Forbrenningsmotorenhet

I et århundre har forbrenningsmotoren blitt brukt i motorsykler, biler og lastebiler. Til nå er det fortsatt den mest økonomiske typen motor. Men for mange forblir driftsprinsippet og enheten til forbrenningsmotoren uklart. La oss prøve å forstå de viktigste vanskelighetene og detaljene i strukturen til motoren.

📌Definisjon og generelle funksjoner

Nøkkelfunksjonen til enhver forbrenningsmotor er tenningen av den brennbare blandingen direkte i arbeidskammeret, og ikke i eksterne medier. I øyeblikket med forbrenning forbrenning, provoserer den resulterende termiske energien driften av motorens mekaniske komponenter.

Lager historie

Før ankomsten til forbrenningsmotorer var selvgående kjøretøy utstyrt med forbrenningsmotorer. Slike enheter opererte fra damptrykket generert ved å varme opp vannet i en separat tank.

Utformingen av slike motorer var stor og ineffektiv - i tillegg til den store vekten av installasjonen, for å overvinne lange avstander, måtte transporten også trekke en anstendig tilførsel av drivstoff (kull eller ved).

Med tanke på denne mangelen prøvde ingeniører og oppfinnere å løse et viktig spørsmål: hvordan man kan kombinere drivstoffet med kroppen til kraftenheten. Ved å fjerne elementer som kjele, vanntank, kondensator, fordamper, pumpe, etc. fra systemet. det var mulig å redusere vekten på motoren betydelig.

Opprettelsen av en forbrenningsmotor i den form som er kjent for en moderne bilist skjedde gradvis. Her er de viktigste milepælene som førte til fremveksten av den moderne forbrenningsmotoren:

• 1791 John Barber oppfinner en gassturbin som opererer ved å destillere olje, kull og trevirke i retorter. Den resulterende gass sammen med luft ble pumpet inn i forbrenningskammeret av en kompressor. Den resulterende varme gass under trykk ble levert til pumpehjulet og rotert det.
• 1794 Robert Street patenterer en flytende drivstoffmotor.
• 1799. Philippe Le Bon som et resultat av pyrolyse av olje mottar selvlysende gass. I 1801 foreslår han å bruke den som drivstoff for bensinmotorer.
• 1807 François Isaac de Rivaz - patent på "bruk av eksplosive materialer som energikilde i motorer." Skaper et selvgående mannskap basert på utviklingen.
• 1860 Etienne Lenoir var banebrytende for tidlige oppfinnelser ved å lage en brukbar motor drevet av en blanding av lysgass og luft. Mekanismen ble satt i gang med en gnist fra en ekstern strømkilde. Oppfinnelsen ble brukt på båter, men ble ikke installert på selvkjørende kjøretøy.
• 1861 Alphonse Bo De Rocha avslører viktigheten av å komprimere drivstoff før den antennes, noe som tjente til å skape en teori om driften av en firetakts forbrenningsmotor (inntak, kompresjon, forbrenning med utvidelse og utløsning).
• 1877 Nikolaus Otto lager den første firetaktsforbrenningsmotoren på 12 hk.
• 1879 Karl Benz patenterer totaktsmotoren.
• 1880-tallet. Ogneslav Kostrovich, Wilhelm Maybach og Gottlieb Daimler utvikler samtidig forgassermodifiseringer av forbrenningsmotoren og forbereder dem for masseproduksjon.

I tillegg til bensindrevne motorer dukket Trinkler Motor opp i 1899. Foreliggende oppfinnelse er en annen type forbrenningsmotor (ikke-kompressor høytrykksoljemotor) som fungerer etter prinsippet ifølge oppfinnelsen til Rudolf Diesel. I løpet av årene har kraftagene, både bensin og diesel, blitt bedre, noe som økte effektiviteten.

Typer av forbrenningsmotorer

Etter type design og spesifikasjoner for drift av forbrenningsmotoren, klassifiseres de etter flere kriterier:

• Etter hvilken type drivstoff som brukes - diesel, bensin, bensin.
• I henhold til prinsippet om kjøling - væske og luft.
• Avhengig av arrangementet på sylindrene - i linje og V-formet.
• I henhold til metoden for tilberedning av drivstoffblandingen - forgasser, gass og injeksjon (blandinger dannes i den ytre delen av forbrenningsmotoren) og diesel (i den indre delen).
• I henhold til prinsippet om tenning av drivstoffblandingen - med tvangsantennelse og med selvantennelse (typisk for dieselenheter).

