Le dispositif du moteur à combustion interne

Depuis un siècle, un moteur à combustion interne est utilisé dans les motos, les voitures et les camions. Jusqu'à présent, il reste le type de moteur le plus économique. Mais pour beaucoup, le principe de fonctionnement et la conception du moteur à combustion interne restent incompréhensibles. Essayons de comprendre les subtilités de base et les spécificités de la structure du moteur.

📌Définition et caractéristiques générales

Une caractéristique clé de tout moteur à combustion interne est l'allumage du mélange combustible directement dans sa chambre de travail, et non dans des milieux externes. Au moment de la combustion du carburant, l'énergie thermique qui en résulte provoque le fonctionnement des composants mécaniques du moteur.

📌Créer l'histoire

Avant l'avènement des moteurs à combustion interne, les véhicules automoteurs étaient équipés de moteurs à combustion externe. Ces unités fonctionnaient à partir de la pression de vapeur générée par le chauffage de l'eau dans un réservoir séparé.

La conception de ces moteurs était dimensionnelle et inefficace - en plus du poids important de l'installation, pour surmonter de longues distances, le transport devait également transporter un approvisionnement décent en combustible (charbon ou bois de chauffage).

En raison de cette lacune, les ingénieurs et les inventeurs ont tenté de résoudre un problème important: comment combiner le carburant avec le corps de l'unité de puissance. En retirant du système des éléments tels qu'une chaudière, un réservoir d'eau, un condenseur, un évaporateur, une pompe, etc. il a été possible de réduire considérablement le poids du moteur.

La création d'un moteur à combustion interne sous la forme habituelle pour un automobiliste moderne s'est faite progressivement. Voici les principaux jalons qui ont conduit à l'émergence d'une ICE moderne:

• 1791 John Barber invente une turbine à gaz, qui fonctionnait sur la base du processus de "distillation" du pétrole, du charbon et du bois dans les cornues. Le gaz ainsi que l'air ont été pompés par le compresseur dans la chambre de combustion. Le gaz chaud résultant a été introduit sous pression dans la roue à aubes et l'a fait tourner.
• 1794 Robert Street brevète un moteur à carburant liquide.
• 1799 Phillip Lebon à la suite de la pyrolyse du pétrole reçoit du gaz lumineux. En 1801, propose de l'utiliser comme carburant pour les moteurs à gaz.
• 1807 François Isaac de Rivaz - brevet sur "l'utilisation de matières explosives comme source d'énergie dans les moteurs". Basé sur le développement crée un "équipage automoteur."
• 1860 Etienne Lenoir a incarné pour la première fois la réalité de ses premières inventions en créant un moteur fonctionnel propulsé par un mélange de gaz léger et d'air. Le mécanisme était entraîné par une étincelle provenant d'une source d'alimentation externe. L'invention a été utilisée sur des bateaux, mais n'a pas été installée sur des machines automotrices.
• 1861 Alphonse Bo De Roche révèle l'importance de la compression du carburant avant l'allumage, qui a servi à créer une théorie du moteur à quatre temps (aspiration, compression, combustion avec détente et détente).
• 1877 Nikolaus Otto crée le premier moteur à quatre temps d'une puissance de 12 ch
• 1879 Karl Benz a breveté un moteur à deux temps.
• Années 1880. Ogneslav Kostrovich, Wilhelm Maybach et Gottlieb Daimler développent simultanément des modifications de carburateur du moteur à combustion interne, les préparant à la production en série.

En plus des moteurs à essence, le moteur Trinkler est apparu en 1899. Cette invention est un autre type d'ICE (moteur à huile haute pression sans compresseur), fonctionnant sur le principe de l'invention de Rudolf Diesel. Au fil des ans, les unités motrices, essence et diesel, ont été améliorées, ce qui a augmenté leur efficacité.

