Уређај мотора са унутрашњим сагоревањем

Мотор са унутрашњим сагоревањем већ век се користи у мотоциклима, аутомобилима и камионима. До сада је остао најекономичнији тип мотора. Али за многе принцип рада и уређај мотора са унутрашњим сагоревањем остаје нејасан. Покушајмо да разумемо главне замршености и специфичности структуре мотора.

📌Дефиниција и опште карактеристике

Кључна карактеристика сваког мотора са унутрашњим сагоревањем је паљење запаљиве смеше директно у његовој радној комори, а не у спољним медијима. У тренутку сагоревања горива, примљена топлотна енергија провоцира рад механичких компонената мотора.

📌 Стварање историје

Пре појаве мотора са унутрашњим сагоревањем, самоходна возила била су опремљена моторима са спољним сагоревањем. Такве јединице радиле су од притиска паре генерисаног загревањем воде у одвојеном резервоару.

Дизајн таквих мотора био је превелик и неефикасан - поред велике тежине инсталације, да би се превазишле велике удаљености, транспорт је такође морао да повуче пристојну залиху горива (угаљ или огревно дрво).

С обзиром на овај недостатак, инжењери и проналазачи покушали су да реше важно питање: како комбиновати гориво са телом погонске јединице. Уклањањем елемената као што су бојлер, резервоар за воду, кондензатор, испаривач, пумпа итд. Из система. могао знатно смањити тежину мотора.

Стварање мотора са унутрашњим сагоревањем у облику који је познат савременом аутомобилисти одвијало се постепено. Ево главних прекретница које су довеле до појаве модерног мотора са унутрашњим сагоревањем:

• 1791 Јохн Барбер изумио је плинску турбину која функционише дестилишући нафту, угаљ и дрво у ретортама. Добијени гас, заједно са ваздухом, пумпао се у комору за сагоревање компресором. Настали врући гас под притиском доводио се на радно коло радног кола и ротирао.
• 1794 Роберт Стреет патентира мотор са течним горивом.
• 1799. Пхилиппе Ле Бон као резултат пиролизе нафте добија луминисцентни гас 1801. предлаже да се користи као гориво за бензинске моторе.
• 1807 Францоис Исаац де Риваз - патент о „употреби експлозивних материјала као извора енергије у моторима“. Ствара самоходну посаду на основу развоја.
• 1860 Етиенне Леноир је пионир раних проналазака створивши изводљив мотор покретан мешавином гаса и ваздуха за осветљење. Механизам је покренут искром из спољног извора напајања. Изум је коришћен на чамцима, али није инсталиран на самоходним возилима.
• 1861 Алпхонсе Бо Де Роцха открива важност компресовања горива пре његовог паљења, што је послужило стварању теорије о раду четворотактног мотора са унутрашњим сагоревањем (усисавање, компресија, сагоревање са ширењем и испуштањем).
• 1877 Николаус Отто ствара првих четворотактних мотора са унутрашњим сагоревањем од 12 кс.
• 1879 Карл Бенз патентира двотактни мотор.
• 1880-их. Огнеслав Костровицх, Вилхелм Маибацх и Готтлиеб Даимлер истовремено развијају модификације карбуратора мотора са унутрашњим сагоревањем, припремајући их за масовну производњу.

Поред мотора на бензин, 1899. појавио се и Тринклер Мотор. Овај проналазак је друга врста мотора са унутрашњим сагоревањем (некомпресорски уљни мотор под високим притиском), који ради на принципу проналаска Рудолфа Диесела. Током година, погонске јединице, и бензинске и дизел, су се побољшавале, што је повећало њихову ефикасност.

📌Врсте мотора са унутрашњим сагоревањем

По типу дизајна и специфичностима рада мотора са унутрашњим сагоревањем класификовани су према неколико критеријума:

• По врсти горива које се користи - дизел, бензин, гас.
• Према принципу хлађења - течност и ваздух.
• У зависности од распореда цилиндара - у линији и у облику слова В.
• Према начину припреме смеше горива - карбуратор, гас и убризгавање (смеше се формирају у спољном делу мотора са унутрашњим сагоревањем) и дизела (у унутрашњем делу).
• Према принципу паљења смеше горива - са присилним паљењем и са самозапаљењем (типично за дизел јединице).

