Förbränningsmotoranordning

Förbränningsmotorn har använts i motorcyklar, bilar och lastbilar i ett sekel. Fram till nu är det fortfarande den mest ekonomiska typen av motor. Men för många förblir driftsprincipen och förbränningsmotorns enhet oklart. Låt oss försöka förstå de viktigaste komplikationerna och detaljerna i motorns struktur.

📌Definition och allmänna funktioner

Ett viktigt inslag i varje förbränningsmotor är antändningen av en brännbar blandning direkt i dess arbetskammare och inte i externa media. Vid ögonblicket av bränsleförbränning provoserar den mottagna termiska energin driften av de mekaniska komponenterna i motorn.

Skapar historia

Före tillkomsten av förbränningsmotorer var självgående fordon utrustade med förbränningsmotorer. Sådana enheter drivs från ångtrycket genererat genom att värma vattnet i en separat tank.

Utformningen av sådana motorer var överdimensionerad och ineffektiv - utöver installationens stora vikt, för att övervinna långa avstånd, var transporten också tvungen att dra en anständig bränsleförsörjning (kol eller ved).

Med tanke på denna brist försökte ingenjörer och uppfinnar att lösa en viktig fråga: hur man kombinerar bränslet med kraftenheten. Genom att ta bort element som panna, vattentank, kondensor, förångare, pump etc. från systemet. det var möjligt att markant minska motorns vikt.

Skapandet av en förbränningsmotor i den form som är bekant för en modern bilist skedde gradvis. Här är de viktigaste milstolparna som ledde till uppkomsten av den moderna förbränningsmotorn:

• 1791 John Barber uppfinner en gasturbin som fungerar genom att destillera olja, kol och trä i retorter. Den resulterande gasen, tillsammans med luft, pumpades in i förbränningskammaren med en kompressor. Den erhållna heta gasen under tryck tillfördes till pumphjulet på impellern och roterade det.
• 1794 Robert Street patenterar en motor med flytande bränsle.
• 1799. Philippe Le Bon som ett resultat av pyrolysen av olja får självlysande gas. 1801 föreslår han att använda den som ett bränsle för bensinmotorer.
• 1807 François Isaac de Rivaz - patent på "användning av explosiva material som energikälla i motorer." På grundval av utvecklingen skapar en "självgående besättning".
• 1860 Etienne Lenoir var banbrytande av tidiga uppfinningar genom att skapa en användbar motor som drivs av en blandning av belysningsgas och luft. Mekanismen sattes i rörelse med en gnista från en extern kraftkälla. Uppfinningen användes på båtar, men installerades inte på självgående fordon.
• 1861 Alphonse Bo De Rocha avslöjar vikten av att komprimera bränslet innan det antänds, vilket tjänade till att skapa teorin om driften av en fyrtaktig förbränningsmotor (insugning, kompression, förbränning med expansion och frigöring).
• 1877 Nikolaus Otto skapar den första fyrhastighetsförbränningsmotorn på 12 hk.
• 1879 Karl Benz patenterar tvåtaktsmotorn.
• 1880-talet. Ogneslav Kostrovich, Wilhelm Maybach och Gottlieb Daimler utvecklar samtidigt förgasarmodifieringar av förbränningsmotorn och förbereder dem för massproduktion.

Förutom bensindrivna motorer dök Trinkler Motor 1899. Föreliggande uppfinning är en annan typ av förbränningsmotor (icke-kompressormotor med högt tryck) som fungerar enligt Rudolf Diesels princip. Under åren har kraftaggregaten, både bensin och diesel, förbättrats, vilket ökade deras effektivitet.

Typer av förbränningsmotorer

Efter typ av konstruktion och specifikationer för driften av förbränningsmotorn klassificeras de enligt flera kriterier:

• Efter typ av bränsle som används - diesel, bensin, gas.
• Enligt principen om kylning - vätska och luft.
• Beroende på arrangemanget av cylindrarna - i linje och V-formad.
• Enligt metoden för beredning av bränsleblandningen - förgasare, gas och injektion (blandningar bildas i den yttre delen av förbränningsmotorn) och diesel (i den inre delen).
• Enligt principen om antändning av bränsleblandningen - med tänd tändning och med självantändning (typiskt för dieselenheter).

