Forbrændingsmotorenhed

I et århundrede har forbrændingsmotoren været brugt i motorcykler, personbiler og lastbiler. Indtil nu er det stadig den mest økonomiske type motor. Men for mange forbliver driftsprincippet og enheden til forbrændingsmotoren uklart. Lad os prøve at forstå de vigtigste forviklinger og detaljer ved motorens struktur.

📌Definition og generelle funktioner

Et centralt træk ved enhver forbrændingsmotor er antændelsen af ​​en brændbar blanding direkte i dens arbejdskammer og ikke i eksterne medier. I øjeblikket med forbrændingsforbrænding provoserer den modtagne termiske energi driften af ​​motorens mekaniske komponenter.

Opretter historie

Før fremkomsten af ​​forbrændingsmotorer var selvkørende køretøjer udstyret med forbrændingsmotorer. Sådanne enheder arbejdede fra damptrykket genereret ved opvarmning af vandet i en separat tank.

Udformningen af ​​sådanne motorer var overdreven og ineffektiv - ud over installationens store vægt, for at overvinde lange afstande, måtte transporten også trække en anstændig forsyning med brændstof (kul eller brænde).

I betragtning af denne mangel forsøgte ingeniører og opfindere at løse et vigtigt spørgsmål: hvordan man kombinerer brændstoffet med kraftenhedens krop. Ved at fjerne elementer som en kedel, vandbeholder, kondensator, fordamper, pumpe osv. Fra systemet. det var muligt at reducere motorens vægt markant.

Oprettelsen af ​​en forbrændingsmotor i den form, som en moderne bilist kender, fandt gradvis sted. Her er de vigtigste milepæle, der førte til fremkomsten af ​​den moderne forbrændingsmotor:

• 1791 John Barber opfinder en gasturbine, der fungerer ved at destillere olie, kul og træ i retorter. Den resulterende gas sammen med luft blev pumpet ind i forbrændingskammeret af en kompressor. Den resulterende varme gas under tryk blev leveret til pumpehjulet og roteret det.
• 1794 Robert Street patenterer en motor med flydende brændstof.
• 1799. Philippe Le Bon som et resultat af pyrolyse af olie modtager selvlysende gas. I 1801 foreslår han at bruge det som brændstof til gasmotorer.
• 1807 François Isaac de Rivaz - patent på "brug af eksplosive materialer som energikilde i motorer." Opretter på grundlag af udviklingen en "Selvgående besætning"
• 1860 Etienne Lenoir var banebrydende for tidlige opfindelser ved at skabe en brugbar motor drevet af en blanding af lysgas og luft. Mekanismen blev sat i bevægelse med en gnist fra en ekstern strømkilde. Opfindelsen blev brugt på både, men blev ikke installeret på selvkørende køretøjer.
• 1861 Alphonse Bo De Rocha afslører vigtigheden af ​​at komprimere brændstoffet, før det antændes, hvilket tjente til at skabe teorien om driften af ​​en firetakters forbrændingsmotor (indtag, kompression, forbrænding med ekspansion og frigivelse).
• 1877 Nikolaus Otto skaber den første firetaktsforbrændingsmotor på 12 hk.
• 1879 Karl Benz patenterer totaktsmotoren.
• 1880'erne. Ogneslav Kostrovich, Wilhelm Maybach og Gottlieb Daimler udvikler samtidig karburatorændringer af forbrændingsmotoren og forbereder dem til masseproduktion.

Ud over benzinbrændstofmotorer dukkede Trinkler Motor op i 1899. Denne opfindelse er en anden type forbrændingsmotor (ikke-kompressormotor med højt tryk), der fungerer efter princippet for opfindelsen af ​​Rudolf Diesel. I årenes løb er kraftaggregater, både benzin og diesel, forbedret, hvilket øgede deres effektivitet.

