موسسه آموزشی شهرداری

دبیرستان شماره 6

انشا در مورد فیزیک با موضوع:

موتورهای احتراق داخلی. مزایا و معایب آنها.

دانش آموز 8 کلاس "الف".

بوترینوا الکساندرا

معلم: شولپینا تایسیا ولادیمیروا

1. معرفی………………………………………………………………….. صفحه 3

1.1.هدف کار

1.2 وظایف

2. قسمت اصلی.

2.1. تاریخچه ایجاد موتورهای احتراق داخلی…………………. صفحه 4

2.2 آرایش کلی موتورهای احتراق داخلی ………………… صفحه ۷

2.2.1. دستگاه موتورهای دو زمانه و چهار زمانه

احتراق داخلی؛…………………………………………………….. صفحه ۱۵

2.3 موتورهای احتراق داخلی مدرن.

2.3.1. راه حل های طراحی جدید اجرا شده در موتور احتراق داخلی؛…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… p. 21

2.3.2. وظایفی که طراحان با آن روبرو هستند ……………………………………………………………P.۲۲

2.4. مزایا و معایب نسبت به انواع دیگر موتورهای احتراق داخلی……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..P.۲۳

2.5. کاربرد موتور احتراق داخلی…………………………………….P.۲۵

3. به نتیجه رسید…………………………………………………………………صفحه 26

4. فهرست منابع…………………………………………………………..صفحه 27

5. کاربردها…………………………………………………………………صفحه 28

1. معرفی.

1.1. هدف کار:

کشف و دستاوردهای دانشمندان در مورد اختراع و کاربرد موتور احتراق داخلی (D.V.S.) را تجزیه و تحلیل کنید، در مورد مزایا و معایب آن صحبت کنید.

1.2. وظایف:

1. ادبیات لازم را مطالعه کنید و مطالب را کار کنید

2. انجام تحقیقات نظری (D.V.S.)

3. دریابید که کدام یک از (D.V.S.) بهتر است.

2. قسمت اصلی.

2.1 .تاریخچه موتور احتراق داخلی .

پروژه اولین موتور احتراق داخلی (ICE) متعلق به مخترع معروف لنگر ساعت، کریستین هویگنس است و در قرن هفدهم پیشنهاد شد. جالب اینجاست که قرار بود از باروت به عنوان سوخت استفاده شود و این ایده توسط یک تفنگ توپخانه ایجاد شد. تمام تلاش های دنیس پاپین برای ساخت ماشینی بر اساس این اصل ناموفق بود. از نظر تاریخی، اولین موتور احتراق داخلی در حال کار در سال 1859 توسط مخترع بلژیکی ژان ژوزف اتین لنوار به ثبت رسید (شکل شماره 1).

موتور Lenoir از راندمان حرارتی پایینی برخوردار است، علاوه بر این، در مقایسه با سایر موتورهای احتراق داخلی، قدرت بسیار پایینی در هر واحد جابجایی سیلندر گرفته است.

یک موتور 18 لیتری تنها 2 اسب بخار قدرت داشت. این کاستی ها به این دلیل بود که موتور Lenoir مخلوط سوخت را قبل از احتراق فشرده نمی کند. موتور اتو با قدرت برابر با آن (در چرخه آن یک ضربه فشرده سازی ویژه ارائه شد) چندین برابر وزن کمتری داشت و بسیار فشرده تر بود.
حتی مزایای آشکار موتور Lenoir - سر و صدای نسبتا کم (نتیجه خروج اگزوز در فشار تقریباً اتمسفر) و سطح پایین ارتعاش (نتیجه توزیع یکنواخت تر ضربات قدرت در چرخه) به مقاومت در برابر رقابت کمک نکرد. .

اما در حین کار موتورها مشخص شد که مصرف گاز به ازای هر اسب بخار 3 متر مکعب است. در ساعت به جای حدود 0.5 متر مکعب مورد انتظار. راندمان موتور Lenoir تنها 3.3٪ بود در حالی که موتورهای بخار آن زمان به راندمان 10٪ می رسید.

در سال 1876، اتو و لانگن یک موتور جدید 0.5 اسب بخاری را در دومین نمایشگاه جهانی پاریس به نمایش گذاشتند (شکل شماره 2).

شکل 2 موتور اتو

علیرغم ناقص بودن طراحی این موتور که یادآور اولین ماشین های بخار اتمسفر بود، کارایی بالایی برای آن زمان نشان داد. مصرف گاز 82 متر مکعب بر متر بود. هر اسب بخار در ساعت و بازده. 14 درصد بوده است. به مدت 10 سال، حدود 10000 موتور از این دست برای صنایع کوچک ساخته شد.

