Dispositivo do motor de combustión interna

Durante un século, o motor de combustión interna empregouse en motocicletas, turismos e camións. Ata agora segue sendo o tipo de motor máis económico. Pero para moitos, o principio de funcionamento e o dispositivo do motor de combustión interna seguen sen estar claros. Intentemos comprender as principais complexidades e especificidades da estrutura do motor.

📌Definición e características xerais

Unha característica clave de calquera motor de combustión interna é a ignición dunha mestura combustible directamente na súa cámara de traballo e non en medios externos. No momento da combustión do combustible, a enerxía térmica recibida provoca o funcionamento dos compoñentes mecánicos do motor.

📌Crear historia

Antes da chegada dos motores de combustión interna, os vehículos autopropulsados ​​estaban equipados con motores de combustión externa. Estas unidades funcionan a partir da presión de vapor xerada quentando a auga nun tanque separado.

O deseño destes motores era grande e ineficaz: ademais do gran peso da instalación, para superar longas distancias, o transporte tamén tiña que sacar un subministro decente de combustible (carbón ou leña).

Ante esta carencia, os enxeñeiros e inventores intentaron resolver unha importante cuestión: como combinar o combustible co corpo da unidade de potencia. Eliminando elementos do sistema como unha caldeira, un depósito de auga, un condensador, un evaporador, unha bomba, etc. foi posible reducir significativamente o peso do motor.

A creación dun motor de combustión interna na forma familiar para un motorista moderno produciuse gradualmente. Aquí están os principais fitos que levaron á aparición do moderno motor de combustión interna:

• 1791 John Barber inventa unha turbina de gas que funciona destilando petróleo, carbón e madeira en réplicas. O gas resultante, xunto co aire, foi bombeado na cámara de combustión por un compresor. O gas quente resultante a presión subministrouse ao impulsor do impulsor e xirouno.
• 1794 Robert Street patentou un motor de combustible líquido.
• 1799. Philippe Le Bon como resultado da pirólise do petróleo recibe gas luminiscente. En 1801 propón usalo como combustible para motores de gas.
• 1807 François Isaac de Rivaz: patente sobre "o uso de materiais explosivos como fonte de enerxía nos motores". Crea un equipo autopropulsado baseado no desenvolvemento.
• 1860 Etienne Lenoir foi pioneiro nos primeiros inventos creando un motor viable alimentado por unha mestura de iluminación de gas e aire. O mecanismo púxose en movemento cunha faísca dunha fonte de enerxía externa. A invención empregouse en barcos, pero non se instalou en vehículos autopropulsados.
• 1861 Alphonse Bo De Rocha revela a importancia de comprimir o combustible antes de acendelo, o que serviu para crear a teoría do funcionamento dun motor de combustión interna de catro tempos (admisión, compresión, combustión con expansión e liberación).
• 1877 Nikolaus Otto crea o primeiro motor de combustión interna de catro tempos de 12 CV.
• 1879 Karl Benz patentou o motor de dous tempos.
• Anos 1880. Ogneslav Kostrovich, Wilhelm Maybach e Gottlieb Daimler están a desenvolver simultaneamente modificacións do carburador do motor de combustión interna, preparándoas para a produción en masa.

Ademais dos motores de gasolina, o Trinkler Motor apareceu en 1899. Este invento é outro tipo de motor de combustión interna (motor de aceite de alta presión sen compresor), que funciona segundo o principio da invención de Rudolf Diesel. Co paso dos anos melloraron as unidades de potencia, tanto a gasolina coma a diésel, o que aumentou a súa eficiencia.

📌Tipos de motores de combustión interna

Polo tipo de deseño e as especificidades do funcionamento do motor de combustión interna, clasifícanse segundo varios criterios:

• Polo tipo de combustible usado: gasóleo, gasolina e gas.
• Segundo o principio de arrefriamento: líquido e aire.
• Dependendo da disposición dos cilindros - en liña e en forma de V.
• Segundo o método de preparación da mestura de combustible: carburador, gas e inxección (as mesturas fórmanse na parte exterior do motor de combustión interna) e diésel (na parte interna).
• Segundo o principio de ignición da mestura de combustible - con ignición forzada e con autoignición (típico para as unidades diésel).