Motorer kjennetegnes også ved design og driftseffektivitet:

• Stempel, der arbeidskammeret er plassert i sylindrene. Det er verdt å vurdere at slike forbrenningsmotorer er delt inn i flere underarter:
  • forgasser (forgasseren er ansvarlig for å lage en beriket arbeidsblanding);
  • injeksjon (blandingen tilføres direkte til inntaksmanifolden gjennom dysene);
  • diesel (antennelse av blandingen skjer på grunn av dannelse av høyt trykk inne i kammeret).
  • Roterende stempel, karakterisert ved omdanning av termisk energi til mekanisk energi på grunn av rotasjonen av rotoren sammen med profilen. Rotorens arbeid, hvis bevegelse ligner en 8-ku i form, erstatter stemplene, timingen og veivakselens funksjoner fullstendig.
  • Gassturbin, der motoren drives av termisk energi oppnådd ved å rotere en rotor med kniver som ligner et blad. Den driver turbinakselen.

Teorien virker ved første øyekast tydelig. La oss se på hovedkomponentene i drivlinjen.

📌 ICE-enhet

Kroppsdesignet inkluderer følgende komponenter:

• sylinderblokk;
• sveiv mekanisme;
• gass ​​distribusjonsmekanisme;
• systemer for forsyning og antenning av en brennbar blanding og fjerning av forbrenningsprodukter (avgasser).

For å forstå plasseringen av hver komponent, bør du vurdere motorstrukturdiagrammet:

Tallet 6 indikerer hvor sylinderen er plassert. Det er en av hovedkomponentene i forbrenningsmotoren. Inne i sylinderen er det et stempel, angitt med nummer 7. Det er festet til forbindelsesstangen og veivakselen (i diagrammet, angitt med henholdsvis nummer 9 og 12). Å bevege stempelet opp og ned inne i sylinderen provoserer dannelsen av rotasjonsbevegelser på veivakselen. På enden av rorkulten er det et svinghjul, vist i diagrammet under tallet 10. Det er nødvendig for jevn rotasjon av akselen. Den øvre delen av sylinderen er utstyrt med et tett hode med blandingsinntak og eksosventiler. De vises under nummer 5.

Åpningen av ventilene blir mulig på grunn av kamakselkammene, betegnet med nummer 14, eller rettere sagt, dens transmisjonselementer (nummer 15). Rotasjonen av kamakselen er gitt av veivakselgirene, indikert med tallet 13. Når stempelet beveger seg fritt i sylinderen, er det i stand til å ta to ekstreme posisjoner.

Bare en jevn tilførsel av drivstoffblandingen til rett tid kan sikre normal drift av forbrenningsmotoren. For å redusere driftskostnadene for motoren for varmeavledning og for å forhindre for tidlig slitasje av drivkomponentene, smøres de med olje.

📌Prinsippet til forbrenningsmotoren

Moderne forbrenningsmotorer kjører på drivstoffet som antennes inne i sylindrene og energien som kommer fra den. En blanding av bensin og luft føres gjennom inntaksventilen (i mange motorer er det to per sylinder). På samme sted antenner det på grunn av gnisten som dannes tennplugg... I øyeblikket av en minieksplosjon utvides gassene i arbeidskammeret og skaper trykk. Den setter i gang et stempel festet til KShM.

Dieselmotorer fungerer etter et lignende prinsipp, bare forbrenningsprosessen initieres på en litt annen måte. Til å begynne med komprimeres luften i sylinderen, noe som får den til å varme opp. Før stemplet når TDC på kompresjonsslaget, forstøver injektoren drivstoff. På grunn av den varme luften, antenner drivstoffet på egen hånd uten gnist. Videre er prosessen identisk med bensinmotormodifiseringen.

KShM konverterer frem- og tilbakegående bevegelser av stempelgruppen til rotasjon veivaksel... Dreiemoment går til svinghjulet, deretter til mekanisk eller automatisk girkasse og til slutt - på kjørehjulene.

Prosessen mens stempelet beveger seg opp eller ned kalles et slag. Alle tiltak inntil de blir gjentatt kalles en syklus.

En syklus inkluderer prosessen med sug, kompresjon, tenning sammen med utvidelse av de dannede gassene, frigjøring.

Det er to modifikasjoner av motorer:

1. I en totaktssyklus dreier veivakselen en gang per syklus, og stempelet beveger seg nedover og oppover.
2. I en firetaktssyklus vil veivakselen svinge to ganger per syklus, og stemplet vil gjøre fire fulle bevegelser - den vil gå ned, stige, falle, stige.

Arbeidsprinsipp for totaktsmotor

Når sjåføren starter motoren, setter starteren svinghjulet i gang, veivakselen svinger, KShM beveger stemplet. Når det når BDC og begynner å stige, er arbeidskammeret allerede fylt med en brennbar blanding.