اتو در سال 1878 یک موتور چهار زمانه بر اساس ایده Boudet-Roche ساخت. همزمان با استفاده از گاز به عنوان سوخت، ایده استفاده از بخارات بنزین، بنزین، نفتا به عنوان ماده ای برای مخلوط قابل احتراق و از دهه 90 نفت سفید شروع به توسعه کرد. مصرف سوخت در این موتورها حدود 0.5 کیلوگرم بر اسب بخار در ساعت بود.

از آن زمان، موتورهای احتراق داخلی (D.V.S.) با توجه به اصل عملکرد، مواد مورد استفاده در ساخت را تغییر دادند. موتورهای احتراق داخلی قوی تر، فشرده تر، سبک تر شده اند، اما هنوز در موتور احتراق داخلی، از هر 10 لیتر سوخت، تنها حدود 2 لیتر برای کار مفید مصرف می شود، 8 لیتر باقی مانده هدر می رود. یعنی راندمان موتور احتراق داخلی تنها 20 درصد است.

2. 2. آرایش کلی موتور احتراق داخلی.

در هسته هر D.V.S. حرکت پیستون در سیلندر تحت تأثیر فشار گازهایی است که در طی احتراق مخلوط سوخت تشکیل می شود که از این پس به عنوان عامل کار نامیده می شود. در این حالت خود سوخت نمی سوزد. فقط بخارات آن مخلوط شده با هوا می سوزد که مخلوط کاری موتور احتراق داخلی است. اگر این مخلوط را آتش بزنید، فوراً می سوزد و حجم آن چند برابر می شود. و اگر مخلوط را در یک حجم بسته قرار دهید و یک دیوار را متحرک کنید، سپس روی این دیوار
فشار زیادی وجود خواهد داشت که دیوار را حرکت می دهد.

D.V.S مورد استفاده در خودروهای سواری شامل دو مکانیسم میل لنگ و توزیع گاز و همچنین سیستم های زیر است:

تغذیه؛

· انتشار گازهای تکمیل شده.

· آتش گرفتن؛

خنک کننده؛

روان کننده ها

جزئیات اصلی موتور احتراق داخلی:

سرسیلندر

· سیلندر؛

· پیستون؛

· رینگ های پیستون؛

پین های پیستون

· میله های اتصال؛

· میل لنگ؛

چرخ طیار

میل بادامک با بادامک;

· دریچه ها؛

· شمع موتور.

اکثر خودروهای کلاس کوچک و متوسط ​​مدرن مجهز به موتورهای چهار سیلندر هستند. موتورهایی با حجم بزرگتر وجود دارد - با هشت یا حتی دوازده سیلندر (شکل 3). هرچه موتور بزرگتر باشد، قدرت آن بیشتر است و مصرف سوخت نیز بیشتر می شود.

اصل کار یک موتور احتراق داخلی با استفاده از مثال یک موتور بنزینی تک سیلندر ساده ترین است. چنین موتوری از یک سیلندر با سطح آینه داخلی تشکیل شده است که یک سر قابل جابجایی به آن پیچ می شود. سیلندر حاوی یک پیستون استوانه ای است - یک شیشه، متشکل از یک سر و یک دامن (شکل 4). پیستون دارای شیارهایی است که رینگ های پیستون در آنها تعبیه شده است. آنها تنگی فضای بالای پیستون را تضمین می کنند و از نفوذ گازهای تولید شده در حین کار موتور به زیر پیستون جلوگیری می کنند. علاوه بر این، رینگ های پیستون از ورود روغن به فضای بالای پیستون جلوگیری می کنند (روغن برای روانکاری سطح داخلی سیلندر در نظر گرفته شده است). به عبارت دیگر، این حلقه ها نقش آب بند را بازی می کنند و به دو نوع فشرده (آنهایی که گازها را عبور نمی دهند) و روغن خراش (جلوگیری از ورود روغن به محفظه احتراق) تقسیم می شوند (شکل 5).

برنج. 3.چیدمان سیلندر در موتورهای طرح بندی مختلف:
الف - چهار سیلندر؛ ب - شش سیلندر؛ ج - دوازده سیلندر (α - زاویه کمبر)

برنج. 4.پیستون

مخلوطی از بنزین و هوا که توسط کاربراتور یا انژکتور تهیه می شود، وارد سیلندر می شود و در آنجا توسط پیستون فشرده شده و با جرقه شمع مشتعل می شود. سوختن و انبساط باعث می شود پیستون به سمت پایین حرکت کند.

بنابراین انرژی حرارتی به انرژی مکانیکی تبدیل می شود.