Os motores tamén se distinguen polo deseño e a eficiencia do traballo:

• Pistón, no que a cámara de traballo está situada nos cilindros. Paga a pena considerar que estes motores de combustión interna divídense en varias subespecies:
  • carburador (o carburador é o responsable de crear unha mestura de traballo enriquecida);
  • inxección (a mestura fornécese directamente ao colector de admisión a través das boquillas);
  • diésel (a ignición da mestura prodúcese debido á creación de alta presión no interior da cámara).
  • Pistón rotativo, caracterizado pola conversión de enerxía térmica en enerxía mecánica debido á rotación do rotor xunto co perfil. O traballo do rotor, cuxo movemento se asemella a unha forma de 8-ku, substitúe completamente as funcións dos pistóns, a distribución e o cigüeñal.
  • Turbina de gas, na que o motor é accionado pola enerxía térmica obtida ao xirar un rotor con aspas semellantes a unha folla. Acciona o eixe da turbina.

A teoría, a simple vista, parece clara. Vexamos agora os compoñentes principais do grupo motriz.

📌 Dispositivo ICE

O deseño da carrocería inclúe os seguintes compoñentes:

• bloque de cilindros;
• mecanismo de manivela;
• mecanismo de distribución de gas;
• sistemas de subministración e ignición dunha mestura combustible e eliminación de produtos de combustión (gases de escape).

Para comprender a situación de cada compoñente, considere o diagrama da estrutura do motor:

O número 6 indica onde está situado o cilindro. É un dos compoñentes clave do motor de combustión interna. Dentro do cilindro hai un pistón, designado polo número 7. Está unido á biela e ao cigüeñal (no diagrama, designado polos números 9 e 12, respectivamente). Mover o pistón cara arriba e abaixo dentro do cilindro provoca a formación de movementos de rotación do cigüeñal. Ao final do timón hai un volante, mostrado no diagrama baixo o número 10. É necesario para unha rotación uniforme do eixe. A parte superior do cilindro está equipada cunha densa cabeza con válvulas de admisión e escape de mestura. Amósanse no número 5.

A apertura das válvulas faise posible grazas ás levas do árbol de levas, denominadas número 14, ou mellor, aos seus elementos de transmisión (número 15). A rotación do árbol de levas é proporcionada polas engrenaxes do cigüeñal, indicadas polo número 13. Cando o pistón se move libremente no cilindro, é capaz de tomar dúas posicións extremas.

O funcionamento normal do motor de combustión interna só se pode asegurar cunha subministración uniforme da mestura de combustible no momento adecuado. Para reducir os custos de funcionamento do motor para a disipación de calor e para evitar o desgaste prematuro dos compoñentes motores, lubrívanse con aceite.

📌O principio do motor de combustión interna

Os modernos motores de combustión interna funcionan co combustible que se acende dentro dos cilindros e a enerxía que provén deste. A través da válvula de admisión aliméntase unha mestura de gasolina e aire (en moitos motores hai dous por cilindro). No mesmo lugar, acende debido á faísca que se forma buxía... No momento dunha mini-explosión, os gases na cámara de traballo expanden, creando presión. Pon en marcha o pistón unido ao KShM.

Os motores diésel funcionan cun principio similar, só o proceso de combustión se inicia dun xeito lixeiramente diferente. Inicialmente, o aire do cilindro está comprimido, o que fai que se quente. Antes de que o pistón alcance o TDC pola compresión, o inxector atomiza o combustible. Debido ao aire quente, o combustible acéndese por si só sen chispa. Ademais, o proceso é idéntico á modificación da gasolina do motor de combustión interna.

KShM converte os movementos alternativos do grupo de pistóns en xiro cigüeñal... O torque vai ao volante e despois a caixa de cambios mecánica ou automática e, finalmente, nas rodas motrices.

O proceso mentres o pistón se move cara arriba ou cara abaixo chámase golpe. Todas as medidas ata que se repiten chámanse ciclo.

Un ciclo inclúe o proceso de succión, compresión, ignición xunto coa expansión dos gases formados, liberación.

Hai dúas modificacións de motores:

1. Nun ciclo de dous tempos, o cigüeñal xira unha vez por ciclo e o pistón móvese cara abaixo e cara arriba.
2. Nun ciclo de catro tempos, o cigüeñal xirará dúas veces por ciclo e o pistón realizará catro movementos completos: baixará, subirá, baixará, subirá.

📌Principio de traballo do motor de dous tempos

Cando o condutor arranca o motor, o arrancador pon en marcha o volante, o cigüeñal xira, o KShM move o pistón. Cando chega a BDC e comeza a subir, a cámara de traballo xa está chea dunha mestura combustible.