På det øverste døde midten av stempelet, tennes det og beveger det ned. Ytterligere ventilasjon forekommer - eksosgassene fortrenges av en ny del av den brennbare blandingen. Rensing kan være forskjellig avhengig av motorens design. En av modifikasjonene sørger for å fylle understemplarommet med drivstoff-luftblandingen når den stiger, og når stempelet synker ned, presses det inn i arbeidskammeret til sylinderen og forskyver forbrenningsproduktene.

I slike motormodifiseringer er det ingen ventiltidsstyringssystem. Stempelet selv åpner / lukker innløpet / utløpet.

Slike motorer brukes i teknologi med lav effekt fordi gassutveksling i dem skjer på grunn av utskifting av avgasser med den neste delen av luft-drivstoffblandingen. Siden arbeidsblandingen delvis fjernes sammen med eksosen, skilles denne modifikasjonen av økt drivstofforbruk og lavere effekt sammenlignet med firetaktsanaloger.

En av fordelene med slike forbrenningsmotorer er at det er mindre friksjon per syklus, men samtidig varmer de opp mer.

📌 Arbeidsprinsipp for en firetaktsmotor

De fleste biler og andre motorkjøretøyer er utstyrt med firetaktsmotorer. En gassfordelingsmekanisme brukes for å tilføre arbeidsblandingen og fjerne avgassene. Den blir kjørt gjennom en tidsstyring som er koblet til veivakselskiven av et belte, kjede eller gir.

roterende kamaksel hever / senker inntaks- / eksosventilene plassert over sylinderen. Denne mekanismen sikrer synkronisering av åpningen av de tilsvarende ventiler for tilførsel av den brennbare blandingen og fjerning av avgasser.

I slike motorer forekommer syklusen som følger (for eksempel en bensinmotor):

1. I det øyeblikket motoren starter, snur starteren svinghjulet, som driver veivakselen. Innløpsventilen åpnes. Veivmekanismen senker stemplet og skaper et vakuum i sylinderen. Det er et sugeslag av luft-drivstoffblandingen.
2. Når stempelet beveger seg fra bunnen av midten og oppover, komprimerer den brennbare blandingen. Dette er det andre målet - komprimering.
3. Når stempelet er øverst i dødt sentrum, skaper tennpluggen en gnist som tenner blandingen. På grunn av eksplosjonen ekspanderer gassene. Overtrykk i sylinderen beveger stemplet nedover. Dette er den tredje syklusen - tenning og utvidelse (eller arbeidsslag).
4. Den roterende veivakselen beveger stemplet oppover. På dette tidspunktet åpner kamakslen eksosventilen som det stigende stempelet slipper ut avgassene gjennom. Dette er den fjerde utgivelsen.

Hjelpesystemer til forbrenningsmotoren

Ingen moderne forbrenningsmotor er i stand til å fungere uavhengig. Dette fordi drivstoffet må leveres fra bensintanken til motoren, det må tenne til rett tid, og slik at motoren ikke "kveles" fra avgassene, må de fjernes i tide.

Roterende deler trenger konstant smøring. På grunn av de høye temperaturene som genereres under forbrenningen, må motoren avkjøles. Disse medfølgende prosessene blir ikke levert av motoren selv, derfor forbrenningsmotoren fungerer sammen med hjelpesystemer.

📌 Tenningssystem

Dette hjelpesystemet er designet for rettidig antenning av den brennbare blandingen i riktig stempelposisjon (TDC i kompresjonsslaget). Den brukes i bensinforbrenningsmotorer og består av følgende elementer:

• Strømforsyning. Når motoren er i ro, utføres denne funksjonen av batteriet (hvordan du starter en bil hvis batteriet er tomt, les inn separat artikkel). Etter å ha startet motoren, er energikilden генератор.
• Egnasjonslås. En enhet som lukker en elektrisk krets for å drive den fra en strømkilde.
• Oppbevarings enhet. De fleste bensinkjøretøyer har en tennspole. Det er også modeller der det er flere slike elementer - ett for hver tennplugg. De konverterer lavspenningen som kommer fra batteriet til høyspenningen som er nødvendig for å skape en kvalitetsgnist.
• Distributør-avbryter av tenning. I forgasserbiler er dette en distributør, i de fleste andre kontrolleres denne prosessen av en ECU. Disse enhetene distribuerer elektriske impulser til de aktuelle tennpluggene.

Introduksjonssystem

Forbrenning krever en kombinasjon av tre faktorer: drivstoff, oksygen og en tenningskilde. Hvis det brukes et elektrisk utladning - oppgaven til tenningssystemet, så gir inntakssystemet oksygen til motoren slik at drivstoffet kan tenne.