برنج. 5.پیستون با شاتون:

1 - مونتاژ شاتون؛ 2 - پوشش شاتون؛ 3 - درج شاتون. 4 - مهره پیچ؛ 5 - پیچ پوشش شاتون; 6 - شاتون; 7 - بوش شاتون; 8 - حلقه های نگهدارنده; 9 - پین پیستون؛ 10 - پیستون؛ 11 - حلقه خراش روغن; 12، 13 - حلقه های فشرده سازی

به دنبال آن حرکت پیستون به چرخش شافت تبدیل می شود. برای انجام این کار، پیستون با استفاده از یک پین و یک شاتون، به صورت محوری به میل لنگ میل لنگ متصل می شود که روی یاتاقان های نصب شده در میل لنگ موتور می چرخد ​​(شکل 6).

برنج. 6میل لنگ با چرخ فلایو:

1 - میل لنگ؛ 2 - درج بلبرینگ شاتون; 3 - نیم حلقه های ماندگار؛ 4 - چرخ طیار; 5 - واشر پیچ و مهره های نصب چرخ فلایو; 6 - آسترهای بلبرینگ های اصلی اول، دوم، چهارم و پنجم. 7 - درج یاتاقان مرکزی (سوم).

در نتیجه حرکت پیستون در سیلندر از بالا به پایین و عقب از طریق شاتون، میل لنگ می چرخد.

نقطه مرگ بالا (TDC) بالاترین موقعیت پیستون در سیلندر است (یعنی جایی که پیستون از حرکت به سمت بالا متوقف می شود و آماده شروع حرکت به پایین است) (شکل 4 را ببینید).

پایین ترین موقعیت پیستون در سیلندر (یعنی جایی که پیستون از حرکت به سمت پایین باز می ایستد و آماده شروع حرکت به سمت بالا است) مرکز مرگ پایین (BDC) نامیده می شود (شکل 4 را ببینید).

فاصله بین موقعیت های انتهایی پیستون (از TDC تا BDC) ضربه پیستون نامیده می شود.

با حرکت پیستون از بالا به پایین (از TDC به BDC)، حجم بالای آن از حداقل به حداکثر تغییر می کند. حداقل حجم سیلندر بالای پیستون وقتی در TDC است محفظه احتراق است.

و حجم بالای سیلندر وقتی در BDC باشد حجم کار سیلندر نامیده می شود. به نوبه خود، حجم کار تمام سیلندرهای موتور در مجموع، که بر حسب لیتر بیان می شود، حجم کار موتور نامیده می شود. حجم کل سیلندر مجموع حجم کاری آن و حجم محفظه احتراق در لحظه ای است که پیستون در BDC قرار دارد.

یکی از ویژگی های مهم موتور احتراق داخلی نسبت تراکم آن است که به عنوان نسبت حجم کل سیلندر به حجم محفظه احتراق تعریف می شود. نسبت تراکم نشان می دهد که چند بار مخلوط هوا و سوخت وارد شده به سیلندر هنگامی که پیستون از BDC به TDC حرکت می کند، فشرده می شود. برای موتورهای بنزینی، نسبت تراکم در محدوده 6-14، برای موتورهای دیزل - 14-24 است. نسبت تراکم تا حد زیادی قدرت موتور و کارایی آن را تعیین می کند و همچنین به طور قابل توجهی بر سمیت گازهای خروجی تأثیر می گذارد.

قدرت موتور بر حسب کیلووات یا اسب بخار (که بیشتر استفاده می شود) اندازه گیری می شود. در همان زمان، 1 لیتر. با. تقریباً برابر با 0.735 کیلو وات است. همانطور که قبلاً گفتیم، عملکرد یک موتور احتراق داخلی بر اساس استفاده از نیروی فشار گازهای ایجاد شده در طی احتراق مخلوط هوا و سوخت در سیلندر است.

در موتورهای بنزینی و گازی، مخلوط توسط شمع مشتعل می شود (شکل 7)، در موتورهای دیزلی با فشرده سازی مشتعل می شود.

برنج. 7شمع موتور

هنگامی که یک موتور تک سیلندر کار می کند، میل لنگ آن به طور ناهموار می چرخد: در لحظه احتراق مخلوط قابل احتراق به شدت شتاب می گیرد و بقیه زمان سرعت آن کاهش می یابد. برای بهبود یکنواختی چرخش روی میل لنگ، که از محفظه موتور خارج می شود، یک دیسک عظیم ثابت می شود - یک چرخ طیار (نگاه کنید به شکل 6). هنگامی که موتور در حال کار است، فلایویل می چرخد.

