Expliquez le but de l'appareil et le principe de fonctionnement du moteur à combustion interne. Le principe de fonctionnement d'un moteur à combustion interne. ICE : appareil, fonctionnement, efficacité

Le moteur est actuellement combustion interne est le principal type de moteur automobile. Un moteur à combustion interne (nom abrégé - ICE) est un moteur thermique qui convertit l'énergie chimique du carburant en travail mécanique.

Il existe les principaux types de moteurs à combustion interne suivants : piston, piston rotatif et turbine à gaz. Parmi les types de moteurs présentés, le plus courant est un moteur à combustion interne à piston, de sorte que le dispositif et le principe de fonctionnement sont considérés à l'aide de son exemple.

Vertus moteur à combustion interne à pistons, qui a assuré sa généralisation, sont : l'autonomie, la polyvalence (combinaison avec divers consommateurs), le faible coût, la compacité, le faible poids, la capacité de démarrage rapide, le multicarburant.

Cependant, les moteurs à combustion interne ont un certain nombre de lacunes, qui inclut: haut niveau bruit, vitesse élevée du vilebrequin, toxicité des gaz d'échappement, faible ressource, faible rendement.

Selon le type de carburant utilisé, on distingue les moteurs essence et diesel. Les carburants alternatifs utilisés dans les moteurs à combustion interne sont gaz naturel, carburants à base d'alcool - méthanol et éthanol, hydrogène.

Du point de vue de l'écologie, le moteur à hydrogène est prometteur, car. ne crée pas d'émissions nocives. Avec les moteurs à combustion interne, l'hydrogène est utilisé pour créer énergie électrique dans les piles à combustible des véhicules.

Dispositif de moteur à combustion interne

Un moteur à combustion interne à piston comprend un carter, deux mécanismes (manivelle et distribution de gaz) et un certain nombre de systèmes (admission, carburant, allumage, lubrification, refroidissement, échappement et système de contrôle).

Le carter moteur intègre le bloc-cylindres et la culasse. Le mécanisme à manivelle convertit le mouvement alternatif du piston en mouvement de rotation du vilebrequin. Le mécanisme de distribution de gaz assure l'alimentation en temps opportun d'air ou d'un mélange carburant-air aux cylindres et la libération des gaz d'échappement.

Le système de gestion du moteur fournit contrôle électronique fonctionnement des systèmes de moteur à combustion interne.

Le fonctionnement du moteur à combustion interne

Principe Fonctionnement ICE repose sur l'effet de dilatation thermique des gaz qui se produit lors de la combustion du mélange air-carburant et assure le mouvement du piston dans le cylindre.

Le fonctionnement d'un moteur à combustion interne à piston s'effectue de manière cyclique. Chaque cycle de travail se déroule en deux tours de vilebrequin et comprend quatre cycles (moteur à quatre temps) : admission, compression, course motrice et échappement.

Pendant les courses d'admission et de puissance, le piston descend, tandis que les courses de compression et d'échappement montent. Les cycles de fonctionnement dans chacun des cylindres du moteur ne coïncident pas en phase, ce qui assure un fonctionnement uniforme du moteur à combustion interne. Dans certaines conceptions de moteurs à combustion interne, le cycle de fonctionnement est mis en œuvre en deux cycles - compression et course motrice (moteur à deux temps).

Sur la course d'admission les systèmes d'admission et de carburant assurent la formation d'un mélange air-carburant. Selon la conception, le mélange est formé dans le collecteur d'admission (injection centrale et multipoint des moteurs à essence) ou directement dans la chambre de combustion (injection directe des moteurs à essence, injection des moteurs diesel). Lorsque les soupapes d'admission du mécanisme de distribution de gaz sont ouvertes, de l'air ou un mélange carburant-air est fourni dans la chambre de combustion en raison du vide qui se produit lorsque le piston descend.

Sur la course de compression Les soupapes d'admission se ferment et le mélange air-carburant est comprimé dans les cylindres du moteur.

AVC AVC accompagnée d'une inflammation du mélange air-carburant (allumage forcé ou auto-allumage). Suite à la combustion, un grand nombre de gaz qui appuient sur le piston et le font descendre. Le mouvement du piston à travers le mécanisme à manivelle est converti en mouvement de rotation du vilebrequin, qui est ensuite utilisé pour propulser la voiture.

À la libération tactile les soupapes d'échappement du mécanisme de distribution de gaz s'ouvrent et les gaz d'échappement sont évacués des cylindres vers le système d'échappement, où ils sont nettoyés, refroidis et le bruit est réduit. Les gaz sont ensuite rejetés dans l'atmosphère.

Le principe de fonctionnement considéré du moteur à combustion interne permet de comprendre pourquoi le moteur à combustion interne a un faible rendement - environ 40%. À un moment donné, en règle générale, un travail utile est effectué dans un seul cylindre, tandis que dans le reste - fournissant des cycles: admission, compression, échappement.

La combustion interne est un type de moteur dans lequel le carburant est enflammé dans la chambre de travail à l'intérieur, et non dans un milieu externe supplémentaire. LA GLACE convertit la pression de la combustion combustible en travail mécanique.

De l'histoire

Le premier moteur à combustion interne était le groupe motopropulseur De Rivaz, du nom de son créateur François de Rivaz, originaire de France, qui l'a conçu en 1807.

Ce moteur avait déjà un allumage par étincelle, c'était une bielle, avec un système de piston, c'est-à-dire que c'est une sorte de prototype de moteurs modernes.

Après 57 ans, le compatriote de Rivaz, Etienne Lenoir, a inventé l'unité à deux temps. Cette unité avait une disposition horizontale de son seul cylindre, il y avait un allumage par étincelle et fonctionnait sur un mélange de gaz d'éclairage avec de l'air. Le travail du moteur à combustion interne à cette époque était déjà suffisant pour les petits bateaux.

Après encore 3 ans, l'Allemand Nikolaus Otto est devenu un concurrent, dont l'idée originale était déjà un moteur atmosphérique à quatre temps avec un cylindre vertical. L'efficacité dans ce cas a augmenté de 11%, contrairement à l'efficacité du moteur à combustion interne Rivaz, elle est devenue 15%.