Мотори се такође одликују својим дизајном и ефикасношћу:

• Клип, у коме се радна комора налази у цилиндрима. Вреди узети у обзир да су такви мотори са унутрашњим сагоревањем подељени у неколико подврста:
  • карбуратор (карбуратор је одговоран за стварање обогаћене радне смеше);
  • убризгавање (смеша се доводи директно у усисни разводник кроз млазнице);
  • дизел (до запаљења смеше долази због стварања високог притиска унутар коморе).
  • Ротациони клип, који се одликује претварањем топлотне енергије у механичку због ротације ротора заједно са профилом. Рад ротора, чији покрет подсећа на облик од 8 ку, у потпуности замењује функције клипова, разводног вратила и радилице.
  • Плинска турбина, у којој се мотор покреће топлотном енергијом добијеном окретањем ротора са лопатицама налик лопатици. Погони вратило турбине.

Теорија се на први поглед чини јасном. Погледајмо сада главне компоненте погонског склопа.

Девице ИЦЕ уређај

Дизајн тела укључује следеће компоненте:

• цилиндар блок;
• радилица механизам;
• механизам за дистрибуцију гаса;
• системи напајања и паљења запаљиве смеше и уклањања производа сагоревања (издувних гасова).

Да бисте разумели локацију сваке компоненте, размотрите дијаграм структуре мотора:

Број 6 означава где се налази цилиндар. То је једна од кључних компоненти мотора са унутрашњим сагоревањем. Унутар цилиндра је клип, означен бројем 7. Причвршћен је на клипњачу и радилицу (на дијаграму, означен бројевима 9, односно 12). Померање клипа горе-доле унутар цилиндра изазива стварање ротационих покрета радилице. На крају фрезе налази се замајац, приказан на дијаграму под бројем 10. Неопходан је за равномерно окретање вратила. Горњи део цилиндра је опремљен густом главом са усисним и издувним вентилима за смешу. Приказани су под бројем 5.

Отварање вентила постаје могуће захваљујући брегастим осовинама, означеним бројем 14, односно његовим елементима преноса (број 15). Ротацију брегастог вратила обезбеђују зупчаници радилице, означени бројем 13. Када се клип слободно креће у цилиндру, он је у стању да заузме два екстремна положаја.

Нормалан рад мотора са унутрашњим сагоревањем може се обезбедити само равномерним снабдевањем смешом горива у право време. Да би се смањили оперативни трошкови мотора за одвођење топлоте и спречило превремено хабање погонских компоненти, они су подмазани уљем.

📌 Принцип рада мотора са унутрашњим сагоревањем

Савремени мотори са унутрашњим сагоревањем раде на гориву које се запали унутар цилиндара и енергији која из њега долази. Смеша бензина и ваздуха доводи се кроз усисни вентил (у многим моторима постоје два по цилиндру). На истом месту се запали услед искре која настаје свећица... У тренутку мини експлозије, гасови у радној комори се шире, стварајући притисак. Погони клип причвршћен за КСхМ.

Дизел мотори раде на сличном принципу, само што се процес сагоревања покреће на мало другачији начин. У почетку се ваздух у цилиндру компресује, због чега се загрева. Пре него што клип достигне ТДЦ на ходу компресије, млазница распршује гориво. Због врућег ваздуха гориво се само себе пали без варнице. Даље, поступак је идентичан модификацији бензина мотора са унутрашњим сагоревањем.

КСхМ претвара клипне покрете клипне групе у ротацију радилица... Обртни моменат иде на замајац, па на механички или аутоматски мењач и на крају - на погонским точковима.

Процес док се клип креће горе или доле назива се ход. Све мере док се не понове називају се циклусом.

Један циклус укључује процес усисавања, компресије, паљења заједно са ширењем насталих гасова, ослобађањем.

Постоје две модификације мотора:

1. У двотактном циклусу радилица се окреће једном по циклусу, а клип се помера надоле и горе.
2. У четверотактном циклусу радилица ће се окретати два пута по циклусу, а клип ће извршити четири потпуна кретања - спуштаће се, подизати, спуштати, дизати.

📌 Принцип рада двотактног мотора

Када возач покрене мотор, стартер покреће замајац, радилица се окреће, КСхМ помера клип. Када достигне БДЦ и почне да расте, радна комора је већ напуњена запаљивом смешом.

