همه ما به طور کامل با ماشین سفر می کنیم مارک های مختلفو مدل ها اما تعداد کمی از ما حتی به نحوه عملکرد موتور ماشین خود فکر می کنیم. توسط روی هم رفته، دانستن 100% ساختار موتور خودرو الزامی نیست. از این گذشته، همه ما برای مثال از تلفن های همراه، اما این بدان معنا نیست که ما موظف هستیم که نابغه الکترونیک رادیویی باشیم. یک دکمه "روشن" وجود دارد، فشار دهید و صحبت کنید. اما داستان ماشین کمی متفاوت است.

از این گذشته ، یک تلفن معیوب فقط عدم ارتباط با دوستان است. آ موتور معیوبماشین زندگی و سلامتی ماست از جانب نگهداری مناسبموتور یک خودرو به بسیاری از جنبه های حرکت خودرو به طور کلی و ایمنی افراد به طور خاص بستگی دارد. بنابراین، به احتمال زیاد، درست است که ده دقیقه وقت صرف کنید تا بفهمید موتور خودرو از چه چیزی تشکیل شده است و موتور چگونه کار می کند.

چند قدم به تاریخچه ایجاد موتور خودرو

موتور (موتور)ترجمه از لاتین موتور، به معنی - به حرکت درآوردن. در درک مدرن، موتور وسیله ای است که هر انرژی را به انرژی مکانیکی تبدیل می کند. در صنعت خودرو، رایج ترین موتورها ICE (موتورهای احتراق داخلی) هستند. انواع مختلف. سال تولد اولین موتور احتراق داخلیاعتقاد بر این است که سال 1801 زمانی بود که فیلیپ لبون فرانسوی اولین موتوری را که با گاز روشن کار می کرد، ثبت اختراع کرد. سپس ژان اتین لنوار و آگوست اتو بودند. آگوست اتو بود که در سال 1877 حق ثبت اختراع موتوری با سیکل چهار زمانه را دریافت کرد. و تا امروزعملکرد موتور خودرو اساساً بر اساس این اصل کار می کند.

در سال 1872، بریتون آمریکایی اولین موتور با استفاده از سوخت مایع - نفت سفید را معرفی کرد. تلاش ناموفق بود. نفت سفید نمی خواست به طور فعال در داخل سیلندرها منفجر شود. و در سال 1882، موتور گوتلیب دایملر، بنزینی و کارآمد ظاهر شد.

حالا بیایید بفهمیم که چه نوع موتورهای ماشینی وجود دارد و اول از همه، ماشین شما را می توان به چه نوع دسته بندی کرد.

چه نوع موتور ماشینی دارید؟

با در نظر گرفتن این واقعیت که موتور احتراق داخلی بیشترین کاربرد را در صنعت خودرو دارد، بیایید در نظر بگیریم که چه نوع موتورهایی روی خودروهای ما نصب می شود. ICE پیشرفته ترین نوع موتور نیست، اما به لطف استقلال 100٪ آن، موتوری است که در بیشتر موارد استفاده می شود. ماشین های مدرن. انواع سنتی موتور خودرو:

• موتورهای بنزینی. آنها به تزریق و کاربراتور تقسیم می شوند. وجود داشته باشد انواع متفاوتکاربراتورها و سیستم های تزریق. نوع سوخت - بنزین.
• موتورهای دیزلی . سوخت دیزل از طریق انژکتورها وارد سیلندرها می شود. مزیت موتورهای دیزلی این است که برای کار کردن به برق نیاز ندارند. فقط برای راه اندازی موتور
• موتورهای گازسوز. سوخت می تواند به صورت مایع یا فشرده باشد گازهای طبیعیو همچنین گازهای ژنراتور که از تبدیل سوخت جامد (زغال سنگ، چوب، ذغال سنگ نارس) به سوخت گازی به دست می آیند.

ما ساختار و اصل عملکرد موتور خودرو را تجزیه و تحلیل می کنیم

موتور یک اتوموبیل چگونه کار می کند؟ در اولین نگاه به مقطع موتور، یک فرد نادان می خواهد فرار کند. همه چیز بسیار پیچیده و گیج کننده به نظر می رسد. در واقع، با مطالعه عمیق تر، ساختار موتور خودرو برای دانستن اصل کارکرد آن ساده و واضح است. بدانید و در صورت لزوم این دانش را در زندگی به کار ببرید.

• بلوک سیلندر– می توان آن را قاب موتور یا محفظه نامید. در داخل بلوک یک سیستم کانال برای روغن کاری و خنک کننده موتور وجود دارد. به عنوان پایه ای عمل می کند پیوست ها: سر سیلندر، میل لنگ و غیره
• پیستون- یک شیشه فلزی توخالی قسمت بالایی پیستون (دامن) دارای شیارهای مخصوص رینگ پیستون می باشد.
• رینگ های پیستون. حلقه های بالایی حلقه های فشرده سازی برای اطمینان هستند درجه بالافشرده سازی مخلوط هوا و سوخت (فشرده سازی). حلقه های پایینی حلقه های خراش دهنده روغن هستند. حلقه ها دو عملکرد را انجام می دهند: محکم بودن محفظه احتراق را تضمین می کنند و به عنوان مهر و موم برای جلوگیری از ورود روغن به محفظه احتراق عمل می کنند.
• مکانیزم میل لنگ. انرژی رفت و برگشتی حرکت پیستون را به میل لنگ منتقل می کند.
• اصل عملکرد موتور احتراق داخلیبه اندازه کافی ساده از انژکتورها، سوخت به محفظه احتراق می رسد و در آنجا با هوا غنی می شود. جرقه ناشی از شمع باعث شعله ور شدن هوا می شود مخلوط سوختو انفجار رخ می دهد. گازهای حاصل، پیستون را به سمت پایین می راند و در نتیجه آن را مجبور به انتقال آن می کند حرکت رو به جلومیل لنگ میل لنگ به نوبه خود حرکت چرخشی گیربکس را منتقل می کند. در مرحله بعد، سیستم دنده حرکت را به چرخ ها منتقل می کند.

و چرخ های ماشین هم اکنون در حال حمل و نقل هستند بدن مونوکوکبا ما در مسیری که باید برویم. ما مطمئن هستیم که این اصل کارکرد موتور است که برای شما روشن خواهد شد. و وقتی کارگران بی پروا در مرکز خدمات خودرو می گویند که باید فشرده سازی را عوض کنید، اما فقط یک مورد در انبار باقی مانده است و آن یکی وارداتی است، می دانید چه پاسخی بدهید. موفق باشید در درک ساختار و اصل عملکرد موتور خودرو.

موتور احتراق داخلی مدرن فاصله زیادی با اجداد خود داشته است. بزرگتر، قدرتمندتر، سازگارتر با محیط زیست شده است، اما در عین حال اصل کار، طراحی موتور خودرو و همچنین عناصر اصلی آن بدون تغییر باقی مانده است.

موتورهای احتراق داخلی که به طور گسترده در خودروها استفاده می شود، از نوع پیستونی هستند. این نوع موتور احتراق داخلی به دلیل اصل کارکرد آن نام خود را گرفت. داخل موتور یک محفظه کار به نام سیلندر وجود دارد. مخلوط کار در آن می سوزد. هنگامی که مخلوطی از سوخت و هوا در محفظه می سوزد، فشاری که پیستون درک می کند افزایش می یابد. با حرکت پیستون، انرژی دریافتی را به تبدیل می کند کارهای مکانیکی.

موتور احتراق داخلی چگونه کار می کند؟

اولین موتورهای پیستونی فقط یک سیلندر با قطر کوچک داشتند. در فرآیند توسعه، برای افزایش قدرت، ابتدا قطر سیلندر و سپس تعداد آنها افزایش یافت. کم کم موتورهای احتراق داخلی شکلی به خود گرفتند که ما با آن آشنا هستیم. موتور یک ماشین مدرن می تواند تا 12 سیلندر داشته باشد.

یک موتور احتراق داخلی مدرن از چندین مکانیسم و ​​سیستم های کمکی تشکیل شده است که برای سهولت درک، به شرح زیر گروه بندی می شوند:

1. KShM - مکانیسم میل لنگ.
2. زمان بندی مکانیزمی برای تنظیم زمان بندی سوپاپ است.
3. سیستم روغن کاری.
4. سیستم خنک کننده.
5. سیستم تامین سوخت.
6. سیستم اگزوز.

سیستم های ICE همچنین شامل سیستم های راه اندازی الکتریکی و کنترل موتور می باشد.

KShM - مکانیسم میل لنگ

KShM مکانیسم اصلی یک موتور پیستونی است. او اجرا می کند شغل اصلی- انرژی حرارتی را به انرژی مکانیکی تبدیل می کند. مکانیزم از بخش های زیر تشکیل شده است:

• بلوک سیلندر.
• سرسیلندر.
• پیستون با پین ها، حلقه ها و میله های اتصال.
• میل لنگ با چرخ فلایو.