No punto morto superior do pistón, acéndese e móvese cara abaixo. Prodúcese unha ventilación adicional: os gases de escape son desprazados por unha nova parte da mestura combustible en funcionamento. A purga pode ser diferente segundo o deseño do motor. Unha das modificacións prevé encher o espazo do subpistón coa mestura combustible-aire cando sobe e, cando o pistón descende, é espremido na cámara de traballo do cilindro, desprazando os produtos de combustión.

Nestas modificacións de motores non hai un sistema de sincronización de válvulas. O propio pistón abre / pecha a entrada / saída.

Estes motores úsanse en tecnoloxía de baixa potencia, porque o intercambio de gas neles prodúcese debido á substitución de gases de escape por outra parte da mestura aire-combustible. Dado que a mestura de traballo elimínase parcialmente xunto co escape, esta modificación caracterízase por un maior consumo de combustible e unha menor potencia en comparación cos análogos de catro tempos.

Unha das vantaxes destes motores de combustión interna é a menor fricción por ciclo, pero ao mesmo tempo quéntanse con máis forza.

📌Principio de traballo dun motor de catro tempos

A maioría dos coches e outros vehículos a motor están equipados con motores de catro tempos. Utilízase un mecanismo de distribución de gas para subministrar a mestura de traballo e eliminar os gases de escape. Condúcese a través dunha transmisión de sincronización conectada á polea do cigüeñal mediante unha transmisión por correa, cadea ou engrenaxe.

Xirando eixe de levas eleva / baixa as válvulas de admisión / escape situadas sobre o cilindro. Este mecanismo garante a apertura síncrona das válvulas correspondentes para subministrar a mestura combustible e eliminar os gases de escape.

Nestes motores, o ciclo prodúcese como segue (por exemplo, un motor de gasolina):

1. No momento en que se inicia o motor, o arranque xira o volante que acciona o cigüeñal. Ábrese a válvula de entrada. O mecanismo de manivela baixa o pistón, creando un baleiro no cilindro. Hai un golpe de succión da mestura aire-combustible.
2. Movéndose desde o punto morto inferior cara arriba, o pistón comprime a mestura combustible. Esta é a segunda medida: a compresión.
3. Cando o pistón está no punto morto superior, a bujía crea unha faísca que acende a mestura. Debido á explosión, os gases expándense. A presión excesiva no cilindro move o pistón cara abaixo. Este é o terceiro ciclo: ignición e expansión (ou golpe de traballo).
4. O cigüeñal xiratorio move o pistón cara arriba. Neste momento, a árbore de levas abre a válvula de escape a través da cal o pistón ascendente expulsa os gases de escape. Este é o cuarto lanzamento.

📌Sistemas auxiliares do motor de combustión interna

Ningún motor moderno de combustión interna é capaz de funcionar de forma independente. Isto débese a que o combustible debe entregarse desde o depósito de gasolina ao motor, debe acender no momento adecuado e para que o motor non "sufoque" os gases de escape débense retirar a tempo.

As pezas xiratorias necesitan unha lubricación constante. Debido ás altas temperaturas xeradas durante a combustión, o motor debe arrefriarse. Estes procesos de acompañamento non os proporciona o propio motor, polo que o motor de combustión interna funciona xunto con sistemas auxiliares.

📌Sistema de ignición

Este sistema auxiliar está deseñado para o acendido oportuno da mestura combustible na posición adecuada do pistón (TDC na carreira de compresión). Utilízase en motores de combustión interna de gasolina e consta dos seguintes elementos:

• Fonte de poder. Cando o motor está en repouso, a función realízaa a batería (como arrancar un coche se a batería está esgotada, lea artigo separado). Despois de arrancar o motor, a fonte de enerxía é xerador.
• Bloqueo de Egnition. Dispositivo que pecha un circuíto eléctrico para alimentalo desde unha fonte de enerxía.
• Dispositivo de almacenamento. A maioría dos vehículos de gasolina teñen unha bobina de ignición. Tamén hai modelos nos que hai varios elementos deste tipo: un por cada bujía. Converten a baixa tensión da batería á alta tensión necesaria para crear unha faísca de alta calidade.
• Distribuidor-interruptor de ignición. Nos automóbiles con carburador, este é un distribuidor; na maioría dos demais, este proceso está controlado por unha ECU. Estes dispositivos distribúen impulsos eléctricos ás bujías apropiadas.

📌Sistema de introdución

A combustión require unha combinación de tres factores: combustible, osíxeno e unha fonte de ignición. Se se aplica unha descarga eléctrica - a tarefa do sistema de ignición, entón o sistema de admisión proporciona osíxeno ao motor para que o combustible poida acenderse.