Un peu plus tard, dans les années 80 du même siècle, le designer russe Ogneslav Kostovich a lancé pour la première fois une unité de type carburateur, et les ingénieurs allemands Daimler et Maybach l'ont améliorée en une forme légère, qui a commencé à être installée sur les motos et les véhicules.

En 1897, Rudolf Diesel introduit les moteurs à combustion interne à allumage par compression utilisant l'huile comme carburant. Ce type de moteur est devenu l'ancêtre des moteurs diesel actuellement utilisés.

Types de moteurs

• Les moteurs à essence de type carburateur fonctionnent avec du carburant mélangé à de l'air. Ce mélange est pré-préparé dans le carburateur, puis entre dans le cylindre. Dans celui-ci, le mélange est comprimé, enflammé par une étincelle d'une bougie d'allumage.
• Les moteurs nye diffèrent en ce que le mélange est fourni directement des buses au collecteur d'admission. Ce type a deux systèmes d'injection - injection unique et injection distribuée.
• Dans un moteur diesel, l'allumage se produit sans bougies. Le cylindre de ce système contient de l'air chauffé à une température supérieure à la température d'inflammation du carburant. Le carburant est fourni à cet air par la buse et l'ensemble du mélange est enflammé sous la forme d'une torche.
• Le moteur à combustion interne à gaz a le principe d'un cycle thermique; le gaz naturel et le gaz d'hydrocarbure peuvent être utilisés comme carburant. Le gaz entre dans le réducteur, où sa pression est stabilisée à celle de travail. Ensuite, il entre dans le mélangeur et finit par s'enflammer dans le cylindre.
• Les moteurs à combustion interne gaz-diesel fonctionnent sur le principe des moteurs à gaz, sauf que contrairement à eux, le mélange n'est pas allumé par une bougie, mais par du carburant diesel, dont l'injection se produit de la même manière que dans un moteur diesel conventionnel.
• Les types de moteurs à combustion interne à piston rotatif sont fondamentalement différents des autres par la présence d'un rotor qui tourne dans une chambre en huit. Pour comprendre ce qu'est un rotor, vous devez apprendre que dans ce cas, le rotor joue le rôle d'un piston et d'un vilebrequin, c'est-à-dire qu'un mécanisme de distribution spécial est complètement absent ici. Avec un tour, trois cycles de travail se produisent simultanément, ce qui est comparable au fonctionnement d'un moteur à six cylindres.

Principe d'opération

Actuellement, le principe de fonctionnement à quatre temps du moteur à combustion interne prévaut. Cela est dû au fait que le piston dans le cylindre passe quatre fois - de haut en bas également en deux.

Comment fonctionne un moteur à combustion interne :

1. Le premier coup - le piston, en descendant, aspire le mélange de carburant. Dans ce cas, la soupape d'admission est ouverte.
2. Une fois que le piston a atteint le niveau inférieur, il remonte en comprimant le mélange combustible qui, à son tour, prend le volume de la chambre de combustion. Cette étape, incluse dans le principe de fonctionnement du moteur à combustion interne, est la deuxième consécutive. Les vannes, en même temps, sont fermées et plus elles sont denses, meilleure est la compression.
3. Dans le troisième temps, le système d'allumage est activé, car le mélange de carburant est enflammé ici. Dans le but du fonctionnement du moteur, cela s'appelle «travailler», car en même temps, le processus de mise en marche de l'unité commence. Le piston de l'explosion de carburant commence à descendre. Comme dans la deuxième course, les vannes sont à l'état fermé.
4. Le dernier cycle est le quatrième, celui de la graduation, qui précise ce qu'est l'achèvement d'un cycle complet. Le piston à travers la soupape d'échappement se débarrasse des gaz d'échappement du cylindre. Ensuite, tout se répète de manière cyclique, pour comprendre le fonctionnement du moteur à combustion interne, vous pouvez imaginer la nature cyclique de l'horloge.

Dispositif ICE

Il est logique de considérer le dispositif d'un moteur à combustion interne à partir du piston, car c'est l'élément principal du travail. C'est une sorte de "verre" avec une cavité vide à l'intérieur.

Le piston a des fentes dans lesquelles les segments sont fixés. Ces mêmes bagues sont chargées de s'assurer que le mélange combustible ne passe pas sous le piston (compression), ainsi que de s'assurer que l'huile ne pénètre pas dans l'espace au-dessus du piston lui-même (racleur d'huile).

Mode opératoire

• Lorsque le mélange de carburant entre dans le cylindre, le piston effectue les quatre courses décrites ci-dessus et le mouvement alternatif du piston entraîne l'arbre.
• Le fonctionnement ultérieur du moteur est le suivant: la partie supérieure de la bielle est fixée à l'axe situé à l'intérieur de la jupe du piston. La manivelle du vilebrequin fixe la bielle. Le piston, lorsqu'il se déplace, fait tourner le vilebrequin et ce dernier, en temps voulu, transmet le couple au système de transmission, de là au système d'engrenages et ensuite aux roues motrices. Dans la disposition des moteurs de voitures à propulsion arrière, l'arbre à cardan sert également d'intermédiaire aux roues.

Conception GLACE

Le mécanisme de distribution de gaz (synchronisation) dans le dispositif d'un moteur à combustion interne est responsable de l'injection de carburant, ainsi que de la libération de gaz.

Le mécanisme de distribution se compose d'une soupape supérieure et d'une soupape inférieure, il peut être de deux types - courroie ou chaîne.

La bielle est le plus souvent réalisée en acier par emboutissage ou forgeage. Il existe des types de bielles en titane. La bielle transfère les forces du piston au vilebrequin.

Un vilebrequin en fonte ou en acier est un ensemble de tourillons principaux et de bielle. A l'intérieur de ces cols se trouvent des trous chargés de fournir de l'huile sous pression.

Le principe de fonctionnement du mécanisme à manivelle dans les moteurs à combustion interne est de convertir les mouvements de piston en mouvements de vilebrequin.

