Spiegare lo scopo del dispositivo e il principio di funzionamento del motore a combustione interna. Il principio di funzionamento di un motore a combustione interna. GHIACCIO: dispositivo, lavoro, efficienza

Il motore è attualmente combustione internaè il tipo principale di motore automobilistico. Un motore a combustione interna (nome abbreviato - ICE) è un motore termico che converte l'energia chimica del carburante in lavoro meccanico.

Esistono i seguenti tipi principali di motori a combustione interna: pistoni, pistoni rotanti e turbine a gas. Tra i tipi di motori presentati, il più comune è un motore a combustione interna a pistoni, quindi il dispositivo e il principio di funzionamento sono considerati usando il suo esempio.

virtù motore a combustione interna a pistoni, che ne ha assicurato l'ampia applicazione, sono: autonomia, versatilità (abbinamento con diverse utenze), basso costo, compattezza, peso contenuto, capacità di avviamento rapido, multi-combustibile.

Tuttavia, i motori a combustione interna hanno un numero significativo carenze, che include: alto livello rumore, alta velocità dell'albero motore, tossicità dei gas di scarico, risorse ridotte, bassa efficienza.

A seconda del tipo di carburante utilizzato, si distinguono i motori a benzina e diesel. I combustibili alternativi utilizzati nei motori a combustione interna sono gas naturale, combustibili alcolici - metanolo ed etanolo, idrogeno.

Dal punto di vista dell'ecologia, il motore a idrogeno è promettente, perché. non crea emissioni nocive. Insieme ai motori a combustione interna, l'idrogeno viene utilizzato per creare energia elettrica nelle celle a combustibile dei veicoli.

Dispositivo motore a combustione interna

Un motore a combustione interna a pistoni comprende un alloggiamento, due meccanismi (manovella e distribuzione del gas) e una serie di sistemi (sistema di aspirazione, carburante, accensione, lubrificazione, raffreddamento, scarico e controllo).

L'alloggiamento del motore integra il blocco cilindri e la testata. Il meccanismo a manovella converte il movimento alternativo del pistone in movimento rotatorio dell'albero a gomiti. Il meccanismo di distribuzione del gas garantisce la fornitura tempestiva di aria o una miscela aria-carburante ai cilindri e il rilascio dei gas di scarico.

Il sistema di gestione del motore fornisce controllo elettronico funzionamento di sistemi di motori a combustione interna.

Il funzionamento del motore a combustione interna

Principio Operazione GHIACCIO si basa sull'effetto dell'espansione termica dei gas che si verifica durante la combustione della miscela aria-carburante e garantisce il movimento del pistone nel cilindro.

Il funzionamento di un motore a combustione interna a pistoni avviene ciclicamente. Ogni ciclo di lavoro avviene in due giri dell'albero motore e comprende quattro cicli (motore a quattro tempi): aspirazione, compressione, corsa di potenza e scarico.

Durante le corse di aspirazione e di potenza, il pistone si abbassa, mentre le corse di compressione e scarico salgono. I cicli operativi in ​​ciascuno dei cilindri del motore non coincidono in fase, il che garantisce un funzionamento uniforme del motore a combustione interna. In alcuni progetti di motori a combustione interna, il ciclo operativo è implementato in due cicli: compressione e corsa di potenza (motore a due tempi).

Sulla corsa di aspirazione i sistemi di aspirazione e alimentazione forniscono la formazione di una miscela aria-carburante. A seconda del design, la miscela si forma nel collettore di aspirazione (iniezione centrale e multipunto di motori a benzina) o direttamente nella camera di combustione (iniezione diretta di motori a benzina, iniezione di motori diesel). Quando le valvole di aspirazione del meccanismo di distribuzione del gas vengono aperte, l'aria o una miscela aria-carburante viene fornita nella camera di combustione a causa del vuoto che si verifica quando il pistone si abbassa.

Sulla corsa di compressione Le valvole di aspirazione si chiudono e la miscela aria-carburante viene compressa nei cilindri del motore.

Ictus accompagnata dall'accensione della miscela aria-carburante (forzata o autoaccensione). Per effetto della combustione, un gran numero di gas che premono sul pistone e lo fanno scendere. Il movimento del pistone attraverso il meccanismo a manovella viene convertito in movimento rotatorio dell'albero a gomiti, che viene quindi utilizzato per azionare il veicolo.

A rilascio di tatto le valvole di scarico del meccanismo di distribuzione del gas si aprono e i gas di scarico vengono rimossi dai cilindri al sistema di scarico, dove vengono puliti, raffreddati e la rumorosità è ridotta. I gas vengono quindi rilasciati nell'atmosfera.

Il principio di funzionamento considerato del motore a combustione interna consente di capire perché il motore a combustione interna ha una bassa efficienza - circa il 40%. In un determinato momento, di regola, il lavoro utile viene eseguito in un solo cilindro, mentre nel resto - fornendo cicli: aspirazione, compressione, scarico.

La combustione interna è un tipo di motore in cui il carburante viene acceso nella camera di lavoro interna e non in un mezzo esterno aggiuntivo. GHIACCIO converte la pressione da combustione carburante in lavoro meccanico.

Dalla storia

Il primo motore a combustione interna fu il propulsore De Rivaz, dal nome del suo creatore François de Rivaz, originario della Francia, che lo progettò nel 1807.

Questo motore aveva già l'accensione a scintilla, era una biella, con un sistema a pistoni, cioè è una specie di prototipo di motori moderni.

Dopo 57 anni, il connazionale di de Rivaz Etienne Lenoir ha inventato l'unità a due tempi. Questa unità aveva una disposizione orizzontale del suo unico cilindro, c'era l'accensione a scintilla e funzionava su una miscela di gas di illuminazione con aria. Il lavoro del motore a combustione interna a quel tempo era già sufficiente per le piccole imbarcazioni.