Dette systemet består av:

• Luftinntak - et grenrør som ren luft føres gjennom. Opptaksprosessen avhenger av modifiseringen av motoren. I atmosfæriske motorer suges det inn luft på grunn av dannelse av et vakuum som dannes i sylinderen. I turboladede modeller forbedres denne prosessen ved rotasjonen av superladerbladene, noe som øker motoreffekten.
• Luftfilteret er designet for å rense strømmen fra støv og små partikler.
• Gassventilen er en ventil som regulerer mengden luft som kommer inn i motoren. Det reguleres enten ved å trykke på gasspedalen eller ved elektronikk på kontrollenheten.
• Inntaksmanifolden er et system med rør koblet til ett felles rør. I forbrenningsmotorer med injeksjon er en gassventil installert på toppen og for hver sylinder en drivstoffinjektor. I forgassermodifikasjoner er det installert en forgasser på inntaksmanifolden, der luft blandes med bensin.

I tillegg til luft må drivstoff tilføres sylindrene. For dette formålet er det utviklet et drivstoffsystem som består av:

• bensintank;
• drivstoffledning - slanger og rør som bensin eller diesel går gjennom tanken til motoren;
• forgasser eller injektor (dysesystemer som sprøyter drivstoff);
• bensinpumpepumpe drivstoff fra en tank til en forgasser eller annen enhet for blanding av drivstoff og luft;
• et drivstoffilter som rengjør bensin eller diesel fra rusk.

I dag er det mange modifikasjoner av motorer der arbeidsblandingen mates inn i sylindrene ved forskjellige metoder. Slike systemer inkluderer:

• enkeltinjeksjon (forgasserprinsipp, bare med en dyse);
• distribuert injeksjon (en separat dyse er installert for hver sylinder, luft-drivstoffblandingen dannes i inntaksmanifoldskanalen);
• direkte injeksjon (dysen sprayer arbeidsblandingen direkte inn i sylinderen);
• kombinert injeksjon (kombinerer prinsippet om direkte og distribuert injeksjon)

📌Smøresystem

Alle gnioverflater av metalldeler må smøres for å avkjøle og redusere slitasje. For å gi denne beskyttelsen er motoren utstyrt med et smøresystem. Det beskytter også metalldeler mot oksidasjon og fjerner karbonforekomster. Smøresystemet består av:

• sump - et reservoar som inneholder motorolje;
• en oljepumpe som skaper trykk, takket være hvilket smøremiddel som strømmer inn i alle deler av motoren;
• et oljefilter som fanger eventuelle partikler som følge av driften av motoren;
• noen biler er utstyrt med en oljekjøler for ekstra kjøling av motorsmøret.

Haust Eksosanlegg

Et eksosanlegg av høy kvalitet sikrer fjerning av avgasser fra arbeidskamrene til sylindrene. Moderne biler er utstyrt med et eksosanlegg, som inkluderer følgende elementer:

• en eksosmanifold som demper vibrasjoner av varme eksosgasser;
• et mottaksrør hvor eksosgassene kommer fra manifolden (som eksosmanifolden er den laget av varmebestandig metall);
• en katalysator som renser avgasser fra skadelige elementer, som lar kjøretøyet overholde miljøstandardene;
• resonator - en kapasitet som er litt mindre enn hoveddemperen, designet for å redusere eksoshastigheten;
• hoveddemperen, som det er partisjoner i som endrer retning på avgassene for å redusere hastigheten og støyen.

OolKjølesystem

Dette tilleggssystemet gjør at motoren kan kjøres uten overoppheting. Hun støtter motorens driftstemperaturmens den avvikles. Slik at denne indikatoren ikke overskrider de kritiske grensene, selv når bilen står stille, består systemet av følgende deler:

• kjøleradiatorbestående av rør og plater designet for rask varmeveksling mellom kjølevæsken og omgivelsesluften;
• en vifte som gir større luftstrøm, for eksempel hvis bilen er i trafikkork og radiatoren ikke er tilstrekkelig blåst;
• en vannpumpe som sikrer sirkulasjonen av kjølevæsken, som fjerner varme fra de varme veggene i sylinderblokken;
• termostat - en ventil som åpnes etter at motoren varmer opp til driftstemperatur (før den utløses, sirkulerer kjølevæsken i en liten sirkel, og når den åpnes, beveger væsken seg gjennom radiatoren).

Synkron drift av hvert hjelpesystem sikrer en jevn drift av forbrenningsmotoren.