La culasse (culasse), la plupart des moteurs à combustion interne, comme le bloc-cylindres, est le plus souvent en fonte et moins souvent en divers alliages d'aluminium. La culasse contient des chambres de combustion, des canaux d'admission et d'échappement et des trous de bougie. Entre le bloc-cylindres et la culasse se trouve un joint qui assure une étanchéité complète de leur connexion.

Le système de lubrification, qui comprend un moteur à combustion interne, comprend un carter d'huile, une prise d'huile, une pompe à huile, un filtre à huile et un refroidisseur d'huile. Tout cela est relié par des canaux et des autoroutes complexes. Le système de lubrification est responsable non seulement de la réduction des frottements entre les pièces du moteur, mais également de leur refroidissement, ainsi que de la réduction de la corrosion et de l'usure, et augmente la durée de vie du moteur à combustion interne.

Le dispositif moteur, selon son type, son type, son pays de fabrication, peut être complété par quelque chose ou, au contraire, certains éléments peuvent manquer en raison de l'obsolescence de modèles individuels, mais dispositif général moteur reste inchangé au même titre que le principe de fonctionnement standard d'un moteur à combustion interne.

Unités supplémentaires

Bien entendu, un moteur à combustion interne ne peut exister en tant qu'organe séparé sans unités supplémentaires qui assurent son fonctionnement. Le système de démarrage fait tourner le moteur, le met en état de marche. Il existe différents principes de fonctionnement du démarrage selon le type de moteur : démarreur, pneumatique et musculaire.

La transmission vous permet de développer la puissance dans une plage de régime étroite. Le système d'alimentation fournit peu d'électricité au moteur à combustion interne. Il comprend batterie d'accumulateurs et un générateur qui fournit un flux constant d'électricité et de charge de batterie.

Le système d'échappement assure la libération des gaz. Tout dispositif de moteur de voiture comprend : un collecteur d'échappement qui collecte les gaz dans un seul tuyau, un convertisseur catalytique qui réduit la toxicité des gaz en réduisant l'oxyde d'azote et utilise l'oxygène résultant pour brûler des substances nocives.

Le silencieux de ce système sert à réduire le bruit sortant du moteur. Les moteurs à combustion interne des véhicules modernes doivent être conformes aux normes légales.

Type de carburant

Il convient également de rappeler l'indice d'octane du carburant utilisé par différents types de moteurs à combustion interne.

Plus l'indice d'octane du carburant est élevé, plus le taux de compression est élevé, ce qui entraîne une augmentation de l'efficacité du moteur à combustion interne.

Mais il existe également de tels moteurs pour lesquels une augmentation de l'indice d'octane au-dessus de celui fixé par le constructeur entraînera une panne prématurée. Cela peut se produire en brûlant des pistons, en détruisant des segments et en encrassant les chambres de combustion.

L'usine fournit son indice d'octane minimum et maximum, ce qui nécessite un moteur à combustion interne.

réglage

Les amateurs d'augmentation de la puissance des moteurs à combustion interne installent souvent (s'ils ne sont pas fournis par le constructeur) différents types de turbines ou de compresseurs.

Le compresseur au ralenti produit une petite quantité de puissance, tout en gardant une vitesse stable. La turbine, au contraire, extrait la puissance maximale lorsqu'elle est allumée.

L'installation de certaines unités nécessite la consultation d'artisans expérimentés dans une direction étroite, car la réparation, le remplacement d'unités ou l'ajout d'un moteur à combustion interne avec des options supplémentaires est un écart par rapport à l'objectif du moteur et réduit la durée de vie de l'intérieur moteur à combustion interne, et des actions incorrectes peuvent entraîner des conséquences irréversibles, c'est-à-dire que le travail du moteur à combustion interne peut être définitivement arrêté.

Les principes de fonctionnement du moteur à combustion interne le plus simple

Cet article traitera des principes de fonctionnement du moteur à combustion interne monocylindre le plus simple. Ce moteur est pris pour la simplicité du concept de processus physiques, afin de comprendre comment fonctionnent tous ces moteurs. En fait, tout est beaucoup plus compliqué, chaque processus a tellement de fonctionnalités que même les spécialistes qui connaissent bien le fonctionnement du moteur ont souvent des différends sur de nombreux problèmes. Mais tous les moteurs à essence (moteurs à allumage commandé) fonctionnent sur la base des principes décrits pour la première fois par l'ingénieur allemand Otto.

Le moteur est nécessaire pour fournir à la voiture (s'il ne s'agit pas d'un moteur à l'arrêt) de l'énergie mécanique. Le moteur crée cette énergie. Mais d'après le cours de physique de l'école, on sait que l'énergie ne surgit pas de rien et ne disparaît pas sans laisser de trace. Quelle est la source d'énergie mécanique produite par le moteur, quelle énergie convertit-il en énergie mécanique ? La source d'énergie d'un moteur à combustion interne est l'énergie des liaisons intermoléculaires des hydrocarbures qui brûlent dans les cylindres du moteur. Lors de la combustion de carburants hydrocarbonés, ces liaisons sont rompues avec une grande libération d'énergie thermique, que le moteur convertit en énergie mécanique sous forme de mouvement de rotation.

Les réactions chimiques qui se produisent lors de la combustion du carburant nécessitent un agent oxydant. Pour cela, l'oxygène contenu dans l'air ambiant est utilisé. L'air est un mélange de gaz, l'oxygène dans ce mélange est d'environ 21%. Un mélange de carburant et d'air brûle dans les cylindres du moteur. Dans le cas idéal, toutes les molécules d'hydrocarbures fournies au cylindre, lorsqu'elles sont brûlées, se combinent avec toutes les molécules d'oxygène fournies au cylindre au cours d'un cycle de fonctionnement. C'est-à-dire qu'après le processus de combustion, aucune molécule de carburant et aucune molécule d'oxygène libre ne doivent rester dans le cylindre du moteur.

Réactions chimiques dans lesquelles tous substances actives sont dits stoechiométriques. Au cours du processus stoechiométrique, environ 14,7 kilogrammes d'air doivent être utilisés pour brûler complètement toutes les molécules d'1 kilogramme de carburant. C'est un processus idéal, mais en réalité, lorsque le moteur tourne dans différents modes, il est assez difficile de l'assurer, d'autant plus que dans certains modes, le moteur ne fonctionnera de manière stable que si le mélange diffère du mélange stoechiométrique.