Dopo altri 3 anni, il tedesco Nikolaus Otto divenne un concorrente, il cui frutto era già un motore a quattro tempi aspirato con cilindro verticale. L'efficienza in questo caso è aumentata dell'11%, in contrasto con l'efficienza del motore a combustione interna Rivaz, è diventata del 15%.

Poco dopo, negli anni '80 dello stesso secolo, il designer russo Ogneslav Kostovich lanciò per la prima volta un'unità a carburatore e gli ingegneri tedeschi, Daimler e Maybach, la migliorarono in una forma leggera, che iniziò ad essere installata su motociclette e veicoli .

Nel 1897 Rudolf Diesel introduce i motori a combustione interna ad accensione spontanea che utilizzano l'olio come carburante. Questo tipo di motore è diventato l'antenato dei motori diesel attualmente in uso.

Tipi di motori

• I motori a benzina a carburatore funzionano con carburante miscelato con aria. Questa miscela viene pre-preparata nel carburatore, quindi entra nel cilindro. In esso, la miscela viene compressa, accesa da una scintilla di una candela.
• i motori si differenziano per il fatto che la miscela viene fornita direttamente dagli ugelli al collettore di aspirazione. Questo tipo ha due sistemi di iniezione: iniezione singola e iniezione distribuita.
• In un motore diesel, l'accensione avviene senza candele. Il cilindro di questo sistema contiene aria riscaldata a una temperatura che supera la temperatura di accensione del carburante. Il carburante viene fornito a quest'aria attraverso l'ugello e l'intera miscela viene accesa sotto forma di una torcia.
• Il motore a combustione interna a gas ha il principio del ciclo termico; come combustibile possono essere utilizzati sia gas naturale che idrocarburi. Il gas entra nel riduttore, dove la sua pressione si stabilizza a quella di lavoro. Quindi entra nel mixer e alla fine si accende nel cilindro.
• I motori a combustione interna gas-diesel funzionano secondo il principio dei motori a gas, solo a differenza di loro, la miscela non viene accesa da una candela, ma da carburante diesel, la cui iniezione avviene allo stesso modo di un motore diesel convenzionale.
• I tipi di motori a combustione interna a pistoni rotanti sono fondamentalmente diversi dagli altri per la presenza di un rotore che ruota in una camera a forma di otto. Per capire cos'è un rotore, devi imparare che in questo caso il rotore svolge il ruolo di pistone e albero a gomiti, ovvero qui è completamente assente un meccanismo di fasatura speciale. Con un giro si verificano tre cicli di lavoro contemporaneamente, il che è paragonabile al funzionamento di un motore a sei cilindri.

Principio di funzionamento

Attualmente prevale il principio di funzionamento a quattro tempi del motore a combustione interna. Ciò è dovuto al fatto che il pistone nel cilindro passa quattro volte, su e giù allo stesso modo in due.

Come funziona un motore a combustione interna:

1. La prima corsa: il pistone, quando si abbassa, aspira la miscela di carburante. In questo caso, la valvola di aspirazione è aperta.
2. Dopo che il pistone ha raggiunto il livello inferiore, si sposta verso l'alto, comprimendo la miscela combustibile, che, a sua volta, assume il volume della camera di combustione. Questa fase, inclusa nel principio di funzionamento del motore a combustione interna, è la seconda consecutiva. Le valvole, allo stesso tempo, sono chiuse e più è denso, migliore è la compressione.
3. Nella terza corsa, il sistema di accensione viene attivato, poiché qui viene accesa la miscela di carburante. Ai fini del funzionamento del motore, si chiama "funzionamento", poiché allo stesso tempo inizia il processo di messa in funzione dell'unità. Il pistone dell'esplosione di carburante inizia a scendere. Come nella seconda corsa, le valvole sono nello stato chiuso.
4. L'ultimo ciclo è il quarto, la graduazione, che chiarisce quale sia il completamento di un ciclo completo. Il pistone attraverso la valvola di scarico elimina i gas di scarico del cilindro. Poi il tutto si ripete ciclicamente di nuovo, per capire come funziona il motore a scoppio si può immaginare la ciclicità dell'orologio.

Dispositivo GHIACCIO

È logico considerare il dispositivo di un motore a combustione interna dal pistone, poiché è l'elemento principale del lavoro. È una specie di "vetro" con una cavità vuota all'interno.

Il pistone ha delle fessure in cui sono fissati gli anelli. Questi stessi anelli hanno il compito di garantire che la miscela combustibile non vada sotto il pistone (compressione), nonché di garantire che l'olio non penetri nello spazio sopra il pistone stesso (raschiatore dell'olio).

Procedura operativa

• Quando la miscela di carburante entra nel cilindro, il pistone attraversa i quattro tempi sopra descritti e il movimento alternativo del pistone aziona l'albero.
• L'ulteriore funzionamento del motore è il seguente: la parte superiore della biella è fissata al perno, che si trova all'interno del mantello del pistone. La manovella dell'albero a gomiti fissa la biella. Il pistone, in movimento, fa ruotare l'albero a gomiti e quest'ultimo, a tempo debito, trasmette la coppia al sistema di trasmissione, da lì al sistema di ingranaggi e successivamente alle ruote motrici. Nella disposizione dei motori delle auto a trazione posteriore, l'albero cardanico funge anche da intermediario alle ruote.

disegno GHIACCIO

Il meccanismo di distribuzione del gas (fasatura) nel dispositivo di un motore a combustione interna è responsabile dell'iniezione di carburante e del rilascio di gas.

Il meccanismo di distribuzione è costituito da una valvola superiore e una valvola inferiore, può essere di due tipi: cinghia o catena.

La biella è spesso realizzata in acciaio mediante stampaggio o forgiatura. Esistono tipi di bielle in titanio. La biella trasferisce le forze del pistone all'albero motore.

Un albero a gomiti in ghisa o acciaio è un insieme di perni principali e di biella. All'interno di questi colli sono presenti dei fori preposti all'alimentazione dell'olio in pressione.

Il principio di funzionamento del meccanismo a manovella nei motori a combustione interna è convertire i movimenti del pistone in movimenti dell'albero motore.

