkril francoski izumitelj Étven Lenoir. Prvi štiritaktni motor z notranjim zgorevanjem, po shemi katerega delujejo popolnoma vse pogonske enote, je izumil Nikolaus Otto.

Iz česa je narejen motor? Najenostavnejši ICE je sestavljen iz cilindričnega bloka, v katerem je nameščen sistem ročične gredi, skupina cilindrov-bata, blok je na vrhu pokrit z glavo valja z mehanizmom za distribucijo plina (odmična gred in ventili), sesalnim in izpušnim plinom sistem za gorivo in vžig.