Après avoir compris d'où vient l'énergie mécanique, commençons à étudier les principes de fonctionnement du moteur. Comme indiqué précédemment, le travail d'un moteur à combustion interne à quatre temps fonctionnant sur le cycle Otto sera considéré ici. La principale caractéristique du cycle Otto peut être appelée le fait qu'avant l'allumage, le mélange air-carburant est pré-comprimé et que le mélange est enflammé à partir d'une source externe - dans les moteurs modernes uniquement à l'aide d'une étincelle électrique.

Au cours de la formation et du développement du moteur à combustion interne, de nombreuses conceptions différentes ont été inventées et, bien sûr, un moteur fonctionnant selon les principes du cycle Otto était loin d'être le seul. Parmi les moteurs à mouvement de piston alternatif, le moteur à cycle Atkinson peut être appelé, et parmi les moteurs à mouvement de piston circulaire, le moteur à piston rotatif Wankel est le plus célèbre. Il existe un grand nombre de modèles généralement exotiques. Mais tous n'ont pas reçu une large application pratique. Plus de 99,9% des moteurs à combustion interne actuellement utilisés fonctionnent sur le cycle Otto (dans cet article, les moteurs diesel seront inclus ici), qui à leur tour sont divisés en moteurs à allumage par mélange électrique et moteurs diesel à allumage par compression du mélange.

Les principes de fonctionnement de tels moteurs seront abordés dans cet article.

Les moteurs à essence et diesel peuvent être non seulement à quatre temps, mais aussi à deux temps. Actuellement moteurs à deux temps ne sont pas utilisés sur un véhicule, ils ne seront donc pas pris en compte dans ce chapitre.

Avant d'examiner les principes de fonctionnement du moteur, examinons de quelles pièces principales il se compose.

Les principaux détails du moteur à combustion interne le plus simple

1. Cylindre.
2. Piston.
3. La chambre de combustion.
4. Bielle.
5. Vilebrequin.
6. canal d'admission.
7. Soupape d'admission.
8. Entrée arbre à cames.
9. canal de sortie.
10. La soupape d'échappement.
11. Arbre à cames d'échappement.
12. Bougie d'allumage.
13. Injecteur de carburant (non représenté).
14. Volant moteur (non représenté).

1. Cylindre - la base du moteur, c'est en elle que se déroule le processus de combustion du carburant, le cylindre est l'élément de guidage du mouvement du piston.

2. Piston - une pièce se déplaçant dans un cylindre sous l'influence de gaz en expansion ou sous l'influence d'un mécanisme à manivelle. Nous supposons conditionnellement que le joint coulissant entre le piston et les parois du cylindre est absolument hermétique, c'est-à-dire qu'aucun gaz ne peut fuir à travers ce joint.

3. La chambre de combustion - l'espace au-dessus du piston lorsque le piston est au point le plus haut de sa course (PMH).

4. bielle - c'est une bielle qui transmet l'effort du piston à la manivelle du vilebrequin et inversement du vilebrequin au piston.

5. Vilebrequin - sert à convertir le mouvement alternatif du piston en rotation, c'est ce mouvement qui est le plus pratique à utiliser.

6. entrée - le canal par lequel le mélange air-carburant pénètre dans le cylindre du moteur.

7. Soupape d'admission - relie le canal d'admission au cylindre moteur. Nous supposons conditionnellement qu'à l'état fermé, la soupape est complètement scellée et qu'à l'état ouvert, elle ne résiste pas au passage du mélange air-carburant dans le cylindre du moteur.

8. arbre à cames d'admission – ouvre et ferme la vanne d'admission au bon moment.

9. canal de sortie - le canal par lequel les gaz d'échappement sont évacués du moteur vers l'atmosphère.

10. La soupape d'échappement - relie le canal d'échappement au cylindre du moteur. Nous supposons conditionnellement qu'à l'état fermé, la soupape est complètement scellée et qu'à l'état ouvert, elle ne résiste pas au passage des gaz d'échappement du cylindre du moteur.

11. arbre à cames d'échappement – ouvre et ferme la soupape d'échappement au bon moment.

12. Bougie d'allumage - sert à enflammer le mélange air comprimé-carburant au moment requis.

13. Brûleur à combustible - sert à pulvériser du carburant dans l'air entrant dans le cylindre du moteur.

14. volant moteur - sert au mouvement nécessaire du piston dû aux forces d'inertie pendant toutes les courses, sauf celle de travail.

- le point auquel le piston s'arrête lorsque la direction de son mouvement ascendant du cylindre passe à un mouvement descendant.

2 - Point mort bas (BDC) - le point auquel le piston s'arrête lorsque la direction de son mouvement vers le bas du cylindre passe à un mouvement vers le haut.

3 - course de piston - la distance parcourue par le piston lors du passage du PMH au PMH ou inversement.

4 - Course du moteur - déplacement du piston d'un point mort à un autre. A chaque coup, le vilebrequin du moteur fait un demi-tour (180º).

5 - Cycle – répétition périodique de quatre cycles du moteur pendant le fonctionnement. Un cycle moteur complet se compose de quatre cycles et se termine en deux révolutions complètes du vilebrequin (720º).

Les principes de fonctionnement du moteur à quatre temps monocylindre le plus simple:

1 - Course d'aspiration
(réception du mélange air-carburant dans le cylindre).

La soupape d'admission est ouverte.
Soupape d'échappement fermée.

Sous l'influence d'une force extérieure (démarreur, manivelle ou inertie du volant) transmise au piston par une bielle, le piston passe du PMH au PMH. Etant donné que la connexion entre le piston et le cylindre est complètement étanche, une pression réduite (vide) se forme dans l'espace au-dessus du piston. Sous l'influence de la pression atmosphérique, l'air à travers le conduit d'admission et la soupape d'admission ouverte commence à s'écouler dans le cylindre du moteur. À ce moment, l'injecteur de carburant atomise la quantité requise de carburant dans l'air entrant, à la suite de quoi un mélange air-carburant combustible pénètre dans le cylindre.

