وصف لعمل محرك الاحتراق الداخلي. كيف يعمل محرك الاحتراق الداخلي وكيف يعمل

حتي اليوم محرك الاحتراق الداخلي(جليد)أو كما يطلق عليه أيضًا "المستنشق" - النوع الرئيسي للمحركات المستخدمة على نطاق واسع في صناعة السيارات. ما هو DVS؟ هذه وحدة حرارية متعددة الوظائف تقوم ، باستخدام التفاعلات الكيميائية وقوانين الفيزياء ، بتحويل الطاقة الكيميائية لخليط الوقود إلى قوة ميكانيكية (عمل).

تنقسم محركات الاحتراق الداخلي إلى:

1. محرك المكبس.
2. محرك مكبس دوار.
3. محرك توربيني غازي.

يعتبر محرك الاحتراق الداخلي للمكبس هو الأكثر شعبية بين المحركات المذكورة أعلاه ، وقد حاز على شهرة عالمية وكان رائدًا في صناعة السيارات لسنوات عديدة. أقترح النظر في الجهاز بمزيد من التفصيل جليدوكذلك مبدأ عملها.

تشمل مزايا محرك الاحتراق الداخلي للمكبس ما يلي:

1. العالمية (التطبيق على مختلف المركبات).
2. عمر بطارية عالي المستوى.
3. أبعاد مدمجة.
4. سعر مقبول.
5. القدرة على البدء بسرعة.
6. وزن خفيف.
7. القدرة على العمل بأنواع مختلفة من الوقود.

بالإضافة إلى "الإيجابيات" ، فإنه يحتوي على محرك احتراق داخلي وعدد من العيوب الخطيرة ، منها:

1. سرعة العمود المرفقي العالية.
2. مستوى ضوضاء رائع.
3. الكثير من السمية في غازات العادم.
4. كفاءة منخفضة (معامل الأداء).
5. مورد خدمة صغير.

محركات الاحتراق الداخليتختلف حسب نوع الوقود ، فهي:

1. بنزين.
2. ديزل.
3. وكذلك الغاز والكحول.

يمكن تسمية النوعين الأخيرين بديلاً ، لأنهما لا يستخدمان على نطاق واسع اليوم.

محرك الاحتراق الداخلي القائم على الكحول والذي يعمل بالهيدروجين هو الأكثر واعدة وصديق للبيئة ، فهو لا ينبعث منه "ثاني أكسيد الكربون" الضار في الغلاف الجوي ، والذي يوجد في غازات العادم لمحركات الاحتراق الداخلي الترددية.

يتكون محرك الاحتراق الداخلي للمكبس من الأنظمة الفرعية التالية:

1. آلية كرنك (KShM).
2. نظام المدخول.
3. نظام الوقود.
4. نظام تشحيم.
5. نظام الإشعال (في محركات البنزين).
6. نظام التخرج.
7. نظام التبريد.
8. نظام التحكم.

يتكون غلاف المحرك من عدة أجزاء ، والتي تشمل: كتلة الأسطوانة ، وكذلك رأس الأسطوانة (رأس الأسطوانة). تتمثل مهمة العمود المرفقي في تحويل الحركات الترددية للمكبس إلى حركات دورانية للعمود المرفقي. تعد آلية توزيع الغاز ضرورية لمحرك الاحتراق الداخلي لضمان إدخال خليط الوقود والهواء في الوقت المناسب في الأسطوانات وإطلاق غازات العادم في الوقت المناسب.

يعمل نظام السحب على إمداد المحرك في الوقت المناسب بالهواء ، وهو أمر ضروري لتكوين خليط من الوقود والهواء. يقوم نظام الوقود بتزويد المحرك بالوقود ، وبالترادف يعمل هذان النظامان على تكوين خليط من الوقود والهواء ، وبعد ذلك يتم إدخاله من خلال نظام الحقن إلى غرفة الاحتراق.

يحدث اشتعال خليط الوقود والهواء بسبب نظام الإشعال (في البنزين ICEs) ، في محركات الديزل ، يحدث الاشتعال بسبب ضغط الخليط وشمعات التوهج.

يستخدم نظام التزييت ، كما يوحي الاسم ، لتزييت أجزاء الاحتكاك ، وبالتالي تقليل تآكلها ، وزيادة عمرها التشغيلي وبالتالي إزالة درجة الحرارة من أسطحها. يتم تبريد الأسطح والأجزاء الساخنة عن طريق نظام التبريد ، فهو يزيل درجة الحرارة بمساعدة المبرد من خلال قنواته ، والذي يمر عبر الرادياتير ، ويبرد ويكرر الدورة. يضمن نظام العادم إزالة غازات العادم من أسطوانات ICE التي تكون بواسطتها جزءًا من هذا النظام ، ويقلل من الضوضاء المصحوبة بانبعاث الغازات وسميتها.

نظام إدارة المحرك (في الموديلات الحديثةوحدة التحكم الإلكترونية (ECU) أو الكمبيوتر الموجود على متن الطائرة هو المسؤول عن ذلك) ضروريًا تحكم إلكترونيجميع الأنظمة الموصوفة أعلاه والتأكد من تزامنها.

كيف يعمل محرك الاحتراق الداخلي؟

مبدأ تشغيل محرك الاحتراق الداخلييعتمد على تأثير التمدد الحراري للغازات ، والذي يحدث أثناء احتراق خليط الوقود والهواء ، والذي يتحرك بسببه المكبس في الأسطوانة. تحدث دورة عمل محرك الاحتراق الداخلي في دورتين للعمود المرفقي وتتكون من أربع دورات ، ومن هنا جاء الاسم - محرك رباعي الأشواط.

1. السكتة الدماغية الأولى هي المدخل.
2. الثاني هو الضغط.
3. الثالث هو سير العمل.
4. الإصدار الرابع.

أثناء الضربتين الأوليين - شوط السحب والعمل ، يتحرك لأسفل ، بالنسبة للضغط والعادم الآخرين - يرتفع المكبس. يتم تكوين دورة العمل لكل من الأسطوانات بطريقة لا تتطابق مع المرحلة ، وهذا ضروري لضمان التشغيل الموحد لمحرك الاحتراق الداخلي. هناك محركات أخرى في العالم ، تحدث دورة عملها في دورتين فقط - ضغط وسكتة دماغية ، ويسمى هذا المحرك ثنائي الشوط.

في شوط السحب ، يشكل نظام الوقود والمدخل خليطًا من الوقود والهواء ، يتشكل في مشعب السحب أو مباشرة في غرفة الاحتراق (كل هذا يتوقف على نوع التصميم). في مشعب السحب في حالة الحقن المركزي والموزّع لمحركات الاحتراق الداخلي للبنزين. في غرفة الاحتراق في حالة الحقن المباشر في محركات البنزين والديزل. يتم توفير خليط الوقود والهواء أو الهواء أثناء فتح صمامات توقيت المدخل إلى غرفة الاحتراق بسبب الفراغ الذي يحدث أثناء الحركة الهبوطية للمكبس.

تغلق صمامات السحب عند شوط الانضغاط ، وبعد ذلك يتم ضغط خليط الهواء والوقود في أسطوانات المحرك. أثناء شوط "القوة" ، يشتعل الخليط قسراً أو يشتعل تلقائياً. بعد الاشتعال ، ينشأ ضغط كبير في الحجرة ، التي يتم إنشاؤها بواسطة الغازات ، وهذا الضغط يعمل على المكبس ، الذي لا خيار أمامه سوى البدء في التحرك لأسفل. تحرك هذه الحركة للمكبس ، في اتصال وثيق مع آلية الكرنك ، العمود المرفقي ، والذي بدوره يولد عزمًا يضبط عجلات السيارة.

ضربة "العادم" ، وبعدها تطلق غازات العادم غرفة الاحتراق ، ثم نظام العادم ، مما يترك الجو باردًا ونظيفًا جزئيًا.

ملخص قصير

بعد أن نظرنا مبدأ عمل محرك الاحتراق الداخلييمكنك فهم سبب انخفاض كفاءة محرك الاحتراق الداخلي ، والتي تبلغ حوالي 40٪. بينما يحدث إجراء مفيد في أسطوانة واحدة ، فإن بقية الأسطوانات ، تقريبًا ، تكون في وضع الخمول ، مما يوفر عمل الأول بدورات: السحب ، والضغط ، والعادم.

هذا كل شيء بالنسبة لي ، أتمنى أن تفهم كل شيء ، بعد قراءة هذا المقال يمكنك بسهولة الإجابة على سؤال حول ماهية محرك الاحتراق الداخلي وكيف يعمل محرك الاحتراق الداخلي. شكرا لاهتمامكم!

منذ حوالي مائة عام ، في كل مكان في العالم ، كانت وحدة الطاقة الرئيسية في السيارات والدراجات النارية والجرارات والحصادات وغيرها من المعدات هي محرك الاحتراق الداخلي. مع بداية القرن العشرين لتحل محل محركات الاحتراق الخارجية (البخار) ، فإنها تظل أكثر أنواع المحركات فعالية من حيث التكلفة في القرن الحادي والعشرين. في هذه المقالة ، سننظر بالتفصيل في الجهاز ، مبدأ التشغيل أنواع مختلفة ICE وأنظمتها المساعدة الرئيسية.