У горњој мртвој тачки клипа, он се запали и помера надоле. Појављује се даља вентилација - издувни гасови се померају новим делом радне запаљиве смеше. Прозрачивање може варирати у зависности од дизајна мотора. Једна од модификација предвиђа пуњење потклипног простора смешом гориво-ваздух када се подиже, а када се клип спусти, истискује се у радну комору цилиндра, истискујући производе сагоревања.

У таквим модификацијама мотора не постоји систем за регулацију вентила. Сам клип отвара / затвара улаз / излаз.

Такви мотори се користе у технологији мале снаге, јер се у њима долази до замене гасова услед замене издувних гасова следећим делом мешавине ваздуха и горива. Пошто се радна смеша делимично уклања заједно са издувним гасом, ову модификацију карактерише повећана потрошња горива и мања снага у поређењу са четворотактним аналогима.

Једна од предности таквих мотора са унутрашњим сагоревањем је мање трење по циклусу, али се истовремено јаче загревају.

📌 Принцип рада четворотактног мотора

Већина аутомобила и осталих моторних возила су опремљени четворотактним моторима. Механизам за дистрибуцију гаса користи се за снабдевање радне смеше и уклањање издувних гасова. Вози се кроз разводни погон повезан ременом, ланцем или зупчаником на ременицу радилице.

Ротирајући брегасто вратило подиже / спушта усисне / издувне вентиле смештене изнад цилиндра. Овај механизам осигурава синхронизацију отварања одговарајућих вентила за довод запаљиве смеше и уклањање издувних гасова.

Код таквих мотора циклус се одвија на следећи начин (на пример, бензински мотор):

1. У тренутку покретања мотора, стартер окреће замајац који покреће радилицу. Отвара се улазни вентил. Механизам радилице спушта клип стварајући вакуум у цилиндру. Долази до усисавања смеше ваздух-гориво.
2. Крећући се према горе од доње мртве тачке, клип сабија запаљиву смешу. Ово је друга мера - компресија.
3. Када је клип у горњој мртвој тачки, свећица ствара искру која пали смешу. Због експлозије, гасови се шире. Прекомерни притисак у цилиндру помера клип надоле. Ово је трећи циклус - паљење и ширење (или радни удар).
4. Ротирајућа радилица враћа клип према горе. У овом тренутку брегасто вратило отвара издувни вентил кроз који клип у успону избацује издувне гасове. Ово је четврто издање.

📌Помоћни системи мотора са унутрашњим сагоревањем

Ниједан савремени мотор са унутрашњим сагоревањем не може самостално да ради. То је зато што гориво мора да се испоручи из резервоара за гас у мотор, мора се запалити у право време, а да се мотор не би „угушио“ из издувних гасова, они се морају на време уклонити.

Ротирајући делови требају стално подмазивање. Због високих температура генерисаних током сагоревања, мотор се мора хладити. Ове пратеће процесе не обезбеђује сам мотор, стога мотор са унутрашњим сагоревањем ради заједно са помоћним системима.

📌 Систем паљења

Овај помоћни систем је дизајниран за благовремено паљење запаљиве смеше у одговарајућем положају клипа (ТДЦ у тачки компресије). Користи се на бензинским моторима са унутрашњим сагоревањем и састоји се од следећих елемената:

• Извор енергије. Када мотор мирује, ову функцију врши акумулатор (како покренути аутомобил ако је батерија празна, прочитајте посебан чланак). Након покретања мотора извор енергије је генератор.
• Брава за паљење. Уређај који затвара електрични круг за напајање из извора напајања.
• Уређај за складиштење. Већина бензинских возила има калем за паљење. Постоје и модели у којима постоји неколико таквих елемената - по један за сваку свећицу. Они претварају ниски напон из батерије у високи напон потребан за стварање висококвалитетне искре.
• Дистрибутер-прекидач паљења. У карбураторским аутомобилима ово је дистрибутер, у већини осталих овај процес контролише ЕЦУ. Ови уређаји дистрибуирају електричне импулсе на одговарајуће свећице.

📌Уводни систем

Сагоревање захтева комбинацију три фактора: гориво, кисеоник и извор паљења. Ако се примени електрично пражњење - задатак система за паљење, тада усисни систем обезбеђује кисеоник мотору тако да гориво може да се запали.