Lorsque le piston atteint le PMB, la soupape d'admission se ferme.

2 - Coup de compression.

Les deux vannes sont fermées.

Sous l'influence d'une force extérieure, le piston se déplace du PMB au PMH. Dans ce cas, le mélange air-carburant est comprimé dans le cylindre. A la fin de la course de compression, lorsque le piston monte en position PMH, l'ensemble du mélange air-carburant est à l'état comprimé dans la chambre de combustion.
À ce moment, la bougie d'allumage enflamme le mélange air-carburant comprimé à l'aide d'une étincelle électrique. Dans un moteur diesel, du carburant finement atomisé est injecté dans la chambre de combustion à l'aide d'un injecteur de carburant. En conséquence, dans les deux cas, le mélange s'enflamme.

3 - Cycle de travail.

Les deux vannes sont fermées.

Lors de la combustion du mélange air-carburant dans le cylindre, la température et, surtout, la pression augmentent fortement. Cette pression exerce une pression uniforme dans toutes les directions, mais les parois de la chambre de combustion et du cylindre sont conçues pour cette pression. Et la pression de l'eau exercée par l'expansion des gaz sur le piston, dont le fond est la partie inférieure de la chambre de combustion, fait descendre le piston du PMH au PMB. Cette force est transmise par la bielle à la manivelle du vilebrequin, qui convertit le mouvement vers l'avant du piston en mouvement de rotation.

Lorsque le piston atteint le PMB, la soupape d'échappement s'ouvre.

4 - Course de déblocage.

La vanne d'admission est fermée.
La vanne de sortie est fermée.

Sous l'influence d'une force extérieure transmise au piston par l'intermédiaire de la bielle, le piston passe de la position PMB à la position PMH. Pendant ce mouvement, le piston force les gaz d'échappement hors du cylindre à travers la soupape d'échappement ouverte dans l'orifice d'échappement et plus loin dans l'atmosphère.

Et donc, nous avons considéré le cycle complet du moteur, composé de quatre cycles. De plus, ce cycle se répète indéfiniment jusqu'à ce que le moteur soit éteint ou que l'essence dans le réservoir de la voiture soit épuisée.

Vous avez probablement remarqué qu'un seul des quatre cycles est utile - le cycle de travail. C'est au cours de ce cycle que l'énergie nécessaire est générée. Toutes les autres mesures sont auxiliaires. Peut-être qu'une telle conception peut sembler inefficace, mais la meilleure, à tous égards, n'a pas encore été inventée. Oui, il existe des moteurs à deux temps dans lesquels un cycle complet est effectué en une rotation du vilebrequin. Il existe un moteur à pistons rotatifs Wankel, dans lequel il n'y a aucune pièce alternative, mais ces conceptions, avec certains avantages, ont leurs propres inconvénients, de sorte que les moteurs fonctionnant sur le cycle Otto à quatre temps ont actuellement une distribution presque monopolistique dans le monde. Et tout remplacement pour eux, dans un avenir prévisible, n'est pas vraiment prévu.

Moteur diesel.

Le moteur, inventé par l'inventeur allemand Rudolf Diesel, est très similaire dans sa conception et son fonctionnement au moteur à essence décrit précédemment. Mais il y a une différence significative. Dans ce moteur, l'allumage du mélange air-carburant ne se produit pas à l'aide d'une étincelle électrique, mais en raison du contact du carburant avec de l'air chaud dans le cylindre. Cet allumage du mélange de travail est appelé allumage par compression. Et d'où venait l'air chaud dans le cylindre, où était-il chauffé ? Bien sûr, personne ne l'a délibérément réchauffé. Si vous avez déjà dû gonfler un pneu de vélo ou de voiture avec une pompe à main, vous avez peut-être remarqué que la pompe commence à chauffer assez rapidement. Et en général, on sait d'après un cours de physique que lorsqu'ils sont comprimés, tous les gaz s'échauffent et que l'air n'est rien d'autre qu'un mélange de gaz. La compression de l'air dans le moteur se produit très rapidement, par conséquent, à la fin de la course de compression, l'air dans le cylindre d'un moteur diesel a une température très élevée (700 ÷ 900ºС).

Étant donné que le processus physique est légèrement différent du moteur à essence décrit précédemment, il existe certaines différences dans la conception du moteur diesel. La principale différence est le taux de compression plus élevé. Le moteur diesel n'a pas de bougie d'allumage, mais un injecteur de carburant est inséré directement dans la culasse, bien sûr, il n'y a pas d'injecteur de carburant dans le conduit d'admission. Contrairement à un moteur à essence, qui reçoit un mélange d'essence et d'air pendant la course d'admission, de l'air propre entre dans les cylindres d'air diesel. Lorsque le piston atteint le PMH pendant la course de compression, la chambre de combustion d'un moteur diesel contient de l'air comprimé à haute température. Et tandis que le mélange est enflammé dans un moteur à essence à l'aide d'une bougie électrique, du carburant diesel finement atomisé est injecté dans la chambre de combustion d'un moteur diesel sous haute pression. Au contact de l'air chaud de la chambre de combustion, le carburant s'enflamme.

Rappelez-vous les principales différences entre un moteur diesel et un moteur à essence.

1 - Le carburant d'un moteur diesel n'est pas enflammé par une étincelle électrique, mais par le contact du carburant avec de l'air à haute température.

2 - Le réglage du couple et de la puissance du moteur s'effectue en modifiant la qualité, et non la quantité, du mélange air-carburant, par conséquent, le moteur diesel n'a pas de papillon des gaz qui régule la quantité d'air entrant dans les cylindres du moteur. C'est-à-dire que le couple est modifié par la quantité d'injection de carburant sans modifier la quantité d'air d'admission.