التعريف والسمات العامة لمحرك الاحتراق الداخلي

السمة الرئيسية لأي محرك احتراق داخلي هو أن الوقود يشتعل مباشرة داخل غرفة عمله ، وليس في ناقلات خارجية إضافية. أثناء التشغيل ، يتم تحويل الطاقة الكيميائية والحرارية الناتجة عن احتراق الوقود إلى أعمال ميكانيكية. يعتمد مبدأ تشغيل محرك الاحتراق الداخلي على التأثير المادي للتمدد الحراري للغازات ، والذي يتكون أثناء احتراق خليط الوقود والهواء تحت ضغط داخل أسطوانات المحرك.

تصنيف محركات الاحتراق الداخلي

في عملية تطور محركات الاحتراق الداخلي ، أثبتت الأنواع التالية من هذه المحركات فعاليتها:

• مكبسمحركات الاحتراق الداخلي. في داخلها ، توجد غرفة العمل داخل الأسطوانات ، ويتم تحويل الطاقة الحرارية إلى عمل ميكانيكي عن طريق آلية كرنك تنقل طاقة الحركة إلى العمود المرفقي. تنقسم المحركات المكبسية بدورها إلى
• المكربن، حيث يتم تكوين خليط وقود الهواء في المكربن ​​، ويتم حقنه في الأسطوانة وإشعاله هناك بواسطة شرارة من شمعة احتراق ؛
• حقنة، حيث يتم تغذية الخليط مباشرة في مشعب السحب ، من خلال فوهات خاصة ، تحت السيطرة كتلة إلكترونيةالسيطرة ، ويتم إشعالها أيضًا بواسطة شمعة ؛
• ديزل، حيث يحدث اشتعال خليط الهواء والوقود بدون شمعة ، عن طريق ضغط الهواء الذي يتم تسخينه بضغط من درجة حرارة تتجاوز درجة حرارة الاحتراق ، ويتم حقن الوقود في الأسطوانات من خلال الفتحات.
• مكبس دوارمحركات الاحتراق الداخلي. في المحركات من هذا النوع ، يتم تحويل الطاقة الحرارية إلى عمل ميكانيكي عن طريق تدوير غازات العمل لدوار ذي شكل وملف جانبي خاصين. يتحرك الجزء المتحرك على طول "مسار كوكبي" داخل حجرة العمل ، والذي له شكل "ثمانية" ، ويؤدي وظائف كل من المكبس والتوقيت (آلية توزيع الغاز) ، والعمود المرفقي.
• التوربينات الغازيةمحركات الاحتراق الداخلي. في هذه المحركات ، يتم تحويل الطاقة الحرارية إلى عمل ميكانيكي عن طريق تدوير الدوار بشفرات خاصة على شكل إسفين ، والتي تحرك عمود التوربين.

الأكثر موثوقية ، متواضع ، اقتصادي من حيث استهلاك الوقود والحاجة إلى الصيانة الدورية هي محركات المكبس.

يمكن تضمين المعدات ذات الأنواع الأخرى من محركات الاحتراق الداخلي في الكتاب الأحمر. في الوقت الحاضر فقط مازدا تصنع سيارات بمحركات مكبس دوارة. أنتجت شركة كرايسلر سلسلة تجريبية من السيارات بمحرك توربيني غازي ، لكنها كانت في الستينيات ، ولم يعد أي من صانعي السيارات إلى هذه المشكلة. في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية ، تم تجهيز دبابات T-80 وسفن إنزال Zubr بمحركات توربينية غازية ، ولكن فيما بعد تقرر التخلي عن هذا النوع من المحركات. في هذا الصدد ، دعونا نتناول بالتفصيل محركات الاحتراق الداخلي الترددية "المسيطرة على العالم".

يتحد غلاف المحرك في كائن حي واحد:

• حاجز الاسطوانة، داخل غرف الاحتراق التي يشتعل فيها خليط الوقود والهواء ، وتدفع الغازات الناتجة عن هذا الاحتراق المكابس ؛
• آلية كرنك، الذي ينقل طاقة الحركة إلى العمود المرفقي ؛
• آلية توزيع الغاز، وهو مصمم لضمان فتح / إغلاق الصمامات في الوقت المناسب لمدخل / مخرج الخليط القابل للاحتراق وغازات العادم ؛
• نظام الإمداد ("الحقن") والاشتعال ("الاشتعال") لخليط الوقود والهواء;
• نظام إزالة منتجات الاحتراق(غازات العادم).

مقطع عرضي لمحرك احتراق داخلي رباعي الأشواط

عند بدء تشغيل المحرك ، يُحقن خليط من وقود الهواء في أسطواناته من خلال صمامات السحب ويشتعل هناك من شرارة شمعة احتراق. أثناء الاحتراق والتمدد الحراري للغازات من الضغط الزائد ، يتحرك المكبس ، وينقل العمل الميكانيكي إلى دوران العمود المرفقي.

يتم تشغيل محرك الاحتراق الداخلي للمكبس بشكل دوري. تتكرر هذه الدورات عدة مئات من المرات في الدقيقة. هذا يضمن الدوران الترجمي المستمر للعمود المرفقي الذي يخرج من المحرك.

دعنا نحدد المصطلحات. السكتة الدماغية هي عملية عمل تحدث في محرك بضربة واحدة للمكبس ، وبصورة أدق ، في إحدى حركاته في اتجاه واحد ، لأعلى أو لأسفل. الدورة هي مجموعة من الدورات التي تتكرر في تسلسل معين. وفقًا لعدد السكتات الدماغية خلال دورة عمل واحدة ، يتم تقسيم محركات الاحتراق الداخلي إلى شوطين (يتم تنفيذ الدورة في دورة واحدة للعمود المرفقي وضربتين للمكبس) وأربعة أشواط (لدورتين للعمود المرفقي) وأربعة مكابس). في الوقت نفسه ، سواء في تلك المحركات أو في المحركات الأخرى ، تسير عملية العمل وفقًا للخطة التالية: ضغط؛ الإحتراق؛ التوسع والإفراج.

مبادئ تشغيل محرك الاحتراق الداخلي

- مبدأ تشغيل محرك ثنائي الشوط

عند بدء تشغيل المحرك ، يبدأ المكبس ، الذي يجره دوران العمود المرفقي ، في التحرك. بمجرد أن يصل إلى مركزه الميت السفلي (BDC) ويستمر في التحرك لأعلى ، يتم توفير خليط من الوقود والهواء إلى غرفة الاحتراق بالأسطوانة.

في حركته الصاعدة ، يقوم المكبس بضغطها. عندما يصل المكبس إلى مركزه الميت الأعلى (TDC) ، تؤدي شرارة من شمعة الإشعال الإلكترونية إلى إشعال خليط الوقود والهواء. تتوسع على الفور ، وأبخرة الوقود المحترق تدفع المكبس بسرعة إلى أسفل المركز الميت.

في هذا الوقت ، يتم فتح صمام العادم ، والذي يتم من خلاله إزالة غازات العادم الساخنة من غرفة الاحتراق. بعد اجتياز BDC مرة أخرى ، يستأنف المكبس حركته إلى TDC. خلال هذا الوقت ، يصنع العمود المرفقي ثورة واحدة.

مع حركة جديدة للمكبس ، تفتح قناة مدخل خليط الوقود والهواء مرة أخرى ، مما يحل محل الحجم الكامل لغازات العادم ، وتتكرر العملية برمتها من جديد. نظرًا لحقيقة أن عمل المكبس في هذه المحركات يقتصر على شريطين ، فإنه يقوم بعدد أقل بكثير من الحركات لكل وحدة زمنية مقارنة بالمحرك رباعي الأشواط. يتم تقليل خسائر الاحتكاك. ومع ذلك ، يتم إطلاق الكثير من الطاقة الحرارية ، وتسخن المحركات ثنائية الأشواط بشكل أسرع وأكثر قوة.

في المحركات ثنائية الشوط ، يحل المكبس محل آلية صمام توزيع الغاز ، أثناء حركته في لحظات معينة ، ويفتح ويغلق فتحات عمل السحب والعادم في الأسطوانة. الأسوأ من ذلك ، مقارنة بمحرك رباعي الأشواط ، أن تبادل الغازات هو العيب الرئيسي لنظام ICE ثنائي الشوط. في لحظة إزالة غازات العادم ، يتم فقد نسبة مئوية معينة ليس فقط من مادة العمل ، ولكن أيضًا الطاقة.

مجالات التطبيق العملي لمحركات الاحتراق الداخلي ثنائية الأشواط هي الدراجات البخارية والدراجات البخارية ؛ المحركات الخارجية ، جزازات العشب ، المناشير ، إلخ. تكنولوجيا منخفضة الطاقة.