Motorer kännetecknas också av design och arbetseffektivitet:

• Kolv, där arbetskammaren är belägen i cylindrarna. Det är värt att tänka på att sådana förbränningsmotorer är indelade i flera underarter:
  • förgasare (förgasaren ansvarar för att skapa en anrikad arbetsblandning);
  • injektion (blandningen tillförs direkt till insugningsröret genom munstyckena);
  • diesel (antändning av blandningen sker på grund av att högt tryck skapas inuti kammaren).
  • Roterande kolv, kännetecknad av omvandling av termisk energi till mekanisk energi på grund av rotorns rotation tillsammans med profilen. Rotorns arbete, vars rörelse liknar en 8-ku form, ersätter helt kolvarnas, tidpunkten och vevaxelens funktioner.
  • Gasturbin, i vilken motorn drivs av termisk energi erhållen genom att rotera en rotor med blad som liknar ett blad. Han driver turbinaxeln.

Teorin verkar vid första anblicken tydlig. Låt oss nu titta på huvudkomponenterna i drivlinan.

📌 ICE-enhet

Kroppsdesignen inkluderar följande komponenter:

• cylinder block;
• vevmekanism;
• gasfördelningsmekanism;
• system för tillförsel och antändning av en brännbar blandning och borttagning av förbränningsprodukter (avgaser).

För att förstå platsen för varje komponent, överväg motorstrukturdiagrammet:

Siffran 6 anger platsen där cylindern är belägen. Det är en av de viktigaste komponenterna i förbränningsmotorn. Inuti cylindern finns en kolv, betecknad med nummer 7. Den är fäst vid kopplingsstången och vevaxeln (i diagrammet, betecknade med respektive nummer 9 och 12). Att flytta kolven upp och ner i cylindern provocerar bildningen av rotationsrörelser hos vevaxeln. I slutet av rorkulan finns ett svänghjul som visas i diagrammet under numret 10. Det är nödvändigt för jämn rotation av axeln. Den övre delen av cylindern är utrustad med ett tätt huvud, som har ventiler för blandningens intag och avgaser. De visas under nummer 5.

Öppnandet av ventilerna blir möjligt på grund av kamaxelkamarna, betecknade nummer 14, eller snarare dess transmissionselement (nummer 15). Rotationen av kamaxeln tillhandahålls av vevaxelns kugghjul, indikerade med siffran 13. När kolven rör sig fritt i cylindern kan den ta två ytterlägen.

Förbränningsmotorns normala drift kan endast säkerställas genom en enhetlig tillförsel av bränsleblandningen vid rätt tidpunkt. För att minska driftskostnaderna för motorn för värmeavgivning och för att förhindra för tidigt slitage av drivkomponenterna smörjs de med olja.

PrinciplePrincipen för förbränningsmotorn

Moderna förbränningsmotorer körs på bränslet som antänds i cylindrarna och energin som kommer från den. En blandning av bensin och luft tillförs genom insugningsventilen (i många motorer finns det två per cylinder). På samma plats antänds det på grund av den gnista som bildas tändstift... I ögonblicket av en minixplosion expanderar gaserna i arbetskammaren och skapar tryck. Den driver kolven ansluten till KShM.

Dieselmotorer fungerar enligt en liknande princip, bara förbränningsprocessen initieras på något annorlunda sätt. Initialt komprimeras luften i cylindern, vilket får den att värmas upp. Innan kolven når TDC på kompressionsslaget finfördelar injektorn bränsle. På grund av den heta luften tänds bränslet på egen hand utan gnista. Vidare är processen identisk med bensinmodifieringen av förbränningsmotorn.

KShM omvandlar kolvgruppens fram- och återgående rörelser till rotation vevaxel... Momentet går till svänghjulet och sedan till mekanisk eller automatisk växellåda och slutligen på drivhjulen.

Processen medan kolven rör sig upp eller ner kallas ett slag. Alla åtgärder tills de upprepas kallas en cykel.

En cykel inkluderar processen för sugning, komprimering, antändning tillsammans med expansionen av de bildade gaserna, frigöring.

Det finns två modifieringar av motorer:

1. I en tvåtaktscykel roterar vevaxeln en gång per cykel, och kolven rör sig nedåt och uppåt.
2. I en fyrtaktscykel kommer vevaxeln att vrida två gånger per cykel, och kolven kommer att göra fyra fullständiga rörelser - den kommer att gå ner, stiga, falla, stiga.

📌Arbetsprincip för tvåtaktsmotor

När föraren startar motorn sätter startmotorn svänghjulet i rörelse, vevaxeln vrids, KShM flyttar kolven. När den når BDC och börjar stiga, är arbetskammaren redan fylld med en brännbar blandning.