Ne confondez pas un moteur diesel avec des moteurs à essence modernes à injection directe. Dans ces moteurs, l'injecteur de carburant est déplacé de l'orifice d'admission vers la tête du moteur, mais pas à la place de la bougie d'allumage, mais installé avec elle. Dans ce cas, l'injecteur de carburant injecte le carburant directement dans le cylindre. Le mélange air-carburant dans un tel moteur n'est pas enflammé par allumage par compression, mais par une étincelle électrique. Et le papillon des gaz dans le conduit d'admission contrôle la quantité d'air entrant dans le cylindre.

Nous avons examiné les principes de fonctionnement du moteur monocylindre le plus simple, compris comment se produit l'énergie mécanique dont nous avons besoin, mais pour simplifier l'explication, nous avons dû recourir à de nombreuses simplifications. Par exemple, les vannes ne s'ouvrent ou ne se ferment pas exactement au PMH ou au PMB. La bougie d'allumage d'un moteur à essence enflamme le mélange ou l'injecteur de carburant d'un moteur diesel ne pompe pas le carburant dans le cylindre exactement lorsque le piston est au PMH. Oui, et le moteur, le plus souvent, n'a pas un, mais plusieurs cylindres, de 1 à 16, dans l'industrie automobile, et dans l'aviation ou dans la marine, il y avait des moteurs à 64 cylindres. Mais le cœur de tout moteur est le cylindre.

Auparavant, certains termes liés au cylindre du moteur étaient pris en compte, nous devons maintenant les examiner plus en détail et nous familiariser avec de nouveaux.

1. rayon de manivelle.
La distance entre les axes des tourillons principaux et de bielle du vilebrequin.
Les principaux sont les tourillons de vilebrequin, dans lesquels l'arbre tourne dans le bloc moteur.
Les tourillons de bielle sont les tourillons auxquels sont reliées les bielles des pistons.
Pour former une manivelle, l'axe des tourillons principaux est décalé par rapport à l'axe des tourillons de bielle.
Le rayon de manivelle est un paramètre de conception de moteur très important. En modifiant le rayon de la manivelle, vous pouvez choisir le rapport souhaité entre le couple et le régime moteur maximum, avec un volume de cylindre constant.

2. Accident vasculaire cérébral:
La course du piston, c'est-à-dire la distance entre le PMB et le PMH, est égale à deux fois le rayon de la manivelle.

3. Diamètre du cylindre :
C'est le diamètre d'alésage du cylindre. Nous supposons conditionnellement que le diamètre du piston est égal au diamètre du cylindre.
(Généralement mesuré en millimètres)

4. Cylindrée :
Le volume de travail du cylindre est le volume déplacé par le piston lors du passage du PMB au PMH.
(Généralement mesuré en centimètres cubes (cm³) ou en litres.)
Le volume de travail du cylindre est égal au produit de la course du piston et de la surface du fond du piston.

5. Le volume de la chambre de combustion.
Il s'agit de la quantité d'espace au-dessus du piston lorsque le piston est au PMH.
(Généralement mesuré en centimètres cubes.)
La chambre de combustion de la plupart des moteurs a une forme complexe, il est donc difficile de déterminer son volume exact par la méthode de calcul. Diverses méthodes de mesure directe sont utilisées pour déterminer le volume de la chambre de combustion.

6. Volume total cylindre.
C'est la somme du volume de la chambre de combustion et du volume utile du cylindre.
(Généralement mesuré en centimètres cubes ou en litres.)
Le volume total d'un moteur multicylindre est égal au volume total d'un cylindre multiplié par le nombre de cylindres du moteur.

7. Ratio de compression.
C'est le rapport du volume total du cylindre au volume de la chambre de combustion. En d'autres termes, c'est le rapport du volume du cylindre plus le volume de la chambre de combustion lorsque le piston est au PMB au volume de l'espace au-dessus du piston lorsque le piston est au PMH.
(Unité sans dimension)

8. Rapport entre le diamètre du cylindre et la course du piston :
C'est un paramètre très important dans la conception d'un moteur à combustion interne. Les moteurs dans lesquels la course du piston est supérieure au diamètre du cylindre sont appelés moteurs à course longue, dans lesquels la course du piston est inférieure au diamètre du cylindre, sont appelés moteurs à course courte.

La valeur du taux de compression.

Le taux de compression est l'un des indicateurs techniques très importants d'un moteur à combustion interne, alors regardons-le plus en détail. En général, l'augmentation du taux de compression augmente l'efficacité d'un moteur à combustion interne, c'est-à-dire qu'en brûlant une quantité égale de carburant, le moteur produit plus d'énergie mécanique. Avec un taux de compression accru, les molécules de carburant se rapprochent physiquement. Dans le même temps, le mélange air-carburant a une température plus élevée, ce qui entraîne une meilleure évaporation des particules de carburant et leur mélange plus uniforme avec l'air. Pour chaque type d'essence, il existe une valeur limite pour le taux de compression. Plus l'indice d'octane de l'essence est élevé, plus le taux de compression auquel le moteur peut fonctionner est élevé. Lorsque le taux de compression admissible et, par conséquent, la température dans la chambre de combustion sont dépassés, le moteur commence à fonctionner avec détonation (allumage spontané du mélange). Le processus de détonation est assez compliqué, par conséquent, à ce stade, nous nous limiterons à comprendre que la cause de la détonation est une mauvaise combustion du mélange air-carburant. Lorsque le moteur tourne avec détonation, l'efficacité du moteur est fortement réduite et, de plus, des charges de choc accrues peuvent entraîner la destruction du moteur. Un cognement fort pendant que le moteur tourne est un signe de détonation. Ce mode de fonctionnement est très nocif pour le moteur.

Les systèmes de gestion électronique du moteur modernes ont pratiquement éliminé le fonctionnement du moteur avec cognement, mais ceux qui ont dû conduire des voitures avec des moteurs sans système de contrôle électronique se souviennent que le mode cognement se produisait assez souvent.

Auparavant, des additifs spéciaux à base de plomb étaient utilisés pour augmenter l'indice d'octane de l'essence. L'utilisation de ces additifs a permis d'augmenter le taux de compression à 12,5: 1, mais maintenant, conformément aux lois sur la protection de l'environnement, du fait que le plomb est très nocif environnement, l'utilisation d'additifs à base de plomb est interdite.