Typer af forbrændingsmotorer

Efter konstruktionstype og specifikationer for driften af ​​forbrændingsmotoren klassificeres de efter flere kriterier:

• Efter den anvendte brændstoftype - diesel, benzin, gas.
• I henhold til princippet om køling - væske og luft.
• Afhængigt af arrangementet af cylindrene - online og V-formet.
• I henhold til fremgangsmåden til forberedelse af brændstofblandingen - karburator, gas og injektion (der dannes blandinger i den ydre del af forbrændingsmotoren) og diesel (i den indre del).
• I henhold til princippet om antændelse af brændstofblandingen - med tvungen antændelse og med selvantændelse (typisk for dieselenheder).

Motorer er også kendetegnet ved design og effektivitet:

• Stempel, hvor arbejdskammeret er placeret i cylindrene. Det er værd at overveje, at sådanne forbrændingsmotorer er opdelt i flere underarter:
  • karburator (karburatoren er ansvarlig for at skabe en beriget arbejdsblanding);
  • injektion (blandingen leveres direkte til indsugningsmanifolden gennem dyserne);
  • diesel (antændelse af blandingen opstår på grund af dannelsen af ​​højt tryk inde i kammeret).
  • Drejestempel, kendetegnet ved omdannelse af termisk energi til mekanisk energi på grund af rotorens rotation sammen med profilen. Rotorens arbejde, hvis bevægelse ligner en 8-ku-form, erstatter stemplernes, timingen og krumtapakternes funktioner fuldstændigt.
  • Gasturbine, hvor motoren drives af termisk energi opnået ved at dreje en rotor med knive, der ligner et blad. Han driver turbineskaftet.

Teorien virker ved første øjekast klar. Lad os nu se på hovedkomponenterne i drivlinjen.

📌 ICE-enhed

Kropsdesignet inkluderer følgende komponenter:

• cylinderblok;
• krankmekanisme;
• gasfordelingsmekanisme;
• systemer til forsyning og antændelse af en brændbar blanding og fjernelse af forbrændingsprodukter (udstødningsgasser).

For at forstå placeringen af ​​hver komponent skal du overveje motorstrukturdiagrammet:

Tallet 6 angiver det sted, hvor cylinderen befinder sig. Det er en af ​​de vigtigste komponenter i forbrændingsmotoren. Inde i cylinderen er der et stempel, der er betegnet med nummer 7. Det er fastgjort til forbindelsesstangen og krumtapakslen (angivet med henholdsvis nummer 9 og 12 i diagrammet). At bevæge stemplet op og ned inde i cylinderen provoserer dannelsen af ​​rotationsbevægelser af krumtapakslen. I slutningen af ​​styrestangen er der et svinghjul, der er vist på diagrammet under nummer 10. Det er nødvendigt for ensartet drejning af akslen. Den øverste del af cylinderen er udstyret med et tæt hoved, der har ventiler til blandingens indløb og udstødningsgasser. De vises under nummer 5.

Åbningen af ​​ventilerne bliver mulig på grund af knastakselkammene, betegnet nummer 14, eller rettere, dens transmissionselementer (nummer 15). Knastakslens rotation er tilvejebragt af krumtapakslens gear, angivet med tallet 13. Når stemplet bevæger sig frit i cylinderen, er det i stand til at tage to yderstillinger.

Kun en ensartet forsyning af brændstofblandingen på det rigtige tidspunkt kan sikre den normale drift af forbrændingsmotoren. For at reducere motorens driftsomkostninger til varmeafledning og for at forhindre for tidligt brug af drivkomponenterne smøres de med olie.

📌Princippet med forbrændingsmotoren

Moderne forbrændingsmotorer kører på det brændstof, der antændes inde i cylindrene og den energi, der kommer fra det. En blanding af benzin og luft tilføres gennem indsugningsventilen (i mange motorer er der to pr. Cylinder). Samme sted antændes det på grund af den gnist, der dannes tændrør... I øjeblikket af en mini-eksplosion udvides gasserne i arbejdskammeret og skaber tryk. Det driver stemplet, der er knyttet til KShM.