زمان بندی - مکانیزم توزیع گاز

موتور احتراق داخلی برای اطمینان از ورود مقدار مورد نیاز سوخت و هوا به داخل سیلندر و خروج محصولات احتراق به موقع از محفظه کار، مکانیزمی به نام مکانیزم توزیع گاز دارد. وظیفه باز و بسته کردن دریچه های ورودی و خروجی را بر عهده دارد که از طریق آن مخلوط سوخت و هوای قابل احتراق وارد سیلندرها شده و از سیلندرها خارج می شود. دود ترافیک. قطعات دنده تایمینگ عبارتند از:

• میل بادامک.
• دریچه های ورودی و خروجی با فنرها و بوش های راهنما.
• قطعات درایو سوپاپ.
• عناصر درایو زمان بندی

تسمه تایم از رانده می شود میل لنگموتور خودرو. با استفاده از یک زنجیر یا تسمه، چرخش به آن منتقل می شود میل بادامک، که به وسیله بادامک یا بازوهای راکر از طریق فشار دهنده ها بر روی ورودی یا سوپاپ اگزوزو آنها را یکی یکی باز و بسته می کند

بسته به طرح و تعداد سوپاپ ها می توان یک یا دو سوپاپ را روی موتور نصب کرد میل بادامکبرای هر ردیف سیلندر با یک سیستم دو شفت، هر شفت مسئول عملکرد ردیف سوپاپ های خود - ورودی یا خروجی است. طراحی تک شفت دارد نام انگلیسی SOHC (یک میل بادامک بالای سر). سیستم دو شفت DOHC (میل بادامک دو سر بالا) نامیده می شود.

در حالی که موتور در حال کار است، قطعات آن با گازهای داغی که در هنگام احتراق ایجاد می شوند، در تماس هستند. مخلوط سوخت و هوا. برای جلوگیری از تخریب قطعات موتور احتراق داخلی در اثر انبساط بیش از حد در هنگام گرم شدن، باید آنها را خنک کرد. شما می توانید موتور خودرو را با استفاده از هوا یا مایع خنک کنید. موتورهای مدرن معمولا دارای مدار خنک کننده مایع هستند که توسط قطعات زیر تشکیل می شود:

• ژاکت خنک کننده موتور
• پمپ (پمپ)
• رادیاتور
• پنکه
• مخزن انبساط

ژاکت خنک کننده موتورهای احتراق داخلی توسط حفره های داخل BC و سرسیلندر تشکیل می شود که مایع خنک کننده از طریق آنها به گردش در می آید. گرمای اضافی را از قطعات موتور گرفته و به رادیاتور منتقل می کند. گردش خون توسط پمپی که توسط یک تسمه از میل لنگ هدایت می شود، تامین می شود.

ترموستات لازم را فراهم می کند رژیم دماموتور ماشین، هدایت جریان سیال به رادیاتور یا دور زدن آن. رادیاتور به نوبه خود برای خنک کردن مایع گرم شده طراحی شده است. فن جریان هوای ورودی را افزایش می دهد و در نتیجه راندمان خنک کننده را افزایش می دهد. مخزن انبساط مورد نیاز است موتورهای مدرن، از آنجایی که خنک کننده های مورد استفاده در هنگام گرم شدن بسیار منبسط می شوند و به حجم اضافی نیاز دارند.

سیستم روغن کاری موتور

هر موتوری دارای قطعات ساینده زیادی است که باید دائماً روغن کاری شوند تا از اتلاف توان ناشی از اصطکاک و جلوگیری از اصطکاک جلوگیری شود. افزایش سایشو پارازیت یک سیستم روغن کاری برای این کار وجود دارد. در طول راه، چندین مشکل دیگر را حل می کند: محافظت از قطعات موتور احتراق داخلی در برابر خوردگی، خنک کننده اضافیقطعات موتور، و همچنین حذف محصولات سایش از نقاط تماس قطعات مالش. سیستم روغن کاری موتور خودرو شامل موارد زیر است:

• سامپ نفت (سامپ).
• پمپ تامین روغن.
• فیلتر روغن با .
• خطوط نفت.
• میله روغن (نشانگر سطح روغن).
• نشانگر فشار سیستم
• گردن پرکننده روغن.

پمپ از آن روغن می گیرد مخزن نفتو آن را به خطوط و کانال های روغن واقع در BC و سرسیلندر می رساند. از طریق آنها، روغن به نقاط تماس سطوح مالش جریان می یابد.

سیستم تامین

سیستم های تامین برای موتورهای احتراق داخلی با احتراق جرقه ای و احتراق تراکمی با یکدیگر متفاوت هستند، اگرچه آنها تعدادی عناصر مشترک دارند. موارد رایج عبارتند از:

• مخزن سوخت.
• سنسور سطح سوخت
• فیلترهای تصفیه سوخت - درشت و ریز.
• خطوط لوله سوخت
• منیفولد ورودی
• لوله های هوا.
• فیلتر هوا.

هر دو سیستم دارند پمپ های سوخت، ریل سوخت، انژکتورهای سوخت، اما به دلیل خواص فیزیکی متفاوت بنزین و سوخت دیزلیطراحی آنها تفاوت های چشمگیری دارد. اصل تامین به خودی خود یکسان است: سوخت از مخزن از طریق فیلترها با استفاده از پمپ به تامین می شود ریل سوخت، که از آن وارد انژکتورها می شود. اما اگر در اکثر موتورهای احتراق داخلی بنزینی انژکتورها آن را تامین می کنند منیفولد ورودیموتور ماشین ، سپس در موتورهای دیزل مستقیماً به سیلندر می رسد و در آنجا با هوا مخلوط می شود. قطعاتی که تصفیه هوا و جریان را به داخل سیلندرها تضمین می کنند - فیلتر هوا و لوله ها - نیز متعلق به سیستم سوخت هستند.

سیستم اگزوز

سیستم اگزوز برای حذف گازهای خروجی از سیلندرهای موتور خودرو طراحی شده است. جزئیات و اجزای اصلی:

• منیفولد اگزوز
• لوله اگزوز صدا خفه کن.
• طنین انداز.
• صدا خفه کن.
• لوله اگزوز.

که در موتورهای مدرنطراحی اگزوز احتراق داخلی با دستگاه های خنثی تکمیل می شود انتشارات مضر. این شامل یک مبدل کاتالیزوری و حسگرهایی است که با واحد کنترل موتور در ارتباط هستند. گازهای خروجی از منیفولد اگزوز وارد می شود مبدل کاتالیزوری، سپس از طریق تشدید کننده به صدا خفه کن. بیشتر از طریق لوله اگزوزآنها در جو رها می شوند.

در خاتمه لازم است به سیستم استارت و کنترل موتور خودرو اشاره شود. آنها بخش مهمی از موتور هستند، اما باید در ارتباط با آنها در نظر گرفته شوند سیستم الکتریکیخودرو که از حوصله این مقاله که به بررسی آن می پردازد خارج است سازمان داخلیموتور

اکثر رانندگان نمی دانند موتور ماشین چگونه است. و دانستن این امر ضروری است، زیرا بیهوده نیست که هنگام تحصیل در بسیاری از آموزشگاه های رانندگی، اصول عملکرد موتورهای احتراق داخلی به دانش آموزان آموزش داده می شود. هر راننده باید ایده ای از نحوه کار موتور داشته باشد، زیرا این دانش می تواند در جاده مفید باشد.

البته موتور خودروها انواع و برندهای مختلفی دارند که عملکرد آنها در جزئیات جزئی (سیستم های تزریق سوخت، آرایش سیلندرها و ...) با یکدیگر متفاوت است. با این حال، اصل اساسی برای همه انواع موتورهای احتراق داخلیبدون تغییر باقی می ماند.

طراحی موتور خودرو در تئوری

همیشه مناسب است که طراحی یک موتور احتراق داخلی را با استفاده از مثال عملکرد یک سیلندر در نظر بگیریم. اگرچه اغلب ماشین هادارای 4، 6، 8 سیلندر. در هر صورت قسمت اصلی موتور سیلندر است. این شامل یک پیستون است که می تواند بالا و پایین حرکت کند. در همان زمان، 2 مرز حرکت آن وجود دارد - بالا و پایین. حرفه ای ها آنها را TDC و BDC (مراکز مرده بالا و پایین) می نامند.

خود پیستون به شاتون و شاتون به میل لنگ متصل است. هنگامی که پیستون بالا و پایین می رود، شاتون بار را به میل لنگ منتقل می کند و می چرخد. بارهای وارده از شفت به چرخ ها منتقل می شود و باعث می شود خودرو شروع به حرکت کند.

اما وظیفه اصلی این است که پیستون کار کند، زیرا نیروی محرکه اصلی این کار است مکانیزم پیچیده. این کار با استفاده از بنزین، گازوئیل یا گاز انجام می شود. یک قطره سوخت که در محفظه احتراق مشتعل می شود، پیستون را به بیرون پرتاب می کند قدرت زیادپایین، در نتیجه آن را به حرکت در می آورد. سپس پیستون با اینرسی به حد بالایی باز می گردد، جایی که بنزین دوباره منفجر می شود و این چرخه به طور مداوم تکرار می شود تا زمانی که راننده موتور را خاموش کند.