📌Types de moteurs à combustion interne

Par type de conception et les spécificités du fonctionnement du moteur à combustion interne sont classées selon plusieurs critères:

• Par le type de carburant utilisé - diesel, essence, gaz.
• Selon le principe de refroidissement - liquide et air.
• Selon l'emplacement des cylindres - en ligne et en forme de V.
• Par la méthode de préparation du mélange de carburant - carburateur, gaz et injection (les mélanges sont formés dans la partie extérieure du moteur à combustion interne) et diesel (dans la partie intérieure).
• Selon le principe d'allumage du mélange de carburant - avec allumage forcé et auto-allumage (typique pour les unités diesel).

Les moteurs se distinguent également par leur conception spécifique et leur efficacité opérationnelle:

• Piston, dans lequel la chambre de travail est localisée dans les cylindres. Il convient de noter que ces ICE sont divisées en plusieurs sous-espèces:
  • carburateur (le carburateur est responsable de la création d'un mélange de travail enrichi);
  • injection (le mélange s'écoule directement dans le collecteur d'admission par des buses);
  • diesel (l'inflammation du mélange se produit en raison de la création de haute pression à l'intérieur de la chambre).
  • Piston rotatif, caractérisé par la conversion de l'énergie thermique en énergie mécanique due à la rotation du rotor avec le profil. Le travail du rotor, dont le mouvement en forme ressemble à un 8-ku, remplace complètement les fonctions de pistons, de calage et de vilebrequin.
  • Turbine à gaz, dans laquelle le moteur est entraîné par l'énergie thermique obtenue en faisant tourner le rotor avec des pales ressemblant à une pale en forme. Il entraîne l'arbre de turbine.

La théorie, à première vue, semble compréhensible. Considérons maintenant les principaux composants du groupe motopropulseur.

📌 Dispositif ICE

La conception du boîtier comprend de tels composants:

• bloc-cylindres;
• mécanisme à manivelle;
• mécanisme de distribution de gaz;
• systèmes d'alimentation et d'allumage d'un mélange combustible et d'évacuation des produits de combustion (gaz d'échappement).

Pour comprendre l'emplacement de chaque composant, considérez la structure du moteur:

Le chiffre 6 indique l'endroit où se trouve le cylindre. C'est l'un des composants clés d'ICE. À l'intérieur du cylindre, il y a un piston, indiqué par le numéro 7. Il est fixé avec une bielle et un vilebrequin (indiqués sur le schéma par les numéros 9 et 12, respectivement). Le déplacement de haut en bas du piston à l'intérieur du cylindre provoque la formation de mouvements de rotation du vilebrequin. Un volant d'inertie est représenté à l'extrémité de la manivelle, ce qui est illustré dans le diagramme sous le numéro 10. Il est nécessaire pour une rotation uniforme de l'arbre. La partie supérieure du cylindre est équipée d'une tête étanche comportant des soupapes pour l'admission du mélange et la libération des gaz d'échappement. Ils sont indiqués sous le numéro 5.

L'ouverture des soupapes devient possible grâce aux cames d'arbre à cames, désignées numéro 14, ou plutôt, ses éléments de transmission (numéro 15). La rotation de l'arbre à cames est assurée par les pignons du vilebrequin, indiqués par le chiffre 13. Lorsque le piston se déplace librement dans le cylindre, il est capable de prendre deux positions extrêmes.

Pour assurer le fonctionnement normal du moteur à combustion interne ne peut qu'une alimentation uniforme du mélange de carburant au bon moment. Pour réduire les coûts d'exploitation du moteur pour l'évacuation de la chaleur et pour éviter l'usure prématurée des composants mobiles, ils sont lubrifiés à l'huile.

📌Le principe du moteur à combustion interne

Les ICE modernes sont alimentés par du carburant inflammable à l'intérieur des cylindres et par l'énergie qui en résulte. Un mélange d'essence et d'air est fourni par la soupape d'admission (dans de nombreux moteurs, deux par cylindre). Au même endroit, il s'enflamme à cause de l'étincelle qui se forme bougie. Au moment de la mini-explosion, les gaz dans la chambre de travail se dilatent, créant une pression. Il entraîne un piston attaché à un cshm.