Diesel fungerer efter et lignende princip, kun forbrændingsprocessen startes lidt anderledes. Oprindeligt komprimeres luften i cylinderen, hvilket får den til at varme op. Inden stemplet når TDC på komprimeringsslaget, forstøver injektoren brændstof. På grund af den varme luft antændes brændstoffet alene uden en gnist. Endvidere er processen identisk med benzinmodifikationen af ​​forbrændingsmotoren.

KShM konverterer stempelgruppens frem- og tilbagegående bevægelser til rotation krumtapaksel... Drejningsmomentet går til svinghjulet og derefter til mekanisk eller automatisk gearkasse og til sidst - på drivhjulene.

Processen mens stemplet bevæger sig op eller ned kaldes et slag. Alle mål, indtil de gentages, kaldes en cyklus.

En cyklus inkluderer processen med sugning, kompression, antændelse sammen med udvidelsen af ​​de dannede gasser, frigivelse.

Der er to ændringer af motorer:

1. I en totaktscyklus drejer krumtapaksen en gang pr. Cyklus, og stemplet bevæger sig ned og op.
2. I en firetaktscyklus drejer krumtapaksen to gange pr. Cyklus, og stemplet foretager fire komplette bevægelser - det vil gå ned, stige, falde, stige.

Principle Arbejdsprincip for totaktsmotor

Når føreren starter motoren, sætter starteren svinghjulet i bevægelse, krumtapaksen drejer, KShM flytter stemplet. Når det når BDC og begynder at stige, er arbejdskammeret allerede fyldt med en brændbar blanding.

I det øverste død midt på stemplet, tænder det og bevæger det ned. Yderligere ventilation opstår - udstødningsgasserne forskydes af en ny del af den fungerende brændbare blanding. Udrensning kan være anderledes afhængigt af motorens design. En af modifikationerne tilvejebringer fyldning af understemplets plads med brændstof-luftblandingen, når den stiger, og når stemplet kommer ned, presses det ind i arbejdskammeret i cylinderen og forskyder forbrændingsprodukterne.

I sådanne modifikationer af motorer er der ikke noget ventiltidssystem. Stemplet åbner / lukker indløbet / udløbet.

Sådanne motorer bruges i teknologi med lav effekt, fordi gasudveksling i dem sker på grund af udskiftning af udstødningsgasser med en anden del af luft-brændstofblandingen. Da arbejdsblandingen delvist fjernes sammen med udstødningen, er denne ændring kendetegnet ved øget brændstofforbrug og lavere effekt sammenlignet med firetakters analoger.

En af fordelene ved sådanne forbrændingsmotorer er, at der er mindre friktion pr. Cyklus, men samtidig opvarmes de mere.

Principle Arbejdsprincip for en firetaktsmotor

De fleste biler og andre motorkøretøjer er udstyret med firetakters motorer. En gasfordelingsmekanisme bruges til at forsyne arbejdsblandingen og fjerne udstødningsgasserne. Det drives gennem et timingdrev, der er forbundet med krumtapakslingen ved hjælp af et bælte, kæde eller gear.

roterende knastaksel hæver / sænker ind- / udstødningsventilerne placeret over cylinderen. Denne mekanisme sikrer synkronisering af åbningen af ​​de tilsvarende ventiler til tilførsel af den brændbare blanding og fjernelse af udstødningsgasser.

I sådanne motorer forekommer cyklussen som følger (for eksempel en benzinmotor):

1. I det øjeblik, motoren starter, drejer starteren svinghjulet, der driver krumtapakslen. Indløbsventilen åbnes. Vejmekanismen sænker stemplet og skaber et vakuum i cylinderen. Der er et sugeslag af luft-brændstofblandingen.
2. Bevægelse fra bunden nedad midt opad, komprimerer stemplet den brændbare blanding. Dette er den anden måling - komprimering.
3. Når stemplet er i det øverste døde centrum, skaber tændrøret en gnist, der antænder blandingen. På grund af eksplosionen udvides gasserne. Overtryk i cylinderen bevæger stemplet nedad. Dette er den tredje cyklus - tænding og udvidelse (eller arbejdsslag).
4. Den roterende krumtapaksel bevæger stemplet opad. På dette tidspunkt åbner knastakslen udstødningsventilen, gennem hvilken det stigende stempel udstød udstødningsgasserne. Dette er den fjerde udgivelse af bjælken.

