Il dispositivo del motore a combustione interna

Per un secolo, un motore a combustione interna è stato utilizzato in moto, auto e camion. Fino ad ora, rimane il tipo di motore più economico. Ma per molti, il principio di funzionamento e il design del motore a combustione interna rimangono incomprensibili. Proviamo a capire le sottigliezze di base e le specifiche della struttura del motore.

📌Definizione e caratteristiche generali

Una caratteristica chiave di qualsiasi motore a combustione interna è l'accensione della miscela combustibile direttamente nella sua camera di lavoro e non nei mezzi esterni. Al momento della combustione del combustibile, l'energia termica risultante provoca il funzionamento dei componenti meccanici del motore.

📌Creazione della storia

Prima dell'avvento dei motori a combustione interna, i veicoli semoventi erano dotati di motori a combustione esterna. Tali unità funzionavano dalla pressione di vapore generata a seguito del riscaldamento dell'acqua in un serbatoio separato.

Il design di tali motori era dimensionale e inefficace - oltre al grande peso dell'installazione, per superare lunghe distanze, il trasporto doveva anche trasportare un discreto approvvigionamento di carburante (carbone o legna da ardere).

A causa di questa mancanza, ingegneri e inventori hanno cercato di risolvere un problema importante: come combinare il carburante con il corpo della centralina. Rimuovendo dal sistema elementi quali una caldaia, un serbatoio dell'acqua, un condensatore, un evaporatore, una pompa, ecc. è stato possibile ridurre significativamente il peso del motore.

La creazione di un motore a combustione interna nella solita forma per un automobilista moderno è avvenuta gradualmente. Ecco le principali pietre miliari che hanno portato alla nascita di un moderno ICE:

• 1791 John Barber inventa una turbina a gas, che ha funzionato sulla base del processo di "distillazione" di petrolio, carbone e legno in storta. Il gas risultante insieme all'aria è stato pompato dal compressore nella camera di combustione. Il gas caldo risultante è stato fornito sotto pressione alla girante della girante e lo ha ruotato.
• 1794 Robert Street brevetta un motore a combustibile liquido.
• 1799 Phillip Lebon a seguito della pirolisi del petrolio riceve gas luminoso. Nel 1801, propone di utilizzarlo come combustibile per i motori a gas.
• 1807 Francois Isaac de Rivaz - brevetto su "l'uso di materiali esplosivi come fonte di energia nei motori". Basato sullo sviluppo crea un "equipaggio semovente".
• 1860 Etienne Lenoir per la prima volta incarnava la realtà delle sue prime invenzioni creando un motore funzionante alimentato da una miscela di gas leggero e aria. Il meccanismo è stato guidato da una scintilla proveniente da una fonte di alimentazione esterna. L'invenzione è stata utilizzata su imbarcazioni, ma non è stata installata su macchine semoventi.
• 1861 Alphonse Bo De Roche rivela l'importanza della compressione del carburante prima dell'accensione, che è servita a creare una teoria del funzionamento di un motore a combustione interna a quattro tempi (aspirazione, compressione, combustione insieme a espansione e scarico).
• 1877 Nikolaus Otto crea il primo motore a quattro tempi con una potenza di 12 CV
• 1879 Karl Benz brevettò un motore a due tempi.
• 1880. Ogneslav Kostrovich, Wilhelm Maybach e Gottlieb Daimler stanno sviluppando simultaneamente modifiche al carburatore del motore a combustione interna, preparandole per la produzione di massa.

Oltre ai motori a gas, il motore Trinkler apparve nel 1899. La presente invenzione è un altro tipo di ICE (motore ad olio ad alta pressione senza compressore), che opera secondo il principio dell'invenzione di Rudolf Diesel. Nel corso degli anni, le unità di potenza, sia benzina che diesel, sono state migliorate, il che ha aumentato la loro efficienza.