Este sistema consiste en:

• Entrada de aire: un tubo de derivación polo que se toma aire limpo. O proceso de admisión depende da modificación do motor. Nos motores atmosféricos, o aire é aspirado debido á creación dun baleiro formado no cilindro. Nos modelos turboalimentados, este proceso realzase coa rotación das palas do sobrealimentador, o que aumenta a potencia do motor.
• O filtro de aire está deseñado para limpar o fluxo de po e partículas pequenas.
• A válvula de aceleración é unha válvula que regula a cantidade de aire que entra no motor. Regúlase presionando o pedal do acelerador ou pola electrónica da unidade de control.
• O colector de admisión é un sistema de tubos conectados a un tubo común. Nos motores de combustión interna de inxección, unha válvula de aceleración está instalada na parte superior e para cada cilindro un inxector de combustible. Nas modificacións do carburador, instálase un carburador no colector de admisión, no que se mestura o aire coa gasolina.

Ademais do aire, hai que subministrar combustible aos cilindros. Para este propósito, desenvolveuse un sistema de combustible composto por:

• depósito de combustible;
• liña de combustible: mangueiras e tubos polos que a gasolina ou o gasóleo se move do tanque ao motor;
• carburador ou inxector (sistemas de boquillas atomizadoras de combustible);
• bomba de combustiblebombear combustible desde un tanque ata un carburador ou outro dispositivo para mesturar combustible e aire;
• un filtro de combustible que limpa a gasolina ou o gasóleo dos restos.

Hoxe en día hai moitas modificacións nos motores nas que a mestura de traballo é alimentada nos cilindros por diferentes métodos. Entre estes sistemas hai:

• inxección única (principio do carburador, só cunha boquilla);
• inxección distribuída (está instalada unha boquilla separada para cada cilindro, a mestura aire-combustible fórmase na canle do colector de admisión);
• inxección directa (a boquilla pulveriza a mestura de traballo directamente no cilindro);
• inxección combinada (combina o principio de inxección directa e distribuída)

📌Sistema de lubricación

Todas as superficies de rozamento de pezas metálicas deben lubricarse para arrefriar e reducir o desgaste. Para proporcionar esta protección, o motor está equipado cun sistema de lubricación. Tamén protexe as partes metálicas da oxidación e elimina os depósitos de carbono. O sistema de lubricación consiste en:

• sumidoiro: un depósito que contén aceite para o motor;
• unha bomba de aceite que crea presión, grazas á cal se subministra lubricante a todas as partes do motor;
• un filtro de aceite que atrapa as partículas resultantes do funcionamento do motor;
• algúns coches están equipados cun refrixerador de aceite para un arrefriamento adicional do lubricante do motor.

📌Sistema de escape

Un sistema de escape de alta calidade garante a eliminación dos gases de escape das cámaras de traballo dos cilindros. Os coches modernos están equipados cun sistema de escape, que inclúe os seguintes elementos:

• un colector de escape que amortece as vibracións dos gases de escape quentes;
• un tubo receptor, no que os gases de escape proceden do colector (como o colector de escape, está feito de metal resistente á calor);
• un catalizador que limpa os gases de escape de elementos nocivos, que permite ao vehículo cumprir as normas ambientais;
• resonador: capacidade lixeiramente menor que o silenciador principal, deseñado para reducir a velocidade de escape;
• o silenciador principal, dentro do cal hai tabiques que cambian a dirección dos gases de escape para reducir a súa velocidade e ruído.

📌Sistema de arrefriamento

Este sistema adicional permite que o motor funcione sen sobrecalentamento. Ela apoia temperatura de funcionamento do motormentres se acaba. Para que este indicador non supere os límites críticos mesmo cando o coche está parado, o sistema consta das seguintes partes:

• radiador de refrixeracióncomposto por tubos e placas deseñados para un rápido intercambio de calor entre o refrixerante e o aire ambiente;
• un ventilador que proporciona un maior fluxo de aire, por exemplo, se a máquina está atascada e o radiador non está suficientemente soprado;
• unha bomba de auga, grazas á cal se proporciona a circulación do refrixerante, que elimina o calor das paredes quentes do bloque de cilindros;
• termostato: unha válvula que se abre despois de que o motor se quente á temperatura de funcionamento (antes de que se active, o líquido de refrixeración circula nun pequeno círculo e, cando se abre, o líquido móvese polo radiador).

O funcionamento síncrono de cada sistema auxiliar garante o bo funcionamento do motor de combustión interna.