I kolvens högsta döda mitt antänds och flyttar den ner. Ytterligare ventilation uppstår - avgaserna förskjuts av en ny del av den fungerande brännbara blandningen. Rensning kan variera beroende på motorns design. En av modifieringarna tillhandahåller fyllning av underkolvutrymmet med bränsle-luftblandningen när den stiger, och när kolven går ner pressas den in i cylinderns arbetsrum och förskjuter förbränningsprodukterna.

Vid sådana modifieringar av motorer finns det inget ventiltidssystem. Kolven själv öppnar / stänger inloppet / utloppet.

Sådana motorer används i lågeffektiv teknik, eftersom gasutbyte i dem sker på grund av utbyte av avgaser med nästa del av luft-bränsleblandningen. Eftersom arbetsblandningen delvis avlägsnas tillsammans med avgaserna kännetecknas denna modifiering av ökad bränsleförbrukning och lägre effekt jämfört med fyrtaktsanaloger.

En av fördelarna med sådana förbränningsmotorer är att det är mindre friktion per cykel, men samtidigt värms de upp mer.

Principle Arbetsprincip för en fyrtaktsmotor

De flesta bilar och andra motorfordon är utrustade med fyrtaktsmotorer. En gasfördelningsmekanism används för att tillföra arbetsblandningen och ta bort avgaserna. Den drivs genom en tidsdrivning som är ansluten till vevaxelns remskiva av ett bälte, kedja eller växellåda.

roterande kamaxel höjer / sänker inlopps- / avgasventilerna placerade ovanför cylindern. Denna mekanism säkerställer synkron öppning av motsvarande ventiler för tillförsel av en brännbar blandning och avlägsnande av avgaser.

I sådana motorer sker cykeln enligt följande (t.ex. en bensinmotor):

1. Just nu som motorn startas, vrider startmotorn svänghjulet, som driver vevaxeln. Inloppsventilen öppnas. Vevmekanismen sänker kolven och skapar ett vakuum i cylindern. Det finns en sugslag av luft-bränsleblandningen.
2. När kolven rör sig uppåt från botten döda, komprimerar kolven bränsleblandningen. Detta är den andra åtgärden - komprimering.
3. När kolven är i övre döda mitten skapar tändstiftet en gnista som tänder blandningen. På grund av explosionen expanderar gaserna. Övertryck i cylindern rör kolven nedåt. Detta är den tredje cykeln - tändning och expansion (eller arbetsslag).
4. Den roterande vevaxeln rör kolven uppåt. Vid denna tidpunkt öppnar kamaxeln avgasventilen genom vilken den stigande kolven driver ut avgaserna. Detta är den fjärde utgåvan.

📌 Hjälpsystem till förbränningsmotorn

Ingen modern förbränningsmotor kan fungera oberoende. Det beror på att bränslet måste levereras från bensintanken till motorn, det måste antändas vid rätt tidpunkt, och så att motorn inte "kvävs" från avgaserna måste de tas bort i tid.

Roterande delar behöver konstant smörjning. På grund av de höga temperaturerna som genereras under förbränningen måste motorn kylas. Dessa åtföljande processer tillhandahålls inte av själva motorn, därför förbränningsmotorn fungerar tillsammans med hjälpsystem.

Tändningssystem

Detta hjälpsystem är utformat för snabb antändning av den brännbara blandningen vid lämpligt kolvläge (TDC i kompressionsslaget). Det används i bensinförbränningsmotorer och består av följande element:

• Strömförsörjning. När motorn är i vila utförs denna funktion av batteriet (hur man startar en bil om batteriet är dött, läs in separat artikel). Efter start av motorn är energikällan генератор.
• Egnitionslås. En enhet som stänger en elektrisk krets för att driva den från en strömkälla.
• Lagringsenhet. De flesta bensinfordon har en tändspole. Det finns också modeller där det finns flera sådana element - ett för varje tändstift. De omvandlar lågspänningen från batteriet till den höga spänningen som behövs för att skapa en gnista av hög kvalitet.
• Distributör-avbrott av antändning. I förgasarbilar är detta en distributör, i de flesta andra styrs denna process av en ECU. Dessa enheter distribuerar elektriska impulser till lämpliga tändstift.

Inledningssystem

Förbränning kräver en kombination av tre faktorer: bränsle, syre och en antändningskälla. Om en elektrisk urladdning appliceras - tändningssystemets uppgift, tillför insugningssystemet syre till motorn så att bränslet kan antändas.