هذه العيوب محرومة من محركات الاحتراق الداخلي رباعية الأشواط ، والتي ، في خيارات مختلفة، ويتم تركيبها على جميع السيارات والجرارات والمعدات الأخرى تقريبًا. في نفوسهم ، يتم سحب / إخراج خليط قابل للاحتراق / غازات العادم كتدفقات عمل منفصلة ، ولا يتم دمجها مع الضغط والتمدد ، كما هو الحال في الشوطين. بمساعدة آلية توزيع الغاز ، يتم ضمان التزامن الميكانيكي لتشغيل صمامات السحب والعادم مع سرعة العمود المرفقي. في المحرك رباعي الأشواط ، يحدث حقن خليط الوقود والهواء فقط بعد الإزالة الكاملة لغازات العادم وإغلاق صمامات العادم.

عملية تشغيل محرك الاحتراق الداخلي

كل شوط عمل هو ضربة واحدة للمكبس في النطاق من أعلى إلى أسفل المركز الميت. في هذه الحالة ، يمر المحرك بمراحل التشغيل التالية:

• السكتة الدماغية الأولى ، المدخل. يتحرك المكبس من أعلى مركز ميت إلى أسفل المركز الميت. في هذا الوقت ، يحدث فراغ داخل الأسطوانة ، يفتح صمام السحب ويدخل خليط الوقود والهواء. في نهاية المدخول ، يتراوح الضغط في تجويف الأسطوانة من 0.07 إلى 0.095 ميجا باسكال ؛ درجة الحرارة - من 80 إلى 120 درجة مئوية.
• شريط اثنين ، ضغط. عندما يتحرك المكبس من أسفل إلى أعلى المركز الميت ويتم إغلاق صمامات السحب والعادم ، يتم ضغط الخليط القابل للاحتراق في تجويف الأسطوانة. هذه العملية مصحوبة بزيادة في الضغط تصل إلى 1.2-1.7 ميجا باسكال ، ودرجة حرارة - تصل إلى 300-400 درجة مئوية.
• العارضة الثالثة ، التوسع. يشتعل خليط الوقود والهواء. ويصاحب ذلك إطلاق كمية كبيرة من الطاقة الحرارية. ترتفع درجة الحرارة في تجويف الأسطوانة بشكل حاد إلى 2.5 ألف درجة مئوية. تحت الضغط ، يتحرك المكبس بسرعة إلى مركزه الميت السفلي. يتراوح مؤشر الضغط في هذه الحالة من 4 إلى 6 ميجا باسكال.
• شريط أربعة ، العدد. أثناء الحركة العكسية للمكبس إلى أعلى مركز ميت ، ينفتح صمام العادم ، والذي يتم من خلاله دفع غازات العادم خارج الاسطوانة إلى أنبوب العادم ، ثم إلى بيئة. مؤشرات الضغط في المرحلة الأخيرة من الدورة هي 0.1-0.12 ميجا باسكال ؛ درجة الحرارة - 600-900 درجة مئوية.

الأنظمة المساعدة لمحرك الاحتراق الداخلي

نظام الإشعال هو جزء من المعدات الكهربائية للآلة وهو مصمم لتوفير شرارة، إشعال خليط الوقود والهواء في غرفة العمل بالأسطوانة. مكونات نظام الإشعال هي:

• مصدر الطاقة. أثناء بدء تشغيل المحرك ، هذا هو بطارية المجمعوأثناء تشغيلها - المولد.
• التبديل ، أو مفتاح الإشعال. كان هذا في السابق جهازًا ميكانيكيًا ، وفي السنوات الأخيرة ، أصبح أكثر فأكثر جهاز اتصال كهربائي لتزويد الجهد الكهربائي.
• تخزين الطاقة. الملف ، أو المحول الذاتي ، هو وحدة مصممة لتخزين وتحويل طاقة كافية لإحداث التفريغ المطلوب بين أقطاب شمعة الإشعال.
• موزع الإشعال (الموزع). جهاز مصمم لتوزيع نبضة جهد عالي على طول الأسلاك المؤدية إلى شمعات كل اسطوانة.

نظام الإشعال بالجليد

- نظام المدخول

تم تصميم نظام تناول ICE إلى عن علىدون انقطاع الايداع في المحركالغلاف الجوي هواء،لخلطها بالوقود وتحضير خليط قابل للاشتعال. وتجدر الإشارة إلى أنه في محركات المكربن ​​في الماضي ، يتكون نظام السحب من مجرى هواء وفلتر هواء. وهذا كل شيء. يشمل تكوين نظام السحب للسيارات الحديثة والجرارات والمعدات الأخرى ما يلي:

• مدخل الهواء. إنه أنبوب فرعي بشكل مناسب لكل محرك معين. من خلاله ، يتم امتصاص الهواء الجوي إلى المحرك ، من خلال اختلاف الضغط في الغلاف الجوي وفي المحرك ، حيث يحدث الفراغ عندما تتحرك المكابس.
• مرشح الهواء. هذا منتج قابل للاستهلاك مصمم لتنظيف الهواء الداخل إلى المحرك من الغبار والجسيمات الصلبة ، والاحتفاظ بها على الفلتر.
• صمام التحكم. صمام هواء مصمم لتنظيم إمداد الكمية المطلوبة من الهواء. ميكانيكيًا ، يتم تنشيطه بالضغط على دواسة الوقود ، وفي التقنية الحديثة- بمساعدة الإلكترونيات.
• مشعب السحب. يوزع تدفق الهواء عبر اسطوانات المحرك. لإعطاء تدفق الهواء التوزيع المطلوب ، يتم استخدام لوحات سحب خاصة ومُعزز فراغ.

نظام الوقود ، أو نظام الإمداد بالطاقة لمحرك الاحتراق الداخلي ، "مسؤول" عن عدم الانقطاع امدادات الوقودلتشكيل خليط الوقود والهواء. يشمل نظام الوقود:

• خزان الوقود- وعاء لتخزين البنزين أو الديزل مع جهاز لأخذ الوقود (مضخة).
• خطوط الوقود- مجموعة من الأنابيب والخراطيم يدخل من خلالها "طعامها" إلى المحرك.
• جهاز الخلط ، أي المكربن ​​أو الحاقن- آلية خاصة لتحضير خليط الوقود والهواء وحقنه في محرك الاحتراق الداخلي.
• وحدة التحكم الالكترونية(وحدة نقدية أوروبية) تشكيل وحقن الخليط - في محركات الحقن ، هذا الجهاز "مسؤول" عن العمل المتزامن والفعال على تكوين وتزويد المحرك بخليط قابل للاحتراق.
• مضخه وقود - جهاز كهربائيلضخ البنزين أو وقود الديزل في خط الوقود.
• يعد فلتر الوقود مستهلكًا لتنقية الوقود بشكل إضافي أثناء نقله من الخزان إلى المحرك.

مخطط نظام الوقود ICE

- نظام تشحيم

الغرض من نظام تزييت ICE هو تقليل الاحتكاكوتأثيره المدمر على الأجزاء ؛ اختطافأجزاء من الفائض الحرارة; إزالةمنتجات السخام وارتداء; الحمايةفلز ضد التآكل. يشمل نظام تزييت المحرك ما يلي:

• مقلاة زيت- خزان تخزين زيت المحرك. يتم التحكم في مستوى الزيت في الحوض ليس فقط بواسطة مقياس عمق خاص ، ولكن أيضًا بواسطة جهاز استشعار.
• مضخة وقود- يضخ الزيت من الحوض ويسلمه إلى أجزاء المحرك الضرورية عبر قنوات حفر خاصة - "خطوط". تحت تأثير الجاذبية ، يتدفق الزيت لأسفل من الأجزاء المشحمة ، ويعود إلى وعاء الزيت ، ويتراكم هناك ، وتتكرر دورة التزييت مرة أخرى.
• مصفاة النفطيحبس ويزيل الجزيئات الصلبة من زيت المحرك المتكون من السخام ومنتجات الأجزاء. يتم دائمًا استبدال عنصر الفلتر بعنصر جديد مع كل تغيير في زيت المحرك.
• مبرد الزيتمصمم لتبريد زيت المحرك باستخدام سائل من نظام تبريد المحرك.

يخدم نظام العادم لمحرك الاحتراق الداخلي للإزالةأنفق غازاتو تقليل الضوضاءالعمل الحركي. في التكنولوجيا الحديثة ، يتكون نظام العادم من الأجزاء التالية (بترتيب غازات العادم الخارجة من المحرك):

• مشعب العادم.هذا نظام أنابيب مصنوع من الحديد الزهر المقاوم للحرارة ، والذي يستقبل غازات العادم الساخنة ، ويخفف من عملية التذبذب الأولية ويرسلها إلى أنبوب العادم.
• downpipe- مخرج غاز منحني مصنوع من معدن مقاوم للحريق ، يُشار إليه عمومًا باسم "السراويل".
• مرنان، أو ، في اللغة الشعبية ، "بنك" كاتم الصوت عبارة عن حاوية يتم فيها فصل غازات العادم وتقليل سرعتها.
• عامل حفاز- جهاز مصمم لتنقية غازات العادم وتحييدها.
• كاتم صوت- حاوية بها مجموعة معقدة من الأقسام الخاصة المصممة لتغيير اتجاه تدفق الغاز بشكل متكرر ، وبالتالي مستوى ضوضاءها.