📌Tipi di motori a combustione interna

Per tipo di progetto e le specifiche del funzionamento del motore a combustione interna sono classificate secondo diversi criteri:

• In base al tipo di combustibile utilizzato - diesel, benzina, gas.
• Secondo il principio di raffreddamento - liquido e aria.
• A seconda della posizione dei cilindri: in linea e a forma di V.
• Con il metodo di preparazione della miscela di carburante - carburatore, gas e iniezione (si formano miscele nella parte esterna del motore a combustione interna) e diesel (nella parte interna).
• Secondo il principio di accensione della miscela di carburante - con accensione forzata e autoaccensione (tipica per le unità diesel).

I motori si distinguono anche per design specifico ed efficienza operativa:

• Pistone, in cui la camera di lavoro è localizzata nei cilindri. Vale la pena considerare che tali ICE sono suddivisi in diverse sottospecie:
  • carburatore (il carburatore è responsabile della creazione di una miscela di lavoro arricchita);
  • iniezione (la miscela fluisce direttamente nel collettore di aspirazione attraverso gli ugelli);
  • diesel (l'accensione della miscela si verifica a causa della creazione di alta pressione all'interno della camera).
  • Pistone rotante, caratterizzato dalla conversione di energia termica in energia meccanica dovuta alla rotazione del rotore insieme al profilo. Il lavoro del rotore, il cui movimento in forma ricorda un 8 ku, sostituisce completamente le funzioni di pistoni, fasatura e albero motore.
  • Turbina a gas, in cui il motore è azionato da energia termica ottenuta ruotando il rotore con pale che ricordano una lama in forma. Guida l'albero della turbina.

La teoria, a prima vista, sembra comprensibile. Consideriamo ora i componenti principali del gruppo propulsore.

📌 Dispositivo ICE

Il design dell'alloggiamento include tali componenti:

• blocco cilindri;
• meccanismo a manovella;
• meccanismo di distribuzione del gas;
• sistemi per l'alimentazione e l'accensione di una miscela combustibile e l'eliminazione dei prodotti della combustione (gas di scarico).

Per comprendere la posizione di ciascun componente, considerare la struttura del motore:

Il numero 6 indica il luogo in cui si trova il cilindro. È uno dei componenti chiave di ICE. All'interno del cilindro è presente un pistone, indicato dal numero 7. È fissato con una biella e un albero a gomiti (indicati sul diagramma rispettivamente dai numeri 9 e 12). Lo spostamento del pistone all'interno del cilindro su e giù provoca la formazione di movimenti di rotazione dell'albero motore. Un volano è previsto all'estremità della pedivella, mostrata nello schema sotto il numero 10. È necessario per una rotazione uniforme dell'albero. La parte superiore del cilindro è dotata di una testa a tenuta con valvole per l'aspirazione della miscela e il rilascio dei gas di scarico. Sono mostrati sotto il numero 5.

L'apertura delle valvole diventa possibile grazie alle camme dell'albero a camme, designate con il numero 14, o meglio, i suoi elementi di trasmissione (numero 15). La rotazione dell'albero a camme è fornita dagli ingranaggi dell'albero motore, indicati dal numero 13. Quando il pistone si muove liberamente nel cilindro, è in grado di assumere due posizioni estreme.

Per garantire il normale funzionamento del motore a combustione interna è possibile solo una fornitura uniforme della miscela di carburante al momento giusto. Per ridurre i costi operativi del motore per la dissipazione del calore e per prevenire l'usura prematura dei componenti mobili, vengono lubrificati con olio.

📌 Il principio del motore a combustione interna

I moderni GHIACCIO sono alimentati da combustibile infiammabile all'interno dei cilindri e dall'energia che è apparsa di conseguenza. Una miscela di benzina e aria viene fornita attraverso la valvola di aspirazione (in molti motori, due per cilindro). Nello stesso posto, si accende a causa della scintilla che si forma candela. Al momento della mini-esplosione, i gas nella camera di lavoro si espandono, creando pressione. Guida un pistone attaccato ad un cshm.