این چیزی است که یک موتور ماشین به نظر می رسد. با این حال، این فقط یک نظریه است. بیایید نگاهی دقیق تر به چرخه های عملکرد موتور بیندازیم.

چرخه چهار سکته مغزی

تقریباً همه موتورها در یک چرخه 4 زمانه کار می کنند:

1. ورودی سوخت.
2. فشرده سازی سوخت.
3. احتراق.
4. تخلیه گازهای خروجی در خارج از محفظه احتراق.

طرح

تصویر زیر نشان می دهد طرح معمولیدستگاه های موتور خودرو (یک سیلندر).

این نمودار به وضوح عناصر اصلی را نشان می دهد:

الف - میل بادامک.

ب - پوشش سوپاپ.

ج - سوپاپ اگزوز که از طریق آن گازها از محفظه احتراق خارج می شوند.

د - درگاه اگزوز.

ه - سر سیلندر.

F - حفره برای خنک کننده. اغلب ضد یخ وجود دارد که محفظه موتور گرمایشی را خنک می کند.

ز - بلوک موتور.

ح - مخزن روغن.

I - تابه جایی که تمام روغن تخلیه می شود.

ی - شمع که جرقه تولید می کند تا مخلوط سوخت را مشتعل کند.

ک - شیر ورودی که مخلوط سوخت از طریق آن وارد محفظه احتراق می شود.

L - پورت ورودی.

M - پیستونی که بالا و پایین حرکت می کند.

ن - شاتون متصل به پیستون. این عنصر اصلی است که نیرو را به آن منتقل می کند میل لنگو حرکت خطی (بالا و پایین) را به چرخشی تبدیل می کند.

O - یاتاقان شاتون.

P - میل لنگ. به دلیل حرکت پیستون می چرخد.

همچنین ارزش برجسته کردن عنصری مانند حلقه های پیستون را دارد (به آنها حلقه های خراشنده روغن نیز می گویند). آنها در تصویر نشان داده نشده اند، اما جزء مهمی از سیستم موتور خودرو هستند. این حلقه ها به دور پیستون می چرخند و حداکثر آب بندی را بین دیواره های سیلندر و پیستون ایجاد می کنند. آنها از ورود سوخت جلوگیری می کنند تابه روغنو روغن وارد محفظه احتراق شود. اکثر موتورهای قدیمی ماشین VAZ و حتی موتورها تولید کنندگان اروپاییدارای حلقه های فرسوده ای هستند که مهر و موم موثری بین پیستون و سیلندر ایجاد نمی کنند و اجازه می دهند روغن به داخل محفظه احتراق نشت کند. در چنین شرایطی مشاهده خواهد شد افزایش مصرفبنزین و نفت «ژور».

اینها عناصر اولیه طراحی هستند که در همه موتورهای احتراق داخلی وجود دارند. در واقع، عناصر بسیار بیشتری وجود دارد، اما ما به ظرافت ها دست نخواهیم داد.

موتور چگونه کار می کند؟

بیایید با موقعیت اولیه پیستون شروع کنیم - در بالای آن است. که در این لحظهدریچه ورودی توسط یک سوپاپ باز می شود، پیستون شروع به حرکت به سمت پایین می کند و مخلوط سوخت را به داخل سیلندر می مکد. در این حالت فقط یک قطره کوچک بنزین وارد باک سیلندر می شود. این اولین مرحله کار است.

در طول ضربه دوم، پیستون به پایین ترین نقطه خود می رسد، در همان زمان دریچه ورودی بسته می شود، پیستون شروع به حرکت به سمت بالا می کند، در نتیجه مخلوط سوخت فشرده می شود، زیرا جایی برای رفتن در محفظه بسته ندارد. هنگامی که پیستون به حداکثر نقطه بالایی خود می رسد، مخلوط سوخت به حداکثر خود فشرده می شود.

مرحله سوم احتراق مخلوط سوخت فشرده با استفاده از یک شمع است که جرقه منتشر می کند. در نتیجه، ترکیب قابل اشتعال منفجر می شود و پیستون را با نیروی زیادی به پایین هل می دهد.

در مرحله نهایی، قطعه به مرز پایینی می رسد و با اینرسی، به آن باز می گردد نقطه بالا. در این هنگام دریچه خروجی باز می شود، مخلوط اگزوز به شکل گاز از محفظه احتراق خارج شده و از طریق سیستم اگزوز وارد خیابان می شود. پس از این، چرخه، از مرحله اول شروع می شود، دوباره تکرار می شود و برای تمام مدت ادامه می یابد تا زمانی که راننده موتور را خاموش کند.

در نتیجه انفجار بنزین، پیستون به سمت پایین حرکت می کند و میل لنگ را فشار می دهد. باز شده و بارها را به چرخ های ماشین منتقل می کند. این دقیقاً همان چیزی است که یک موتور ماشین به نظر می رسد.

تفاوت در موتورهای بنزینی

روشی که در بالا توضیح داده شد جهانی است. کار تقریباً همه بر این اصل استوار است. موتورهای بنزینی. موتورهای دیزلی از این نظر متفاوت هستند که شمع وجود ندارد - عنصری که سوخت را مشتعل می کند. انفجار سوخت دیزل به دلیل فشرده سازی قوی مخلوط سوخت رخ می دهد. یعنی در سیکل سوم پیستون بالا می آید، مخلوط سوخت را به شدت فشرده می کند و به طور طبیعی تحت تأثیر فشار منفجر می شود.

جایگزین ICE

لازم به ذکر است که اخیراً خودروهای برقی - خودروهایی با موتور الکتریکی - در بازار ظاهر شده اند. در آنجا، اصل کار موتور کاملاً متفاوت است، زیرا منبع انرژی بنزین نیست، بلکه برق در باتری ها است. اما در حال حاضر بازار خودرومتعلق به خودروهای با موتورهای احتراق داخلی است و موتورهای الکتریکینمی تواند از راندمان بالا به رخ بکشد.

چند کلمه در پایان

این دستگاه موتور احتراق داخلی عملاً کامل است. اما هر ساله فناوری های جدیدی توسعه می یابد که بازده موتور را افزایش می دهد و ویژگی های بنزین بهبود می یابد. با حق نگهدارییک موتور ماشین می تواند چندین دهه دوام بیاورد. برخی از موتورهای موفق ژاپنی و نگرانی های آلمانیک میلیون کیلومتر را "دوید" و صرفاً به دلیل کهنه شدن مکانیکی قطعات و جفت اصطکاک غیرقابل استفاده می شود. اما بسیاری از موتورها، حتی پس از یک میلیونمین مسافت پیموده شده، با موفقیت تحت تعمیرات اساسی قرار می گیرند و به اهداف مورد نظر خود ادامه می دهند.

موتورهای احتراق داخلی

بخش اول مبانی تئوری موتور

1. طبقه بندی و اصل عملکرد موتورهای احتراق داخلی

1.1. اطلاعات عمومی و طبقه بندی

1.2. چرخه عملکرد یک موتور احتراق داخلی چهار زمانه

1.3. چرخه کار موتور احتراق داخلی دو زمانه

2. محاسبه حرارتی موتورهای احتراق داخلی

2.1. سیکل های ترمودینامیکی نظری موتورهای احتراق داخلی

2.1.1. چرخه نظری با گرمای ورودی در حجم ثابت

2.1.2. چرخه نظری با گرمای ورودی در فشار ثابت

2.1.3. چرخه نظری با گرمای ورودی در حجم ثابت و فشار ثابت (سیکل مخلوط)

2.2. چرخه های معتبر موتور احتراق داخلی

2.2.1. سیالات کار و خواص آنها

2.2.2. فرآیند مصرف

2.2.3. فرآیند فشرده سازی

2.2.4. فرآیند احتراق

2.2.5. فرآیند گسترش

2.2.6. فرآیند انتشار

2.3. نشانگرهای شاخص و موثر موتور

2.3.1. نشانگرهای موتور

2.3.2. عملکرد کارآمد موتور

2.4. ویژگی های چرخه عملیاتی و محاسبه حرارتی موتورهای دو زمانه

3. پارامترهای موتورهای احتراق داخلی.

3.1. بالانس حرارتی موتور

3.2. تعیین ابعاد اصلی موتورها

3.3. پارامترهای اصلی موتور

4. ویژگی های موتورهای احتراق داخلی

4.1. ویژگی های تنظیم

4.2. ویژگی های سرعت

4.2.1. مشخصه سرعت خارجی

4.2.2. جزئي ویژگی های سرعت

4.2.3. ساخت مشخصات سرعت با استفاده از روش تحلیلی

4.3. ویژگی های نظارتی

4.4. مشخصه بار

کتابشناسی - فهرست کتب

1. طبقه بندی و اصل عملکرد موتورهای احتراق داخلی

اطلاعات کلیو طبقه بندی

موتور احتراق داخلی پیستونی (ICE) یک موتور حرارتی است که در آن تبدیل انرژی شیمیایی سوخت به انرژی حرارتی و سپس انرژی مکانیکی در داخل سیلندر کار می‌شود. تبدیل گرما به کار در چنین موتورهایی با اجرای مجموعه کاملی از فرآیندهای پیچیده فیزیکی-شیمیایی، گازی-دینامیکی و ترمودینامیکی همراه است که تفاوت در چرخه های عملیاتی و طراحی را تعیین می کند.