Les moteurs diesel fonctionnent sur un principe similaire, seul le processus de combustion est lancé quelque peu différemment. Initialement, l'air dans le cylindre est comprimé, ce qui le fait chauffer. Avant que le piston n'atteigne le PMH pendant la course de compression, la buse pulvérise du carburant. En raison de l'air chaud, le carburant s'enflamme sans étincelle. De plus, le processus est identique à la modification du moteur à essence.

KShM convertit les mouvements alternatifs du groupe de pistons en rotation vilebrequin. Le couple va au volant, puis au boîte de vitesses manuelle ou automatique et enfin - sur les roues motrices.

Le processus pendant que le piston monte ou descend s'appelle un battement. Toutes les mesures jusqu'à ce qu'elles soient répétées sont appelées un cycle.

Un cycle comprend le processus d'absorption, de compression, d'allumage ainsi que l'expansion des gaz résultants, d'échappement.

Il existe deux modifications de moteurs:

1. Dans un cycle push-pull, le vilebrequin tourne une fois, et le piston descend et monte.
2. Dans un cycle à quatre temps, le vilebrequin démarrera deux fois et le piston effectuera quatre mouvements complets - il baissera, montera, baissera, montera.

📌 Principe de fonctionnement du moteur à deux temps

Lorsque le conducteur démarre le moteur, le démarreur entraîne le volant, le vilebrequin tourne, le vilebrequin déplace le piston. Quand il atteint le BDC et commence à monter, la chambre de travail est déjà remplie d'un mélange combustible.

Au PMH du piston, il s'enflamme et le fait descendre. Ensuite, la ventilation se produit - les gaz d'échappement sont déplacés par une nouvelle portion du mélange combustible actif. La purge peut se produire de différentes manières selon le moteur. L'une des modifications consiste à remplir l'espace du sous-piston avec un mélange carburant-air lorsqu'il monte et lorsque le piston tombe, il est expulsé dans la chambre de travail du cylindre, déplaçant les produits de combustion.

Dans de telles modifications des moteurs, il n'y a pas de système de calage des soupapes. Le piston lui-même ouvre / ferme l'entrée / la sortie.

Ces moteurs sont utilisés dans la technologie de faible puissance, car l'échange de gaz en eux se produit en raison du remplacement des gaz d'échappement par une autre partie du mélange air-carburant. Étant donné que le mélange de travail est partiellement éliminé avec l'échappement, cette modification se caractérise par une consommation de carburant accrue et une puissance inférieure par rapport à ses homologues à quatre temps.

Un des avantages de ces moteurs à combustion interne est moins de frottement en un cycle, mais en même temps, ils chauffent plus fortement.

📌 Principe de fonctionnement d'un moteur à quatre temps

La plupart des voitures et autres véhicules à moteur sont équipés de moteurs à quatre temps. Un mécanisme de distribution de gaz est utilisé pour fournir le mélange de travail et les gaz d'échappement. Il est entraîné par un entraînement de synchronisation relié à une poulie de vilebrequin par une transmission par courroie, chaîne ou engrenage.

Filer arbre à cames soulève / abaisse les soupapes d'admission / d'échappement situées au-dessus du cylindre. Ce mécanisme permet une ouverture synchronisée des soupapes correspondantes pour fournir un mélange combustible et des gaz d'échappement.

Dans de tels moteurs, le cycle se déroule comme suit (par exemple, ICE essence):

1. Au moment du démarrage du moteur, le démarreur fait tourner le volant, qui entraîne le vilebrequin. La soupape d'admission s'ouvre. Un mécanisme à manivelle abaisse le piston, créant un vide dans le cylindre. Il y a une course d'aspiration du mélange air-carburant.
2. En se déplaçant du point mort bas vers le haut, le piston comprime le mélange combustible. Ceci est la deuxième mesure - la compression.
3. Lorsque le piston est au point mort haut, l'étincelle crée une étincelle qui enflamme le mélange. En raison de l'explosion, une expansion de gaz se produit. Une pression excessive dans le cylindre fait descendre le piston. Il s'agit de la troisième étape - l'allumage et l'expansion (ou course de travail).
4. Un vilebrequin rotatif déplace le piston vers le haut. À ce stade, l'arbre à cames ouvre la soupape d'échappement à travers laquelle le piston montant déplace les gaz d'échappement. Il s'agit de la quatrième mesure - libération.