I Diesels funzionano secondo un principio simile, solo il processo di combustione viene avviato in modo leggermente diverso. Inizialmente, l'aria nel cilindro viene compressa, causando il riscaldamento. Prima che il pistone raggiunga il punto morto superiore nella corsa di compressione, l'ugello spruzza carburante. A causa dell'aria calda, il combustibile si accende da solo senza scintille. Inoltre, il processo è identico alla modifica del motore a benzina.

KShM converte i movimenti alternativi del gruppo pistone in rotazione albero a gomiti. La coppia va al volano, quindi a cambio manuale o automatico e infine - sulle ruote motrici.

Il processo mentre il pistone si muove verso l'alto o verso il basso è chiamato battito. Tutte le misure fino a quando non vengono ripetute vengono chiamate ciclo.

Un ciclo include il processo di assorbimento, compressione, accensione, insieme all'espansione dei gas formati, rilascio.

Esistono due modifiche ai motori:

1. In un ciclo push-pull, l'albero motore gira una volta e il pistone scende e sale.
2. In un ciclo a quattro tempi, l'albero a gomiti si avvia due volte e il pistone compie quattro movimenti completi: si abbassa, si alza, si abbassa, si alza.

📌 Principio di funzionamento del motore a due tempi

Quando il conducente avvia il motore, il motorino di avviamento aziona il volano, l'albero motore ruota, l'albero motore muove il pistone. Quando raggiunge il BDC e inizia a sollevarsi, la camera di lavoro è già riempita con una miscela combustibile.

Nel PMS del pistone, si accende e lo sposta verso il basso. Quindi si verifica la ventilazione: i gas di scarico vengono spostati da una nuova porzione della miscela combustibile funzionante. Lo spurgo può avvenire in diversi modi a seconda del dispositivo motore. Una delle modifiche consiste nel riempire lo spazio del sub-pistone con una miscela aria-carburante quando si alza e quando il pistone cade, viene spremuto nella camera di lavoro del cilindro, spostando i prodotti della combustione.

In tali modifiche dei motori non esiste un sistema di fasatura delle valvole. Il pistone stesso apre / chiude l'ingresso / l'uscita.

Tali motori sono utilizzati nella tecnologia a bassa potenza, perché lo scambio di gas in essi avviene a causa della sostituzione dei gas di scarico con un'altra porzione della miscela aria-carburante. Poiché la miscela di lavoro viene parzialmente rimossa insieme allo scarico, questa modifica è caratterizzata da un aumento del consumo di carburante e da una potenza inferiore rispetto alle controparti a quattro tempi.

Uno dei vantaggi di tali motori a combustione interna è meno attrito in un ciclo, ma allo stesso tempo si riscaldano più fortemente.

📌 Principio di funzionamento di un motore a quattro tempi

La maggior parte delle auto e degli altri veicoli a motore sono equipaggiati con motori a quattro tempi. Un meccanismo di distribuzione del gas viene utilizzato per fornire la miscela di lavoro e il gas di scarico. È guidato attraverso un comando di distribuzione collegato a una puleggia dell'albero motore da una trasmissione a cinghia, a catena o ad ingranaggi.

rotante albero a camme alza / abbassa le valvole di aspirazione / scarico situate sopra il cilindro. Questo meccanismo garantisce l'apertura simultanea delle corrispondenti valvole per l'alimentazione di una miscela combustibile e gas di scarico.

In tali motori, il ciclo si svolge come segue (ad esempio ICE a benzina):

1. Al momento dell'avvio del motore, il motorino di avviamento aziona il volano, che aziona l'albero motore. La valvola di ingresso si apre. Un meccanismo a manovella abbassa il pistone, creando un vuoto nel cilindro. C'è una corsa di aspirazione della miscela aria-carburante.
2. Muovendosi dal punto morto inferiore verso l'alto, il pistone comprime la miscela combustibile. Questa è la seconda misura: la compressione.
3. Quando il pistone si trova al punto morto superiore, la scintilla crea una scintilla che accende la miscela. A causa dell'esplosione, si verifica l'espansione del gas. Una pressione eccessiva nel cilindro sposta il pistone verso il basso. Questo è il terzo passo: accensione ed espansione (o corsa di lavoro).
4. Un albero a gomiti rotante sposta il pistone verso l'alto. A questo punto, l'albero a camme apre la valvola di scarico attraverso la quale il pistone in aumento sposta i gas di scarico. Questa è la quarta misura - rilascio.