طبقه بندی موتورهای احتراق داخلی پیستونی در شکل نشان داده شده است. 1.1. معیار طبقه بندی اولیه، نوع سوختی است که موتور روی آن کار می کند. سوخت های گازی برای موتورهای احتراق داخلی گازهای طبیعی، مایع و ژنراتور هستند. سوخت‌های مایع محصولات پالایش نفت هستند: بنزین، نفت سفید، سوخت دیزل و غیره. موتورهای گازی-مایع با مخلوطی از سوخت‌های گازی و مایع کار می‌کنند که سوخت گازی سوخت اصلی است و سوخت مایع به عنوان پایلوت در مقادیر کم استفاده می‌شود. . موتورهای چند سوختی قادر به کار طولانی مدت بر روی انواع سوخت از نفت خام تا بنزین با اکتان بالا هستند.

موتورهای احتراق داخلی نیز بر اساس معیارهای زیر طبقه بندی می شوند:

با روش احتراق مخلوط کاری- با احتراق اجباری و احتراق فشرده؛

با توجه به روش اجرای چرخه کاری - دو زمانه و چهار زمانه، سوپرشارژ و تنفس طبیعی؛

برنج. 1.1. طبقه بندی موتورهای احتراق داخلی

با روش تشکیل مخلوط - با تشکیل مخلوط خارجی (کاربراتور و گاز) و با تشکیل مخلوط داخلی (دیزل و بنزین با تزریق سوخت به سیلندر).

با روش خنک کننده - با خنک کننده مایع و هوا؛

با توجه به چیدمان سیلندرها - تک ردیفی با آرایش افقی عمودی و شیبدار. دو ردیف با چیدمان V شکل و مخالف.

تبدیل انرژی شیمیایی سوخت سوخته شده در سیلندر موتور به کار مکانیکی با کمک یک جسم گازی - محصولات احتراق سوخت مایع یا گازی - انجام می شود. تحت تأثیر فشار گاز، پیستون یک حرکت رفت و برگشتی انجام می دهد که با استفاده از مکانیسم میل لنگ موتور احتراق داخلی به حرکت چرخشی میل لنگ تبدیل می شود. قبل از در نظر گرفتن فرآیندهای کاری، اجازه دهید در مورد مفاهیم و تعاریف اساسی اتخاذ شده برای موتورهای احتراق داخلی صحبت کنیم.

در طی یک دور چرخش میل لنگ، پیستون دو بار در موقعیت های شدید قرار می گیرد، جایی که جهت حرکت آن تغییر می کند (شکل 1.2). این موقعیت های پیستون معمولا نامیده می شوند نقاط مرده، زیرا نیروی وارد شده به پیستون در این لحظه نمی تواند باعث حرکت چرخشی میل لنگ شود. موقعیت پیستون در سیلندر که در آن فاصله آن از محور میل موتور به حداکثر می رسد را می گویند. نقطه مرگ بالا(TDC). نقطه مرگ پایین(BDC) موقعیت پیستون در سیلندر است که در آن فاصله آن از محور محور موتور به حداقل می رسد.

فاصله در امتداد محور سیلندر بین نقاط مرده را ضربه پیستون می گویند. هر حرکت پیستون مربوط به چرخش 180 درجه میل لنگ است.

حرکت پیستون در سیلندر باعث تغییر حجم فضای بالای پیستون می شود. حجم حفره داخلی سیلندر زمانی که پیستون در TDC است نامیده می شود حجم محفظه احتراقV ج .

حجم سیلندر که توسط پیستون در هنگام حرکت بین نقاط مرده ایجاد می شود نامیده می شود جابجایی سیلندرV ساعت .

جایی که د – قطر سیلندر، میلی متر؛

اس - کورس پیستون، میلی متر

حجم فضای بالای پیستون زمانی که پیستون در BDC قرار دارد نامیده می شود حجم کل سیلندرV آ .

شکل 1.2. نمودار موتور احتراق داخلی پیستونی

جابجایی موتور حاصلضرب جابجایی سیلندر ضربدر تعداد سیلندرها است.

نسبت حجم کل سیلندر V آبه حجم محفظه احتراق V جتماس گرفت نسبت تراکم

.

هنگامی که پیستون در سیلندر حرکت می کند، علاوه بر تغییر حجم سیال عامل، فشار، دما، ظرفیت گرمایی و انرژی داخلی آن نیز تغییر می کند. چرخه عملیاتی مجموعه ای از فرآیندهای متوالی است که برای تبدیل انرژی حرارتی سوخت به انرژی مکانیکی انجام می شود.

دستیابی به فرکانس چرخه های کاری با استفاده از مکانیسم های خاص و سیستم های موتور تضمین می شود.

چرخه عملکرد هر موتور احتراق داخلی پیستونی را می توان طبق یکی از دو طرح نشان داده شده در شکل انجام داد. 1.3.

با توجه به نمودار نشان داده شده در شکل. 1.3a، چرخه کاری به شرح زیر انجام می شود. سوخت و هوا به نسبت های مشخصی در خارج از سیلندر موتور مخلوط می شوند و یک مخلوط قابل احتراق را تشکیل می دهند. مخلوط حاصل وارد سیلندر (مصرف) می شود، پس از آن فشرده می شود. فشرده سازی مخلوط، همانطور که در زیر نشان داده خواهد شد، برای افزایش کار در هر چرخه ضروری است، زیرا این امر محدودیت های دمایی را که در آن فرآیند کار انجام می شود گسترش می دهد. پیش فشرده سازی همچنین شرایط بهتری را برای احتراق مخلوط هوا و سوخت ایجاد می کند.

در طول جذب و فشرده سازی مخلوط در سیلندر، مخلوط اضافی سوخت و هوا رخ می دهد. مخلوط قابل احتراق آماده شده در سیلندر با استفاده از جرقه الکتریکی مشتعل می شود. به دلیل احتراق سریع مخلوط در سیلندر، دما و در نتیجه فشار به شدت افزایش می یابد که تحت تأثیر آن پیستون از TDC به BDC حرکت می کند. در طول فرآیند انبساط، گرم می شود درجه حرارت بالاگازها می سازند کار مفید. فشار و همراه با آن دمای گازهای سیلندر کاهش می یابد. پس از انبساط، سیلندر از محصولات احتراق (اگزوز) تمیز می شود و چرخه کار تکرار می شود.

برنج. 1.3. نمودارهای چرخه عملکرد موتور

در طرح در نظر گرفته شده، تهیه مخلوطی از هوا و سوخت، یعنی فرآیند تشکیل مخلوط، عمدتاً در خارج از سیلندر اتفاق می افتد و سیلندر با یک مخلوط قابل احتراق آماده پر می شود، بنابراین موتورهایی که طبق این طرح کار می کنند به نام موتورهای با تشکیل مخلوط خارجیاین موتورها شامل موتورهای کاربراتوری هستند که با بنزین کار می کنند، موتورهای گازسوز و موتورهایی با تزریق سوخت به منیفولد ورودی، یعنی موتورهایی که از سوختی استفاده می کنند که به راحتی تبخیر می شود و در شرایط عادی به خوبی با هوا مخلوط می شود.

فشرده سازی مخلوط در سیلندر در موتورهای با تشکیل مخلوط خارجیباید به گونه ای باشد که فشار و دما در پایان تراکم به مقادیری نرسد که در آن فلاش زودرس یا احتراق خیلی سریع (انفجار) رخ دهد. بسته به سوخت مورد استفاده، ترکیب مخلوط، شرایط انتقال حرارت به دیواره سیلندر و غیره، انتهای فشار تراکم برای موتورهای با تشکیل مخلوط خارجی در محدوده 1.0-2.0 MPa است.

اگر چرخه کار موتور از طرحی که در بالا توضیح داده شد پیروی کند، تشکیل مخلوط خوب و استفاده از جابجایی سیلندر تضمین می شود. با این حال، نسبت تراکم محدود مخلوط باعث بهبود راندمان موتور نمی شود و نیاز به احتراق اجباری طراحی آن را پیچیده می کند.