نظام العادم

- نظام التبريد

إذا كان على الدراجات البخارية والدراجات البخارية والدراجات البخارية غير المكلفة ، لا يزال نظام تبريد الهواء للمحرك مستخدمًا - مع تدفق هواء قادم ، فعندئذٍ بالنسبة للمعدات الأكثر قوة ، فهذا بالطبع غير كافٍ. هذا هو المكان الذي يلعب فيه نظام التبريد السائل. إلى عن على امتصاص الحرارة الزائدةفي المحرك و تقليل الأحمال الحراريةعلى تفاصيله.

• المشعاعيستخدم نظام التبريد لإطلاق الحرارة الزائدة إلى البيئة. يتكون من عدد كبير من أنابيب الألمنيوم المنحنية ، مع زعانف لتبديد الحرارة بشكل إضافي.
• المعجبمصمم لتعزيز تأثير التبريد على الرادياتير من تدفق الهواء القادم.
• مضخة مياه(مضخة) - "تدفع" المبرد في الدوائر "الصغيرة" و "الكبيرة" ، مما يضمن دورانها عبر المحرك والرادياتير.
• منظم الحراره- صمام خاص يضمن درجة الحرارة المثلى لسائل التبريد عن طريق تشغيله في "دائرة صغيرة" ، متجاوزًا المبرد (عندما يكون المحرك باردًا) وفي "دائرة كبيرة" ، من خلال المبرد - عندما يكون المحرك دافئًا.

يضمن العمل المنسق لهذه الأنظمة المساعدة أقصى قدر من الكفاءة من محرك الاحتراق الداخلي وموثوقيته.

في الختام ، تجدر الإشارة إلى أنه في المستقبل المنظور ، من غير المتوقع ظهور المنافسين الجديرين لمحرك الاحتراق الداخلي. هناك كل الأسباب للتأكيد على أنه في شكله الحديث والمحسّن ، سيظل النوع السائد من المحركات في جميع قطاعات الاقتصاد العالمي لعدة عقود قادمة.

لقد ابتعد محرك الاحتراق الداخلي الحديث عن أسلافه. لقد أصبح أكبر وأكثر قوة وأكثر صداقة للبيئة ، ولكن في نفس الوقت ، ظل مبدأ التشغيل وهيكل محرك السيارة وعناصره الرئيسية دون تغيير.

محركات الاحتراق الداخلي ، المستخدمة على نطاق واسع في السيارات ، من نوع المكبس. حصل هذا النوع من محركات الاحتراق الداخلي على اسمه بسبب مبدأ التشغيل. يوجد داخل المحرك حجرة عمل تسمى الأسطوانة. يحرق خليط العمل. عندما يتم حرق خليط الوقود والهواء في الغرفة ، يزداد الضغط الذي يدركه المكبس. أثناء الحركة ، يقوم المكبس بتحويل الطاقة المستلمة إلى عمل ميكانيكي.

كيف هو محرك الاحتراق الداخلي

كان لمحركات المكبس الأولى أسطوانة واحدة بقطر صغير. في عملية التطوير ، لزيادة الطاقة ، تمت زيادة قطر الأسطوانة أولاً ، ثم زيادة عددها. تدريجيا ، اتخذت محركات الاحتراق الداخلي الشكل المألوف لنا. محرك سيارة حديثةيمكن أن تحتوي على ما يصل إلى 12 اسطوانة.

يتكون ICE الحديث من عدة آليات وأنظمة مساعدة ، والتي ، لسهولة الإدراك ، يتم تجميعها على النحو التالي:

1. KShM - آلية الكرنك.
2. التوقيت - آلية لضبط توقيت الصمام.
3. نظام تشحيم.
4. نظام التبريد.
5. نظام تزويد الوقود.
6. نظام العادم.

تشمل أنظمة ICE أيضًا أنظمة التشغيل الكهربائي والتحكم في المحرك.

KShM - آلية الكرنك

KShM هي الآلية الرئيسية لمحرك المكبس. ينفذ الوظيفة الرئيسية- المتحولون طاقة حراريةفي الميكانيكية. تتكون الآلية من الأجزاء التالية:

• حاجز الاسطوانة.
• الاسطوانة.
• مكابس مع دبابيس وحلقات وقضبان توصيل.
• العمود المرفقي مع دولاب الموازنة.

التوقيت - آلية توزيع الغاز

لدخول الاسطوانة الكمية المناسبةالوقود والهواء ، وأزيلت منتجات الاحتراق من غرفة العمل في الوقت المناسب ، ومحرك الاحتراق الداخلي لديه آلية تسمى توزيع الغاز. وهي مسؤولة عن فتح وإغلاق صمامات السحب والعادم ، والتي من خلالها يدخل خليط الوقود والهواء القابل للاحتراق إلى الأسطوانات ويتم إزالة غازات العادم. تشمل أجزاء التوقيت:

• عمود الحدبات.
• مدخل ومخرج الصمامات مع الينابيع والبطانات التوجيهية.
• أجزاء محرك الصمام.
• عناصر محرك التوقيت.

يتم تشغيل التوقيت من العمود المرفقي لمحرك السيارة. بمساعدة سلسلة أو حزام ، يتم نقل الدوران إلى عمود الحدباتالتي تضغط ، عن طريق الكامات أو أذرع الروك من خلال دافعات ، على صمام السحب أو العادم وبالتالي تفتحها وتغلقها

اعتمادًا على التصميم وعدد الصمامات ، يمكن تركيب واحد أو اثنين على المحرك أعمدة الكاماتلكل صف من الاسطوانات. مع نظام ثنائي المحور ، يكون كل عمود مسؤولاً عن تشغيل سلسلة الصمامات الخاصة به - السحب أو العادم. تصميم عمود واحد له الاسم الانجليزي SOHC (عمود كامات علوي واحد). يسمى نظام العمود المزدوج DOHC (عمود الحدبات العلوي المزدوج).

أثناء تشغيل المحرك ، تتلامس أجزائه مع الغازات الساخنة التي تتشكل أثناء احتراق خليط الوقود والهواء. لكي لا تنهار أجزاء محرك الاحتراق الداخلي بسبب التمدد المفرط عند تسخينها ، يجب تبريدها. يمكنك تبريد محرك السيارة بالهواء أو السائل. تحتوي المحركات الحديثة ، كقاعدة عامة ، على مخطط تبريد سائل ، يتكون من الأجزاء التالية:

• سترة تبريد المحرك
• مضخة (مضخة)
• منظم الحراره
• المشعاع
• المعجب
• خزان التمدد

يتكون غلاف التبريد لمحركات الاحتراق الداخلي من تجاويف داخل BC ورأس الأسطوانة ، والتي من خلالها يدور المبرد. يزيل الحرارة الزائدة من أجزاء المحرك وينقلها إلى المبرد. يتم توفير الدوران بواسطة مضخة يتم تشغيلها بواسطة حزام من العمود المرفقي.

يوفر منظم الحرارة اللازم نظام درجة الحرارةمحرك السيارة ، وإعادة توجيه تدفق السائل إلى المبرد أو تجاوزه. المبرد ، بدوره ، مصمم لتبريد السائل المسخن. تعمل المروحة على تحسين تدفق الهواء ، وبالتالي زيادة كفاءة التبريد. يعتبر خزان التمدد ضروريًا للمحركات الحديثة ، نظرًا لأن المبردات المستخدمة تتمدد بشكل كبير عند تسخينها وتتطلب حجمًا إضافيًا.

نظام تزييت المحرك

يوجد في أي محرك العديد من الأجزاء المتحركة التي تحتاج إلى التشحيم باستمرار لتقليل فقد الطاقة الاحتكاكية وتجنب زيادة التآكل والتشويش. يوجد نظام تزييت لهذا الغرض. على طول الطريق ، مع مساعدتها ، يتم حل العديد من المهام الأخرى: حماية أجزاء محرك الاحتراق الداخلي من التآكل ، والتبريد الإضافي لأجزاء المحرك ، وإزالة منتجات التآكل من نقاط التلامس لأجزاء الاحتكاك. يتكون نظام تزييت محرك السيارة من:

• حوض الزيت (مقلاة).
• مضخة إمداد الزيت.
• فلتر الزيت مع.
• خطوط أنابيب النفط.
• مقياس الزيت (مؤشر مستوى الزيت).
• مقياس ضغط النظام.
• عنق حشو الزيت.

تأخذ المضخة الزيت من حوض الزيت وتسلمه إلى خطوط وقنوات النفط الموجودة في BC ورأس الأسطوانة. من خلالها ، يدخل الزيت في نقاط التلامس لأسطح الاحتكاك.

نظام العرض

يختلف نظام الإمداد لمحركات الاحتراق الداخلي ذات الإشعال بالشرارة والاشتعال بالضغط عن بعضها البعض ، على الرغم من أنها تشترك في عدد من العناصر المشتركة. الشائعة هي:

• خزان الوقود.
• مستشعر مستوى الوقود.
• فلاتر الوقود - خشن وغرامة.
• خطوط أنابيب الوقود.
• مشعب السحب.
• أنابيب الهواء.
• مرشح الهواء.