2.2.1. دستگاه دو زمانه و چهار زمانه

موتورهای احتراق داخلی؛

موتور دو زمانه یک موتور احتراق داخلی پیستونی است که در آن فرآیند کار در هر یک از سیلندرها در یک دور میل لنگ یعنی در دو حرکت پیستون انجام می شود. ضربات تراکم و کورس در یک موتور دو زمانه مانند یک موتور چهار زمانه اتفاق می افتد، اما فرآیندهای تمیز کردن و پر کردن سیلندر با هم ترکیب می شوند و نه در یک حرکت جداگانه، بلکه در زمان کوتاهی انجام می شوند. پیستون نزدیک نقطه مرده پایینی است (شکل 8).

شکل 8 موتور دو زمانه

با توجه به اینکه در موتورهای دو زمانه با تعداد سیلندرهای مساوی و تعداد دورهای میل لنگ ضربات کار دو برابر بیشتر می شود، توان لیتری موتورهای دو زمانه بیشتر از چهار زمانه است. موتورهای سکته مغزی - از نظر تئوری دو بار، در عمل 1.5-1.7 بار، زیرا بخشی از سکته مغزی مفید پیستون توسط فرآیندهای تبادل گاز اشغال می شود و خود تبادل گاز کمتر از موتورهای چهار زمانه است.

برخلاف موتورهای چهار زمانه که خروج گازهای خروجی از اگزوز و مکش مخلوط تازه توسط خود پیستون انجام می شود، در موتورهای دو زمانه تبادل گاز با تامین مخلوط کاری یا هوا (در موتورهای دیزلی) انجام می شود. به سیلندر تحت فشار ایجاد شده توسط یک پمپ جابجایی، و فرآیند تبادل گاز خود را - پاکسازی نامیده می شود. در طی فرآیند جمع‌آوری، هوای تازه (مخلوط) محصولات احتراق را از سیلندر خارج می‌کند و به اندام‌های اگزوز می‌دهد و جای آن‌ها را می‌گیرد.

با توجه به روش سازماندهی حرکت جریانهای هوای پاکسازی (مخلوط)، موتورهای دو زمانه با کانتور و تصفیه جریان مستقیم متمایز می شوند.

موتور چهار زمانه یک موتور احتراق داخلی پیستونی است که در آن فرآیند کار در هر یک از سیلندرها در دو دور چرخش میل لنگ، یعنی در چهار حرکت پیستون (سکته مغزی) کامل می شود. این ضربات عبارتند از:

ضربه اول - ورودی:

در طی این چرخه، پیستون از TDC به BDC حرکت می کند. دریچه ورودی باز و دریچه خروجی بسته است. از طریق دریچه ورودی، سیلندر با یک مخلوط قابل احتراق پر می شود تا زمانی که پیستون در BDC قرار گیرد، یعنی حرکت بیشتر به سمت پایین آن غیرممکن می شود. از آنچه قبلاً گفته شد، قبلاً می دانیم که حرکت پیستون در سیلندر مستلزم حرکت میل لنگ و در نتیجه چرخش میل لنگ و بالعکس است. بنابراین، برای اولین حرکت موتور (زمانی که پیستون از TDC به BDC حرکت می کند)، میل لنگ نیم دور می چرخد ​​(شکل 9).

شکل 9 ضربه اول - مکش

مرحله دوم - فشرده سازی .

پس از اینکه مخلوط هوا و سوخت تهیه شده توسط کاربراتور یا انژکتور وارد سیلندر شد، با بقایای گازهای خروجی مخلوط شد و دریچه ورودی پشت آن بسته شد، کار می کند. اکنون لحظه ای فرا رسیده است که مخلوط کار سیلندر را پر کرده است و جایی برای رفتن وجود ندارد: دریچه های ورودی و خروجی کاملاً بسته شده اند. در این مرحله، پیستون شروع به حرکت از پایین به بالا (از BDC به TDC) می کند و سعی می کند مخلوط کار را روی سر سیلندر فشار دهد. با این حال، همانطور که می گویند، او موفق نخواهد شد که این مخلوط را از پیستون به پودر پاک کند
نمی تواند، اما فضای داخلی سیلندر به گونه ای طراحی شده است (و بر این اساس میل لنگ قرار می گیرد و ابعاد میل لنگ انتخاب می شود) به طوری که بالای پیستون واقع در TDC، همیشه، اگر نه خیلی بزرگ، وجود داشته باشد. اما فضای آزاد - محفظه احتراق. در پایان ضربه فشرده سازی، فشار در سیلندر به 0.8-1.2 مگاپاسکال افزایش می یابد و دما به 450-500 درجه سانتیگراد می رسد. (شکل 10)

شکل 10 چرخه دوم - فشرده سازی

چرخه سوم - سکته مغزی کار (اصلی)

چرخه سوم حیاتی ترین لحظه ای است که انرژی حرارتی به انرژی مکانیکی تبدیل می شود. در ابتدای ضربه سوم (و در واقع در پایان ضربه فشرده سازی)، مخلوط قابل احتراق با کمک شمع مشتعل می شود (شکل 11).