Le taux de compression des moteurs à essence modernes est de 10:1 ÷ 11:1. La valeur du taux de compression peut varier non seulement de la qualité de l'essence destinée à être utilisée, mais également de la conception du moteur. Les moteurs modernes dotés d'un système de gestion du moteur à capteur de cliquetis permettent d'augmenter le taux de compression à 13:1. De tels systèmes de contrôle, en ajustant le calage de l'allumage dans chaque cylindre individuel, sur la base des informations reçues du capteur de cliquetis, permettent au moteur de fonctionner au bord de la détonation, mais ne le permettent pas. Les moteurs à injection directe d'essence dans la chambre de combustion, en raison de la nature des processus se produisant dans le cylindre, peuvent également fonctionner avec un taux de compression accru.

Étant donné que l'allumage du carburant dans les moteurs diesel se produit en raison du réchauffement de l'air dans le cylindre, le taux de compression des moteurs diesel est supérieur à celui des moteurs à essence. Le taux de compression des moteurs diesel est de l'ordre de 14:1 ÷ 23:1.

Les moteurs à air pulsé (turbocompressés ou suralimentés), à essence et diesel, ont un taux de compression inférieur à celui des moteurs à aspiration naturelle. En effet, il y a une grande masse d'air (et de carburant) dans le cylindre avant le début de la course de compression. Trop de pression dans le cylindre à la fin de la course de compression peut détruire le moteur.

Il a été noté précédemment que l'augmentation du taux de compression est, en général, un phénomène très souhaitable, mais en réalité, tout est un peu plus compliqué. Un moteur à combustion interne, notamment automobile, fonctionne en permanence à différentes vitesses et charges. La recherche scientifique dans ce domaine a montré que dans certaines conditions, le moteur fonctionne plus efficacement avec un taux de compression inférieur, tandis que dans d'autres conditions, le taux de compression peut être augmenté sans endommager le moteur. Certains fabricants ont essayé de créer un moteur avec un taux de compression variable pendant le fonctionnement. Un pionnier dans ce domaine, avec des résultats notables, a été le constructeur automobile suédois SAAB . Des travaux dans ce sens ont également été menés par d'autres constructeurs automobiles. Mais jusqu'à présent, il n'y a pas de voitures produites en série avec un taux de compression variable sur le marché. Évidemment, ce sera la prochaine direction pour améliorer l'efficacité du moteur à combustion interne.

Certains des termes qui définissent les paramètres géométriques du moteur ont été précédemment considérés. Ensuite, rappelons quelques termes qui définissent le fonctionnement d'un moteur à combustion interne, à la fois les moteurs monocylindres les plus simples et les plus complexes.

1. Puissance du moteur.
   Il est mesuré en kilowatts (kW) ou dans l'ancienne, pour certaines unités de mesure plus familières, la puissance (hp)
2. Couple.
   Elle se mesure en newtons par mètre (N m).
3. Capacité spécifique en litres.
   Il est mesuré par le rapport de la puissance maximale du moteur au volume de travail des cylindres du moteur (kW / litre)
4. Puissance de poids spécifique.
   Elle est mesurée par le rapport de la puissance maximale du moteur au poids du moteur (kW/Kg).
5. la consommation de carburant.
   Il est mesuré par la masse de carburant qui doit être dépensée pour générer une puissance d'un kilowatt par heure (g/kWh)
6. Vitesse rotationnelle.
   Dans l'industrie automobile, comme dans de nombreux autres domaines de la technologie, la vitesse (fréquence) de rotation du vilebrequin est mesurée en tours par minute (RPM).

Au cours des plus de cent dernières années depuis l'invention du moteur à combustion interne (ICE), le nombre de ses conceptions a été si grand qu'il est non seulement impossible de les décrire, mais tout simplement personne ne peut même les énumérer, et il y a pas une telle tâche, en général. Comprendre clairement principes généraux fonctionnement du moteur à combustion interne (brièvement décrit dans cet article), vous pouvez comprendre n'importe quelle conception.

FR Zhartsov

Le moteur à combustion interne moderne s'est éloigné de ses ancêtres. Il est devenu plus grand, plus puissant, plus respectueux de l'environnement, mais en même temps, le principe de fonctionnement, la structure du moteur de la voiture, ainsi que ses principaux éléments, sont restés inchangés.

Les moteurs à combustion interne, largement utilisés dans les automobiles, sont du type à piston. Ce type de moteur à combustion interne tire son nom du principe de fonctionnement. À l'intérieur du moteur se trouve une chambre de travail appelée cylindre. Il brûle le mélange de travail. Lorsque le mélange de carburant et d'air est brûlé dans la chambre, la pression perçue par le piston augmente. En se déplaçant, le piston convertit l'énergie reçue en travail mécanique.

Comment est le moteur à combustion interne

Les premiers moteurs à pistons n'avaient qu'un seul cylindre de petit diamètre. Au cours du développement, pour augmenter la puissance, le diamètre des cylindres a d'abord été augmenté, puis leur nombre. Peu à peu, les moteurs à combustion interne ont pris la forme qui nous est familière. Moteur voiture moderne peut avoir jusqu'à 12 cylindres.

L'ICE moderne se compose de plusieurs mécanismes et systèmes auxiliaires qui, pour faciliter la perception, sont regroupés comme suit :

1. KShM - mécanisme à manivelle.
2. Timing - un mécanisme pour régler le calage des soupapes.
3. Système de lubrification.
4. Système de refroidissement.
5. Système d'alimentation en carburant.
6. Système d'échappement.

Les systèmes ICE comprennent également des systèmes de démarrage électrique et de contrôle du moteur.

KShM - mécanisme à manivelle

KShM est le mécanisme principal d'un moteur à piston. Il exécute emploi principal- convertit l'énérgie thermique en mécanique. Le mécanisme se compose des pièces suivantes :

• Bloc-cylindres.
• Culasse.
• Pistons avec goupilles, anneaux et bielles.
• Vilebrequin avec volant moteur.

