O dispositivo do motor de combustão interna

Durante um século, um motor de combustão interna foi usado em motocicletas, carros e caminhões. Até agora, continua sendo o tipo mais econômico de motor. Mas para muitos, o princípio de operação e o design do motor de combustão interna permanecem incompreensíveis. Vamos tentar entender as sutilezas básicas e as especificações da estrutura do motor.

📌 Definição e características gerais

Uma característica fundamental de qualquer motor de combustão interna é a ignição da mistura combustível diretamente em sua câmara de trabalho, e não na mídia externa. No momento da combustão do combustível, a energia térmica resultante provoca a operação dos componentes mecânicos do motor.

📌 Criação de história

Antes do advento dos motores de combustão interna, os veículos automotores eram equipados com motores de combustão externa. Tais unidades trabalhavam a partir da pressão de vapor gerada como resultado do aquecimento da água em um tanque separado.

O design desses motores era dimensional e ineficaz - além do grande peso da instalação, para superar longas distâncias, o transporte também precisava transportar um suprimento decente de combustível (carvão ou lenha).

Devido a essa falha, engenheiros e inventores tentaram resolver uma questão importante: como combinar combustível com o corpo da unidade de potência. Removendo do sistema elementos como caldeira, tanque de água, condensador, evaporador, bomba, etc. foi possível reduzir significativamente o peso do motor.

A criação de um motor de combustão interna na forma usual para um motorista moderno ocorreu gradualmente. Aqui estão os principais marcos que levaram ao surgimento de um ICE moderno:

• 1791 John Barber inventa uma turbina a gás, que opera com base no processo de "destilação" de petróleo, carvão e madeira em retortas. O gás resultante juntamente com o ar foi bombeado pelo compressor para a câmara de combustão. O gás quente resultante foi fornecido sob pressão ao impulsor e girado.
• 1794 A Robert Street patenteia um motor de combustível líquido.
• 1799 Phillip Lebon como resultado da pirólise do óleo recebe gás luminoso. Em 1801, propõe usá-lo como combustível para motores a gás.
• 1807 François Isaac de Rivaz - patente sobre "o uso de materiais explosivos como fonte de energia nos motores". Com base no desenvolvimento cria uma "tripulação autopropulsada".
• 1860 Etienne Lenoir, pela primeira vez, incorporou a realidade de suas primeiras invenções, criando um motor viável alimentado por uma mistura de gás leve e ar. O mecanismo foi acionado por uma faísca de uma fonte de energia externa. A invenção foi usada em barcos, mas não foi instalada em máquinas de autopropulsão.
• 1861 Alphonse Bo De Roche revela a importância da compressão do combustível antes da ignição, o que serviu para criar uma teoria da operação de um motor de combustão interna a quatro tempos (sucção, compressão, combustão com expansão e escape).
• 1877 Nikolaus Otto cria o primeiro motor a quatro tempos com capacidade de 12 hp
• 1879 Karl Benz patenteou um motor a dois tempos.
• 1880s. Ogneslav Kostrovich, Wilhelm Maybach e Gottlieb Daimler estão desenvolvendo simultaneamente modificações no carburador do motor de combustão interna, preparando-as para a produção em massa.

Além dos motores a gasolina, o Trinkler Motor apareceu em 1899. Esta invenção é outro tipo de ICE (motor a óleo de alta pressão sem compressor), operando com o princípio da invenção de Rudolf Diesel. Ao longo dos anos, as unidades de energia, tanto a gasolina quanto a diesel, foram aprimoradas, o que aumentou sua eficiência.

📌 Tipos de motores de combustão interna

Por tipo de projeto e as especificidades da operação do motor de combustão interna são classificados de acordo com vários critérios:

• Pelo tipo de combustível usado - diesel, gasolina, gás.
• Pelo princípio do resfriamento - líquido e ar.
• Dependendo da localização dos cilindros - em linha e em forma de V.
• Pelo método de preparação da mistura de combustível - carburador, gás e injeção (as misturas são formadas na parte externa do motor de combustão interna) e diesel (na parte interna).
• De acordo com o princípio de ignição da mistura de combustível - com ignição forçada e auto-ignição (típica para unidades a diesel).