La testata (testata), la maggior parte dei motori a combustione interna, come il blocco cilindri, è spesso realizzata in ghisa e meno spesso da varie leghe di alluminio. La testata contiene camere di combustione, canali di aspirazione-scarico e fori per le candele. Tra il blocco cilindri e la testata è presente una guarnizione che garantisce la completa tenuta del loro collegamento.

Il sistema di lubrificazione, che comprende un motore a combustione interna, comprende una coppa dell'olio, una presa d'olio, una pompa dell'olio, un filtro dell'olio e un radiatore dell'olio. Tutto questo è collegato da canali e complesse autostrade. Il sistema di lubrificazione è responsabile non solo della riduzione dell'attrito tra le parti del motore, ma anche del loro raffreddamento, nonché della riduzione della corrosione e dell'usura e aumenta la durata del motore a combustione interna.

Il dispositivo motore, a seconda del tipo, del tipo, del paese di produzione, può essere integrato con qualcosa o, al contrario, possono mancare alcuni elementi a causa dell'obsolescenza dei singoli modelli, ma dispositivo generale motore rimane invariato allo stesso modo del principio di funzionamento standard di un motore a combustione interna.

Unità aggiuntive

Naturalmente, un motore a combustione interna non può esistere come organo separato senza unità aggiuntive che ne garantiscano il funzionamento. Il sistema di avviamento fa girare il motore, lo porta in condizioni di lavoro. Esistono diversi principi di avviamento a seconda del tipo di motore: avviamento, pneumatico e muscolare.

La trasmissione consente di sviluppare potenza in un intervallo di giri ristretto. Il sistema di alimentazione fornisce al motore a combustione interna poca elettricità. Include batteria di accumulatori e un generatore che fornisce un flusso costante di elettricità e carica della batteria.

Il sistema di scarico prevede il rilascio di gas. Qualsiasi dispositivo per il motore di un'auto include: un collettore di scarico che raccoglie i gas in un unico tubo, un convertitore catalitico che riduce la tossicità dei gas riducendo l'ossido di azoto e utilizza l'ossigeno risultante per bruciare sostanze nocive.

La marmitta in questo sistema serve a ridurre il rumore che esce dal motore. I motori a combustione interna dei veicoli moderni devono essere conformi agli standard legali.

Tipo di carburante

Va anche ricordato il numero di ottano del carburante, che viene utilizzato da vari tipi di motori a combustione interna.

Maggiore è il numero di ottano del carburante, maggiore è il rapporto di compressione, che porta ad un aumento dell'efficienza del motore a combustione interna.

Ma ci sono anche motori di questo tipo per i quali un aumento del numero di ottano al di sopra di quello impostato dal produttore comporterà un guasto prematuro. Ciò può accadere bruciando pistoni, distruggendo anelli e camere di combustione fuligginose.

L'impianto fornisce il suo numero di ottano minimo e massimo, che richiede un motore a combustione interna.

messa a punto

I ventilatori per aumentare la potenza dei motori a combustione interna spesso installano (se non forniti dal produttore) vari tipi di turbine o compressori.

Il compressore al minimo produce una piccola quantità di potenza, mantenendo una velocità stabile. La turbina, al contrario, spreme la massima potenza quando viene accesa.

L'installazione di determinate unità richiede la consultazione di artigiani con esperienza in una direzione ristretta, poiché la riparazione, la sostituzione di unità o l'aggiunta di un motore a combustione interna con opzioni aggiuntive è una deviazione dallo scopo del motore e riduce la durata dell'unità interna motore a combustione e azioni errate possono portare a conseguenze irreversibili, ovvero il lavoro del motore a combustione interna può essere interrotto definitivamente.

I principi di funzionamento del più semplice motore a combustione interna

Questo articolo discuterà i principi di funzionamento del più semplice motore a combustione interna monocilindrico. Questo motore è preso per la semplicità del concetto di processi fisici, al fine di capire come funzionano tutti questi motori. In realtà, tutto è molto più complicato, ogni processo ha così tante caratteristiche che anche gli specialisti che conoscono bene il funzionamento del motore hanno spesso controversie su molte questioni. Ma tutti i motori a benzina (motori ad accensione comandata) funzionano sulla base dei principi descritti per la prima volta dall'ingegnere tedesco Otto.

Il motore è necessario per fornire energia meccanica all'auto (se non è un motore fermo). Il motore crea questa energia. Ma dal corso di fisica della scuola si sa che l'energia non nasce dal nulla e non scompare senza lasciare traccia. Qual è la fonte di energia meccanica prodotta dal motore, quale energia converte in meccanica? La fonte di energia di un motore a combustione interna è l'energia dei legami intermolecolari dei combustibili idrocarburici che bruciano nei cilindri del motore. Durante la combustione degli idrocarburi, questi legami si rompono con un grande rilascio di energia termica, che il motore converte in energia meccanica sotto forma di movimento rotatorio.

Le reazioni chimiche che avvengono durante la combustione del carburante richiedono un agente ossidante. Per questo viene utilizzato l'ossigeno contenuto nell'aria ambiente. L'aria è una miscela di gas, l'ossigeno in questa miscela è di circa il 21%. Una miscela di carburante e aria brucia nei cilindri del motore. Nel caso ideale, tutte le molecole di idrocarburi fornite al cilindro, una volta bruciate, si combinano con tutte le molecole di ossigeno fornite al cilindro durante un ciclo di funzionamento. Cioè, dopo il processo di combustione, non una molecola di carburante e nemmeno una molecola di ossigeno libera dovrebbe rimanere nel cilindro del motore.

Reazioni chimiche in cui tutto sostanze attive prendono il nome di stechiometrico. Durante il processo stechiometrico devono essere utilizzati circa 14,7 chilogrammi di aria per bruciare completamente tutte le molecole di 1 chilogrammo di carburante. Questo è un processo ideale, ma in realtà, quando il motore funziona in varie modalità, è abbastanza difficile assicurarlo, soprattutto perché in alcune modalità il motore funzionerà stabilmente solo se la miscela è diversa da quella stechiometrica.