Hjælpeanlæg til forbrændingsmotoren

Ingen moderne forbrændingsmotor er i stand til at fungere uafhængigt. Dette skyldes, at brændstof skal leveres fra gasstanken til motoren, det skal antændes på det rigtige tidspunkt, og så motoren ikke "kvæles" fra udstødningsgaserne, skal de fjernes i tide.

Roterende dele har brug for konstant smøring. På grund af de høje temperaturer, der genereres under forbrændingen, skal motoren køles. Disse ledsagende processer leveres ikke af selve motoren, så forbrændingsmotoren fungerer sammen med hjælpesystemer.

GnTændingssystem

Dette hjælpesystem er designet til rettidig antændelse af den brændbare blanding i den passende stempelposition (TDC i kompressionsslaget). Det bruges i forbrændingsmotorer med benzin og består af følgende elementer:

• Strømforsyning. Når motoren er i ro, udføres denne funktion af batteriet (hvordan du starter en bil, hvis batteriet er død, skal du læse ind separat artikel). Efter start af motoren er energikilden generator.
• Egnitionslås. En enhed, der lukker et elektrisk kredsløb for at drive det fra en strømkilde.
• Lagerenhed. De fleste benzinbiler har en tændspole. Der er også modeller, hvor der er flere sådanne elementer - et for hvert tændrør. De konverterer lavspænding fra batteriet til højspænding, der er nødvendig for at skabe en gnist af høj kvalitet.
• Distributør-afbrydelse af antændelse. I karburatorbiler er dette en distributør, i de fleste andre kontrolleres denne proces af en ECU. Disse enheder distribuerer elektriske impulser til de relevante tændrør.

Introduktionssystem

Forbrænding kræver en kombination af tre faktorer: brændstof, ilt og en antændelseskilde. Hvis der bruges en elektrisk udladning - tændingssystemets opgave, giver indtagssystemet ilt til motoren, så brændstoffet kan antænde.

Dette system består af:

• Luftindtag - et grenrør, hvorigennem renses luft. Optagelsesprocessen afhænger af motorændringen. I atmosfæriske motorer suges luft ind på grund af dannelsen af ​​et vakuum dannet i cylinderen. I turboladede modeller forbedres denne proces ved rotationen af ​​superchargerbladene, hvilket øger motoreffekten.
• Luftfilteret er designet til at rense strømmen fra støv og små partikler.
• Spjældventilen er en ventil, der regulerer mængden af ​​luft, der kommer ind i motoren. Det reguleres enten ved at trykke på gaspedalen eller ved hjælp af elektronik på kontrolenheden.
• Indsugningsmanifolden er et system af rør, der er forbundet til et fælles rør. I injektionsforbrændingsmotorer er der installeret en drosselventil ovenpå og en brændstofinjektor til hver cylinder. I karburatormodifikationer er der installeret en karburator på indsugningsmanifolden, hvor luft blandes med benzin.

Foruden luft skal brændstof tilføres cylindrene. Til dette formål er der udviklet et brændstofsystem, der består af:

• brændstoftank;
• brændstofledning - slanger og rør, gennem hvilke benzin eller diesel brændstof bevæger sig fra tanken til motoren;
• karburator eller injektor (dysesystemer, der sprøjter brændstof);
• brændstofpumpepumpning af brændstof fra en tank til en karburator eller anden anordning til blanding af brændstof og luft;
• et brændstoffilter, der renser benzin eller diesel fra affald.