Synchronisation - mécanisme de distribution de gaz

Pour entrer dans le cylindre La bonne quantité carburant et air, et les produits de combustion ont été retirés de la chambre de travail à temps, le moteur à combustion interne a un mécanisme appelé distribution de gaz. Il est responsable de l'ouverture et de la fermeture des soupapes d'admission et d'échappement, à travers lesquelles le mélange combustible air-carburant pénètre dans les cylindres et les gaz d'échappement sont éliminés. Les pièces de synchronisation comprennent :

• Arbre à cames.
• Soupapes d'admission et d'échappement avec ressorts et douilles de guidage.
• Pièces d'entraînement de soupape.
• Éléments d'entraînement de synchronisation.

Le calage est entraîné par le vilebrequin du moteur de la voiture. À l'aide d'une chaîne ou d'une courroie, la rotation est transmise à l'arbre à cames qui, par l'intermédiaire de cames ou de culbuteurs, appuie sur la soupape d'admission ou d'échappement à travers les poussoirs et les ouvre et les ferme tour à tour

Selon la conception et le nombre de soupapes, une ou deux peuvent être installées sur le moteur arbres à cames pour chaque rangée de cylindres. Avec un système à deux arbres, chaque arbre est responsable du fonctionnement de sa propre série de soupapes - admission ou échappement. La conception à arbre unique a Titre anglais SOHC (arbre à cames en tête unique). Le système à double arbre est appelé DOHC (Double Overhead Camshaft).

Pendant le fonctionnement du moteur, ses pièces entrent en contact avec des gaz chauds qui se forment lors de la combustion du mélange air-carburant. Pour que les pièces d'un moteur à combustion interne ne s'effondrent pas en raison d'une dilatation excessive lorsqu'elles sont chauffées, elles doivent être refroidies. Vous pouvez refroidir le moteur de la voiture avec de l'air ou du liquide. Les moteurs modernes, en règle générale, ont un système de refroidissement liquide, qui est formé par les pièces suivantes :

• Chemise de refroidissement moteur
• Pompe (pompe)
• Thermostat
• Radiateur
• Ventilateur
• Vase d'expansion

La chemise de refroidissement des moteurs à combustion interne est formée de cavités à l'intérieur du BC et de la culasse, à travers lesquelles circule le liquide de refroidissement. Il élimine l'excès de chaleur des pièces du moteur et le transporte vers le radiateur. La circulation est assurée par une pompe entraînée par une courroie depuis le vilebrequin.

Le thermostat fournit le nécessaire régime de température moteur de la voiture, en redirigeant le flux de liquide vers le radiateur ou en le contournant. Le radiateur, à son tour, est conçu pour refroidir le liquide chauffé. Le ventilateur améliore le flux d'air, augmentant ainsi l'efficacité du refroidissement. Un vase d'expansion est nécessaire pour les moteurs modernes, car les liquides de refroidissement utilisés se dilatent considérablement lorsqu'ils sont chauffés et nécessitent un volume supplémentaire.

Système de lubrification du moteur

Dans tout moteur, de nombreuses pièces mobiles doivent être constamment lubrifiées pour réduire la perte de puissance par frottement et éviter une usure et un blocage accrus. Il existe un système de lubrification pour cela. En cours de route, avec son aide, plusieurs autres tâches sont résolues: protection des pièces du moteur à combustion interne contre la corrosion, refroidissement supplémentaire des pièces du moteur et élimination des produits d'usure des points de contact des pièces frottantes. Le système de lubrification d'un moteur de voiture est formé par :

• Carter d'huile (pan).
• Pompe d'alimentation en huile.
• Filtre à huile avec .
• Oléoducs.
• Jauge d'huile (indicateur de niveau d'huile).
• Indicateur de pression du système.
• Tubulure de remplissage d'huile.

La pompe prélève l'huile du carter d'huile et la refoule vers les conduites d'huile et les canaux situés dans le BC et la culasse. À travers eux, l'huile pénètre dans les points de contact des surfaces frottantes.

Système d'alimentation

Les systèmes d'alimentation des moteurs à combustion interne à allumage par étincelle et à allumage par compression diffèrent les uns des autres, bien qu'ils partagent un certain nombre d'éléments communs. Commun sont:

• Réservoir d'essence.
• Capteur de niveau de carburant.
• Filtres à carburant - grossiers et fins.
• Canalisations de carburant.
• Collecteur d'admission.
• Conduites d'air.
• Filtre à air.

Les deux systèmes ont des pompes à carburant, des rampes de carburant, des injecteurs de carburant, mais en raison de divers propriétés physiques essence et carburant diesel, leur conception présente des différences importantes. Le principe d'alimentation est le même: le carburant du réservoir est acheminé à travers les filtres à travers les filtres dans la rampe d'alimentation, à partir de laquelle il pénètre dans les injecteurs. Mais si dans la plupart des moteurs à combustion interne à essence, les buses l'alimentent dans le collecteur d'admission du moteur de la voiture, alors dans les moteurs diesel, il est introduit directement dans le cylindre, et déjà là, il se mélange à l'air. Les pièces qui nettoient l'air et le fournissent aux cylindres - le filtre à air et les tuyaux - appartiennent également au système de carburant.

Système d'échappement

Le système d'échappement est conçu pour éliminer les gaz d'échappement des cylindres d'un moteur de voiture. Les principaux détails, ses composants:

• Un collecteur d'échappement.
• Tuyau d'admission du silencieux.
• Résonateur.
• Silencieux.
• Tuyau d'échappement.

Dans les moteurs à combustion interne modernes, la structure d'échappement est complétée par des dispositifs de neutralisation des émissions nocives. Il se compose d'un convertisseur catalytique et de capteurs qui communiquent avec l'unité de commande du moteur. Les gaz d'échappement du collecteur d'échappement à travers le tuyau d'échappement entrent dans le convertisseur catalytique, puis à travers le résonateur dans le silencieux. Ils sont ensuite rejetés dans l'atmosphère par le tuyau d'échappement.

En conclusion, il faut mentionner les systèmes de démarrage et de contrôle moteur de la voiture. Ils constituent une partie importante du moteur, mais ils doivent être considérés avec le système électrique de la voiture, ce qui dépasse le cadre de cet article sur les composants internes du moteur.