📌Systèmes auxiliaires du moteur à combustion interne

Aucun moteur à combustion interne moderne n'est capable de fonctionner indépendamment. Il en est ainsi parce que le carburant doit être acheminé du réservoir d'essence au moteur, il doit être allumé au bon moment, et pour que le moteur ne "suffoque" pas des gaz d'échappement, ils doivent être retirés à temps.

Les pièces rotatives nécessitent une lubrification constante. En raison des températures élevées générées pendant la combustion, le moteur doit être refroidi. Ces processus d'accompagnement ne sont pas fournis par le moteur lui-même, de sorte que le moteur à combustion interne fonctionne avec des systèmes auxiliaires.

📌Système d'allumage

Ce système auxiliaire est conçu pour l'allumage en temps opportun d'un mélange combustible avec la position de piston correspondante (PMH en course de compression). Il est utilisé sur les moteurs à combustion interne à essence et se compose des éléments suivants:

• Source d'alimentation Lorsque le moteur est dans un état calme, cette fonction est effectuée par la batterie (comment démarrer une voiture, si la batterie est morte, lire article séparé) Après le démarrage du moteur, il agit comme une source d'énergie генератор.
• Contacteur d'allumage. Un appareil qui ferme un circuit électrique pour l'alimenter à partir d'une source d'alimentation.
• Conduire La plupart des voitures à essence ont une bobine d'allumage. Il existe également des modèles dans lesquels il existe plusieurs de ces éléments - un sur chaque bougie. Ils convertissent la basse tension provenant de la batterie en un courant haute tension, ce qui est nécessaire pour créer une étincelle de haute qualité.
• Allumage disjoncteur distributeur. Dans les voitures à carburateur, il s'agit d'un distributeur; dans la plupart des autres, ce processus est contrôlé par un calculateur. De tels dispositifs distribuent des impulsions électriques aux bougies respectives.

📌Système d'introduction

Pour créer un processus de combustion, une combinaison de trois facteurs est nécessaire: le carburant, l'oxygène et une source d'inflammation. Si l'application d'une décharge électrique est la tâche du système d'allumage, le système d'admission fournit de l'oxygène au moteur afin que le carburant puisse s'enflammer.

Ce système comprend:

• Entrée d'air - un tuyau à travers lequel de l'air propre est aspiré. Le processus d'admission dépend de la modification du moteur. Dans les moteurs atmosphériques, l'air est aspiré en créant un vide dans le cylindre. Dans les modèles turbocompressés, ce processus est amélioré par la rotation des pales du compresseur, ce qui augmente la puissance du moteur.
• Le filtre à air est conçu pour nettoyer le flux de poussière et de petites particules.
• Accélérateur - une valve qui contrôle la quantité d'air entrant dans le moteur. Il est réglé soit en appuyant sur la pédale d'accélérateur, soit par l'électronique de la centrale.
• Collecteur d'admission - un système de tuyaux connectés à un tuyau commun. Dans le moteur à injection, un papillon des gaz est installé sur le dessus et pour chaque cylindre le long de la buse de carburant. Dans les versions à carburateur, un carburateur est installé sur le collecteur d'admission, dans lequel l'air est mélangé à l'essence.

En plus de l'air, du carburant doit également être fourni aux cylindres. A cet effet, un système de carburant composé de:

• réservoir de carburant;
• conduite de carburant - tuyaux et tubes à travers lesquels le gaz ou le carburant diesel se déplace du réservoir au moteur;
• carburateur ou injecteur (systèmes de buses pulvérisant du carburant);
• pompe à essencepomper le carburant du réservoir vers un carburateur ou un autre dispositif pour mélanger le carburant et l'air;
• un filtre à carburant qui nettoie l'essence ou le carburant diesel des débris.