اگر چرخه کار مطابق با طرح نشان داده شده در شکل انجام شود. 1.3b , فرآیند تشکیل مخلوط فقط در داخل سیلندر رخ می دهد. سیلندر کار در در این موردنه با مخلوط، بلکه با هوا (ورودی) که فشرده شده است پر می شود. در پایان فرآیند تراکم، سوخت از طریق یک نازل تحت فشار بالا به داخل سیلندر تزریق می شود. هنگام تزریق، به خوبی اسپری می شود و با هوای داخل سیلندر مخلوط می شود. ذرات سوخت که در تماس با هوای گرم قرار می گیرند، تبخیر می شوند و مخلوط هوا و سوخت را تشکیل می دهند. احتراق مخلوط زمانی که موتور طبق این طرح کار می کند در نتیجه گرم کردن هوا تا دمای بیش از خود اشتعال سوخت به دلیل فشرده سازی رخ می دهد. برای جلوگیری از فلاش زودرس، پاشش سوخت تنها در پایان ضربه فشرده سازی شروع می شود. تا زمان احتراق، تزریق سوخت معمولاً هنوز به پایان نرسیده است. مخلوط هوا و سوخت تشکیل شده در طول فرآیند تزریق ناهمگن است، در نتیجه احتراق کامل سوخت تنها با مقدار زیادی هوا امکان پذیر است. به عنوان یک نتیجه از نسبت تراکم بالاتر مجاز در هنگام کارکرد موتور طبق این طرح، راندمان بالاتر تضمین می شود. پس از احتراق سوخت، روند انبساط و تمیز کردن سیلندر از محصولات احتراق (اگزوز) به دنبال دارد. بنابراین، در موتورهایی که طبق طرح دوم کار می کنند، کل فرآیند تشکیل و آماده سازی مخلوط است مخلوط قابل احتراقاحتراق در داخل سیلندر رخ می دهد. به چنین موتورهایی موتور می گویند با تشکیل مخلوط داخلی. موتورهایی که در آنها احتراق سوخت در نتیجه تراکم زیاد اتفاق می افتد، نامیده می شوند موتورهای احتراق تراکمی یا موتورهای دیزلی.

چرخه عملکرد یک موتور احتراق داخلی چهار زمانه

موتوری که چرخه کار آن در چهار زمان یا دو دور چرخش میل لنگ کامل می شود، نامیده می شود. چهار زمانه. چرخه عملکرد در چنین موتوری به صورت زیر رخ می دهد.

اندازه گیری اول – ورودی(شکل 1.4). در ابتدای حرکت اول، پیستون در موقعیتی نزدیک به TDC قرار دارد. ورودی از لحظه ای که دریچه ورودی باز می شود، 10 تا 30 درجه قبل از TDC شروع می شود.

برنج. 1.4. ورودی

محفظه احتراق با محصولات احتراق حاصل از فرآیند قبلی پر شده است که فشار آن کمی بیشتر از فشار اتمسفر است. بر نمودار نشانگرموقعیت اولیه پیستون با نقطه مطابقت دارد r. هنگامی که میل لنگ می چرخد ​​(در جهت فلش)، شاتون پیستون را به سمت BDC حرکت می دهد و مکانیسم توزیع، سوپاپ ورودی را کاملا باز می کند و فضای بالای پیستون سیلندر موتور را با منیفولد ورودی متصل می کند. در لحظه اولیه ورودی، شیر تازه شروع به بالا رفتن می کند و دهانه ورودی یک شکاف باریک گرد به ارتفاع چند دهم میلی متر است. بنابراین، در این لحظه ورودی، مخلوط قابل احتراق (یا هوا) تقریباً به داخل سیلندر نمی رود. با این حال، پیشبرد دهانه ورودی ضروری است تا زمانی که پیستون پس از عبور از TDC شروع به پایین آمدن می کند، تا حد امکان باز باشد و مانع جریان هوا یا مخلوط به داخل سیلندر نشود. در نتیجه حرکت پیستون به BDC، سیلندر با یک بار تازه (هوا یا مخلوط قابل احتراق) پر می شود.

علاوه بر این، به دلیل مقاومت سیستم ورودیو دریچه های ورودی، فشار در سیلندر 0.01-0.03 مگاپاسکال کمتر از فشار در منیفولد ورودی می شود. . در نمودار نشانگر، سکته ورودی با خط مطابقت دارد ra

کورس مکش شامل ورودی گازها است که وقتی حرکت پیستون نزولی شتاب می‌گیرد و مکش زمانی که حرکت آن کند می‌شود اتفاق می‌افتد.

مکش هنگام شتاب دادن به حرکت پیستون از لحظه ای که پیستون شروع به پایین آمدن می کند شروع می شود و در لحظه ای که پیستون به حداکثر سرعت در تقریباً 80 درجه چرخش محور پس از TDC می رسد به پایان می رسد. هنگامی که پیستون شروع به پایین آمدن می کند، به دلیل باز شدن کوچک دریچه ورودی، هوا یا مخلوط کمی به داخل سیلندر می رود و بنابراین گازهای باقیمانده در محفظه احتراق از چرخه قبلی منبسط شده و فشار سیلندر کاهش می یابد. هنگامی که پیستون پایین می آید، مخلوط یا هوای قابل احتراق که در منیفولد ورودی استراحت می کرد یا با سرعت کم در آن حرکت می کرد، شروع به عبور از سیلندر با سرعت تدریجی افزایش می کند و حجم تخلیه شده توسط پیستون را پر می کند. با پایین آمدن پیستون، سرعت آن به تدریج افزایش می یابد و زمانی که میل لنگ تقریباً 80 درجه می چرخد، به حداکثر می رسد. در این حالت سوراخ ورودی بیشتر و بیشتر باز می شود و مخلوط قابل احتراق (یا هوا) به مقدار زیاد به داخل سیلندر می رود.

ورودی با حرکت آهسته پیستون از لحظه ای که پیستون به بالاترین سرعت خود می رسد آغاز می شود و در BDC به پایان می رسد. , وقتی سرعتش صفر باشه با کاهش سرعت پیستون، سرعت عبور مخلوط (یا هوا) به داخل سیلندر تا حدودی کاهش می یابد، اما در BDC این سرعت صفر نیست. هنگامی که پیستون به آرامی حرکت می کند، مخلوط قابل احتراق (یا هوا) به دلیل افزایش حجم سیلندر آزاد شده توسط پیستون و همچنین به دلیل نیروی اینرسی آن وارد سیلندر می شود. در این حالت، فشار در سیلندر به تدریج افزایش می یابد و در BDC حتی ممکن است از فشار در لوله ورودی بیشتر شود.

بسته به درجه تقویت (0.13-0.45 مگاپاسکال) در موتورهای سوپرشارژ، فشار منیفولد ورودی می تواند نزدیک به اتمسفر در موتورهای تنفس طبیعی یا بیشتر باشد.

ورودی در لحظه بسته شدن درگاه ورودی (40-60 درجه) پس از BDC به پایان می رسد. زمانی که پیستون به تدریج بالا می رود، بسته شدن دریچه ورودی به تعویق می افتد، یعنی. کاهش حجم گازها در سیلندر در نتیجه، مخلوط (یا هوا) به دلیل خلاء یا اینرسی جریان گاز که در جریان جریان جت به داخل سیلندر انباشته شده است، وارد سیلندر می شود.

در سرعت های پایین شفت، به عنوان مثال هنگام راه اندازی موتور، نیروی اینرسی گازها در منیفولد ورودی تقریباً به طور کامل وجود ندارد، بنابراین، در طول تأخیر ورودی، انتشار معکوس مخلوط (یا هوا) وارد شده به سیلندر زودتر در طول ورودی اصلی.

در سرعت های متوسط، اینرسی گازها بیشتر است، بنابراین در همان ابتدای بالا آمدن پیستون، شارژ مجدد اتفاق می افتد. با این حال، با بالا رفتن پیستون، فشار گاز در سیلندر افزایش می‌یابد و شارژ مجدد که شروع شده ممکن است به انتشار معکوس تبدیل شود.

در سرعت های بالا، نیروی اینرسی گازها در منیفولد ورودی نزدیک به حداکثر است، بنابراین سیلندر به شدت شارژ می شود و انتشار معکوس رخ نمی دهد.

اندازه گیری دوم - فشرده سازیهنگامی که پیستون از BDC به TDC حرکت می کند (شکل 1.5)، بار وارد شده به سیلندر فشرده می شود.

همزمان فشار و دمای گازها افزایش می یابد و با مقداری حرکت پیستون از BDC، فشار سیلندر با فشار ورودی برابر می شود (نقطه). تیدر نمودار نشانگر). پس از بسته شدن سوپاپ، با حرکت بیشتر پیستون، فشار و دما در سیلندر همچنان افزایش می یابد. مقدار فشار در پایان فشرده سازی (نقطه با) به درجه فشرده سازی، سفتی حفره کار، انتقال حرارت به دیوارها و همچنین به مقدار فشار فشرده سازی اولیه بستگی دارد.

شکل 1.5. فشرده سازی

فرآیند اشتعال و احتراق سوخت، چه در حین تشکیل مخلوط خارجی و چه داخلی، به زمان نیاز دارد، هرچند بسیار کم. برای استفاده بهینه از گرمای آزاد شده در حین احتراق، لازم است که احتراق سوخت با موقعیت پیستون نزدیک به TDC خاتمه یابد. بنابراین، احتراق مخلوط کاری از جرقه الکتریکی در موتورهای با تشکیل مخلوط خارجی و تزریق سوخت به سیلندر موتورهای با تشکیل مخلوط داخلی معمولاً قبل از رسیدن پیستون به TDC انجام می شود. بنابراین، در طول ضربه دوم، بار در سیلندر عمدتا فشرده می شود. علاوه بر این، در ابتدای حرکت، شارژ سیلندر ادامه می یابد و در پایان، احتراق سوخت آغاز می شود. در نمودار نشانگر، ضربان دوم مربوط به خط است ac اندازه گیری سوم - احتراق و انبساطضربه سوم زمانی رخ می دهد که پیستون از TDC به BDC حرکت می کند (شکل 1.6). در ابتدای ضربه، سوختی که وارد سیلندر شده و در پایان ضربه دوم برای این کار آماده شده بود، به شدت می سوزد.