Os motores também se distinguem pelo design específico e pela eficiência operacional:

• Pistão, no qual a câmara de trabalho está localizada nos cilindros. Vale a pena considerar que esses ICEs são divididos em várias subespécies:
  • carburador (o carburador é responsável por criar uma mistura de trabalho enriquecida);
  • injeção (a mistura flui diretamente para o coletor de admissão através dos bicos);
  • diesel (a ignição da mistura ocorre devido à criação de alta pressão dentro da câmara).
  • Pistão rotativo, caracterizado pela conversão de energia térmica em energia mecânica devido à rotação do rotor junto com o perfil. O trabalho do rotor, cujo movimento em forma se assemelha a um 8-ku, substitui completamente as funções de pistões, tempo e eixo de manivela.
  • Turbina a gás, na qual o motor é acionado por energia térmica obtida pela rotação do rotor com lâminas semelhantes a uma lâmina em forma. Ele dirige o eixo da turbina.

A teoria, à primeira vista, parece compreensível. Agora considere os principais componentes do trem de força.

📌 dispositivo ICE

O design da caixa inclui esses componentes:

• bloco de cilindros;
• mecanismo de manivela;
• mecanismo de distribuição de gás;
• sistemas para fornecer e inflamar uma mistura combustível e remover produtos de combustão (gases de escape).

Para entender a localização de cada componente, considere a estrutura do motor:

O número 6 indica o local onde o cilindro está localizado. É um dos principais componentes do ICE. Dentro do cilindro, há um pistão, indicado pelo número 7. Ele é fixado com uma biela e um virabrequim (indicado no diagrama pelos números 9 e 12, respectivamente). Mover o pistão para dentro e para baixo no cilindro provoca a formação de movimentos rotacionais do eixo de manivela. É fornecido um volante no final da manivela, que é mostrado no diagrama sob o número 10. É necessário uma rotação uniforme do eixo. A parte superior do cilindro está equipada com uma cabeça estanque com válvulas para a entrada da mistura e a liberação de gases de escape. Eles são mostrados sob o número 5.

A abertura das válvulas torna-se possível devido aos cames da árvore de cames, designados número 14, ou melhor, seus elementos de transmissão (número 15). A rotação do eixo de comando é fornecida pelas engrenagens do virabrequim, indicadas pelo número 13. Quando o pistão se move livremente no cilindro, ele pode assumir duas posições extremas.

Para garantir o funcionamento normal do motor de combustão interna pode apenas um fornecimento uniforme da mistura de combustível no momento certo. Para reduzir os custos operacionais do motor com dissipação de calor e impedir o desgaste prematuro dos componentes móveis, eles são lubrificados com óleo.

📌 O princípio do motor de combustão interna

Os ICEs modernos são alimentados por combustível inflamável dentro dos cilindros e pela energia que apareceu como resultado disso. Uma mistura de gasolina e ar é fornecida através da válvula de admissão (em muitos motores, dois por cilindro). No mesmo local, acende devido à faísca que se forma vela de ignição. No momento da mini explosão, os gases na câmara de trabalho se expandem, criando pressão. Ele aciona um pistão conectado a um cshm.

Os diesel funcionam com um princípio semelhante, apenas o processo de combustão é iniciado de maneira um pouco diferente. Inicialmente, o ar no cilindro é comprimido, o que faz com que ele aqueça. Antes de o pistão atingir o TDC no curso de compressão, o bico pulveriza combustível. Por causa do ar quente, o combustível inflama por conta própria, sem faísca. Além disso, o processo é idêntico à modificação do motor a gasolina.

KShM converte movimentos alternativos do grupo de pistão em rotação Virabrequim. O torque vai para o volante e depois para caixa de velocidades manual ou automática e finalmente - nas rodas motrizes.

O processo enquanto o pistão se move para cima ou para baixo é chamado de batida. Todas as medidas até serem repetidas são chamadas de ciclo.

Um ciclo inclui o processo de absorção, compressão, ignição, juntamente com a expansão dos gases formados, liberação.

Existem duas modificações de motores:

1. Em um ciclo de empurrar e puxar, a cambota gira uma vez e o pistão desce e sobe.
2. Em um ciclo de quatro tempos, o eixo de manivela aciona duas vezes e o pistão faz quatro movimentos completos - ele abaixa, sobe, abaixa, sobe.

📌 Princípio de funcionamento do motor de dois tempos

Quando o motorista dá partida no motor, o motor de partida aciona o volante, a cambota gira, a cambota move o pistão. Quando atinge o BDC e começa a subir, a câmara de trabalho já está cheia de uma mistura combustível.