Dopo aver capito da dove viene l'energia meccanica, iniziamo a studiare i principi di funzionamento del motore. Come notato in precedenza, qui verrà considerato il lavoro di un motore a combustione interna a quattro tempi funzionante sul ciclo Otto. La caratteristica principale del ciclo Otto può essere definita dal fatto che prima dell'accensione la miscela aria-carburante viene precompressa e la miscela viene accesa da una fonte esterna - nei motori moderni solo con l'aiuto di una scintilla elettrica.

Durante la formazione e lo sviluppo del motore a combustione interna, sono stati inventati molti modelli diversi e, ovviamente, un motore che funzionava secondo i principi del ciclo Otto era tutt'altro che l'unico. Tra i motori con movimento a pistoni alternativi, si può chiamare il motore a ciclo Atkinson, e tra i motori con movimento a pistoni circolari, il motore a pistoni rotativi Wankel è il più famoso. Ci sono un gran numero di disegni generalmente esotici. Ma tutti non hanno ricevuto un'ampia applicazione pratica. Più del 99,9% dei motori a combustione interna attualmente in uso funzionano a ciclo Otto (in questo articolo verranno inseriti i motori diesel), che a loro volta si dividono in motori con accensione a miscela elettrica e motori diesel con accensione per compressione della miscela.

I principi di funzionamento di tali motori saranno discussi in questo articolo.

Sia i motori a benzina che quelli diesel possono essere non solo a quattro tempi, ma anche a due tempi. Attualmente motori a due tempi non vengono utilizzati su un veicolo, quindi non verranno presi in considerazione in questo capitolo.

Prima di considerare i principi di funzionamento del motore, consideriamo in quali parti principali è composto.

I dettagli principali del più semplice motore a combustione interna

1. Cilindro.
2. Pistone.
3. La camera di combustione.
4. Biella.
5. Albero a gomiti.
6. canale di ingresso.
7. Valvola di ingresso.
8. Ingresso albero a camme.
9. canale di uscita.
10. Valvola di scarico.
11. Albero a camme di scarico.
12. Candela.
13. Iniettore carburante (non mostrato).
14. Volano motore (non mostrato).

1. Cilindro - la base del motore, è in essa che avviene il processo di combustione del carburante, il cilindro è l'elemento guida per il movimento del pistone.

2. Pistone - una parte che si muove in un cilindro sotto l'influenza di gas in espansione o sotto l'influenza di un meccanismo a manovella. Assumiamo condizionatamente che il giunto scorrevole tra il pistone e le pareti del cilindro sia assolutamente ermetico, ovvero nessun gas può fuoriuscire attraverso questo giunto.

3. La camera di combustione - lo spazio sopra il pistone quando il pistone è nel punto più alto della sua corsa (PMS).

4. Biella - si tratta di uno stelo che trasmette la forza dal pistone alla manovella dell'albero a gomiti e, viceversa, dall'albero a gomiti al pistone.

5. Albero a gomiti - serve a convertire il movimento alternativo del pistone in rotazionale, è questo movimento che è più conveniente per l'uso.

6. ingresso - il canale attraverso il quale la miscela aria-carburante entra nel cilindro del motore.

7. Valvola di ingresso - collega il canale di aspirazione al cilindro del motore. Assumiamo condizionatamente che nello stato chiuso la valvola sia completamente sigillata e nello stato aperto non resista al passaggio della miscela aria-carburante nel cilindro del motore.

8. albero a camme di aspirazione – apre e chiude la valvola di ingresso al momento giusto.

9. canale di uscita - il canale attraverso il quale i gas di scarico vengono rimossi dal motore nell'atmosfera.

10. Valvola di scarico - collega il canale di scarico al cilindro del motore. Assumiamo condizionatamente che nello stato chiuso la valvola sia completamente sigillata e nello stato aperto non resista al passaggio dei gas di scarico dal cilindro del motore.

11. albero a camme di scarico – apre e chiude la valvola di scarico al momento giusto.

12. Candela - serve per accendere la miscela aria compressa-carburante al tempo richiesto.

13. Bruciatore a combustibile - serve a spruzzare carburante nell'aria che entra nel cilindro del motore.

14. volano motore - serve per il movimento necessario del pistone per le forze d'inerzia durante tutte le corse, tranne quella di lavoro.

- il punto in cui il pistone si ferma quando la direzione del suo movimento verso l'alto del cilindro cambia in movimento verso il basso.

2 - Punto morto inferiore (BDC) - il punto in cui il pistone si ferma quando la direzione del suo movimento verso il basso del cilindro cambia in un movimento verso l'alto.

3 - corsa del pistone - la distanza percorsa dal pistone nel passaggio da PMS a PMS o viceversa.

4 - Corsa del motore - spostamento del pistone da un punto morto all'altro. Durante ogni corsa, l'albero motore del motore compie mezzo giro (180º).

5 - Ciclo – ripetizione periodica di quattro cicli del motore durante il funzionamento. Un ciclo motore completo è composto da quattro cicli e si completa in due giri completi dell'albero motore (720º).

I principi di funzionamento del più semplice motore a quattro tempi monocilindrico:

1 - Corsa di aspirazione
(ricezione della miscela aria-carburante nel cilindro).

La valvola di ingresso è aperta.
Valvola di scarico chiusa.

Sotto l'influenza di una forza esterna (inerzia di avviamento del motore, manovella o volano) trasmessa al pistone da una biella, il pistone si sposta dal PMS al PMS. Poiché la connessione tra pistone e cilindro è completamente sigillata, nello spazio sopra il pistone si forma una pressione ridotta (vuoto). Sotto l'influenza della pressione atmosferica, l'aria attraverso il condotto di aspirazione e la valvola di aspirazione aperta inizia a fluire nel cilindro del motore. In questo momento, l'iniettore di carburante atomizza la quantità richiesta di carburante nell'aria in ingresso, a seguito della quale una miscela combustibile aria-carburante entra nel cilindro.