شکل 11. سیکل سوم، سکته مغزی.

میزان چهارم - رهاسازی

در طی این فرآیند، دریچه ورودی بسته و دریچه خروجی باز است. پیستون که از پایین به بالا حرکت می کند (از BDC به TDC)، گازهای خروجی باقی مانده در سیلندر را پس از احتراق و انبساط از طریق دریچه اگزوز باز به کانال اگزوز هل می دهد (شکل 12).

Fig.12 انتشار.

هر چهار چرخه به صورت دوره ای در سیلندر موتور تکرار می شود و در نتیجه عملکرد مداوم آن را تضمین می کند و به آن چرخه وظیفه می گویند.

2.3 موتورهای احتراق داخلی مدرن.

2.3.1. راه حل های طراحی جدید اجرا شده در موتور احتراق داخلی.

از زمان Lenoir تا به امروز، موتور احتراق داخلی دستخوش تغییرات زیادی شده است. ظاهر، دستگاه، قدرت آنها تغییر کرده است. سال‌هاست که طراحان در سرتاسر جهان تلاش می‌کنند تا بازدهی یک موتور احتراق داخلی را با سوخت کمتر افزایش دهند تا به قدرت بیشتری دست یابند. اولین گام به سمت این توسعه صنعت بود، ظهور ماشین ابزار دقیق تر برای ساخت DVS، تجهیزات و فلزات جدید (سبک) ظاهر شد. مراحل بعدی در موتورسازی به مالکیت موتورها بستگی داشت. موتورهای قدرتمند، اقتصادی، جمع و جور، نگهداری آسان و بادوام در خودروی ساختمان مورد نیاز بود. در کشتی سازی، تراکتورسازی، به موتورهای کششی با ذخیره قدرت زیاد (عمدتا موتورهای دیزلی) نیاز است.

برای دستیابی به پارامترهای فوق از دور بالا و دور کم استفاده شد. به نوبه خود، در همه موتورها، نسبت تراکم، حجم سیلندر، زمان بندی سوپاپ ها، تعداد سوپاپ های ورودی و خروجی در هر سیلندر و روش های تامین مخلوط به سیلندر تغییر کرد. اولین موتورها با دو سوپاپ بودند، مخلوط از طریق کاربراتوری که شامل یک پخش کننده هوا، دریچه گاز و یک جت سوخت کالیبره شده بود، تغذیه می شد. کاربراتورها به سرعت ارتقاء یافتند و با موتورهای جدید و حالت های عملکرد آنها سازگار شدند. وظیفه اصلی کاربراتور تهیه یک مخلوط قابل احتراق و تامین آن به منیفولد موتور است. علاوه بر این، روش های دیگری برای افزایش قدرت و راندمان موتور احتراق داخلی مورد استفاده قرار گرفت.

2.3.2. چالش های پیش روی طراحان

پیشرفت تکنولوژی به حدی پیش رفته است که موتورهای احتراق داخلی تقریباً غیرقابل تشخیص تغییر کرده اند. نسبت تراکم در سیلندرهای موتور احتراق داخلی به 15 کیلوگرم بر سانتی متر مربع برای موتورهای بنزینی و تا 29 کیلوگرم بر سانتی متر مربع برای موتورهای دیزلی افزایش یافته است. تعداد سوپاپ ها به 6 عدد در هر سیلندر رسیده است، از حجم موتورهای کوچک، قدرتی را که موتورهای با حجم زیاد تولید می کردند، حذف می کنند، به عنوان مثال: 120 اسب بخار از موتور 1600 سی سی و 2400 سی سی از موتور حذف می شود. تا 200 اسب بخار با همه اینها الزامات D.V.S. هر سال افزایش می یابد. این به سلیقه مصرف کننده مربوط می شود. موتورها مشمول الزامات مربوط به کاهش گازهای مضر هستند. امروزه استاندارد EURO-3 در روسیه و استاندارد EURO-4 در کشورهای اروپایی معرفی شده است. این امر طراحان را در سراسر جهان مجبور کرد تا به روش جدیدی برای تامین سوخت، کنترل و کارکرد موتور روی آورند. در زمان ما، برای کار D.V.S. کنترل، مدیریت، ریزپردازنده. گازهای خروجی پس از سوختن توسط انواع مختلف کاتالیزورها انجام می شود. وظیفه طراحان مدرن به شرح زیر است: رضایت مصرف کننده، با ایجاد موتورهایی با پارامترهای لازم، و رعایت استانداردهای EURO-3، EURO-4.

2.4. مزایا و معایب

نسبت به انواع دیگر موتورهای احتراق داخلی

ارزیابی مزایا و معایب D.V.S. با انواع دیگر موتورها، باید انواع خاصی از موتورها را با هم مقایسه کنید.