يحتوي كلا النظامين على مضخات وقود ، وقضبان وقود ، وحاقنات وقود ، ولكن بسبب تنوعها الخصائص الفيزيائيةالبنزين ووقود الديزل ، تصميمهما له اختلافات كبيرة. مبدأ التوريد هو نفسه: يتم تغذية الوقود من الخزان من خلال المرشحات من خلال المرشحات إلى سكة الوقود ، والتي يدخل منها الحقن. ولكن إذا كانت الفتحات في معظم محركات الاحتراق الداخلي للبنزين تغذيها في مشعب السحب لمحرك السيارة ، ثم في محركات الديزل يتم تغذيتها مباشرة في الأسطوانة ، وهناك بالفعل تختلط بالهواء. الأجزاء التي تنظف الهواء وتزوده بالأسطوانات - مرشح الهواء والأنابيب - تنتمي أيضًا إلى نظام الوقود.

نظام العادم

تم تصميم نظام العادم لإزالة غازات العادم من اسطوانات محرك السيارة. التفاصيل الرئيسية ومكوناتها:

• مشعب العادم.
• أنبوب سحب كاتم الصوت.
• مرنان.
• كاتم صوت.
• ماسورة العادم.

في محركات الاحتراق الداخلي الحديثة ، يتم استكمال هيكل العادم بأجهزة لتحييد الانبعاثات الضارة. يتكون من محول حفاز وأجهزة استشعار تتصل بوحدة التحكم في المحرك. تدخل غازات العادم من مشعب العادم عبر أنبوب العادم إلى المحول الحفاز ، ثم من خلال الرنان إلى كاتم الصوت. ثم يتم إطلاقها في الغلاف الجوي من خلال أنبوب العادم.

في الختام ، من الضروري ذكر أنظمة بدء التشغيل والتحكم في المحرك للسيارة. إنها جزء مهم من المحرك ، لكن يجب أخذها في الاعتبار جنبًا إلى جنب مع النظام الكهربائي للسيارة ، وهو ما يتجاوز نطاق هذه المقالة حول الأجزاء الداخلية للمحرك.

مبادئ تشغيل أبسط محرك احتراق داخلي

تناقش هذه المقالة مبادئ تشغيل أبسط محرك احتراق داخلي أحادي الأسطوانة. تم استخدام هذا المحرك من أجل بساطة مفهوم العمليات الفيزيائية ، من أجل فهم كيفية عمل كل هذه المحركات. في الواقع ، كل شيء أكثر تعقيدًا ؛ كل عملية لها العديد من الميزات التي حتى المتخصصين الذين يعرفون تشغيل المحرك جيدًا غالبًا ما يكون لديهم خلافات حول العديد من القضايا. لكن جميع محركات البنزين (محركات الإشعال الإيجابي) تعمل على أساس المبادئ التي وصفها لأول مرة المهندس الألماني أوتو.

المحرك ضروري لتزويد السيارة (إذا لم تكن محركًا ثابتًا) بالطاقة الميكانيكية. المحرك يخلق هذه الطاقة. لكن من خلال مقرر الفيزياء المدرسية ، من المعروف أن الطاقة لا تنشأ من لا شيء ولا تختفي بدون أثر. ما هو مصدر الطاقة الميكانيكية التي ينتجها المحرك ، ما هي الطاقة التي يحولها إلى ميكانيكية؟ مصدر الطاقة لمحرك الاحتراق الداخلي هو طاقة الروابط الجزيئية لأنواع الوقود الهيدروكربوني التي تحترق في أسطوانات المحرك. أثناء احتراق الوقود الهيدروكربوني ، تنكسر هذه الروابط بإطلاق كبير للطاقة الحرارية ، والتي يحولها المحرك إلى طاقة ميكانيكية في شكل حركة دورانية.

تتطلب التفاعلات الكيميائية التي تحدث أثناء احتراق الوقود عامل مؤكسد. لهذا ، يتم استخدام الأكسجين الموجود في الهواء المحيط. الهواء عبارة عن مزيج من الغازات ، والأكسجين في هذا الخليط يقارب 21٪. خليط من الوقود والهواء يحترق في اسطوانات المحرك. في الحالة المثالية ، تتحد جميع جزيئات الهيدروكربون التي يتم توفيرها للأسطوانة ، عند الاحتراق ، مع جميع جزيئات الأكسجين التي يتم توفيرها للأسطوانة خلال دورة تشغيل واحدة. أي بعد عملية الاحتراق ، لا ينبغي أن يبقى جزيء وقود واحد ولا جزيء أكسجين واحد حر في أسطوانة المحرك.

تفاعلات كيميائية فيها كل شيء المواد الفعالةتسمى قياس العناصر المتكافئة. أثناء عملية القياس المتكافئ ، يجب استخدام ما يقرب من 14.7 كجم من الهواء لحرق جميع جزيئات كيلوغرام واحد من الوقود بالكامل. هذه عملية مثالية ، ولكن في الواقع ، عندما يعمل المحرك في أوضاع مختلفة ، من الصعب جدًا ضمان ذلك ، خاصة أنه في بعض الأوضاع ، لن يعمل المحرك بثبات إلا إذا كان الخليط يختلف عن الخليط المتكافئ.

بعد أن اكتشفنا من أين تأتي الطاقة الميكانيكية ، فلنبدأ في دراسة مبادئ تشغيل المحرك. كما ذكرنا سابقًا ، سيتم النظر هنا في عمل محرك احتراق داخلي رباعي الأشواط يعمل على دورة أوتو. يمكن تسمية الميزة الرئيسية لدورة أوتو بحقيقة أنه قبل الاشتعال ، يتم ضغط خليط الهواء والوقود مسبقًا ، ويتم إشعال الخليط من مصدر خارجي - في المحركات الحديثة فقط بمساعدة شرارة كهربائية.

أثناء تشكيل وتطوير محرك الاحتراق الداخلي ، تم اختراع الكثير من التصميمات المختلفة ، وبالطبع كان المحرك الذي يعمل وفقًا لمبادئ دورة أوتو بعيدًا عن المحرك الوحيد. من بين المحركات ذات حركة المكبس الترددية ، يمكن استدعاء محرك دورة Atkinson ، والمحركات ذات حركة المكبس الدائرية ، يعد محرك Wankel الدوار المكبس هو الأكثر شهرة. موجود عدد كبير منعموما تصاميم غريبة. لكنهم جميعًا لم يتلقوا تطبيقًا عمليًا واسعًا. أكثر من 99.9٪ من محركات الاحتراق الداخلي المستخدمة حاليًا تعمل على دورة أوتو (في هذه المقالة سيتم تضمين محركات الديزل هنا) ، والتي بدورها تنقسم إلى محركات ذات مزيج كهربائي الإشعال ومحركات ديزل مع اشتعال انضغاطي للخليط.

ستتم مناقشة مبادئ تشغيل هذه المحركات في هذه المقالة.

لا يمكن أن يكون كل من محركات البنزين والديزل رباعي الأشواط فحسب ، بل يمكن أن يكون أيضًا ثنائي الأشواط. حاليًا ، لا يتم استخدام المحركات ثنائية الشوط في السيارة ، لذلك لن يتم أخذها في الاعتبار في هذا الفصل.

قبل النظر في مبادئ تشغيل المحرك ، دعنا نفكر في الأجزاء الرئيسية التي يتكون منها.

التفاصيل الرئيسية لأبسط محرك احتراق داخلي

1. اسطوانة.
2. مكبس.
3. غرفة الاحتراق.
4. ربط قضيب.
5. العمود المرفقي.
6. قناة مدخل.
7. مدخل الصمام.
8. سحب عمود الحدبات.
9. قناة منفذ.
10. صمام العادم.
11. العادم عمود الحدبات.
12. ولاعة.
13. حاقن الوقود (غير موضح).
14. حذافة المحرك (غير معروضة).

1. اسطوانة - أساس المحرك ، حيث تتم عملية احتراق الوقود ، والأسطوانة هي العنصر التوجيهي لحركة المكبس.

2. مكبس - جزء يتحرك في أسطوانة تحت تأثير الغازات المتوسعة أو تحت تأثير آلية كرنك. نفترض بشكل مشروط أن المفصل المنزلق بين المكبس وجدران الأسطوانة محكم تمامًا ، أي أنه لا يمكن لأي غازات أن تتسرب عبر هذا المفصل.

3. غرفة الاحتراق - الفراغ فوق المكبس عندما يكون المكبس في أعلى نقطة في شوطه (TDC).

4. ربط قضيب - هذا قضيب ينقل القوة من المكبس إلى كرنك العمود المرفقي ، وعلى العكس من العمود المرفقي إلى المكبس.

5. العمود المرفقي - يعمل على تحويل الحركة الترددية للمكبس إلى دوران ، وهذه الحركة هي الأكثر ملاءمة للاستخدام.