Quando il pistone raggiunge BDC, la valvola di aspirazione si chiude.

2 - Corsa di compressione.

Entrambe le valvole sono chiuse.

Sotto l'influenza di una forza esterna, il pistone si sposta da BDC a PMS. In questo caso, la miscela aria-carburante viene compressa nel cilindro. Al termine della corsa di compressione, quando il pistone si porta in posizione PMS, l'intera miscela aria-carburante si trova in uno stato compresso nella camera di combustione.
In questo momento, la candela accende la miscela aria compressa-carburante mediante una scintilla elettrica. In un motore diesel, il carburante finemente atomizzato viene iniettato nella camera di combustione mediante un iniettore di carburante. Di conseguenza, in entrambi i casi, la miscela si accende.

3 - Ciclo di lavoro.

Entrambe le valvole sono chiuse.

Durante la combustione della miscela aria-carburante nel cilindro, la temperatura e, soprattutto, la pressione aumentano bruscamente. Questa pressione preme uniformemente in tutte le direzioni, ma le pareti della camera di combustione e del cilindro sono progettate per questa pressione. E la pressione dell'acqua esercitata dai gas in espansione sul pistone, il cui fondo è la parte inferiore della camera di combustione, fa sì che il pistone scenda dal PMS al BDC. Questa forza viene trasmessa attraverso la biella alla manovella dell'albero motore, che converte il movimento in avanti del pistone in movimento rotatorio.

Quando il pistone raggiunge BDC, la valvola di scarico si apre.

4 - Rilasciare la corsa.

La valvola di ingresso è chiusa.
La valvola di scarico è chiusa.

Sotto l'influenza di una forza esterna trasmessa al pistone attraverso la biella, il pistone si sposta dalla posizione BDC alla posizione PMS. Durante questo movimento, il pistone spinge i gas di scarico fuori dal cilindro attraverso la valvola di scarico aperta nella luce di scarico e ulteriormente nell'atmosfera.

E così, abbiamo considerato il ciclo completo del motore, composto da quattro cicli. Inoltre, questo ciclo viene ripetuto all'infinito fino allo spegnimento del motore o all'esaurimento della benzina nel serbatoio dell'auto.

Probabilmente hai notato che solo uno dei quattro cicli è utile: il ciclo di lavoro. È durante questo ciclo che viene generata l'energia necessaria. Tutte le altre misure sono ausiliarie. Forse un progetto del genere può sembrare inefficiente, ma il migliore, sotto tutti gli aspetti, non è stato ancora inventato. Sì, ci sono motori a due tempi in cui viene eseguito un ciclo completo in una rotazione dell'albero motore. C'è un motore a pistoni rotanti Wankel, in cui non ci sono parti alternative, ma questi progetti, con alcuni vantaggi, hanno i loro svantaggi, quindi i motori che operano sul ciclo Otto a quattro tempi hanno attualmente una distribuzione quasi monopolistica nel mondo. E qualsiasi loro sostituzione, nel prossimo futuro, non è realmente prevista.

Motore diesel.

Il motore, inventato dall'inventore tedesco Rudolf Diesel, è molto simile nel design e nel funzionamento al motore a benzina descritto in precedenza. Ma c'è una differenza significativa. In questo motore, l'accensione della miscela aria-carburante non avviene con l'aiuto di una scintilla elettrica, ma a causa del contatto del carburante con l'aria calda nel cilindro. Questa accensione della miscela di lavoro è chiamata accensione per compressione. E da dove veniva l'aria calda nel cilindro, dove veniva riscaldata? Naturalmente, nessuno lo ha scaldato deliberatamente. Se hai mai dovuto gonfiare una bicicletta o un pneumatico per auto con una pompa a mano, potresti aver notato che la pompa inizia a riscaldarsi abbastanza rapidamente. E in generale, da un corso scolastico di fisica è noto che quando vengono compressi, tutti i gas si riscaldano e l'aria non è altro che una miscela di gas. La compressione dell'aria nel motore avviene molto rapidamente, quindi, alla fine della corsa di compressione, l'aria nel cilindro di un motore diesel ha una temperatura molto elevata (700 ÷ 900ºС).

Poiché il processo fisico è leggermente diverso dal motore a benzina descritto in precedenza, ci sono alcune differenze nella progettazione del motore diesel. La differenza principale è il rapporto di compressione più elevato. Il motore diesel non ha una candela, invece un iniettore di carburante è inserito direttamente nella testata, ovviamente non c'è iniettore di carburante nel condotto di aspirazione. A differenza di un motore a benzina, che riceve una miscela di benzina e aria durante la corsa di aspirazione, l'aria pulita entra nei cilindri dell'aria diesel. Quando il pistone raggiunge il PMS durante la corsa di compressione, la camera di combustione di un motore diesel contiene aria compressa ad alta temperatura. E mentre la miscela viene accesa in un motore a benzina utilizzando una candela elettrica, il carburante diesel finemente atomizzato viene iniettato nella camera di combustione di un motore diesel ad alta pressione. Entrando in contatto con l'aria calda nella camera di combustione, il carburante si accende.

Ricorda le principali differenze tra un motore diesel e un motore a benzina.

1 - Il carburante in un motore diesel non viene acceso da una scintilla elettrica, ma dal contatto del carburante con aria ad alta temperatura.

2 - La regolazione della coppia e della potenza del motore si effettua modificando la qualità, e non la quantità, della miscela aria-carburante, pertanto il motore diesel non dispone di una valvola a farfalla che regoli la quantità di aria che entra nei cilindri del motore. Cioè, la coppia viene modificata dalla quantità di iniezione di carburante senza modificare la quantità di aria aspirata.