📌 Motorsykluser

En syklus refererer til handlinger som gjentas i en enkelt sylinder. Firetaktsmotoren er utstyrt med en mekanisme som utløser hver av disse syklusene.

I forbrenningsmotoren utfører stempelet stempelbevegelser (opp / ned) langs sylinderen. Koblingsstangen og sveiven som er festet til den, omdanner denne energien til rotasjon. Under en handling - når stempelet når fra det laveste punktet til toppen og bak - gjør veivakselen en revolusjon rundt sin akse.

For at denne prosessen skal skje konstant, må en luft-drivstoffblanding komme inn i sylinderen, den må komprimeres og antennes i den, og forbrenningsprodukter må også fjernes. Hver av disse prosessene foregår i en revolusjon på veivaksel. Disse handlingene kalles barer. Det er fire av dem i firetakts:

1. Inntak eller sug. Ved dette slaget suges en luft-drivstoffblanding inn i sylinderhulen. Den kommer inn gjennom en åpen inntaksventil. Avhengig av type drivstoffsystem blandes bensin med luft i innsugningsmanifolden eller direkte i sylinderen, for eksempel i dieselmotorer;
2. Kompresjon. På dette tidspunktet er både inntaks- og eksosventilene stengt. Stempelet beveger seg opp på grunn av veivakselen, og det roterer på grunn av andre slag i tilstøtende sylindere. I en bensinmotor er VTS komprimert til flere atmosfærer (10-11), og i en dieselmotor - mer enn 20 atm;
3. Arbeidsslag. For øyeblikket når stempelet stopper helt opp, antennes den komprimerte blandingen ved hjelp av en gnist fra en tennplugg. I en dieselmotor er denne prosessen litt annerledes. I den er luften komprimert så mye at temperaturen hopper til en verdi som diesel drivstoff på av seg selv. Så snart en eksplosjon av en blanding av drivstoff og luft oppstår, har den frigjorte energien ingen steder å gå, og den beveger stempelet ned;
4. Forbrenningsprodukter frigjøres. For å fylle kammeret med en frisk del av den brennbare blandingen, må gassene som dannes som et resultat av antennelse fjernes. Dette skjer i neste slag når stempelet går opp. For øyeblikket åpner utløpsventilen. Når stempelet når det øverste dødpunktet, lukkes syklusen (eller settet med slag) i en separat sylinder, og prosessen gjentas.

Fordeler og ulemper ved ICE

I dag er det beste motoralternativet for motorkjøretøyer ICE. Blant fordelene med slike enheter er:

• enkel reparasjon;
• økonomi for lange turer (avhenger av dens volum);
• stor arbeidsressurs;
• tilgjengelighet for en bilist av gjennomsnittlig inntekt.

Den ideelle motoren er ennå ikke opprettet, så disse enhetene har noen ulemper:

• jo mer kompleks enheten og relaterte systemer er, desto dyrere er vedlikeholdet av dem (for eksempel EcoBoost-motorer);
• krever finjustering av drivstoffforsyningssystemet, tenningsdistribusjon og andre systemer, som krever visse ferdigheter, ellers vil ikke motoren fungere effektivt (eller vil ikke starte i det hele tatt);
• mer vekt (sammenlignet med elektriske motorer);
• slitasje på veivmekanismen.

Til tross for at mange kjøretøy er utstyrt med andre typer motorer ("rene" biler drevet av elektrisk trekkraft), vil ICE opprettholde en konkurranseposisjon i lang tid på grunn av deres tilgjengelighet. Hybride og elektriske versjoner av biler blir stadig mer populært, men på grunn av de høye kostnadene for slike kjøretøyer og kostnadene for vedlikehold, er de ennå ikke tilgjengelige for den gjennomsnittlige bilisten.

Vanlige spørsmål:

Hva er en forbrenningsmotor? Dette er en type kraftenhet, der et lukket forbrenningskammer er tilveiebragt i designet, hvor termisk energi genereres (på grunn av antennelsen av drivstoff-luftblandingen) og omdannes til mekanisk energi.

Hvem oppfant forbrenningsmotoren? Et utvalg av verdens første forbrenningsmotor ble oppdaget av den franske oppfinneren Etven Lenoir i 1860. Den første firetakts forbrenningsmotoren, i henhold til ordningen som absolutt alle kraftenheter fungerer, ble oppfunnet av Nikolaus Otto.

Hva er motoren laget av? Den enkleste ICE består av en sylinderblokk der et veivstangsystem, en sylinder-stempelgruppe er installert, blokken er dekket med et sylinderhode med en gassfordelingsmekanisme (kamaksel og ventiler), et inntaks- og eksosanlegg, et drivstoff- og tenningssystem.