I dag er der mange modifikationer af motorer, hvor arbejdsblandingen føres ind i cylindrene ved forskellige metoder. Sådanne systemer inkluderer:

• enkelt injektion (karburatorprincip, kun med en dyse);
• distribueret injektion (en separat dyse er installeret for hver cylinder, luft-brændstofblandingen dannes i indsugningsmanifoldskanalen);
• direkte injektion (dysen sprøjter arbejdsblandingen direkte i cylinderen);
• kombineret injektion (kombinerer princippet om direkte og distribueret injektion)

UbSmøresystem

Alle gnidningsoverflader på metaldele skal smøres for at afkøle og reducere slid. For at give denne beskyttelse er motoren udstyret med et smøresystem. Det beskytter også metaldele mod oxidation og fjerner kulstofaflejringer. Smøresystemet består af:

• sump - et reservoir, der indeholder motorolie;
• en oliepumpe, der skaber tryk, takket være hvilket smøremiddel strømmer ind i alle dele af motoren;
• et oliefilter, der fælder partikler, der er resultatet af motorens drift;
• nogle biler er udstyret med en oliekøler til yderligere afkøling af motorsmøremidlet.

📌Udstødningssystem

Et højkvalitets udstødningssystem sikrer fjernelse af udstødningsgasser fra cylindernes arbejdskamre. Moderne biler er udstyret med et udstødningssystem, der inkluderer følgende elementer:

• en udstødningsmanifold, der dæmper vibrationer af varme udstødningsgasser;
• et modtagerør, i hvilket udstødningsgaserne kommer fra manifolden (ligesom udstødningsmanifolden er det lavet af varmebestandigt metal);
• en katalysator, der renser udstødningsgasser fra skadelige elementer, der gør det muligt for køretøjet at overholde miljøstandarder;
• resonator - en kapacitet, der er lidt mindre end hoveddæmperen, designet til at reducere udstødningshastigheden;
• den største lyddæmper, indeni der er skillevægge, der ændrer udstødningsgassens retning for at reducere deres hastighed og støj.

📌Kølesystem

Dette ekstra system gør det muligt for motoren at køre uden overophedning. Hun støtter motorens driftstemperaturmens det afvikles. Så at denne indikator ikke overskrider de kritiske grænser, selv når bilen står stille, består systemet af følgende dele:

• køleradiatorbestående af rør og plader designet til hurtig varmeveksling mellem kølevæsken og den omgivende luft;
• en ventilator, der giver en større luftstrøm, for eksempel hvis bilen befinder sig i et trafikpropper, og radiatoren ikke er blæst tilstrækkeligt;
• en vandpumpe, på grund af hvilken cirkulationen af ​​kølevæsken sikres, som fjerner varme fra de varme vægge i cylinderblokken;
• termostat - en ventil, der åbnes efter at motoren varmer op til driftstemperatur (inden den udløses, cirkulerer kølevæsken i en lille cirkel, og når den åbner, bevæger væsken sig gennem radiatoren).

Synkron betjening af hvert hjælpesystem sikrer en jævn drift af forbrændingsmotoren.

📌 Motorcykler

En cyklus henviser til handlinger, der gentages i en enkelt cylinder. Firetaktsmotoren er udstyret med en mekanisme, der udløser hver af disse cyklusser.

I forbrændingsmotoren udfører stemplet frem- og tilbagegående bevægelser (op / ned) langs cylinderen. Forbindelsesstangen og krumtappen, der er fastgjort til den, omdanner denne energi til rotation. Under en handling - når stemplet når fra det laveste punkt til toppen og tilbage - gør krumtapakslen en omdrejning omkring sin akse.