Non confondere un motore diesel con i moderni motori a benzina a iniezione diretta. In questi motori, l'iniettore del carburante viene spostato dalla porta di aspirazione alla testata del motore, ma non al posto della candela, ma installato insieme ad essa. In questo caso, l'iniettore di carburante inietta carburante direttamente nel cilindro. La miscela aria-carburante in un tale motore non viene accesa dall'accensione per compressione, ma da una scintilla elettrica. E la valvola a farfalla nel tratto di aspirazione controlla la quantità di aria che entra nel cilindro.

Abbiamo esaminato i principi di funzionamento del più semplice motore monocilindrico, capito come nasce l'energia meccanica di cui abbiamo bisogno, ma per semplicità di spiegazione abbiamo dovuto ricorrere a molte semplificazioni. Ad esempio, le valvole non si aprono o non si chiudono esattamente al PMS o BDC. La candela di un motore a benzina accende la miscela o l'iniettore di carburante di un motore diesel non pompa carburante nel cilindro esattamente quando il pistone è al PMS. Sì, e il motore, molto spesso non ha uno, ma diversi cilindri, da 1 a 16, nell'industria automobilistica e nell'aviazione o nella marina c'erano motori con 64 cilindri. Ma il cuore di ogni motore è il cilindro.

In precedenza sono stati considerati alcuni termini relativi al cilindro del motore, ora dobbiamo considerarli più in dettaglio e conoscerne di nuovi.

1. raggio di manovella.
La distanza tra gli assi del perno principale e di biella dell'albero motore.
I principali sono i perni dell'albero motore, in cui l'albero ruota nel blocco motore.
I perni di biella sono i perni a cui sono collegate le bielle dei pistoni.
Per formare una manovella, l'asse dei perni principali è sfalsato rispetto all'asse dei perni di biella.
Il raggio della manovella è un parametro di progettazione del motore molto importante. Modificando il raggio della manovella, è possibile scegliere il rapporto desiderato tra la coppia e il regime massimo del motore, con un volume del cilindro costante.

2. Ictus:
La corsa del pistone, cioè la distanza tra BDC e PMS, è pari al doppio del raggio della manovella.

3. Diametro cilindro:
Questo è il diametro del foro del cilindro. Assumiamo condizionatamente che il diametro del pistone sia uguale al diametro del cilindro.
(Di solito misurato in millimetri)

4. Cilindrata:
Il volume di lavoro del cilindro è il volume spostato dal pistone quando si sposta da BDC a PMS.
(Di solito misurato in centimetri cubi (cm³) o litri.)
Il volume di lavoro del cilindro è uguale al prodotto della corsa del pistone e dell'area del fondo del pistone.

5. Il volume della camera di combustione.
Questa è la quantità di spazio sopra il pistone quando il pistone è al PMS.
(Di solito misurato in centimetri cubi.)
La camera di combustione della maggior parte dei motori ha una forma complessa, quindi è difficile determinarne il volume esatto con il metodo di calcolo. Per determinare il volume della camera di combustione vengono utilizzati vari metodi di misurazione diretta.

6. Volume totale cilindro.
Questa è la somma del volume della camera di combustione e del volume di lavoro del cilindro.
(Di solito misurato in centimetri cubi o litri.)
Il volume totale di un motore multicilindrico è uguale al volume totale di un cilindro moltiplicato per il numero di cilindri del motore.

7. Rapporto di compressione.
Questo è il rapporto tra il volume totale del cilindro e il volume della camera di combustione. In altre parole, è il rapporto tra il volume del cilindro più il volume della camera di combustione quando il pistone è al BDC e il volume dello spazio sopra il pistone quando il pistone è al PMS.
(Unità adimensionale)

8. Rapporto tra diametro del cilindro e corsa del pistone:
È un parametro molto importante nella progettazione di un motore a combustione interna. I motori in cui la corsa del pistone è maggiore del diametro del cilindro sono chiamati motori a corsa lunga, in cui la corsa del pistone è inferiore al diametro del cilindro, sono chiamati a corsa corta.

Il valore del rapporto di compressione.

Il rapporto di compressione è uno degli indicatori tecnici molto importanti di un motore a combustione interna, quindi diamo un'occhiata più in dettaglio. In generale, aumentando il rapporto di compressione si aumenta l'efficienza di un motore a combustione interna, ovvero bruciando una uguale quantità di carburante il motore produce più energia meccanica. Con un rapporto di compressione aumentato, le molecole di carburante si avvicinano fisicamente l'una all'altra. Allo stesso tempo, la miscela aria-carburante ha una temperatura più elevata, con conseguente migliore evaporazione delle particelle di carburante e loro miscelazione più uniforme con l'aria. Per ogni tipo di benzina esiste un valore limite per il rapporto di compressione. Maggiore è il numero di ottani della benzina, maggiore è il rapporto di compressione a cui il motore può funzionare. Quando il rapporto di compressione consentito e, di conseguenza, la temperatura nella camera di combustione vengono superati, il motore inizia a funzionare con detonazione (accensione spontanea della miscela). Il processo di detonazione è piuttosto complicato, quindi, in questa fase, ci limiteremo a capire che la causa della detonazione è una combustione impropria della miscela aria-carburante. Quando il motore è in funzione con la detonazione, l'efficienza del motore viene notevolmente ridotta e, inoltre, l'aumento dei carichi d'urto può portare alla distruzione del motore. Il forte bussare mentre il motore è in funzione è un segno di detonazione. Questa modalità di funzionamento è molto dannosa per il motore.

I moderni sistemi elettronici di gestione del motore hanno praticamente eliminato il funzionamento del motore con il battito, ma chi ha dovuto guidare auto con motori sprovvisti di sistemi di controllo elettronico ricorderà che la modalità di battito si verificava abbastanza spesso.

In precedenza, venivano utilizzati speciali additivi a base di piombo per aumentare il numero di ottani della benzina. L'uso di questi additivi ha permesso di aumentare il rapporto di compressione a 12,5:1, ma ora, in conformità con le leggi sulla protezione dell'ambiente, a causa del fatto che il piombo è molto dannoso ambiente, è vietato l'uso di additivi a base di piombo.