2.5. استفاده از موتور احتراق داخلی.

D.V.S. در بسیاری از وسایل نقلیه و در صنعت استفاده می شود. موتورهای دو زمانه در جاهایی استفاده می‌شوند که اندازه کوچک مهم است اما مصرف سوخت نسبتاً بی‌اهمیت است، مانند موتورسیکلت‌ها، قایق‌های موتوری کوچک، اره‌های برقی و ابزارهای موتوری. موتورهای چهار زمانه بر روی اکثر خودروهای دیگر نصب می شوند.

3. نتیجه گیری.

ما کشف و دستاوردهای دانشمندان را در مورد موضوع اختراع موتورهای احتراق داخلی تجزیه و تحلیل کردیم، متوجه شدیم که مزایا و معایب آنها چیست.

4. فهرست مراجع.

1. موتورهای احتراق داخلی، جلد 1-3، مسکو.. 1957.

2. فیزیک کلاس 8. A.V. پریشکین.

3. ویکی پدیا (دانشنامه آزاد)

4. مجله "پشت چرخ"

5. کتاب مرجع بزرگ برای دانش آموزان کلاس 5-11. مسکو. انتشارات درفا.

5. کاربرد

عکس. 1 http://images.yandex.ru

شکل 2 http://images.yandex.ru

شکل 3 http://images.yandex.ru

شکل 4 http://images.yandex.ru

شکل 5 http://images.yandex.ru

شکل 6 http://images.yandex.ru

شکل 7 http://images.yandex.ru

شکل 8 http://images.yandex.ru

شکل 9 http://images.yandex.ru

شکل 10 http://images.yandex.ru

شکل 11 http://images.yandex.ru

شکل 12 http://images.yandex.ru

با این حال، گاز روشنایی نه تنها برای روشنایی مناسب بود.

اعتبار ایجاد یک موتور احتراق داخلی موفق تجاری متعلق به مکانیک بلژیکی Jean Etienne Lenoir است. در حین کار در یک کارخانه آبکاری، لنوار به این ایده رسید که مخلوط هوا و سوخت در موتور گازی می تواند توسط جرقه الکتریکی مشتعل شود و تصمیم گرفت بر اساس این ایده موتوری بسازد. لنوار با حل مشکلاتی که در طول مسیر به وجود آمد (سکته محکم و گرم شدن بیش از حد پیستون، منجر به گیر کردن)، با فکر کردن به سیستم خنک کننده و روغن کاری موتور، یک موتور احتراق داخلی قابل اجرا ایجاد کرد. در سال 1864 بیش از سیصد دستگاه از این موتورها با ظرفیت های مختلف تولید شد. لنوآر پس از ثروتمند شدن، کار بر روی بهبود بیشتر ماشین خود را متوقف کرد و این سرنوشت او را از پیش تعیین کرد - او توسط یک موتور پیشرفته تر که توسط مخترع آلمانی آگوست اتو ساخته شده بود و او حق اختراع گاز خود را دریافت کرد، مجبور شد از بازار خارج شود. مدل موتور در سال 1864.

در سال 1864، مخترع آلمانی آگوستو اتو با مهندس ثروتمند لانگن برای اجرای اختراع خود قراردادی امضا کرد - شرکت "اتو و شرکت" ایجاد شد. نه اتو و نه لانگن دانش کافی در مورد مهندسی برق نداشتند و احتراق الکتریکی را رها کردند. آنها با شعله باز از طریق یک لوله مشتعل شدند. سیلندر موتور اتو بر خلاف موتور لنوار عمودی بود. شفت چرخان بالای سیلندر در طرف قرار داده شد. اصل کار: یک محور چرخشی پیستون را به اندازه 1/10 ارتفاع سیلندر بالا می برد که در نتیجه فضای کمیاب زیر پیستون ایجاد می شود و مخلوطی از هوا و گاز به داخل آن مکیده می شود. سپس مخلوط مشتعل شد. در حین انفجار، فشار زیر پیستون تقریباً به 4 اتمسفر افزایش یافت. در اثر این فشار، پیستون بالا رفت، حجم گاز افزایش یافت و فشار کاهش یافت. پیستون ابتدا تحت فشار گاز و سپس با اینرسی بالا رفت تا جایی که خلاء در زیر آن ایجاد شد. بنابراین انرژی سوخت سوخته با حداکثر کامل در موتور استفاده شد. این یافته اصلی اتو بود. حرکت رو به پایین پیستون تحت تأثیر فشار اتمسفر شروع شد و پس از رسیدن فشار در سیلندر به فشار اتمسفر، دریچه اگزوز باز شد و پیستون گازهای خروجی را با جرم خود جابجا کرد. با توجه به گسترش کاملتر محصولات احتراق، راندمان این موتور به طور قابل توجهی بالاتر از راندمان موتور لنوار بود و به 15 درصد رسید، یعنی از راندمان بهترین موتورهای بخار آن زمان فراتر رفت. علاوه بر این ، موتورهای اتو تقریباً پنج برابر اقتصادی تر از موتورهای Lenoir بودند ، آنها بلافاصله تقاضای زیادی پیدا کردند. در سال های بعد حدود پنج هزار دستگاه از آنها تولید شد. با وجود این، اتو سخت تلاش کرد تا طراحی آنها را بهبود بخشد. به زودی، یک چرخ دنده میل لنگ استفاده شد. با این حال، مهم ترین اختراع او در سال 1877 بود، زمانی که اتو اختراع یک موتور سیکل چهار زمانه جدید را دریافت کرد. این چرخه هنوز زیربنای کار اکثر موتورهای بنزینی و بنزینی تا به امروز است.