Aujourd'hui, il existe de nombreuses modifications de moteurs dans lesquelles le mélange de travail est introduit dans les cylindres par diverses méthodes. Parmi ces systèmes, il y a:

• injection unique (principe du carburateur, uniquement avec buse);
• injection distribuée (pour chaque cylindre, une buse séparée est installée, le mélange air-carburant est formé dans le canal du collecteur d'admission);
• injection directe (buse pulvérisant le mélange de travail directement dans le cylindre);
• injection combinée (combine le principe de l'injection directe et distribuée)

📌Système de lubrification

Toutes les surfaces de friction des pièces métalliques doivent être lubrifiées pour refroidir et réduire leur usure. Pour assurer une telle protection, le moteur est équipé d'un système de lubrification. Il protège également les pièces métalliques de l'oxydation et élimine les dépôts de carbone. Le système de lubrification se compose de:

• le carter d'huile - le réservoir dans lequel se trouve l'huile moteur;
• une pompe à huile qui crée de la pression, grâce à laquelle le lubrifiant pénètre dans tous les composants du moteur;
• un filtre à huile qui retient toutes les particules résultant du fonctionnement du moteur;
• certains véhicules sont équipés d'un refroidisseur d'huile pour refroidir davantage la lubrification du moteur.

📌Système d'échappement

Un système d'échappement de haute qualité assure l'élimination des gaz d'échappement des chambres de travail des cylindres. Les voitures modernes sont équipées d'un système d'échappement, qui comprend les éléments suivants:

• collecteur d'échappement dans lequel les vibrations des gaz d'échappement chauds sont amorties;
• un tuyau de réception dans lequel les gaz d'échappement proviennent du collecteur (comme un collecteur d'échappement est en métal résistant à la chaleur);
• un catalyseur qui nettoie les gaz d'échappement des éléments nocifs, ce qui permet au véhicule de se conformer aux normes environnementales;
• résonateur - une capacité légèrement inférieure à celle du silencieux principal, conçu pour réduire la vitesse d'échappement;
• silencieux principal, à l'intérieur duquel se trouvent des cloisons qui modifient la direction des gaz d'échappement pour réduire leur vitesse et leur bruit.

📌Système de refroidissement

Ce système supplémentaire permet au moteur de fonctionner sans surchauffe. Elle soutient température de fonctionnement du moteurpendant qu'il est enroulé. Pour que cet indicateur ne dépasse pas les limites critiques même lorsque la machine est debout, le système se compose des parties suivantes:

• radiateur de refroidissementcomposé de tubes et de plaques conçus pour un échange rapide de chaleur entre le liquide de refroidissement et l'air ambiant;
• un ventilateur qui fournit un flux d'air plus important, par exemple, si la voiture est dans un embouteillage et que le radiateur n'est pas suffisamment soufflé;
• une pompe à eau, qui assure la circulation du liquide de refroidissement qui évacue la chaleur des parois chaudes du bloc-cylindres;
• thermostat - une soupape qui s'ouvre après que le moteur se réchauffe à la température de fonctionnement (avant son fonctionnement, le liquide de refroidissement circule dans un petit cercle, et lorsqu'il s'ouvre, le fluide se déplace à travers le radiateur).

Le fonctionnement synchrone de chaque système auxiliaire assure le bon fonctionnement du moteur à combustion interne.

📌 Cycles du moteur

Un cycle signifie des actions qui se répètent dans un seul cylindre. Le moteur à quatre temps est équipé d'un mécanisme qui déclenche chacun de ces cycles.

Dans le moteur à combustion interne, le piston effectue des mouvements alternatifs (haut / bas) le long du cylindre. La bielle et la manivelle qui lui sont attachées transforment cette énergie en rotation. Pendant une action - lorsque le piston atteint du point le plus bas vers le haut et vers l'arrière - le vilebrequin fait un tour autour de son axe.