No TDC do pistão, ele inflama e move-o para baixo. Então a ventilação ocorre - os gases de escape são deslocados por uma nova porção da mistura combustível em funcionamento. A purga pode ocorrer de diferentes maneiras, dependendo do dispositivo do motor. Uma das modificações envolve o preenchimento do espaço do sub-pistão com uma mistura combustível-ar quando ele sobe e, quando o pistão cai, ele é espremido na câmara de trabalho do cilindro, substituindo os produtos de combustão.

Em tais modificações dos motores, não há sistema de distribuição de válvulas. O próprio pistão abre / fecha a entrada / saída.

Esses motores são usados ​​em tecnologia de baixa potência, porque as trocas gasosas ocorrem devido à substituição dos gases de escape por outra porção da mistura ar-combustível. Como a mistura de trabalho é parcialmente removida junto com o escapamento, essa modificação é caracterizada pelo aumento do consumo de combustível e menor potência em comparação com os de quatro tempos.

Uma das vantagens de tais motores de combustão interna é menos atrito em um ciclo, mas ao mesmo tempo aquecem mais fortemente.

📌 Princípio de funcionamento de um motor de quatro tempos

A maioria dos carros e outros veículos a motor está equipada com motores a quatro tempos. Um mecanismo de distribuição de gás é usado para fornecer a mistura de trabalho e os gases de escape. Ele é acionado através de uma transmissão de tempo conectada a uma polia do virabrequim por uma transmissão por correia, corrente ou engrenagem.

Fiação eixo de comando aumenta / diminui as válvulas de admissão / escape localizadas acima do cilindro. Este mecanismo garante a abertura simultânea das válvulas correspondentes para fornecer uma mistura combustível e gases de escape.

Nesses motores, o ciclo ocorre da seguinte forma (por exemplo, gasolina ICE):

1. No momento da partida do motor, o motor de partida aciona o volante, que aciona o eixo de manivela. A válvula de entrada se abre. Um mecanismo de manivela abaixa o pistão, criando um vácuo no cilindro. Há um curso de sucção da mistura ar-combustível.
2. Movendo-se do ponto morto inferior para cima, o pistão comprime a mistura combustível. Esta é a segunda medida - compressão.
3. Quando o pistão está no topo do ponto morto, a faísca cria uma faísca que inflama a mistura. Devido à explosão, ocorre a expansão do gás. O excesso de pressão no cilindro move o pistão para baixo. Este é o terceiro passo - ignição e expansão (ou curso de trabalho).
4. Um virabrequim rotativo move o pistão para cima. Nesse ponto, a árvore de cames abre a válvula de escape através da qual o pistão ascendente desloca os gases de escape. Esta é a quarta medida - liberação.

📌 Sistemas auxiliares do motor de combustão interna

Nenhum mecanismo de combustão interna moderno é capaz de trabalhar de forma independente. Isso ocorre porque o combustível deve ser entregue do tanque de gasolina ao motor, deve ser aceso no momento certo e, para que o motor não "sufoque" os gases de escape, eles devem ser removidos a tempo.

As peças rotativas precisam de lubrificação constante. Devido às temperaturas elevadas geradas durante a combustão, o motor deve ser resfriado. Esses processos acompanhantes não são fornecidos pelo próprio motor; portanto, o motor de combustão interna trabalha em conjunto com os sistemas auxiliares.

📌Sistema de ignição

Este sistema auxiliar foi projetado para ignição oportuna de uma mistura combustível com a posição correspondente do pistão (TDC no curso de compressão). É utilizado em motores de combustão interna a gasolina e consiste nos seguintes elementos:

• Fonte de energia. Quando o motor está em um estado calmo, a bateria executa esta função (como iniciar um carro, se a bateria estiver descarregada, leia artigo separado) Depois de dar partida no motor, ele atua como fonte de energia gerador.
• Bloqueio de ignição. Um dispositivo que fecha um circuito elétrico para alimentá-lo a partir de uma fonte de energia.
• Dispositivo de armazenamento. A maioria dos carros a gasolina possui uma bobina de ignição. Também existem modelos nos quais existem vários desses elementos - um em cada vela de ignição. Eles convertem a baixa tensão proveniente da bateria em uma corrente de alta tensão, necessária para criar uma faísca de alta qualidade.
• Ignição do distribuidor-disjuntor. Nos carros carburadores, este é um distribuidor; na maioria dos outros, esse processo é controlado por uma ECU. Esses dispositivos distribuem pulsos elétricos para as respectivas velas de ignição.

📌 Sistema de introdução

Para criar um processo de combustão, é necessária uma combinação de três fatores: combustível, oxigênio e uma fonte de ignição. Se a aplicação de uma descarga elétrica é uma tarefa do sistema de ignição, o sistema de admissão fornece oxigênio ao motor para que o combustível possa inflamar.