6. مدخل - القناة التي من خلالها يدخل خليط الهواء والوقود إلى أسطوانة المحرك.

7. مدخل الصمام - يربط قناة المدخل بأسطوانة المحرك. نفترض بشكل مشروط أنه في الحالة المغلقة يكون الصمام مغلقًا تمامًا ، وفي الحالة المفتوحة لا يقاوم مرور خليط وقود الهواء إلى أسطوانة المحرك.

8. سحب عمود الحدبات - يفتح ويغلق صمام المدخل في الوقت المناسب.

9. قناة منفذ - القناة التي يتم من خلالها إخراج غازات العادم من المحرك إلى الغلاف الجوي.

10. صمام العادم - يربط قناة العادم بأسطوانة المحرك. نفترض بشكل مشروط أنه في الحالة المغلقة يكون الصمام مغلقًا تمامًا ، وفي الحالة المفتوحة لا يقاوم مرور غازات العادم من أسطوانة المحرك.

11. العادم عمود الحدبات - يفتح ويغلق صمام العادم في الوقت المناسب.

12. ولاعة - يعمل على إشعال خليط الهواء والوقود المضغوط في الوقت المطلوب.

13. موقد الوقود - يعمل على رش الوقود في الهواء الداخل الى اسطوانة المحرك.

14. حذافة المحرك - يعمل على الحركة الضرورية للمكبس بسبب قوى القصور الذاتي أثناء جميع الأشواط ، باستثناء الضربات العاملة.

- النقطة التي يتوقف عندها المكبس عندما يتغير اتجاه حركته الصعودية للأسطوانة إلى حركة هبوطية.

2 - مركز الموتى السفلي (BDC) - النقطة التي يتوقف عندها المكبس عندما يتغير اتجاه حركته لأسفل الأسطوانة إلى حركة صعودية.

3 - تعطل المكبس - المسافة التي يقطعها المكبس عند الانتقال من TDC إلى BDC أو العكس.

4 - شوط المحرك - حركة المكبس من مركز ميت إلى آخر. أثناء كل شوط ، يقوم العمود المرفقي للمحرك بنصف دورة (180 درجة).

5 - دورة - التكرار الدوري لأربع دورات للمحرك أثناء التشغيل. تتكون دورة المحرك الكاملة من أربع دورات وتكتمل في دورتين كاملتين للعمود المرفقي (720 درجة).

مبادئ تشغيل أبسط محرك رباعي الأشواط ذو أسطوانة واحدة:

1- شوط الشفط
(استلام خليط الهواء والوقود في الاسطوانة).

صمام المدخل مفتوح.
صمام العادم مغلق.

تحت تأثير قوة خارجية (قصور بادئ المحرك أو كرنك أو حذافة) تنتقل إلى المكبس بواسطة قضيب توصيل ، يتحرك المكبس من TDC إلى BDC. نظرًا لأن الاتصال بين المكبس والأسطوانة مغلق تمامًا ، يتم تكوين ضغط مخفض (فراغ) في الفراغ فوق المكبس. تحت تأثير الضغط الجوي ، يبدأ الهواء عبر قناة السحب وصمام السحب المفتوح بالتدفق إلى أسطوانة المحرك. في هذا الوقت ، يقوم حاقن الوقود بتفتيت الكمية المطلوبة من الوقود في الهواء الداخل ، ونتيجة لذلك يدخل خليط وقود الهواء القابل للاحتراق إلى الأسطوانة.

عندما يصل المكبس إلى BDC ، يتم إغلاق صمام السحب.

2 - شوط الانضغاط.

كلا الصمامين مغلقان.

تحت تأثير قوة خارجية ، يتحرك المكبس من BDC إلى TDC. في هذه الحالة ، يتم ضغط خليط الوقود والهواء في الاسطوانة. في نهاية شوط الانضغاط ، عندما يرتفع المكبس إلى موضع TDC ، يكون خليط وقود الهواء بالكامل في حالة مضغوطة في غرفة الاحتراق.
في هذا الوقت ، تقوم شمعة الإشعال بإشعال خليط الوقود والهواء المضغوط باستخدام شرارة كهربائية. في محرك الديزل ، يتم حقن الوقود الدقيق في غرفة الاحتراق باستخدام حاقن الوقود. نتيجة لذلك ، في كلتا الحالتين ، يشتعل الخليط.

3 - دورة العمل.

كلا الصمامين مغلقان.

أثناء احتراق خليط وقود الهواء في الأسطوانة ، ترتفع درجة الحرارة ، والأهم من ذلك ، الضغط بشكل حاد. يضغط هذا الضغط بالتساوي في جميع الاتجاهات ، لكن جدران غرفة الاحتراق والأسطوانة مصممة لهذا الضغط. كما أن ضغط الماء الناتج عن تمدد الغازات على المكبس ، والذي يكون الجزء السفلي منه هو الجزء السفلي من غرفة الاحتراق ، يتسبب في تحرك المكبس لأسفل من TDC إلى BDC. تنتقل هذه القوة من خلال قضيب التوصيل إلى كرنك العمود المرفقي ، والذي يحول حركة المكبس للأمام إلى حركة دورانية.

عندما يصل المكبس إلى BDC ، ينفتح صمام العادم.

4 - تحرير السكتة الدماغية.

صمام المدخل مغلق.
صمام المخرج مغلق.

تحت تأثير قوة خارجية تنتقل إلى المكبس من خلال قضيب التوصيل ، يتحرك المكبس من موضع BDC إلى موضع TDC. أثناء هذه الحركة ، يدفع المكبس غازات العادم للخروج من الأسطوانة من خلال صمام العادم المفتوح إلى منفذ العادم ثم في الغلاف الجوي.

وهكذا ، فقد أخذنا في الاعتبار الدورة الكاملة للمحرك ، والتي تتكون من أربع دورات. علاوة على ذلك ، تتكرر هذه الدورة إلى أجل غير مسمى حتى يتم إيقاف تشغيل المحرك أو نفاد البنزين في خزان السيارة.

ربما لاحظت أن دورة واحدة فقط من الدورات الأربع مفيدة - دورة العمل. خلال هذه الدورة يتم توليد الطاقة اللازمة. جميع التدابير الأخرى هي مساعدة. ربما يبدو مثل هذا التصميم غير فعال ، لكن الأفضل ، من جميع النواحي ، لم يتم اختراعه بعد. نعم ، هناك محركات ثنائية الشوط يتم فيها تنفيذ دورة كاملة في دورة واحدة للعمود المرفقي. يوجد محرك Wankel ذو مكبس دوار ، حيث لا توجد أجزاء ترددية على الإطلاق ، ولكن هذه التصميمات ، مع بعض المزايا ، لها عيوبها الخاصة ، لذا فإن المحركات التي تعمل على دورة أوتو رباعية الأشواط لها حاليًا توزيع احتكاري تقريبًا في العالم. وأي بديل لهم ، في المستقبل المنظور ، ليس متوقعًا حقًا.

محرك ديزل.

المحرك ، الذي اخترعه المخترع الألماني رودولف ديزل ، مشابه جدًا في التصميم والتشغيل لمحرك البنزين الموصوف سابقًا. لكن هناك اختلاف واحد مهم. في هذا المحرك ، لا يحدث اشتعال خليط الهواء والوقود بمساعدة شرارة كهربائية ، ولكن بسبب ملامسة الوقود للهواء الساخن في الاسطوانة. يسمى هذا الاشتعال لمزيج العمل اشتعال الانضغاط. ومن أين أتى الهواء الساخن في الأسطوانة ، ومن أين تم تسخينه؟ بالطبع ، لم يقم أحد بتسخينه عن عمد. إذا اضطررت إلى نفخ إطار دراجة أو سيارة بمضخة يدوية ، فربما لاحظت أن المضخة تبدأ في التسخين بسرعة كبيرة. وبشكل عام ، من المعروف من دورة مدرسية في الفيزياء أنه عند الضغط ، تسخن جميع الغازات ، والهواء ليس سوى مزيج من الغازات. يحدث ضغط الهواء في المحرك بسرعة كبيرة ، لذلك ، بنهاية شوط الانضغاط ، يكون الهواء في أسطوانة محرك الديزل بدرجة حرارة عالية جدًا (700 درجة مئوية 900 درجة مئوية).

نظرًا لأن العملية الفيزيائية تختلف قليلاً عن محرك البنزين الموصوف سابقًا ، فهناك بعض الاختلافات في تصميم محرك الديزل. الاختلاف الرئيسي هو ارتفاع نسبة الضغط. لا يحتوي محرك الديزل على شمعة احتراق ، وبدلاً من ذلك يتم إدخال حاقن الوقود مباشرة في رأس الأسطوانة ، بالطبع ، لا يوجد حاقن وقود في قناة السحب. على عكس محرك البنزين ، الذي يستقبل مزيجًا من البنزين والهواء أثناء شوط السحب ، يدخل الهواء النظيف إلى أسطوانات هواء الديزل. عندما يصل المكبس إلى TDC أثناء شوط الانضغاط ، تحتوي غرفة الاحتراق في محرك الديزل على هواء مضغوط عند درجة حرارة عالية. وبينما يتم إشعال الخليط في محرك بنزين باستخدام شمعة كهربائية ، يتم حقن وقود الديزل ذي الذرات الدقيقة في غرفة الاحتراق لمحرك الديزل تحت ضغط عالٍ. عند ملامسته للهواء الساخن في غرفة الاحتراق ، يشتعل الوقود.