Pour que ce processus se produise constamment, un mélange air-carburant doit entrer dans le cylindre, il doit y être comprimé et enflammé et les produits de combustion doivent être éliminés. Chacun de ces processus se déroule en une seule révolution de vilebrequin. Ces actions sont appelées barres. Il y en a quatre en quatre temps:

1. Admission ou aspiration. Lors de cette course, un mélange air-carburant est aspiré dans la cavité du cylindre. Il entre par une soupape d'admission ouverte. Selon le type de système d'alimentation en carburant, l'essence est mélangée à l'air dans le collecteur d'admission ou directement dans le cylindre, comme par exemple dans les moteurs diesel;
2. Compression. À ce stade, les soupapes d'admission et d'échappement sont fermées. Le piston se déplace vers le haut en raison du démarrage du vilebrequin, et il tourne en raison d'autres courses dans les cylindres adjacents. Dans un moteur à essence, le VTS est comprimé à plusieurs atmosphères (10-11) et dans un moteur diesel - plus de 20 atm;
3. Course de travail. Au moment où le piston s'arrête tout en haut, le mélange comprimé est enflammé à l'aide d'une étincelle provenant d'une bougie d'allumage. Dans un moteur diesel, ce processus est légèrement différent. Dans celui-ci, l'air est tellement comprimé que sa température grimpe à une valeur à laquelle le carburant diesel s'enflamme tout seul. Dès qu'une explosion d'un mélange de carburant et d'air se produit, l'énergie libérée n'a nulle part où aller, et elle fait descendre le piston;
4. Libération des produits de combustion. Afin de remplir la chambre avec une partie fraîche du mélange combustible, les gaz formés à la suite de l'inflammation doivent être éliminés. Cela se produit lors de la course suivante lorsque le piston monte. A ce moment, la vanne de sortie s'ouvre. Lorsque le piston atteint le point mort haut, le cycle (ou un ensemble de courses) dans un cylindre séparé est fermé et le processus est répété.

📌Avantages et inconvénients de l'ICE

À ce jour, la meilleure option de moteur pour les véhicules à moteur est ICE. Parmi les avantages de telles unités, on peut identifier:

• facilité de réparation;
• rentabilité pour les longs trajets (dépend de son volume);
• grande ressource de travail;
• accessibilité pour un automobiliste à revenu moyen.

Un moteur idéal n'a pas encore été créé, ces unités présentent donc certains inconvénients:

• plus l'unité et les systèmes associés sont complexes, plus leur maintenance est coûteuse (exemple - moteurs EcoBoost);
• nécessite un réglage fin du système d'alimentation en carburant, de la distribution d'allumage et d'autres systèmes, ce qui nécessite certaines compétences, sinon le moteur ne fonctionnera pas efficacement (ou ne démarrera pas du tout);
• plus de poids (par rapport aux moteurs électriques);
• usure du mécanisme de manivelle.

Bien qu'équipant de nombreux véhicules avec d'autres types de moteurs (voitures «propres» propulsées par traction électrique), les ICE resteront compétitifs en raison de leur disponibilité pendant longtemps. Les versions hybrides et électriques de la voiture gagnent en popularité, mais en raison du coût élevé de ces véhicules et du coût de leur entretien, ils ne sont pas encore disponibles pour l'automobiliste moyen.

Questions courantes:

Qu'est-ce qu'un moteur à combustion interne? Il s'agit d'un type de groupe motopropulseur, dans lequel une chambre de combustion fermée est prévue dans la conception, dans laquelle de l'énergie thermique est générée (en raison de l'inflammation du mélange carburant-air) et convertie en énergie mécanique.

Qui a inventé le moteur à combustion interne? Un échantillon du premier moteur à combustion interne au monde a été découvert par l'inventeur français Étven Lenoir en 1860. Le premier moteur à combustion interne à quatre temps, selon le schéma duquel fonctionnent absolument toutes les unités motrices, a été inventé par Nikolaus Otto.

De quoi est fait le moteur? Le moteur à combustion interne le plus simple consiste en un bloc-cylindres, dans lequel un système de bielle à manivelle, un groupe cylindre-piston est installé, le bloc est recouvert sur le dessus d'une culasse avec un mécanisme de distribution de gaz (arbre à cames et soupapes), un système d'admission et d'échappement, un système de carburant et d'allumage.