Este sistema consiste em:

• Entrada de ar - um tubo através do qual o ar limpo é aspirado. O processo de admissão depende da modificação do motor. Nos motores atmosféricos, o ar é aspirado criando um vácuo no cilindro. Nos modelos turboalimentados, esse processo é aprimorado pela rotação das pás do compressor, o que aumenta a potência do motor.
• O filtro de ar foi projetado para limpar a corrente de poeira e pequenas partículas.
• Acelerador - uma válvula que controla a quantidade de ar que entra no motor. É regulado pressionando o pedal do acelerador ou pelos componentes eletrônicos da unidade de controle.
• Coletor de admissão - um sistema de tubos conectados a um tubo comum. No motor de injeção, um acelerador é instalado na parte superior e para cada cilindro ao longo do bico de combustível. Nas versões do carburador, um carburador é instalado no coletor de admissão, no qual o ar é misturado à gasolina.

Além do ar, o combustível também deve ser fornecido aos cilindros. Para esse efeito, um sistema de combustível constituído por:

• tanque de combustível;
• linha de combustível - mangueiras e tubos através dos quais o gás ou o diesel movem-se do tanque para o motor;
• carburador ou injetor (sistemas de bico pulverizando combustível);
• bomba de combustivelbombear combustível do tanque para um carburador ou outro dispositivo para misturar combustível e ar;
• um filtro de combustível que limpa a gasolina ou o diesel de detritos.

Hoje, existem muitas modificações nos motores nos quais a mistura de trabalho é fornecida aos cilindros por vários métodos. Entre esses sistemas, existem:

• injeção única (princípio do carburador, somente com bico);
• injeção distribuída (para cada cilindro, um bico separado é instalado, a mistura ar-combustível é formada no canal do coletor de admissão);
• injeção direta (bico pulverizando a mistura de trabalho diretamente no cilindro);
• injeção combinada (combina o princípio da injeção direta e distribuída)

📌 Sistema de lubrificação

Todas as superfícies de atrito das peças metálicas devem ser lubrificadas para esfriar e reduzir seu desgaste. Para fornecer essa proteção, o motor está equipado com um sistema de lubrificação. Também protege as peças metálicas da oxidação e remove os depósitos de carbono. O sistema de lubrificação consiste em:

• o cárter - o reservatório em que o óleo do motor está localizado;
• uma bomba de óleo que cria pressão, devido à qual o lubrificante entra em todos os componentes do motor;
• um filtro de óleo que retém quaisquer partículas resultantes do motor;
• alguns veículos estão equipados com um radiador de óleo para resfriar ainda mais a lubrificação do motor.

📌 Sistema de exaustão

Um sistema de escape de alta qualidade garante a remoção dos gases de escape das câmaras de trabalho dos cilindros. Os carros modernos estão equipados com um sistema de escapamento, que inclui os seguintes elementos:

• coletor de escape, que amortece as vibrações dos gases quentes do escapamento;
• um tubo receptor no qual os gases de escape provêm do coletor (como o coletor de escape é feito de metal resistente ao calor);
• um catalisador que limpa os gases de escape de elementos nocivos, o que permite ao veículo cumprir as normas ambientais;
• ressonador - capacidade ligeiramente menor que o silenciador principal, projetada para reduzir a velocidade de escape;
• silenciador principal, no interior do qual existem divisórias que alteram a direção dos gases de escape para reduzir sua velocidade e ruído.

📌 Sistema de refrigeração

Este sistema adicional permite que o motor funcione sem superaquecer. Ela apoia temperatura de operação do motorenquanto estiver acabado. Para que este indicador não exceda os limites críticos, mesmo quando a máquina estiver parada, o sistema consiste nas seguintes partes:

• radiador de refrigeraçãoconstituído por tubos e placas concebidos para uma rápida troca de calor entre o líquido de refrigeração e o ar ambiente;
• um ventilador que fornece um fluxo maior de ar, por exemplo, se o carro estiver em um engarrafamento e o radiador não estiver suficientemente ventilado;
• uma bomba de água, que garante a circulação do líquido refrigerante que remove o calor das paredes quentes do bloco de cilindros;
• termostato - uma válvula que se abre depois que o motor aquece até a temperatura operacional (antes de sua operação, o líquido de arrefecimento circula em um pequeno círculo e, quando se abre, o fluido se move pelo radiador).

A operação síncrona de cada sistema auxiliar garante o bom funcionamento do motor de combustão interna.