For at denne proces skal finde sted konstant, skal en luft-brændstofblanding trænge ind i cylinderen, den skal komprimeres og antændes i den, og forbrændingsprodukter skal også fjernes. Hver af disse processer finder sted i en krumtapakselrevolution. Disse handlinger kaldes søjler. Der er fire af dem i en firetakt:

1. Indtag eller sugning. Ved dette slag suges en luft-brændstofblanding ind i cylinderhulen. Det kommer ind gennem en åben indsugningsventil. Afhængigt af typen af ​​brændstofsystem blandes benzin med luft i indsugningsmanifolden eller direkte i cylinderen, såsom i dieselmotorer;
2. Kompression. På dette tidspunkt er både indsugnings- og udstødningsventilerne lukket. Stemplet bevæger sig op på grund af krumtapakselens krumtap, og det roterer på grund af andre slag i tilstødende cylindre. I en benzinmotor komprimeres VTS til flere atmosfærer (10-11) og i en dieselmotor - mere end 20 atm;
3. Arbejdsslag. I det øjeblik, hvor stemplet stopper helt øverst, antændes den komprimerede blanding ved hjælp af en gnist fra et tændrør. I en dieselmotor er denne proces lidt anderledes. I den komprimeres luften så meget, at dens temperatur springer til en værdi, som dieselbrændstoffet antænder af sig selv. Så snart en eksplosion af en blanding af brændstof og luft opstår, har den frigivne energi ingen steder at gå, og den bevæger stemplet ned;
4. Forbrændingsprodukter frigives. For at fylde kammeret med en frisk del af den brændbare blanding skal de gasser, der dannes som følge af antændelsen, fjernes. Dette sker i det næste slag, når stemplet går op. I dette øjeblik åbnes udløbsventilen. Når stemplet når det øverste dødpunkt, lukkes cyklussen (eller sæt af slag) i en separat cylinder, og processen gentages.

📌 Fordele og ulemper ved ICE

I dag er ICE den bedste motorindstilling til motorkøretøjer. Blandt fordelene ved sådanne enheder er:

• let reparation;
• økonomi til lange ture (afhænger af dens volumen);
• stor arbejdsressource;
• tilgængelighed for en bilist med gennemsnitlig indkomst.

Den ideelle motor er endnu ikke skabt, så disse enheder har også nogle ulemper:

• jo mere kompleks enheden og relaterede systemer er, desto dyrere er deres vedligeholdelse (f.eks. EcoBoost-motorer);
• kræver finjustering af brændstofforsyningssystemet, tændingsdistribution og andre systemer, hvilket kræver visse færdigheder, ellers fungerer motoren ikke effektivt (eller starter slet ikke);
• mere vægt (sammenlignet med elektriske motorer);
• slid på veivmekanismen.

På trods af at have udstyret mange køretøjer med andre typer motorer ("rene" biler drevet med elektrisk trækkraft), vil ICEs opretholde en konkurrencedygtig position i lang tid på grund af deres tilgængelighed. Hybride og elektriske versioner af biler vinder popularitet, men på grund af de høje omkostninger ved sådanne køretøjer og omkostningerne til deres vedligeholdelse er de endnu ikke tilgængelige for den gennemsnitlige bilist.

Almindelige spørgsmål:

Hvad er en forbrændingsmotor? Dette er en type kraftenhed, hvor et lukket forbrændingskammer er tilvejebragt i designet, hvor termisk energi genereres (på grund af antændelsen af ​​brændstof-luftblandingen) og omdannes til mekanisk energi.

Hvem opfandt forbrændingsmotoren? En prøve af verdens første forbrændingsmotor blev opdaget af den franske opfinder Étven Lenoir i 1860. Den første firetaktsforbrændingsmotor, ifølge den ordning, hvoraf absolut alle kraftaggregater fungerer, blev opfundet af Nikolaus Otto.

Hvad er motoren lavet af? Den enkleste ICE består af en cylinderblok, hvori et krumtapforbindelsesstangsystem, en cylinder-stempelgruppe er installeret, blokken er dækket af et topstykke med en gasfordelingsmekanisme (knastaksel og ventiler), et indsugnings- og udstødningssystem, et brændstof- og tændingssystem.