Овај систем се састоји од:

• Улаз ваздуха - одвојна цев кроз коју се одводи чист ваздух. Процес пријема зависи од модификације мотора. У атмосферским моторима се усисава ваздух због стварања вакуума који настаје у цилиндру. У моделима са турбопуњачем овај процес је побољшан ротацијом лопатица компресора, што повећава снагу мотора.
• Ваздушни филтер је дизајниран за чишћење протока од прашине и ситних честица.
• Пригушни вентил је вентил који регулише количину ваздуха који улази у мотор. Регулише се притиском на папучицу гаса или електроником управљачке јединице.
• Усисни разводник је систем цеви повезаних на једну заједничку цев. У убризгавајућим моторима са унутрашњим сагоревањем на врху је инсталиран пригушни вентил и убризгавач горива за сваки цилиндар. У модификацијама карбуратора, карбуратор је инсталиран на усисном разводнику, у коме се ваздух меша са бензином.

Поред ваздуха, у боце се мора доводити и гориво. У ту сврху развијен је систем за гориво који се састоји од:

• резервоар за гориво;
• вод за гориво - црева и цеви кроз које се бензин или дизел гориво крећу од резервоара до мотора;
• карбуратор или ињектор (системи млазница који прскају гориво);
• пумпа за горивопумпање горива из резервоара до карбуратора или другог уређаја за мешање горива и ваздуха;
• филтер за гориво који чисти бензин или дизел гориво од отпадака.

Данас постоје многе модификације мотора код којих се радна смеша различитим методама доводи у цилиндре. Међу таквим системима постоје:

• једнократно убризгавање (принцип расплињача, само са млазницом);
• распоређено убризгавање (засебна млазница је инсталирана за сваки цилиндар, смеша ваздух-гориво се формира у каналу усисног разводника);
• директно убризгавање (млазница прска радну смешу директно у цилиндар);
• комбиновано убризгавање (комбинује принцип директног и дистрибуираног убризгавања)

СистемСистем за подмазивање

Све површине за трљање металних делова морају бити подмазане како би се охладиле и смањиле хабање. Да би се обезбедила ова заштита, мотор је опремљен системом за подмазивање. Такође штити металне делове од оксидације и уклања наслаге угљеника. Систем за подмазивање састоји се од:

• корито - резервоар који садржи моторно уље;
• пумпа за уље која ствара притисак, захваљујући којем се мазиво допрема у све делове мотора;
• филтер за уље који задржава све честице настале радом мотора;
• неки аутомобили су опремљени хладњаком уља за додатно хлађење мазива у мотору.

📌Ауспушни систем

Квалитетни издувни систем осигурава уклањање издувних гасова из радних комора цилиндара. Савремени аутомобили опремљени су издувним системом, који укључује следеће елементе:

• издувни колектор који пригушује вибрације врућих издувних гасова;
• прихватна цев, у коју издувни гасови долазе из разводника (попут издувног разводника, направљен је од метала отпорног на топлоту);
• катализатор који чисти издувне гасове од штетних елемената, што омогућава возилу да се усклади са еколошким стандардима;
• резонатор - капацитет нешто мањи од главног пригушивача, дизајниран да смањи брзину издувних гасова;
• главни пригушивач, унутар којег се налазе преграде које мењају правац издувних гасова да би смањиле њихову брзину и буку.

📌Систем хлађења

Овај додатни систем омогућава мотору да ради без прегревања. Она подржава радна температура моторадок је намотана. Тако да овај индикатор не прелази критичне границе чак и када аутомобил мирује, систем се састоји од следећих делова:

• радијатор за хлађењекоји се састоји од цеви и плоча дизајнираних за брзу размену топлоте између расхладне течности и ваздуха из околине;
• вентилатор који обезбеђује већи проток ваздуха, на пример, ако је машина у саобраћајној гужви, а хладњак није довољно дуван;
• пумпа за воду, захваљујући којој је обезбеђена циркулација расхладне течности, која уклања топлоту из врућих зидова блока цилиндара;
• термостат - вентил који се отвара након што се мотор загреје на радну температуру (пре него што се покрене, расхладна течност циркулише у малом кругу, а када се отвори, течност се креће кроз хладњак).