Il rapporto di compressione dei moderni motori a benzina è 10:1 ÷ 11:1. Il valore del rapporto di compressione può variare non solo dalla qualità della benzina destinata all'uso, ma anche dal design del motore. I moderni motori con un sistema di gestione del motore con sensore di battito cardiaco consentono di aumentare il rapporto di compressione a 13:1. Tali sistemi di controllo, regolando la fasatura di accensione in ogni singolo cilindro, in base alle informazioni ricevute dal sensore di battito, consentono al motore di funzionare sull'orlo della detonazione, ma non lo consentono. I motori con iniezione diretta di benzina nella camera di combustione, per la natura dei processi che avvengono nel cilindro, possono funzionare anche con un rapporto di compressione maggiorato.

Poiché l'accensione del carburante nei motori diesel avviene a causa del riscaldamento dell'aria nel cilindro, il rapporto di compressione dei motori diesel è superiore a quello dei motori a benzina. Il rapporto di compressione dei motori diesel è compreso tra 14:1 ÷ 23:1.

I motori ad aria forzata interna al cilindro (turbo o sovralimentati), sia benzina che diesel, hanno un rapporto di compressione inferiore rispetto ai motori aspirati. Questo perché c'è una grande massa d'aria (e carburante) nel cilindro prima dell'inizio della corsa di compressione. Troppa pressione nel cilindro alla fine della corsa di compressione può distruggere il motore.

Si è notato in precedenza che aumentare il rapporto di compressione è, in generale, un fenomeno molto desiderabile, ma in realtà è tutto un po' più complicato. Un motore a combustione interna, in particolare quello automobilistico, funziona costantemente a varie velocità e carichi. Ricerche scientifiche sul campo hanno dimostrato che in alcune condizioni il motore gira in modo più efficiente con un rapporto di compressione inferiore, mentre in altre condizioni il rapporto di compressione può essere aumentato senza causare danni al motore. Alcuni produttori hanno provato a creare un motore con un rapporto di compressione variabile durante il funzionamento. Pioniere in questo settore, con notevoli risultati, è stata la casa automobilistica svedese SAAB . Il lavoro in questa direzione è stato svolto anche da altre case automobilistiche. Ma finora sul mercato non ci sono auto prodotte in serie con un rapporto di compressione variabile. Ovviamente, questa sarà la prossima direzione per migliorare l'efficienza del motore a combustione interna.

Alcuni dei termini che definiscono i parametri geometrici del motore sono stati precedentemente considerati. Ricordiamo poi alcuni termini che definiscono il funzionamento di un motore a combustione interna, sia il più semplice monocilindrico che i motori più complessi.

1. Potenza del motore.
   Si misura in kilowatt (kW) o nella vecchia, per alcune unità di misura più familiari, potenza (hp)
2. Coppia.
   Si misura in newton per metro (N m).
3. Capacità litro specifica.
   È misurato dal rapporto tra la potenza massima del motore e il volume di lavoro dei cilindri del motore (kW / litro)
4. Potenza di peso specifica.
   Si misura dal rapporto tra la potenza massima del motore e il peso del motore (kW/Kg).
5. efficienza del carburante.
   Si misura dalla massa di combustibile che deve essere spesa per generare energia di un kilowatt all'ora (g/kWh)
6. Velocità di rotazione.
   Nell'industria automobilistica, come in molti altri settori tecnologici, la velocità (frequenza) di rotazione dell'albero motore viene misurata in giri al minuto (RPM).

Negli ultimi cento anni dall'invenzione del motore a combustione interna (ICE), il numero dei suoi progetti è stato così grande che non solo è impossibile descriverli, semplicemente nessuno può nemmeno elencarli, e c'è nessun compito del genere, in generale. Chiaramente capire principi generali funzionamento del motore a combustione interna (descritto brevemente in questo articolo), puoi capire qualsiasi progetto.

E.N. Zhartsov

Il moderno motore a combustione interna è andato lontano dai suoi antenati. È diventato più grande, più potente, più ecologico, ma allo stesso tempo il principio di funzionamento, la struttura del motore dell'auto, nonché i suoi elementi principali, sono rimasti invariati.

I motori a combustione interna, ampiamente utilizzati nelle automobili, sono del tipo a pistoni. Questo tipo di motore a combustione interna ha preso il nome dal principio di funzionamento. All'interno del motore c'è una camera di lavoro chiamata cilindro. Brucia la miscela di lavoro. Quando la miscela di carburante e aria viene bruciata nella camera, la pressione percepita dal pistone aumenta. Muovendo, il pistone converte l'energia ricevuta in lavoro meccanico.

Com'è il motore a combustione interna

I primi motori a pistoni avevano un solo cilindro di piccolo diametro. Nel processo di sviluppo, per aumentare la potenza, è stato prima aumentato il diametro del cilindro e poi il loro numero. A poco a poco, i motori a combustione interna hanno assunto la forma a noi familiare. Il motore auto moderna può avere fino a 12 cilindri.

Il moderno ICE è costituito da diversi meccanismi e sistemi ausiliari, che, per facilità di percezione, sono raggruppati come segue:

1. KShM - meccanismo a manovella.
2. Temporizzazione: un meccanismo per regolare la fasatura della valvola.
3. Sistema di lubrificazione.
4. Sistema di raffreddamento.
5. Sistema di alimentazione del carburante.
6. Impianto di scarico.

I sistemi ICE includono anche i sistemi di avviamento elettrico e di controllo del motore.

KShM - meccanismo a manovella

KShM è il meccanismo principale di un motore a pistoni. Si esibisce lavoro principale- converte energia termica in meccanico. Il meccanismo è composto dalle seguenti parti:

• Blocco cilindri.
• Testata.
• Pistoni con spinotti, anelli e bielle.
• Albero motore con volano.