📌 Sistemi ausiliari del motore a combustione interna

Nessun moderno motore a combustione interna è in grado di funzionare in modo indipendente. Questo perché il carburante deve essere consegnato dal serbatoio del gas al motore, deve essere acceso al momento giusto e in modo che il motore non "soffoca" dai gas di scarico, devono essere rimossi in tempo.

Le parti rotanti richiedono una lubrificazione costante. A causa delle elevate temperature generate durante la combustione, il motore deve essere raffreddato. Questi processi di accompagnamento non sono forniti dal motore stesso, quindi il motore a combustione interna funziona insieme ai sistemi ausiliari.

📌Sistema di accensione

Questo sistema ausiliario è progettato per l'accensione tempestiva di una miscela combustibile con la posizione del pistone corrispondente (TDC nella corsa di compressione). È utilizzato su motori a combustione interna a benzina ed è costituito dai seguenti elementi:

• Alimentazione elettrica. Quando il motore è in uno stato calmo, la batteria svolge questa funzione (come avviare un'auto, se la batteria è scarica, leggi articolo separato) Dopo aver avviato il motore, funge da fonte di energia генератор.
• Blocco di accensione. Un dispositivo che chiude un circuito elettrico per alimentarlo da una fonte di alimentazione.
• Dispositivo di archiviazione. La maggior parte delle auto a benzina ha una bobina di accensione. Ci sono anche modelli in cui ci sono molti di questi elementi - uno su ogni candela. Trasformano la bassa tensione proveniente dalla batteria in una corrente ad alta tensione, necessaria per creare una scintilla di alta qualità.
• Accensione interruttore distributore. Nelle auto a carburatore, questo è un distributore; nella maggior parte degli altri, questo processo è controllato da una ECU. Tali dispositivi distribuiscono impulsi elettrici alle rispettive candele.

📌 Sistema di introduzione

Per creare un processo di combustione, è necessaria una combinazione di tre fattori: carburante, ossigeno e una fonte di accensione. Se l'applicazione di una scarica elettrica è il compito del sistema di accensione, il sistema di aspirazione fornisce ossigeno al motore in modo che il carburante possa incendiarsi.

Questo sistema è composto da:

• Presa d'aria: un tubo attraverso il quale viene aspirata aria pulita. Il processo di ricezione dipende dalla modifica del motore. Nei motori atmosferici, l'aria viene aspirata creando un vuoto nel cilindro. Nei modelli con turbocompressore, questo processo è potenziato dalla rotazione delle pale del compressore, che aumenta la potenza del motore.
• Il filtro dell'aria è progettato per pulire il flusso di polvere e piccole particelle.
• Acceleratore: una valvola che controlla la quantità di aria che entra nel motore. È regolato premendo il pedale dell'acceleratore o l'elettronica dell'unità di controllo.
• Collettore di aspirazione - un sistema di tubi collegati a un tubo comune. Nel motore a iniezione, è installato un acceleratore in alto e per ciascun cilindro lungo l'ugello del carburante. Nelle versioni a carburatore, un carburatore è installato sul collettore di aspirazione, in cui l'aria viene miscelata con la benzina.

Oltre all'aria, è necessario fornire carburante anche ai cilindri. A tale scopo, un sistema di alimentazione costituito da:

• serbatoio di carburante;
• tubazione del carburante - tubi flessibili attraverso i quali il gas o il gasolio si sposta dal serbatoio al motore;
• carburatore o iniettore (sistemi di ugelli che spruzzano carburante);
• pompa di benzinapompare carburante dal serbatoio a un carburatore o altro dispositivo per miscelare carburante e aria;
• un filtro del carburante che pulisce la benzina o il gasolio dai detriti.