Синхрони рад сваког помоћног система осигурава несметан рад мотора са унутрашњим сагоревањем.

Ци циклуси мотора

Циклус значи радње које се понављају у једном цилиндру. Четворотактни мотор је опремљен механизмом који покреће сваки од ових циклуса.

У мотору са унутрашњим сагоревањем, клип врши клипне покрете (горе / доле) дуж цилиндра. Клипњача и ручица причвршћена за њу претварају ову енергију у ротацију. Током једне акције - када клип досегне од најниже тачке до врха и назад - радилица направи један обртај око своје осе.

Да би се овај процес непрестано одвијао, смеша ваздуха и горива мора ући у цилиндар, мора се стиснути и запалити у њему, а такође морају бити уклоњени и производи сагоревања. Сваки од ових процеса одвија се у једној револуцији радилице. Те радње се називају решетке. Четворотактни су их четворица:

1. Унос или усисавање. При овом потезу, смеша ваздуха и горива се усисава у шупљину цилиндра. Улази кроз отворени усисни вентил. У зависности од врсте система за гориво, бензин се меша са ваздухом у усисном колектору или директно у цилиндру, као што су дизел мотори;
2. Компресија. У овом тренутку су и усисни и издувни вентили затворени. Клип се помера према горе због пуцања радилице, а окреће се извођењем других потеза у суседним цилиндрима. У бензинском мотору ВТС је компримован на неколико атмосфера (10-11), а у дизел мотору - више од 20 атм;
3. Радни удар. У тренутку када се клип заустави на самом врху, компримована смеша се пали помоћу искре из свећице. У дизел мотору овај процес је мало другачији. У њему се ваздух толико стлачи да му температура скочи на вредност при којој се дизел гориво само од себе запали. Чим се деси експлозија смеше горива и ваздуха, ослобођена енергија нема где да оде и помера клип надоле;
4. Ослобађање производа сагоревања. Да би се комора напунила свежим делом запаљиве смеше, гасови настали као резултат паљења морају се уклонити. То се дешава у следећем ходу када се клип подигне. У овом тренутку се отвара излазни вентил. Када клип досегне горњу мртву тачку, циклус (или низ потеза) у одвојеном цилиндру се затвара и поступак се понавља.

📌Предности и недостаци ИЦЕ

Данас је најбоља опција мотора за моторна возила ИЦЕ. Међу предностима таквих јединица су:

• лакоћа поправке;
• економичност за дуга путовања (зависи од његов обим);
• велики радни ресурс;
• доступност аутомобилисту просечног дохотка.

Још увек није створен идеалан мотор, па ове јединице имају и неке недостатке:

• што су јединица сложенија и сродни системи, то је скупље њихово одржавање (на пример, ЕцоБоост мотори);
• захтева фино подешавање система за довод горива, расподеле паљења и других система, што захтева одређене вештине, иначе мотор неће радити ефикасно (или уопште неће стартовати);
• већа тежина (у поређењу са електричним моторима);
• хабање радилице.

Упркос томе што су многа возила опремили другим типовима мотора („чисти“ аутомобили погоњени електричном вучом), ИЦЕ ће дуго задржати конкурентну позицију због њихове доступности. Хибридне и електричне верзије аутомобила стичу популарност, међутим, због високих трошкова таквих возила и трошкова њиховог одржавања, још увек нису доступне просечном аутомобилисти.

Најчешћа питања:

Шта је мотор са унутрашњим сагоревањем? Ово је врста погонске јединице, где је у дизајну предвиђена затворена комора за сагоревање, у којој се ствара топлотна енергија (услед паљења смеше гориво-ваздух) и претвара у механичку енергију.

Ко је изумео мотор са унутрашњим сагоревањем? Узорак првог светског мотора са унутрашњим сагоревањем открио је француски проналазач Етвен Леноир 1860. године. Први четворотактни мотор са унутрашњим сагоревањем, према чијој шеми раде апсолутно све погонске јединице, изумео је Николаус Отто.

Од чега је направљен мотор? Најједноставнији ИЦЕ састоји се од блока цилиндара у који је уграђен систем клипњаче, групе цилиндра-клипа, блок је одозго покривен главом цилиндра са механизмом за расподелу гаса (брегасто вратило и вентили), усисним и издувним гасом систем, гориво и систем паљења.