تذكر الاختلافات الرئيسية بين محرك الديزل ومحرك البنزين.

1 - لا يشتعل الوقود في محرك الديزل بواسطة شرارة كهربائية ، ولكن بملامسة الوقود بهواء عالي الحرارة.

2 - يتم ضبط عزم دوران المحرك وقوته عن طريق تغيير نوعية خليط وقود الهواء وليس كميته ، وبالتالي لا يحتوي محرك الديزل على صمام خانق ينظم كمية الهواء التي تدخل أسطوانات المحرك. أي أن عزم الدوران يتغير بمقدار حقن الوقود دون تغيير كمية هواء السحب.

لا تخلط بين محرك ديزل ومحركات البنزين الحديثة ذات الحقن المباشر. في هذه المحركات ، يتم نقل حاقن الوقود من منفذ السحب إلى رأس المحرك ، ولكن ليس بدلاً من شمعة الإشعال ، ولكن يتم تثبيته معًا. في هذه الحالة ، يقوم حاقن الوقود بحقن الوقود مباشرة في الأسطوانة. لا يتم اشتعال خليط الهواء والوقود في مثل هذا المحرك عن طريق الاشتعال بالضغط ، ولكن بواسطة شرارة كهربائية. ويتحكم الصمام الخانق في قناة السحب في كمية الهواء الداخل إلى الأسطوانة.

درسنا مبادئ تشغيل أبسط محرك أحادي الأسطوانة ، وفهمنا كيف تنشأ الطاقة الميكانيكية التي نحتاجها ، ولكن من أجل بساطة التفسير ، كان علينا اللجوء إلى الكثير من التبسيط. على سبيل المثال ، لا تفتح الصمامات أو تغلق بالضبط عند TDC أو BDC. تعمل شمعة الإشعال الخاصة بمحرك البنزين على إشعال الخليط أو أن حاقن الوقود لمحرك الديزل لا يضخ الوقود في الأسطوانة عندما يكون المكبس عند TDC. نعم ، وغالبًا ما لا يحتوي المحرك على أسطوانة واحدة ، ولكن عدة أسطوانات ، من 1 إلى 16 ، في صناعة السيارات ، وفي الطيران أو في البحرية ، كانت هناك محركات بها 64 أسطوانة. لكن جوهر أي محرك هو الاسطوانة.

في السابق ، تم النظر في بعض المصطلحات المتعلقة بأسطوانة المحرك ، والآن يتعين علينا النظر فيها بمزيد من التفصيل والتعرف على بعض المصطلحات الجديدة.

1. نصف قطر الكرنك.
المسافة بين محاور المجلات الرئيسية وموصلات العمود المرفقي.
أهمها هي مجلات العمود المرفقي ، حيث يدور العمود في كتلة المحرك.
مجلات قضيب التوصيل هي المجلات التي تتصل بها قضبان التوصيل للمكابس.
لتشكيل كرنك ، يتم تعويض محور المجلات الرئيسية بالنسبة إلى محور مجلات قضيب التوصيل.
يعتبر نصف قطر الكرنك معلمة مهمة جدًا لتصميم المحرك. من خلال تغيير نصف قطر الكرنك ، يمكنك اختيار النسبة المطلوبة بين عزم الدوران وأقصى سرعة للمحرك ، مع حجم أسطوانة ثابت.

2. السكتة الدماغية:
شوط المكبس ، أي المسافة بين BDC و TDC ، يساوي ضعف نصف قطر الكرنك.

3. قطر الاسطوانة:
هذا هو قطر تجويف الاسطوانة. نفترض بشكل مشروط أن قطر المكبس يساوي قطر الأسطوانة.
(يقاس عادة بالمليمترات)

4. إزاحة الاسطوانة:
حجم عمل الأسطوانة هو الحجم المزاح بواسطة المكبس عند الانتقال من BDC إلى TDC.
(يقاس عادة بالسنتيمتر المكعب (سم مكعب) أو اللترات.)
حجم عمل الأسطوانة يساوي ناتج ضربة المكبس ومساحة قاع المكبس.

5. حجم غرفة الاحتراق.
هذا هو مقدار المساحة فوق المكبس عندما يكون المكبس عند TDC.
(يقاس عادة بالسنتيمتر المكعب.)
غرفة الاحتراق لمعظم المحركات لها شكل معقد ، لذلك من الصعب تحديد حجمها بدقة من خلال طريقة الحساب. يتم استخدام طرق مختلفة للقياس المباشر لتحديد حجم غرفة الاحتراق.

6. الحجم الكلياسطوانة.
هذا هو مجموع حجم غرفة الاحتراق وحجم عمل الأسطوانة.
(يقاس عادة بالسنتيمتر المكعب أو اللترات.)
الحجم الإجمالي لمحرك متعدد الأسطوانات يساوي الحجم الكلي لأسطوانة واحدة مضروبًا في عدد أسطوانات المحرك.

7. نسبة الضغط.
هذه هي نسبة الحجم الكلي للأسطوانة إلى حجم غرفة الاحتراق. بمعنى آخر ، إنها نسبة حجم الأسطوانة بالإضافة إلى حجم غرفة الاحتراق عندما يكون المكبس عند BDC إلى حجم المساحة فوق المكبس عندما يكون المكبس عند TDC.
(وحدة بلا أبعاد)

8. نسبة قطر الأسطوانة إلى ضربة المكبس:
إنها معلمة مهمة جدًا في تصميم محرك الاحتراق الداخلي. تسمى المحركات التي يكون فيها شوط المكبس أكبر من قطر الأسطوانة محركات طويلة الشوط ، حيث تكون شوط المكبس أقل من قطر الأسطوانة ، تسمى محركات الشوط القصير.

قيمة نسبة الضغط.

تعد نسبة الضغط أحد المؤشرات الفنية المهمة جدًا لمحرك الاحتراق الداخلي ، لذلك دعونا نلقي نظرة عليها بمزيد من التفصيل. بشكل عام ، تؤدي زيادة نسبة الضغط إلى زيادة كفاءة محرك الاحتراق الداخلي ، أي عن طريق حرق كمية متساوية من الوقود ، ينتج المحرك المزيد من الطاقة الميكانيكية. مع زيادة نسبة الانضغاط ، تقترب جزيئات الوقود فعليًا من بعضها البعض. في الوقت نفسه ، يكون لخليط الوقود والهواء درجة حرارة أعلى ، مما يؤدي إلى تبخر أفضل لجزيئات الوقود وخلطها بشكل أكثر اتساقًا مع الهواء. لكل نوع من أنواع البنزين هناك قيمة حدية لنسبة الضغط. كلما زاد رقم أوكتان البنزين ، زادت نسبة الضغط التي يمكن للمحرك أن يعمل بها. عندما يتم تجاوز نسبة الضغط المسموح بها ، وبالتالي درجة الحرارة في غرفة الاحتراق ، يبدأ المحرك في العمل مع التفجير (الاشتعال التلقائي للخليط). عملية التفجير معقدة للغاية ، لذلك ، في هذه المرحلة ، سنقتصر على فهم أن سبب التفجير هو الاحتراق غير السليم لخليط وقود الهواء. عندما يعمل المحرك بالتفجير ، تقل كفاءة المحرك بشكل حاد ، وعلاوة على ذلك ، يمكن أن تؤدي أحمال الصدمات المتزايدة إلى تدمير المحرك. الطرق بصوت عالٍ أثناء تشغيل المحرك علامة على حدوث انفجار. يعتبر وضع التشغيل هذا ضارًا جدًا بالمحرك.

لقد قضت أنظمة إدارة المحرك الإلكترونية الحديثة عمليًا على تشغيل المحرك بالطرق ، لكن أولئك الذين اضطروا إلى قيادة سيارات بمحركات لا تحتوي على أنظمة تحكم إلكترونية سيتذكرون أن وضع الضرب يحدث كثيرًا.

في السابق ، تم استخدام إضافات خاصة قائمة على الرصاص لزيادة عدد الأوكتان من البنزين. مكّن استخدام هذه المواد المضافة من رفع نسبة الضغط إلى 12.5: 1 ، ولكن الآن ، وفقًا للوائح البيئية ، نظرًا لحقيقة أن الرصاص ضار جدًا بالبيئة ، يُحظر استخدام المواد المضافة التي تحتوي على الرصاص.