Oggi, ci sono molte modifiche ai motori in cui la miscela di lavoro viene introdotta nei cilindri con vari metodi. Tra questi sistemi ci sono:

• iniezione singola (principio carburatore, solo con ugello);
• iniezione distribuita (per ciascun cilindro è installato un ugello separato, la miscela aria-carburante è formata nel canale del collettore di aspirazione);
• iniezione diretta (ugello che spruzza la miscela di lavoro direttamente nel cilindro);
• iniezione combinata (combina il principio dell'iniezione diretta e distribuita)

📌 Sistema di lubrificazione

Tutte le superfici di attrito delle parti metalliche devono essere lubrificate per raffreddare e ridurne l'usura. Per fornire tale protezione, il motore è dotato di un sistema di lubrificazione. Protegge anche le parti metalliche dall'ossidazione e rimuove i depositi di carbonio. Il sistema di lubrificazione è costituito da:

• la coppa dell'olio - il serbatoio in cui si trova l'olio motore;
• una pompa dell'olio, che crea pressione, grazie alla quale il lubrificante entra in tutti i componenti del motore;
• un filtro dell'olio che intrappola le particelle risultanti dal funzionamento del motore;
• alcuni veicoli sono dotati di un radiatore dell'olio per raffreddare ulteriormente la lubrificazione del motore.

📌 Sistema di scarico

Un sistema di scarico di alta qualità garantisce la rimozione dei gas di scarico dalle camere di lavoro dei cilindri. Le auto moderne sono dotate di un sistema di scarico, che include i seguenti elementi:

• collettore di scarico in cui vengono smorzate le vibrazioni dei gas di scarico caldi;
• un tubo di ricezione in cui i gas di scarico provengono dal collettore (come un collettore di scarico è realizzato in metallo resistente al calore);
• un catalizzatore che pulisce i gas di scarico da elementi nocivi, che consente al veicolo di conformarsi alle norme ambientali;
• risonatore - una capacità leggermente inferiore alla marmitta principale, progettata per ridurre la velocità di scarico;
• silenziatore principale, all'interno del quale sono presenti partizioni che cambiano la direzione dei gas di scarico per ridurne la velocità e il rumore.

📌 Sistema di raffreddamento

Questo sistema aggiuntivo consente al motore di funzionare senza surriscaldarsi. Lei sostiene temperatura di funzionamento del motorementre è finito. In modo che questo indicatore non superi i limiti critici anche quando la macchina è in piedi, il sistema è costituito dalle seguenti parti:

• radiatore di raffreddamentocostituito da tubi e piastre progettati per un rapido scambio di calore tra il liquido di raffreddamento e l'aria ambiente;
• una ventola che fornisce un flusso d'aria maggiore, ad esempio se la macchina si trova in un ingorgo e il radiatore non è sufficientemente soffiato;
• una pompa dell'acqua, che assicura la circolazione del liquido di raffreddamento che rimuove il calore dalle pareti calde del blocco cilindri;
• termostato: una valvola che si apre dopo che il motore si è riscaldato alla temperatura di esercizio (prima del suo funzionamento, il liquido di raffreddamento circola in un piccolo cerchio e quando si apre, il fluido si sposta attraverso il radiatore).

Il funzionamento sincrono di ciascun sistema ausiliario garantisce il buon funzionamento del motore a combustione interna.

📌 Cicli motore

Un ciclo significa azioni che si ripetono in un unico cilindro. Il motore a quattro tempi è dotato di un meccanismo che attiva ciascuno di questi cicli.

Nel motore a combustione interna, il pistone esegue movimenti alternativi (su / giù) lungo il cilindro. La biella e la manovella ad essa collegata convertono questa energia in rotazione. Durante un'azione - quando il pistone raggiunge dal punto più basso verso l'alto e viceversa - l'albero motore compie un giro attorno al proprio asse.