انواع موتورهای احتراق داخلی

موتور پیستونی

موتور احتراق داخلی دوار

موتور احتراق داخلی توربین گاز

• موتورهای پیستونی - محفظه احتراق در یک سیلندر قرار دارد که در آن انرژی حرارتی سوخت به انرژی مکانیکی تبدیل می شود که با استفاده از مکانیزم میل لنگ از حرکت انتقالی پیستون به حرکت چرخشی تبدیل می شود.

ICE ها طبقه بندی می شوند:

الف) بر اساس هدف - به حمل و نقل، ثابت و ویژه تقسیم می شوند.

ب) با توجه به نوع سوخت مصرفی - مایع سبک (بنزین، گاز)، مایع سنگین (سوخت گازوئیل، نفت کوره دریایی).

ج) با توجه به روش تشکیل یک مخلوط قابل احتراق - خارجی (کاربراتور، انژکتور) و داخلی (در سیلندر موتور).

د) با توجه به روش احتراق (با اشتعال اجباری، با اشتعال تراکمی، کالری سازی).

ه) با توجه به محل قرارگیری سیلندرها به خطی، عمودی، مخالف با یک و دو میل لنگ، V شکل با میل لنگ بالا و پایین، VR شکل و W شکل، تک ردیف و دوتایی تقسیم می شوند. - ردیف ستاره ای، H شکل، دو ردیفه با میل لنگ موازی، "دو فن"، الماس شکل، سه پرتو و برخی دیگر.

بنزین

کاربراتور بنزینی

چرخه کار موتورهای چهار زمانه احتراق داخلی دو دور کامل میل لنگ انجام می شود که شامل چهار حرکت مجزا می شود:

1. مصرف،
2. فشرده سازی شارژ،
3. سکته مغزی کار و
4. رها کردن (اگزوز).

تغییر در چرخه های کاری توسط یک مکانیسم توزیع گاز خاص ارائه می شود، اغلب با یک یا دو میل بادامک، سیستمی از فشار دهنده ها و سوپاپ ها نشان داده می شود که به طور مستقیم تغییر فاز را ارائه می دهد. برخی از موتورهای احتراق داخلی برای این منظور از آستین های قرقره (Ricardo) استفاده می کنند که دارای پورت های ورودی و/یا خروجی هستند. ارتباط حفره سیلندر با کلکتورها در این مورد با حرکات شعاعی و چرخشی آستین قرقره و باز کردن کانال مورد نظر با پنجره ها فراهم می شود. با توجه به ویژگی های دینامیک گاز - اینرسی گازها، زمان وقوع باد گاز، ورودی، کورس برق و اگزوز در یک همپوشانی چرخه چهار زمانه واقعی، این امر نامیده می شود. همپوشانی زمان بندی سوپاپ. هر چه سرعت کارکرد موتور بیشتر باشد، همپوشانی فاز بیشتر و هر چه بزرگتر باشد، گشتاور موتور احتراق داخلی در دورهای پایین کمتر می شود. بنابراین، موتورهای احتراق داخلی مدرن به طور فزاینده ای از دستگاه هایی استفاده می کنند که به شما امکان می دهد زمان بندی سوپاپ را در حین کار تغییر دهید. به ویژه برای این منظور موتورهای با کنترل سوپاپ برقی (BMW، مزدا) مناسب هستند. موتورهای نسبت تراکم متغیر (SAAB) نیز برای انعطاف پذیری بیشتر در دسترس هستند.