Temporizzazione - meccanismo di distribuzione del gas

Per entrare nel cilindro giusta quantità carburante e aria, e i prodotti della combustione sono stati rimossi dalla camera di lavoro in tempo, il motore a combustione interna ha un meccanismo chiamato distribuzione del gas. È responsabile dell'apertura e della chiusura delle valvole di aspirazione e scarico, attraverso le quali la miscela combustibile aria-carburante entra nei cilindri e i gas di scarico vengono rimossi. Le parti di temporizzazione includono:

• Albero a camme.
• Valvole di ingresso e uscita con molle e boccole di guida.
• Parti dell'azionamento della valvola.
• Elementi di azionamento della temporizzazione.

La fasatura è azionata dall'albero a gomiti del motore dell'auto. Con l'ausilio di una catena o cinghia, la rotazione viene trasmessa all'albero a camme, che, tramite camme o bilancieri, preme la valvola di aspirazione o di scarico attraverso i pulsanti e li apre e chiude a sua volta

A seconda del design e del numero di valvole, una o due possono essere installate sul motore alberi a camme per ogni fila di cilindri. Con un sistema a due alberi, ogni albero è responsabile del funzionamento della propria serie di valvole: aspirazione o scarico. Il design ad albero singolo ha nome inglese SOHC (albero a camme in testa singolo). Il sistema a doppio albero è chiamato DOHC (Double Overhead Camshaft).

Durante il funzionamento del motore, le sue parti entrano in contatto con i gas caldi che si formano durante la combustione della miscela aria-carburante. Affinché le parti di un motore a combustione interna non collassano a causa dell'eccessiva espansione quando riscaldate, devono essere raffreddate. Puoi raffreddare il motore dell'auto con aria o liquido. I motori moderni, di regola, hanno uno schema di raffreddamento a liquido, formato dalle seguenti parti:

• Camicia di raffreddamento del motore
• Pompa (pompa)
• Termostato
• Termosifone
• Fan
• Vaso di espansione

La camicia di raffreddamento dei motori a combustione interna è formata da cavità all'interno del BC e della testata, attraverso le quali circola il liquido di raffreddamento. Rimuove il calore in eccesso dalle parti del motore e lo trasporta al radiatore. La circolazione è fornita da una pompa azionata da una cinghia dall'albero motore.

Il termostato fornisce il necessario regime di temperatura motore dell'auto, reindirizzando il flusso di fluido nel radiatore o bypassandolo. Il radiatore, a sua volta, è progettato per raffreddare il liquido riscaldato. La ventola migliora il flusso d'aria, aumentando così l'efficienza di raffreddamento. Un vaso di espansione è necessario per i motori moderni, poiché i liquidi di raffreddamento utilizzati si espandono notevolmente quando riscaldati e richiedono volume aggiuntivo.

Sistema di lubrificazione del motore

In ogni motore, ci sono molte parti mobili che devono essere costantemente lubrificate per ridurre la perdita di potenza per attrito ed evitare una maggiore usura e inceppamenti. C'è un sistema di lubrificazione per questo. Lungo la strada, con il suo aiuto, vengono risolti molti altri compiti: protezione delle parti del motore a combustione interna dalla corrosione, raffreddamento aggiuntivo delle parti del motore e rimozione dei prodotti di usura dai punti di contatto delle parti di sfregamento. Il sistema di lubrificazione del motore di un'auto è formato da:

• Coppa dell'olio (coppa).
• Pompa di alimentazione dell'olio.
• Filtro olio con .
• Oleodotti.
• Astina di livello dell'olio (indicatore del livello dell'olio).
• Indicatore di pressione del sistema.
• Bocchettone di riempimento olio.

La pompa preleva l'olio dalla coppa dell'olio e lo fornisce alle linee e ai canali dell'olio situati nel BC e nella testata. Attraverso di loro, l'olio entra nei punti di contatto delle superfici di sfregamento.

Sistema di approvvigionamento

Il sistema di alimentazione per motori a combustione interna con accensione a scintilla e accensione per compressione differiscono tra loro, sebbene condividano una serie di elementi comuni. Comuni sono:

• Serbatoio di carburante.
• Sensore livello carburante.
• Filtri del carburante: grossolani e fini.
• Condutture del carburante.
• Collettore di aspirazione.
• Tubi dell'aria.
• Filtro dell'aria.

Entrambi i sistemi hanno pompe del carburante, rail del carburante, iniettori di carburante, ma a causa di vari Proprietà fisiche benzina e diesel, il loro design presenta differenze significative. Il principio di alimentazione è lo stesso: il carburante dal serbatoio viene alimentato attraverso i filtri attraverso i filtri nel rail del carburante, da cui entra negli iniettori. Ma se nella maggior parte dei motori a combustione interna a benzina gli ugelli lo alimentano nel collettore di aspirazione del motore dell'auto, nei motori diesel viene alimentato direttamente nel cilindro e già lì si mescola con l'aria. Fanno parte del sistema di alimentazione anche le parti che puliscono l'aria e la alimentano ai cilindri - il filtro dell'aria e le tubazioni.

Impianto di scarico

Il sistema di scarico è progettato per rimuovere i gas di scarico dai cilindri del motore di un'auto. I dettagli principali, i suoi componenti:

• Un collettore di scarico.
• Tubo aspirazione marmitta.
• Risonatore.
• Silenziatore.
• Tubo di scarico.

Nei moderni motori a combustione interna, la struttura di scarico è integrata con dispositivi per la neutralizzazione delle emissioni nocive. È costituito da un convertitore catalitico e sensori che comunicano con la centralina del motore. I gas di scarico dal collettore di scarico attraverso il tubo di scarico entrano nel convertitore catalitico, quindi attraverso il risonatore nella marmitta. Quindi vengono rilasciati nell'atmosfera attraverso il tubo di scarico.

In conclusione, è necessario citare i sistemi di avviamento e controllo motore della vettura. Sono una parte importante del motore, ma devono essere considerati insieme all'impianto elettrico dell'auto, che esula dallo scopo di questo articolo sugli interni del motore.