به دلیل آزاد شدن مقدار زیادی گرما، با وجود افزایش جزئی حجم داخل سیلندر، دما و فشار در سیلندر به شدت افزایش می یابد (بخش сzدر نمودار نشانگر).

تحت تأثیر فشار، پیستون بیشتر به سمت BDC حرکت می کند و گازها منبسط می شوند. در هنگام انبساط، گازها کار مفیدی انجام می دهند، بنابراین سومین ضربه نیز نامیده می شود پیشرفت کار.در نمودار نشانگر، ضربان سوم مربوط به خط است сzb.

برنج. 1.6. افزونه

اندازه چهارم - رهایی.در طول ضربه چهارم، سیلندر از گازهای خروجی پاک می شود (شکل 1.7 ). پیستون که از BDC به TDC حرکت می کند، گازهای سیلندر را از طریق دریچه اگزوز باز جابجا می کند. در موتورهای چهار زمانه، درگاه اگزوز 40 تا 80 درجه باز می شود تا زمانی که پیستون به BDC (نقطه) برسد. ب) و پس از عبور پیستون از TDC آن را 20-40 درجه ببندید. بنابراین، مدت زمان تمیز کردن سیلندر از گازهای خروجی است موتورهای مختلفزاویه چرخش میل لنگ 240 تا 300 درجه فرآیند اگزوز را می توان به پیش اگزوز تقسیم کرد که با پایین آمدن پیستون از لحظه باز شدن درگاه اگزوز (نقطه) اتفاق می افتد ب) به BDC، یعنی در طول 40-80 درجه، و اگزوز اصلی، که زمانی رخ می دهد که پیستون از BDC حرکت می کند تا درگاه اگزوز بسته شود، یعنی در طول 200-220 درجه چرخش میل لنگ. در حین آزادسازی، پیستون پایین می آید و نمی تواند گازهای خروجی را از سیلندر خارج کند.

با این حال، در آغاز پیش اگزوز، فشار در سیلندر به طور قابل توجهی بیشتر از منیفولد اگزوز است.

بنابراین، گازهای خروجی به دلیل فشار اضافی خود، در سرعت های بحرانی از سیلندر خارج می شوند. جریان گازها در چنین سرعت های بالایی با یک جلوه صوتی همراه است که برای جذب صدا خفه کن ها نصب می شود.

نرخ جریان بحرانی گاز خروجی در دماهای 800-1200 کلوین 500-600 متر بر ثانیه است.

برنج. 1.7. رهایی

با نزدیک شدن پیستون به BDC، فشار و دمای گاز در سیلندر کاهش می یابد و سرعت جریان گاز خروجی کاهش می یابد. هنگامی که پیستون به BDC نزدیک می شود، فشار در سیلندر کاهش می یابد. با این کار انقضای بحرانی پایان می یابد و انتشار اصلی آغاز می شود. خروج گازها در حین رهاسازی اصلی در سرعت های کمتری اتفاق می افتد و در پایان رهاسازی به 60 تا 160 متر بر ثانیه می رسد. بنابراین، پیش رهاسازی کوتاه تر، سرعت های گاز بسیار زیاد و رهاسازی اصلی تقریباً سه برابر طولانی تر است، اما در این زمان گازها با سرعت های کمتر از سیلندر خارج می شوند. بنابراین، مقدار گازهای خروجی از سیلندر در هنگام پیش اگزوز و اگزوز اصلی تقریباً یکسان است. با کاهش دور موتور، تمام فشارهای سیکل کاهش می یابد و بنابراین فشار در لحظه باز شدن درگاه اگزوز کاهش می یابد. بنابراین، در سرعت های چرخش متوسط ​​کاهش می یابد و در برخی از حالت ها (در سرعت های پایین) خروج گازها در سرعت های بحرانی مشخصه قبل از انتشار کاملاً از بین می رود.

دمای گازهای موجود در خط لوله با توجه به زاویه چرخش میل لنگ از حداکثر در ابتدای رهاسازی تا حداقل در انتهای آن متغیر است. قبل از باز کردن خروجی، ناحیه مفید نمودار نشانگر را کمی کاهش می دهد. با این حال، باز کردن این سوراخ دیرتر باعث می شود که گازهای پرفشار در سیلندر محبوس شوند و در هنگام حرکت پیستون، برای حذف آنها باید کار بیشتری صرف شود.

تاخیر جزئی در بسته شدن درگاه اگزوز این فرصت را ایجاد می کند که از اینرسی گازهای خروجی که قبلاً از سیلندر خارج شده اند برای تمیز کردن بهتر سیلندر از گازهای سوخته استفاده شود. با وجود این، برخی از محصولات احتراق ناگزیر در سر سیلندر باقی می مانند و از هر چرخه معین به چرخه بعدی به شکل گازهای باقی مانده عبور می کنند. در نمودار نشانگر، ضربان چهارم با خط مطابقت دارد zb.

ضربه چهارم به چرخه کار پایان می دهد. در حرکت بیشترپیستون، تمام فرآیندهای چرخه در یک دنباله تکرار می شوند.

فقط حرکت احتراق و انبساط در حال کار است.

هر چه سیلندر به طور کامل از گازهای خروجی پاک شود و بیشتر شارژ تازهبنابراین، کار مفیدتری را می توان در هر چرخه به دست آورد.

برای بهبود تمیز کردن و پر کردن سیلندر، سوپاپ اگزوز نه در انتهای کورس اگزوز (TDC)، بلکه کمی دیرتر (زمانی که میل لنگ بعد از TDC 5-30 درجه می چرخد) بسته می شود، یعنی در ابتدای اولین ضربه. . به همین دلیل، دریچه ورودی با مقداری پیشروی باز می شود (10-30 درجه قبل از TDC، یعنی در پایان ضربه چهارم). بنابراین، در پایان ضربه چهارم، هر دو دریچه می توانند برای مدت معینی باز باشند. این موقعیت دریچه ها نامیده می شود همپوشانی دریچهاین به بهبود پر شدن در نتیجه عمل بیرون ریختن جریان گاز در خط لوله اگزوز کمک می کند.

از بررسی چرخه عملکرد چهار زمانه، نتیجه می شود که یک موتور چهار زمانه تنها نیمی از زمان صرف شده در چرخه را به عنوان یک موتور حرارتی (کرش های فشرده سازی و انبساط) عمل می کند. در نیمه دوم زمان (مصرف ورودی و اگزوز) موتور مانند یک پمپ هوا کار می کند.

حدود صد سال است که در سرتاسر جهان، اصلی است واحد قدرتبر روی اتومبیل و موتور سیکلت، تراکتور و کمباین و سایر تجهیزات موتور احتراق داخلی است. در آغاز قرن بیستم برای جایگزینی موتورها آمده است احتراق خارجی(بخار)، حتی در قرن بیست و یکم از نظر اقتصادی بیشترین میزان را دارد نگاه موثرموتور در این مقاله نگاهی دقیق به دستگاه و اصل کار خواهیم انداخت. انواع مختلف ICE و سیستم های کمکی اصلی آن.

تعریف و ویژگی های کلی عملکرد موتور احتراق داخلی

ویژگی اصلی هر موتور احتراق داخلی این است که سوخت مستقیماً در داخل محفظه کار خود مشتعل می شود و نه در رسانه های خارجی اضافی. در حین کار، انرژی شیمیایی و حرارتی حاصل از احتراق سوخت به کار مکانیکی تبدیل می شود. اصل عملکرد موتور احتراق داخلی بر اساس اثر فیزیکی انبساط حرارتی گازها است که در طی فرآیند احتراق ایجاد می شود. مخلوط سوخت و هواتحت فشار داخل سیلندرهای موتور.

طبقه بندی موتورهای احتراق داخلی

در فرآیند تکامل موتور احتراق داخلی، انواع زیر از این موتورها که کارایی خود را ثابت کرده اند، پدید آمده اند:

• پیستونموتورهای احتراق داخلی در آنها محفظه کار در داخل سیلندرها قرار دارد و انرژی حرارتی از طریق مکانیزم میل لنگ به کار مکانیکی تبدیل می شود که انرژی حرکتی را به میل لنگ منتقل می کند. موتورهای پیستونیبه نوبه خود به تقسیم می شوند
• کاربراتور، که در آن مخلوط هوا و سوختدر کاربراتور تشکیل می شود، به سیلندر تزریق می شود و در آنجا توسط جرقه ای از شمع مشتعل می شود.