📌 Ciclos do motor

Un ciclo refírese a accións que se repiten nun só cilindro. O motor de catro tempos está equipado cun mecanismo que activa cada un destes ciclos.

No motor de combustión interna, o pistón realiza movementos alternativos (arriba / abaixo) ao longo do cilindro. A biela e a manivela unidas a ela converten esta enerxía en rotación. Durante unha acción, cando o pistón alcanza o punto máis baixo cara arriba e cara atrás, o cigüeñal fai unha volta arredor do seu eixo.

Para que este proceso se produza constantemente, unha mestura de aire-combustible debe entrar no cilindro, debe comprimirse e acender nel e tamén deben eliminarse os produtos de combustión. Cada un destes procesos ten lugar nunha revolución do cigüeñal. Estas accións chámanse barras. Hai catro en catro tempos:

1. Admisión ou succión. Neste golpe, unha mestura aire-combustible é aspirada na cavidade do cilindro. Entra por unha válvula de admisión aberta. Dependendo do tipo de sistema de combustible, a gasolina mestúrase co aire no colector de admisión ou directamente no cilindro, como nos motores diésel;
2. Compresión. Neste punto, as válvulas de admisión e escape están pechadas. O pistón móvese cara arriba debido á rotación do cigüeñal e xira debido á execución doutros golpes nos cilindros adxacentes. Nun motor de gasolina, o VTS comprímese a varias atmosferas (10-11) e nun motor diésel - máis de 20 atm;
3. Trazo de traballo. No momento en que o pistón se detén na parte superior, a mestura comprimida acéndese empregando unha faísca dunha bujía. Nun motor diésel, este proceso é lixeiramente diferente. Nela, o aire comprímese tanto que a súa temperatura salta a un valor no que o gasóleo se acende por si só. En canto se produce unha explosión dunha mestura de combustible e aire, a enerxía liberada non ten por onde ir e move o pistón cara abaixo;
4. Liberación de produtos de combustión. Para encher a cámara cunha porción nova da mestura combustible, débense eliminar os gases formados como resultado da ignición. Isto sucede na seguinte carreira cando o pistón sube. Neste momento, a válvula de saída ábrese. Cando o pistón alcanza o punto morto superior, péchase o ciclo (ou conxunto de golpes) nun cilindro separado e repítese o proceso.

📌Vantaxes e desvantaxes do ICE

Hoxe a mellor opción de motor para vehículos a motor é ICE. Entre as vantaxes de tales unidades están:

• facilidade de reparación;
• economía para viaxes longas (depende de o seu volume);
• gran recurso de traballo;
• accesibilidade para un motorista de ingresos medios.

Aínda non se creou o motor ideal, polo que estas unidades tamén presentan algunhas desvantaxes:

• canto máis complexa é a unidade e os sistemas relacionados, máis caro é o seu mantemento (por exemplo, motores EcoBoost);
• require un axuste preciso do sistema de subministración de combustible, a distribución de ignición e outros sistemas, o que require certas habilidades, se non, o motor non funcionará de forma eficiente (ou non arrancará)
• máis peso (en comparación cos motores eléctricos);
• desgaste do mecanismo da manivela.

A pesar de equipar a moitos vehículos con outros tipos de motores (coches "limpos" alimentados por tracción eléctrica), os motores de combustión interna manterán unha posición competitiva durante moito tempo debido á súa dispoñibilidade. As versións híbridas e eléctricas dos coches están gañando popularidade, con todo, debido ao alto custo destes vehículos e ao custo do seu mantemento, aínda non están dispoñibles para o motorista medio.

Preguntas comúns:

Que é un motor de combustión interna? Trátase dun tipo de unidade de potencia na que se proporciona unha cámara de combustión pechada no deseño na que se xera enerxía térmica (debido á ignición da mestura combustible-aire) e convértese en enerxía mecánica.

Quen inventou o motor de combustión interna? Unha mostra do primeiro motor de combustión interna do mundo foi descuberta polo inventor francés Étven Lenoir en 1860. O primeiro motor de combustión interna de catro tempos, segundo o esquema do que funcionan absolutamente todas as unidades de potencia, foi inventado por Nikolaus Otto.

De que está feito o motor? O ICE máis sinxelo consiste nun bloque de cilindros no que está instalado un sistema de biela, un grupo cilindro-pistón, o bloque está cuberto na parte superior cunha culata cun mecanismo de distribución de gas (eixe de levas e válvulas), unha admisión e escape un sistema de combustible e un sistema de ignición.