📌 Ciclos do motor

Um ciclo significa ações que se repetem em um único cilindro. O motor de quatro tempos está equipado com um mecanismo que aciona cada um desses ciclos.

No motor de combustão interna, o pistão executa movimentos alternativos (para cima / para baixo) ao longo do cilindro. A biela e a manivela presa a ela convertem essa energia em rotação. Durante uma ação - quando o pistão alcança o ponto mais baixo para o topo e para trás - o virabrequim dá uma volta em torno de seu eixo.

Para que esse processo ocorra constantemente, uma mistura ar-combustível deve entrar no cilindro, ser comprimida e inflamada nele, e os produtos da combustão devem ser removidos. Cada um desses processos ocorre em uma revolução do virabrequim. Essas ações são chamadas de barras. Existem quatro deles em um quatro tempos:

1. Entrada ou sucção. Neste curso, uma mistura de ar-combustível é sugada para a cavidade do cilindro. Ele entra por uma válvula de admissão aberta. Dependendo do tipo de sistema de combustível, a gasolina é misturada ao ar no coletor de admissão ou diretamente no cilindro, como nos motores a diesel;
2. Compressão. Neste ponto, as válvulas de admissão e exaustão estão fechadas. O pistão se move para cima devido à manivela do virabrequim e gira devido à realização de outros golpes nos cilindros adjacentes. Em um motor a gasolina, o VTS é comprimido em várias atmosferas (10-11), e em um motor a diesel - mais de 20 atm;
3. Curso de trabalho. No momento em que o pistão para no topo, a mistura comprimida é inflamada com uma faísca de uma vela de ignição. Em um motor a diesel, esse processo é um pouco diferente. Nele, o ar é tão comprimido que sua temperatura pula para um valor no qual o óleo diesel se inflama sozinho. Assim que ocorre uma explosão de uma mistura de combustível e ar, a energia liberada não tem para onde ir e move o pistão para baixo;
4. Liberação de produtos de combustão. Para encher a câmara com uma nova porção da mistura combustível, os gases formados como resultado da ignição devem ser removidos. Isso acontece no próximo curso, quando o pistão sobe. Nesse momento, a válvula de escape se abre. Quando o pistão atinge o ponto morto superior, o ciclo (ou conjunto de cursos) em um cilindro separado é fechado e o processo é repetido.

📌 Vantagens e desvantagens do ICE

Até o momento, a melhor opção de motor para veículos automotores é o ICE. Entre as vantagens de tais unidades podem ser identificadas:

• facilidade de reparo;
• rentabilidade para viagens longas (depende da seu volume);
• grande recurso de trabalho;
• acessibilidade para um motorista de renda média.

Um motor ideal ainda não foi criado, portanto, essas unidades têm algumas desvantagens:

• quanto mais complexa a unidade e os sistemas relacionados, mais cara é a manutenção (exemplo - motores EcoBoost);
• requer um ajuste fino do sistema de suprimento de combustível, distribuição de ignição e outros sistemas, o que requer certas habilidades; caso contrário, o motor não funcionará com eficiência (ou nem dará a partida);
• mais peso (comparado aos motores elétricos);
• desgaste do mecanismo de manivela.

Apesar de equipar muitos veículos com outros tipos de motores (carros "limpos" movidos a tração elétrica), os ICEs permanecerão competitivos devido à sua disponibilidade por muito tempo. As versões híbrida e elétrica do carro estão ganhando popularidade, no entanto, devido ao alto custo desses veículos e ao custo de sua manutenção, eles ainda não estão disponíveis para o motorista comum.

Perguntas comuns:

O que é um motor de combustão interna? É um tipo de unidade de potência, em que no projeto é prevista uma câmara de combustão fechada, na qual é gerada energia térmica (devido à ignição da mistura ar-combustível) e convertida em energia mecânica.

Quem inventou o motor de combustão interna? Uma amostra do primeiro motor de combustão interna do mundo foi descoberta pelo inventor francês Étven Lenoir em 1860. O primeiro motor de combustão interna de quatro tempos, segundo o esquema em que funcionam absolutamente todas as unidades de potência, foi inventado por Nikolaus Otto.

De que é feito o motor? O ICE mais simples consiste em um bloco de cilindros no qual um sistema de biela de manivela, um grupo de pistão-cilindro é instalado, o bloco é coberto com uma cabeça de cilindro com um mecanismo de distribuição de gás (eixo de comando e válvulas), um sistema de admissão e escape, um sistema de combustível e ignição.