• تزریقکه در آن مخلوط مستقیماً از طریق نازل های مخصوص تحت کنترل به منیفولد ورودی می رسد. واحد الکترونیکیکنترل می کند و همچنین توسط یک شمع مشتعل می شود.
• دیزل، که در آن مخلوط هوا و سوخت بدون شمع، با فشرده سازی هوا که با فشار در دمایی بیش از دمای احتراق گرم می شود، مشتعل می شود و سوخت از طریق انژکتورها به داخل سیلندرها تزریق می شود.
• پیستون دوارموتورهای احتراق داخلی در موتورها از این نوعانرژی حرارتی از طریق چرخش روتور توسط گازهای عامل به کار مکانیکی تبدیل می شود فرم خاصو پروفایل روتور در امتداد یک "مسیر سیاره ای" در داخل محفظه کار به شکل هشت حرکت می کند و عملکردهای پیستون، مکانیسم زمان بندی (مکانیسم توزیع گاز) و میل لنگ را انجام می دهد.
• توربین گازیموتورهای احتراق داخلی در این موتورها انرژی حرارتی با چرخاندن روتور با تیغه‌های گوه‌ای مخصوص به کار مکانیکی تبدیل می‌شود که محور توربین را به حرکت در می‌آورد.

مطمئن ترین، بی تکلف، مقرون به صرفه ترین از نظر مصرف سوخت و نیاز به تعمیر و نگهداری منظم موتورهای پیستونی هستند.

تجهیزات با انواع دیگر موتورهای احتراق داخلی را می توان در کتاب قرمز گنجاند. خودروهای امروزی با موتورهای پیستونی دوارفقط مزدا میسازه کرایسلر یک سری خودروهای آزمایشی با موتور توربین گاز تولید کرد، اما این در دهه 60 بود و هیچ یک از خودروسازان به این موضوع برنگشتند. در اتحاد جماهیر شوروی موتورهای توربین گازیتانک های T-80 و کشتی های فرود زبر مجهز شدند، اما بعداً تصمیم به کنار گذاشتن این نوع موتور گرفته شد. در این راستا، اجازه دهید به تفصیل در مورد «فتح سلطه جهانی» موتورهای احتراق داخلی پیستونی.

محفظه موتور در یک ارگانیسم واحد ترکیب می شود:

• بلوک سیلندردر داخل محفظه های احتراق که مخلوط سوخت و هوا مشتعل می شود و گازهای حاصل از این احتراق پیستون ها را به حرکت در می آورند.
• مکانیزم میل لنگ، که انرژی حرکت را به میل لنگ منتقل می کند.
• مکانیزم توزیع گازکه برای اطمینان از باز کردن/بستن به موقع دریچه ها برای ورودی/خروجی مخلوط قابل احتراق و گازهای خروجی طراحی شده است.
• سیستم تامین ("تزریق") و احتراق ("اشتعال") مخلوط سوخت و هوا;
• سیستم حذف محصولات احتراق (گازهای خروجی).

موتور احتراق داخلی چهار زمانه Cutaway

هنگامی که موتور روشن می شود، مخلوط هوا و سوخت از طریق سوپاپ های ورودی به سیلندرهای آن تزریق می شود و در آنجا توسط جرقه ای از شمع مشتعل می شود. در حین احتراق و انبساط حرارتی گازها از فشار اضافی، پیستون شروع به حرکت می کند و کار مکانیکی را برای چرخش میل لنگ منتقل می کند.

عملکرد یک موتور احتراق داخلی پیستونی به صورت چرخه ای انجام می شود. این چرخه ها با فرکانس چند صد بار در دقیقه تکرار می شوند. این چرخش مداوم به جلو میل لنگ را که از موتور خارج می شود تضمین می کند.

بیایید اصطلاحات را تعریف کنیم. سکته مغزی یک فرآیند کاری است که در یک موتور در طی یک ضربه پیستون، به طور دقیق تر، در طی یک حرکت در یک جهت، بالا یا پایین رخ می دهد. چرخه مجموعه ای از چرخه هایی است که در یک توالی مشخص تکرار می شوند. با تعداد چرخه های یک کارگر چرخه موتور احتراق داخلیبه دو زمانه (چرخه در یک چرخش میل لنگ و دو حرکت پیستون انجام می شود) و چهار زمانه (در دو دور میل لنگ و چهار حرکت پیستون) تقسیم می شوند. در عین حال، هم در آن ها و هم در سایر موتورها، روند کار طبق برنامه زیر پیش می رود: ورودی؛ فشرده سازی؛ احتراق؛ گسترش و انتشار.

اصول عملکرد موتورهای احتراق داخلی

- اصل کارکرد موتور دو زمانه

هنگامی که موتور روشن می شود، پیستون که توسط چرخش میل لنگ حمل می شود، شروع به حرکت می کند. به محض اینکه به نقطه مرگ پایین خود (BDC) می رسد و شروع به حرکت به سمت بالا می کند، مخلوط سوخت و هوا به محفظه احتراق سیلندر می رسد.

در حرکت رو به بالا، پیستون آن را فشرده می کند. هنگامی که پیستون به نقطه مرگ بالای خود (TDC) می رسد، جرقه ای از شمع می آید احتراق الکترونیکیمخلوط سوخت و هوا را مشتعل می کند. بخارات سوخت در حال انبساط فوراً پیستون را به سمت پایین می راند. مرکز مرده.

در این زمان، دریچه اگزوز باز می شود که از طریق آن گازهای داغ خروجی از محفظه احتراق خارج می شود. پس از عبور مجدد از BDC، پیستون حرکت خود را به سمت TDC از سر می گیرد. در این مدت، میل لنگ یک چرخش می کند.

با حرکت جدید پیستون، کانال ورودی مخلوط سوخت و هوا دوباره باز می شود که جایگزین کل حجم گازهای خروجی اگزوز می شود و کل فرآیند دوباره تکرار می شود. با توجه به اینکه کار پیستون در چنین موتورهایی به دو زمان محدود می شود، بسیار کمتر از موتور چهار زمانه، تعداد حرکات در یک واحد زمان معین. تلفات اصطکاک به حداقل می رسد. با این حال، انرژی حرارتی بیشتری آزاد می شود و موتورهای دو زمانه سریعتر و داغتر می شوند.

در موتورهای دو زمانه، پیستون جایگزین می شود مکانیزم سوپاپتوزیع گاز، در حین حرکت در لحظات معین باز و بسته شدن دهانه ورودی و خروجی کار در سیلندر. بدتر شدن تبادل گاز در مقایسه با موتورهای چهار زمانه نقطه ضعف اصلی آن است سیستم فشار کشیخ. با حذف گازهای خروجی، درصد معینی از نه تنها ماده کار، بلکه قدرت نیز از بین می رود.

زمینه های کاربرد عملی موتورهای احتراق داخلی دو زمانه موتور سیکلت و اسکوتر است. موتورهای قایق، ماشین چمن زنی، اره برقی و غیره تجهیزات کم مصرف

موتورهای احتراق داخلی چهار زمانه این معایب را ندارند که در گزینه های مختلف، و تقریباً بر روی تمام اتومبیل های مدرن، تراکتورها و سایر تجهیزات نصب می شوند. در آنها، ورودی / خروجی مخلوط قابل احتراق / گازهای خروجی به شکل فرآیندهای کاری جداگانه انجام می شود و مانند دو زمانه با فشرده سازی و انبساط ترکیب نمی شود. با کمک مکانیسم توزیع گاز، هماهنگی مکانیکی عملکرد دریچه های ورودی و خروجی با سرعت میل لنگ تضمین می شود. در یک موتور چهار زمانه، تزریق مخلوط سوخت و هوا تنها پس از آن انجام می شود حذف کاملگازهای خروجی و بستن دریچه های اگزوز.

فرآیند کار یک موتور احتراق داخلی

هر ضربه یک ضربه پیستون از نقطه مرده بالا به پایین است. در این حالت، موتور مراحل زیر را طی می کند:

• سکته مغزی یک، مصرف. پیستون از نقطه مرده بالا به پایین حرکت می کند. در این زمان خلاء در داخل سیلندر ایجاد می شود و باز می شود دریچه ورودیو مخلوط سوخت و هوا وارد می شود. در انتهای ورودی، فشار در حفره سیلندر از 0.07 تا 0.095 مگاپاسکال است. دما - از 80 تا 120 درجه سانتیگراد.
• ضرب و شتم دو، فشرده سازی. هنگامی که پیستون از پایین به نقطه مرده بالا حرکت می کند و دریچه های ورودی و خروجی بسته می شوند، مخلوط قابل احتراق در حفره سیلندر فشرده می شود. این فرآیند با افزایش فشار به 1.2-1.7 مگاپاسکال و دما - تا 300-400 درجه سانتیگراد همراه است.
• نوار سه، پسوند. مخلوط سوخت و هوا مشتعل می شود. این با آزاد شدن مقدار قابل توجهی انرژی حرارتی همراه است. درجه حرارت در حفره سیلندر به شدت به 2.5 هزار درجه سانتیگراد افزایش می یابد. تحت فشار، پیستون به سرعت به سمت نقطه مرگ پایین خود حرکت می کند. نشانگر فشار از 4 تا 6 مگاپاسکال است.
• نوار چهار، رها کردن. در حین حرکت معکوس پیستون به سمت نقطه مرده بالایی، دریچه اگزوز باز می شود که از طریق آن گازهای خروجی از سیلندر به داخل لوله اگزوز و سپس به داخل آن رانده می شوند. محیط. نشانگرهای فشار در مرحله نهایی چرخه 0.1-0.12 مگاپاسکال است. دما - 600-900 درجه سانتیگراد.