Detta system består av:

• Luftintag - ett grenrör genom vilket ren luft tas. Tillträdesprocessen beror på motorns modifiering. I atmosfäriska motorer sugs luft in på grund av skapandet av ett vakuum som bildas i cylindern. I turboladda modeller förbättras denna process genom rotationen av superladdarklingorna, vilket ökar motorns effekt.
• Luftfiltret är utformat för att rengöra flödet från damm och små partiklar.
• Spjällventilen är en ventil som reglerar mängden luft som kommer in i motorn. Det regleras antingen genom att trycka på gaspedalen eller med styrenhetens elektronik.
• Inloppsgrenröret är ett system med rör anslutna till ett gemensamt rör. I förbränningsmotorer för injektion installeras en spjällventil ovanpå och en bränsleinsprutare för varje cylinder. Vid förgasningsmodifikationer installeras en förgasare på insugningsgrenröret, i vilken luft blandas med bensin.

Förutom luft måste bränsle tillföras cylindrarna. För detta ändamål har ett bränslesystem utvecklats, bestående av:

• bränsletank;
• bränsleledning - slangar och rör genom vilka bensin eller dieselbränsle rör sig från tanken till motorn;
• förgasare eller injektor (munstyckssystem som sprutar bränsle);
• bensinpumppumpa bränsle från en tank till en förgasare eller annan anordning för att blanda bränsle och luft;
• ett bränslefilter som rengör bensin eller diesel från skräp.

Idag finns det många modifieringar av motorer där arbetsblandningen matas in i cylindrarna med olika metoder. Bland sådana system finns:

• enda injektion (förgasarprincip, endast med munstycke);
• distribuerad injektion (ett separat munstycke installeras för varje cylinder, luft-bränsleblandningen bildas i insugningsgrenrörskanalen);
• direkt injektion (munstycket sprutar arbetsblandningen direkt i cylindern);
• kombinerad injektion (kombinerar principen om direkt och distribuerad injektion)

📌Smörjningssystem

Alla gnidytor på metalldelar måste smörjas för att svalna och minska slitage. För att ge detta skydd är motorn utrustad med ett smörjsystem. Det skyddar också metalldelar från oxidation och tar bort kolavlagringar. Smörjsystemet består av:

• sump - en reservoar som innehåller motorolja;
• en oljepump som skapar tryck tack vare vilket smörjmedel som tillförs alla delar av motorn;
• ett oljefilter som fångar alla partiklar som härrör från motorns drift;
• vissa bilar är utrustade med en oljekylare för ytterligare kylning av motorns smörjmedel.

📌 Avgassystem

Ett högkvalitativt avgassystem garanterar att avgaserna avlägsnas från cylindrarnas arbetsrum. Moderna bilar är utrustade med ett avgassystem som innehåller följande element:

• en avgasgrenrör som dämpar vibrationer från heta avgaser;
• ett mottagningsrör, i vilket avgaserna kommer från grenröret (som avgasgrenröret är det tillverkat av värmebeständig metall);
• en katalysator som rengör avgaserna från skadliga element, vilket gör det möjligt för fordonet att uppfylla miljöstandarder;
• resonator - en kapacitet som är något mindre än huvudljuddämparen, utformad för att minska avgashastigheten;
• huvudljuddämparen, inom vilken det finns partitioner som ändrar avgasernas riktning för att minska deras hastighet och buller.

📌Kylsystem

Detta extra system gör att motorn kan köras utan överhettning. Hon stöder motorns driftstemperaturmedan den avvecklas. Så att denna indikator inte överskrider de kritiska gränserna även om bilen är stillastående består systemet av följande delar:

• kylningsradiatorbestående av rör och plattor utformade för snabb värmeväxling mellan kylvätska och omgivande luft;
• en fläkt som ger ett högre luftflöde, till exempel om bilen befinner sig i en trafikstockning och kylaren inte är tillräckligt blåst;
• en vattenpump, tack vare vilken kylvätskans cirkulation säkerställs, som tar bort värme från de heta väggarna i cylinderblocket;
• termostat - en ventil som öppnas efter att motorn värms upp till driftstemperatur (innan den körs cirkulerar kylvätskan i en liten cirkel, och när den öppnas rör sig vätskan genom kylaren)

Synkron drift av varje hjälpsystem garanterar smidig drift av förbränningsmotorn.