نسبة الضغط لمحركات البنزين الحديثة هي 10: 1 11: 1. يمكن أن تختلف قيمة نسبة الضغط ليس فقط عن جودة البنزين المعد للاستخدام ، ولكن أيضًا من تصميم المحرك. تسمح المحركات الحديثة المزودة بنظام إدارة محرك مستشعر الخبط برفع نسبة الضغط إلى 13: 1. أنظمة التحكم هذه ، من خلال ضبط توقيت الإشعال في كل أسطوانة على حدة ، بناءً على المعلومات الواردة من مستشعر القرقعة ، تسمح للمحرك بالعمل على وشك الانفجار ، لكن لا تسمح بذلك. يمكن أيضًا أن تعمل المحركات ذات الحقن المباشر للبنزين في غرفة الاحتراق ، نظرًا لطبيعة العمليات التي تحدث في الأسطوانة ، مع زيادة نسبة الانضغاط.

نظرًا لأن اشتعال الوقود في محركات الديزل يحدث بسبب تسخين الهواء في الأسطوانة ، فإن نسبة ضغط محركات الديزل أعلى من تلك الموجودة في محركات البنزين. تتراوح نسبة ضغط محركات الديزل في النطاق 14: 1 23: 1.

تتمتع محركات الهواء القسري داخل الأسطوانة (المشحونة بشاحن توربيني أو فائق الشحن) ، سواء كانت تعمل بالبنزين أو الديزل ، بنسبة ضغط أقل من المحركات التي تعمل بسحب الهواء الطبيعي. هذا بسبب وجود كتلة كبيرة من الهواء (والوقود) في الأسطوانة قبل بدء شوط الانضغاط. يمكن أن يؤدي الضغط المفرط في الأسطوانة في نهاية شوط الانضغاط إلى تدمير المحرك.

لقد لوحظ سابقًا أن زيادة نسبة الضغط هي ، بشكل عام ، ظاهرة مرغوبة للغاية ، ولكن في الواقع ، كل شيء أكثر تعقيدًا إلى حد ما. يعمل محرك الاحتراق الداخلي ، وخاصة محرك السيارة ، باستمرار بسرعات وأحمال مختلفة. أظهر البحث العلمي في هذا المجال أنه في بعض الظروف يعمل المحرك بكفاءة أكبر مع نسبة ضغط أقل ، بينما في حالات أخرى يمكن زيادة نسبة الضغط دون التسبب في تلف المحرك. حاولت بعض الشركات المصنعة إنشاء محرك بنسبة ضغط متغيرة أثناء التشغيل. وكانت الشركة السويدية لصناعة السيارات رائدة في هذا المجال ، وحققت نتائج ملحوظةصعب . تم تنفيذ العمل في هذا الاتجاه أيضًا من قبل شركات تصنيع السيارات الأخرى. ولكن حتى الآن ، لا توجد سيارات منتجة بكميات كبيرة مع نسبة ضغط متغيرة في السوق. من الواضح أن هذا سيكون الاتجاه التالي لتحسين كفاءة محرك الاحتراق الداخلي.

تم النظر مسبقًا في بعض المصطلحات التي تحدد المعلمات الهندسية للمحرك. بعد ذلك ، لنتذكر بعض المصطلحات التي تحدد عمل محرك الاحتراق الداخلي ، سواء أبسط محركات أحادية الأسطوانة أو محركات أكثر تعقيدًا.

1. قوة المحرك.
   يقاس بالكيلوواط (kW) أو القديم ، لبعض وحدات القياس الأكثر شيوعًا ، القدرة بالحصان (hp)
2. عزم الدوران.
   يقاس بالنيوتن لكل متر (N · m).
3. سعة لتر محددة.
   يقاس بنسبة أقصى قوة للمحرك إلى حجم عمل أسطوانات المحرك (kW / لتر)
4. قوة وزن محددة.
   يقاس بنسبة أقصى قوة للمحرك إلى وزن المحرك (kW / Kg).
5. كفاءة الوقود.
   يقاس بكتلة الوقود التي يجب إنفاقها لتوليد طاقة تبلغ كيلوواط واحد في الساعة (جم / كيلوواط ساعة)
6. سرعة الدوران.
   في صناعة السيارات ، كما هو الحال في العديد من مجالات التكنولوجيا الأخرى ، تُقاس سرعة (تردد) دوران العمود المرفقي بالدورات في الدقيقة (RPM).

على مدى أكثر من مائة عام منذ اختراع محرك الاحتراق الداخلي (ICE) ، كان عدد تصميماته كبيرًا لدرجة أنه ليس من المستحيل وصفها فقط ، ببساطة لا يمكن لأحد حتى سردها ، وهناك لا توجد مثل هذه المهمة بشكل عام. فهم واضح مبادئ عامةتشغيل محرك الاحتراق الداخلي (موصوف بإيجاز في هذه المقالة) ، يمكنك فهم أي تصميم.

إن. زارتسوف

محرك الاحتراق الداخلي (ICE) هو أكثر أنواع المحركات شيوعًا التي يتم تركيبها حاليًا في السيارات. على الرغم من حقيقة أن محرك الاحتراق الداخلي الحديث يتكون من آلاف الأجزاء ، إلا أن مبدأ تشغيله بسيط للغاية. دعونا نلقي نظرة فاحصة جهاز محرك الاحتراق الداخلي.

يحتوي كل محرك احتراق داخلي على أسطوانة ومكبس. داخل أسطوانة محرك الاحتراق الداخلي يتم تحويل الطاقة الحرارية المنبعثة أثناء احتراق الوقود إلى طاقة ميكانيكية يمكن أن تجعل سيارتنا تتحرك. تتكرر هذه العملية على تردد عدة مئات من المرات في الدقيقة ، مما يضمن الدوران المستمر للعمود المرفقي الذي يغادر المحرك.

عادة يتم تركيبها في السيارات محركات الاحتراق الداخلي رباعية الأشواط. لفهم مبدأ محرك الاحتراق الداخلي للبنزين بشكل أفضل ، نقترح عليك إلقاء نظرة على الشكل أدناه:

يتم ضغط خليط الوقود والهواء الذي يدخل غرفة الاحتراق من خلال صمام السحب (الشوط الأول - المدخول) (الشوط الثاني - الانضغاط) ويتم إشعاله بواسطة شمعة احتراق. عندما يتم حرق الوقود ، تحت تأثير درجة الحرارة المرتفعة ، يتشكل ضغط زائد في أسطوانة المحرك ، مما يجبر المكبس على التحرك لأسفل إلى ما يسمى بالمركز الميت السفلي (BDC) ، أثناء إجراء الشوط الثالث - شوط العمل. يتحرك المكبس لأسفل أثناء شوط العمل ، بمساعدة قضيب التوصيل ، ويقوم بتدوير العمود المرفقي. بعد ذلك ، بالانتقال من BDC إلى المركز الميت العلوي (TDC) ، يدفع المكبس غازات العادم عبر صمام العادم إلى نظام عادم السيارة - هذه هي الضربة الرابعة (العادم) لمحرك الاحتراق الداخلي.

دعنا نصلح التعريفات مرة أخرى ثم نشاهد هذا الفيديو:

السكتة الدماغية هي عملية تحدث في أسطوانة المحرك أثناء شوط واحد للمكبس. عادةً ما تسمى مجموعة الدورات التي تتكرر بتسلسل صارم وبتردد معين دورة عمل ، وفي هذه الحالة ، محرك احتراق داخلي.

1. السكتة الدماغية الأولى - تناول. يتحرك المكبس من TDC إلى BDC ، وعند حدوث ذلك يحدث فراغ ويتم ملء تجويف أسطوانة محرك الاحتراق الداخلي بمزيج قابل للاشتعال عبر صمام السحب المفتوح. يمتزج الخليط ، الذي يدخل غرفة الاحتراق ، مع بقايا غازات العادم. في نهاية المدخل ، يكون الضغط في الأسطوانة 0.07-0.095 ميجا باسكال ، ودرجة الحرارة 80-120 درجة مئوية.
2. المقياس الثاني هو الضغط. يتحرك المكبس إلى TDC ، ويتم إغلاق كلا الصمامين ، ويتم ضغط خليط العمل في الأسطوانة ، ويصاحب الضغط زيادة في الضغط (1.2-1.7 ميجا باسكال) ودرجة الحرارة (300-400 درجة مئوية).
3. المقياس الثالث هو التوسع. عندما يتم إشعال خليط العمل في أسطوانة محرك الاحتراق الداخلي ، يتم إطلاق كمية كبيرة من الحرارة ، ترتفع درجة الحرارة بشكل حاد (تصل إلى 2500 درجة مئوية). تحت الضغط ، يتحرك المكبس إلى BDC. الضغط 4-6 ميجا باسكال.
4. الخطوة الرابعة - الإفراج. يميل المكبس إلى TDC من خلال صمام العادم المفتوح ، ويتم دفع غازات العادم إلى أنبوب العادم ، ثم إلى البيئة. الضغط في نهاية الدورة: 0.1-0.12 ميجا باسكال ، ودرجة الحرارة 600-900 درجة مئوية.

وهكذا ، كنت قادرًا على التأكد من أن محرك الاحتراق الداخلي ليس معقدًا للغاية. كما يقولون ، كل شيء عبقري بسيط. ولمزيد من الوضوح ، نوصي بمشاهدة مقطع فيديو يوضح مبدأ تشغيل محرك الاحتراق الداخلي جيدًا.