Affinché questo processo avvenga costantemente, una miscela aria-carburante deve entrare nel cilindro, deve essere compressa e accesa al suo interno e i prodotti della combustione devono essere rimossi. Ciascuno di questi processi avviene in una rivoluzione dell'albero motore. Queste azioni sono chiamate barre. Ce ne sono quattro in un quattro tempi:

1. Aspirazione o aspirazione. A questo punto, una miscela aria-carburante viene aspirata nella cavità del cilindro. Entra attraverso una valvola di aspirazione aperta. A seconda del tipo di sistema di alimentazione, la benzina viene miscelata con l'aria nel collettore di aspirazione o direttamente nel cilindro, come nei motori diesel;
2. Compressione. A questo punto, sia la valvola di aspirazione che quella di scarico sono chiuse. Il pistone si muove verso l'alto a causa dell'avviamento dell'albero motore e ruota a causa dell'esecuzione di altre corse nei cilindri adiacenti. In un motore a benzina, VTS viene compresso a diverse atmosfere (10-11) e in un motore diesel - più di 20 atm;
3. Corsa di lavoro. Nel momento in cui il pistone si ferma proprio in alto, la miscela compressa viene accesa utilizzando una scintilla da una candela. In un motore diesel, questo processo è leggermente diverso. In esso, l'aria viene compressa così tanto che la sua temperatura salta a un valore al quale il gasolio si accende da solo. Non appena si verifica un'esplosione di una miscela di carburante e aria, l'energia rilasciata non ha nessun posto dove andare e sposta il pistone verso il basso;
4. Rilascio di prodotti di combustione. Per riempire la camera con una porzione fresca della miscela combustibile, i gas formati a seguito dell'accensione devono essere rimossi. Questo accade nella corsa successiva quando il pistone si alza. In questo momento, la valvola di uscita si apre. Quando il pistone raggiunge il punto morto superiore, il ciclo (o la serie di corse) in un cilindro separato viene chiuso e il processo viene ripetuto.

📌Vantaggi e svantaggi di ICE

Ad oggi, la migliore opzione del motore per i veicoli a motore è ICE. Tra i vantaggi di tali unità si possono identificare:

• facilità di riparazione;
• redditività per viaggi lunghi (dipende da il suo volume);
• grande risorsa di lavoro;
• accessibilità per un automobilista di medio reddito.

Non è stato ancora creato un motore ideale, quindi queste unità presentano alcuni svantaggi:

• più complessa è l'unità e i relativi sistemi, più costosa è la loro manutenzione (esempio: motori EcoBoost);
• richiede una messa a punto del sistema di alimentazione del carburante, della distribuzione dell'accensione e di altri sistemi, il che richiede determinate competenze, altrimenti il ​​motore non funzionerà in modo efficiente (o non si avvierà affatto);
• più peso (rispetto ai motori elettrici);
• usura del meccanismo a manovella.

Nonostante doti molti veicoli di altri tipi di motori (auto "pulite" con trazione elettrica), gli ICE rimarranno competitivi a causa della loro disponibilità per molto tempo a venire. Le versioni ibride ed elettriche dell'auto stanno guadagnando popolarità, ma a causa dell'elevato costo di tali veicoli e del costo della loro manutenzione, non sono ancora disponibili per l'automobilista medio.

Domande comuni:

Cos'è un motore a combustione interna? Questo è un tipo di unità di potenza, in cui è prevista una camera di combustione chiusa nel progetto, in cui viene generata energia termica (a causa dell'accensione della miscela aria-carburante) e convertita in energia meccanica.

Chi ha inventato il motore a combustione interna? Un campione del primo motore a combustione interna al mondo fu scoperto dall'inventore francese Étven Lenoir nel 1860. Il primo motore a combustione interna a quattro tempi, secondo lo schema di cui funzionano assolutamente tutte le unità di potenza, è stato inventato da Nikolaus Otto.

Di cosa è fatto il motore? Il motore a combustione interna più semplice è costituito da un blocco cilindri, in cui è installato un sistema manovella-biella, un gruppo cilindro-pistone, il blocco è coperto superiormente da una testata con un meccanismo di distribuzione del gas (albero a camme e valvole), un sistema di aspirazione e scarico, un sistema di alimentazione e accensione.