📌 Motorcykler

En cykel betyder åtgärder som upprepas i en enda cylinder. Fyrtaktsmotorn är utrustad med en mekanism som utlöser var och en av dessa cykler.

I förbränningsmotorn utför kolven fram- och återgående rörelser (upp / ner) längs cylindern. Länkstången och veven som är fäst vid den omvandlar denna energi till rotation. Under en åtgärd - när kolven når från den lägsta punkten till toppen och baksidan - gör vevaxeln en rotation runt sin axel.

För att denna process ska ske ständigt måste en luftbränsleblandning tränga in i cylindern, den måste komprimeras och antändas i den och förbränningsprodukter måste också avlägsnas. Var och en av dessa processer äger rum i en vevaxelrevolution. Dessa åtgärder kallas staplar. Det finns fyra av dem i fyrtakts:

1. Intag eller sug. Vid detta slag sugs en luft-bränsleblandning in i cylinderhålan. Den kommer in genom en öppen inloppsventil. Beroende på bränslesystemstyp blandas bensin med luft i insugningsröret eller direkt i cylindern, t.ex. i dieselmotorer;
2. Kompression. Vid denna tidpunkt är både insugs- och avgasventilerna stängda. Kolven rör sig upp på grund av vevaxelns vev, och den roterar på grund av utförandet av andra slag i intilliggande cylindrar. I en bensinmotor komprimeras VTS till flera atmosfärer (10-11) och i en dieselmotor - mer än 20 atm;
3. Arbetsslag. I det ögonblick då kolven stannar högst upp antänds den komprimerade blandningen av en gnista från en tändstift. I en dieselmotor är denna process något annorlunda. I den komprimeras luften så mycket att dess temperatur hoppar till ett värde vid vilket dieselbränslet antänds på egen hand. Så snart en explosion av en blandning av bränsle och luft inträffar har den frigjorda energin ingenstans att gå, och den flyttar kolven ner;
4. Förbränningsprodukter släpps. För att fylla kammaren med en ny del av den brännbara blandningen måste de gaser som bildas som ett resultat av antändning avlägsnas. Detta händer i nästa slag när kolven går upp. Just nu öppnas utloppsventilen. När kolven når det övre dödläget stängs cykeln (eller uppsättningen slag) i en separat cylinder och processen upprepas.

📌 Fördelar och nackdelar med ICE

Idag är ICE det bästa motoralternativet för motorfordon. Bland fördelarna med sådana enheter är:

• enkel reparation;
• ekonomi för långa resor (beror på dess volym);
• stor arbetsresurs;
• tillgänglighet för en bilist med medelinkomst.

Den ideala motorn har ännu inte skapats, därför har dessa enheter också några nackdelar:

• ju mer komplexa enheten och relaterade system, desto dyrare underhåll (till exempel EcoBoost-motorer);
• kräver finjustering av bränsletillförselsystemet, tändningsfördelning och andra system, vilket kräver viss kompetens, annars fungerar inte motorn effektivt (eller startar inte alls);
• mer vikt (jämfört med elmotorer);
• slitage på vevmekanismen.

Trots att många fordon är utrustade med andra typer av motorer ("rena" bilar som drivs med elektrisk dragkraft) kommer förbränningsmotorer att bibehålla en konkurrenskraftig position under lång tid på grund av deras tillgänglighet. Hybrid- och elektriska versioner av bilar blir alltmer populära, men på grund av de höga kostnaderna för sådana fordon och kostnaderna för deras underhåll är de ännu inte tillgängliga för den genomsnittliga bilisten.

Vanliga frågor:

Vad är en förbränningsmotor? Detta är ett slags kraftenheter, där en sluten förbränningskammare tillhandahålls i konstruktionen, i vilken termisk energi genereras (på grund av antändning av bränsle-luftblandningen) och omvandlas till mekanisk energi.

Vem uppfann förbränningsmotorn? Ett urval av världens första förbränningsmotor upptäcktes av den franska uppfinnaren Étven Lenoir 1860. Den första fyrtaktsförbränningsmotorn, enligt schemat för vilken absolut alla kraftaggregat fungerar, uppfanns av Nikolaus Otto.

Vad är motorn tillverkad av? Den enklaste ICE består av ett cylinderblock i vilket ett vevkopplingsstångsystem, en cylinder-kolvgrupp är installerad, blocket är täckt med ett topplock med en gasfördelningsmekanism (kamaxel och ventiler), ett insugnings- och avgassystem, ett bränsle- och tändsystem.