سیستم های کمکی موتور احتراق داخلی

سیستم جرقه زن بخشی از تجهیزات الکتریکی دستگاه بوده و طراحی شده است برای ایجاد جرقهمشتعل کردن مخلوط سوخت و هوا در محفظه کار سیلندر. اجزاءسیستم های جرقه زنی عبارتند از:

• منبع تغذیه. هنگام راه اندازی موتور، این است باتری باتری، و در طول عملیات آن - ژنراتور.
• سوئیچ یا سوئیچ احتراق. قبلاً مکانیکی بود، اما در سال های گذشتهبه طور فزاینده ای الکتریکی دستگاه تماسبرای تامین ولتاژ برق
• ذخیره انرژی. کویل یا اتوترانسفورماتور واحدی است که برای جمع آوری و تبدیل انرژی کافی برای تولید تخلیه مورد نیاز بین الکترودهای شمع طراحی شده است.
• توزیع کننده جرقه (توزیع کننده). دستگاهی که برای توزیع تکانه طراحی شده است ولتاژ بالادر امتداد سیم های منتهی به شمع های هر سیلندر.

سیستم جرقه زنی موتور

- سیستم ورودی

سیستم ورودی موتور احتراق داخلی طراحی شده است برایبدون وقفه ارسالی ها به موتورجوی هوا،برای مخلوط کردن آن با سوخت و تهیه یک مخلوط قابل احتراق. لازم به ذکر است که در موتورهای کاربراتوریدر گذشته، سیستم ورودی شامل یک مجرای هوا و فیلتر هوا. همین. سیستم ورودی ماشین های مدرنتراکتور و سایر تجهیزات عبارتند از:

• ورودی هوا. این لوله ای با شکل مناسب برای هر موتور خاص است. از طریق او هوای جویبه دلیل اختلاف فشار در اتمسفر و موتور به داخل موتور مکیده می شود، جایی که در هنگام حرکت پیستون ها خلاء ایجاد می شود.
• فیلتر هوا. این مواد مصرفیطراحی شده برای تمیز کردن هوای ورودی به موتور از گرد و غبار و ذرات جامد، حفظ آنها بر روی فیلتر.
• سوپاپ دریچه گاز. دریچه هواطراحی شده برای تنظیم تامین مقدار مورد نیاز هوا. به صورت مکانیکی با فشار دادن پدال گاز فعال می شود و وارد می شود فن آوری پیشرفته- استفاده از وسایل الکترونیکی
• منیفولد ورودی. جریان هوا را بین سیلندرهای موتور توزیع می کند. برای توزیع مطلوب جریان هوا از فلپ های ورودی مخصوص و تقویت کننده خلاء استفاده می شود.

سیستم سوخت رسانی یا سیستم منبع تغذیه ICE، "مسئول" بدون وقفه تامین سوختبرای تشکیل مخلوط سوخت و هوا قسمت سیستم سوختشامل می شود:

• مخزن سوخت- ظرفی برای نگهداری بنزین یا گازوئیل با وسیله ای برای جمع آوری سوخت (پمپ).
• خطوط سوخت- مجموعه ای از لوله ها و شیلنگ ها که موتور از طریق آنها "غذای" خود را دریافت می کند.
• دستگاه تشکیل مخلوط، یعنی کاربراتور یا انژکتور- مکانیزم ویژه برای تهیه مخلوط سوخت و هوا و تزریق آن به موتور احتراق داخلی.
• واحد کنترل الکترونیکی(ECU) تشکیل مخلوط و تزریق - در موتورهای تزریقیاین دستگاه "مسئول" همزمان و کار موثردر مورد تشکیل و تامین یک مخلوط قابل احتراق به موتور.
• پمپ سوخت - دستگاه الکتریکیبرای پمپاژ بنزین یا سوخت دیزل به خط سوخت.
• فیلتر سوخت یک مورد مصرفی برای تصفیه سوخت اضافی در طول حمل و نقل از باک به موتور است.

نمودار سیستم سوخت ICE

- سیستم روغن کاری

هدف سیستم روان کننده موتورهای احتراق داخلی -کاهش نیروی اصطکاکو اثر مخرب آن بر قطعات; رهبریبخش های اضافی حرارت; حذفمحصولات دوده و سایش; حفاظتفلز از خوردگی. سیستم روغن کاری موتور احتراق داخلی شامل:

• تابه روغن- مخزن ذخیره روغن موتور. سطح روغن در تابه نه تنها توسط یک میله مخصوص، بلکه توسط یک سنسور کنترل می شود.
• پمپ روغن- روغن را از مخزن پمپ می کند و آن را از طریق کانال های حفاری ویژه - "شبکه" به قطعات لازم موتور می رساند. تحت تأثیر گرانش، روغن از قسمت‌های روغن‌کاری شده به سمت پایین جریان می‌یابد، به داخل ظرف روغن برمی‌گردد، در آنجا جمع می‌شود و چرخه روغن‌کاری دوباره تکرار می‌شود.
• فیلتر روغنذرات جامد روغن موتور ناشی از رسوبات کربن و فرآورده های سایش قطعات را به دام می اندازد و حذف می کند. با هر تعویض روغن موتور، عنصر فیلتر همیشه با فیلتر جدید تعویض می شود.
• رادیاتور روغنطراحی شده برای خنک کردن روغن موتور با استفاده از مایع از سیستم خنک کننده موتور.

سیستم اگزوز موتور احتراق داخلی خدمت می کند برای حذفصرف کرد گازهاو کاهش سر و صداعملکرد موتور در فناوری مدرن، سیستم اگزوز از قسمت های زیر (به ترتیب خروج گازهای خروجی از موتور) تشکیل شده است:

• منیفولد اگزوزاین یک سیستم لوله ساخته شده از چدن مقاوم در برابر حرارت است که گازهای داغ خروجی را دریافت می کند، فرآیند نوسانی اولیه آنها را مرطوب می کند و آن را بیشتر به داخل لوله اگزوز می فرستد.
• داون پیپ- یک خروجی گاز منحنی ساخته شده از فلز مقاوم در برابر آتش، که معمولا "شلوار" نامیده می شود.
• طنین اندازیا در اصطلاح عامیانه صدا خفه کن به ظرفی گفته می شود که گازهای خروجی در آن جدا شده و سرعت آنها کاهش می یابد.
• کاتالیزور- دستگاهی که برای تصفیه گازهای خروجی و خنثی کردن آنها طراحی شده است.
• صدا خفه کن- یک ظرف با مجموعه ای از پارتیشن های ویژه که برای تغییر مکرر جهت جریان گاز و بر این اساس، سطح سر و صدای آنها طراحی شده است.

سیستم اگزوز موتور

- سیستم خنک کننده

اگر روی موتور سیکلت، اسکوتر و موتور سیکلت های ارزان قیمتهنوز در حال استفاده سیستم هواخنک کننده موتور - ضد جریان هوا، سپس برای بیشتر تکنولوژی قدرتمندالبته کافی نیست اینجا کار می کند سیستم سیالخنک کننده مورد نظر برای از بین بردن گرمای اضافیدر موتور و کاهش بارهای حرارتیدر مورد جزئیات آن

• رادیاتورسیستم خنک کننده برای انتشار گرمای اضافی به محیط کار می کند. این شامل تعداد زیادی لوله آلومینیومی منحنی است که دارای پره هایی برای انتقال حرارت اضافی است.
• پنکهطراحی شده برای افزایش اثر خنک کننده رادیاتور از جریان هوای ورودی.
• پمپ آب(پمپ) - مایع خنک کننده را از طریق دایره های "کوچک" و "بزرگ" هدایت می کند و از گردش آن در موتور و رادیاتور اطمینان حاصل می کند.
• ترموستات- یک سوپاپ ویژه که با اجرای آن در یک "دایره کوچک"، دور زدن رادیاتور (با موتور سرد) و در یک "دایره بزرگ"، از طریق رادیاتور - هنگامی که موتور گرم است، دمای بهینه مایع خنک کننده را تضمین می کند.

عملکرد هماهنگ این سیستم های کمکی حداکثر بازده موتور احتراق داخلی و قابلیت اطمینان آن را تضمین می کند.

در خاتمه لازم به ذکر است که در آینده قابل پیش بینی ظهور رقبای شایسته برای موتور احتراق داخلی انتظار نمی رود. دلایل زیادی وجود دارد که ادعا کنیم در شکل مدرن و بهبود یافته خود، برای چندین دهه نوع موتور غالب در تمام بخش های اقتصاد جهانی باقی خواهد ماند.