موتورهای دو زمانه دارای گزینه‌های چیدمان زیادی و طیف گسترده‌ای از سیستم‌های ساختاری هستند. اصل اساسی هر موتور دو زمانه، انجام عملکردهای یک عنصر توزیع گاز توسط پیستون است. چرخه کاری، به طور دقیق، از سه چرخه تشکیل شده است: سکته مغزی، که از نقطه مرگ بالا به طول می انجامد. TDC) تا 20-30 درجه تا نقطه مرگ پایین ( NMT) پاکسازی که در واقع ورودی و اگزوز و فشرده سازی را با هم ترکیب می کند که از 20-30 درجه بعد از BDC تا TDC طول می کشد. تصفیه، از نقطه نظر دینامیک گاز، حلقه ضعیف چرخه دو زمانه است. از یک طرف، اطمینان از جداسازی کامل شارژ تازه و گازهای خروجی غیرممکن است، بنابراین، یا از دست دادن مخلوط تازه اجتناب ناپذیر است، به معنای واقعی کلمه به داخل لوله اگزوز پرواز می کند (اگر موتور احتراق داخلی یک دیزل باشد، ما از اتلاف هوا صحبت می کنند)، از طرف دیگر، سکته کار نیمی از گردش مالی را دوام نمی آورد، بلکه کمتر است، که به خودی خود باعث کاهش کارایی می شود. در عین حال، مدت زمان فرآیند بسیار مهم تبادل گاز، که در یک موتور چهار زمانه نیمی از چرخه کار را می گیرد، قابل افزایش نیست. موتورهای دو زمانه ممکن است اصلاً سیستم توزیع گاز نداشته باشند. با این حال، اگر ما در مورد موتورهای ارزان قیمت ساده صحبت نمی کنیم، یک موتور دو زمانه به دلیل استفاده اجباری از یک دمنده یا یک سیستم فشار، پیچیده تر و گران تر است، افزایش تنش حرارتی CPG به مواد گران تری برای پیستون ها، رینگ ها نیاز دارد. ، آستر سیلندر. عملکرد عملکرد عنصر توزیع گاز توسط پیستون باعث می شود که ارتفاع آن کمتر از ضربان پیستون + ارتفاع پنجره های پاکسازی نباشد که در یک موتور سیکلت بحرانی نیست، اما به طور قابل توجهی پیستون را حتی در توان های نسبتا کم سنگین تر می کند. . هنگامی که قدرت در صدها اسب بخار اندازه گیری می شود، افزایش جرم پیستون به یک عامل بسیار جدی تبدیل می شود. معرفی آستین های توزیع کننده عمودی در موتورهای ریکاردو تلاشی برای کاهش اندازه و وزن پیستون بود. این سیستم در اجرا پیچیده و گران بود ، به جز هوانوردی ، چنین موتورهایی در هیچ جای دیگری استفاده نشدند. سوپاپ‌های اگزوز (با سوپاپ‌های جریان مستقیم) در مقایسه با سوپاپ‌های اگزوز چهار زمانه، دو برابر تراکم حرارتی دارند و شرایط بدتری برای حذف حرارت دارند و نشیمن‌گاه‌های آن‌ها تماس مستقیم بیشتری با گازهای خروجی دارند.

ساده ترین از نظر ترتیب عملیات و پیچیده ترین از نظر طراحی، سیستم Fairbanks-Morse است که در اتحاد جماهیر شوروی و روسیه عمدتاً توسط لوکوموتیوهای دیزلی سری D100 ارائه شده است. چنین موتوری یک سیستم دو شفت متقارن با پیستون های واگرا است که هر کدام به میل لنگ خود متصل هستند. بنابراین، این موتور دارای دو میل لنگ است که به صورت مکانیکی هماهنگ شده اند. آن که به پیستون های اگزوز متصل است 20-30 درجه از ورودی جلوتر است. با توجه به این پیشرفت، کیفیت حذف، که در این مورد جریان مستقیم است، بهبود می‌یابد و پر شدن سیلندر بهبود می‌یابد، زیرا پنجره‌های اگزوز از قبل در انتهای تخلیه بسته شده‌اند. در دهه 30 - 40 قرن بیستم، طرح هایی با جفت پیستون های واگرا پیشنهاد شد - الماس شکل، مثلثی. موتورهای دیزلی هوانوردی با سه پیستون واگرای شعاعی وجود داشت که دو پیستون ورودی و یک اگزوز بودند. در دهه 1920، یونکرز یک سیستم تک شفت با میله های اتصال بلند که با بازوهای تکان دهنده مخصوص به انگشتان پیستون های بالایی متصل بود، پیشنهاد کرد. پیستون بالایی توسط یک جفت میله اتصال بلند نیروها را به میل لنگ منتقل می کرد و در هر سیلندر سه میل لنگ وجود داشت. همچنین پیستون های مربعی حفره های جمع کننده روی بازوهای راکر وجود داشت. موتورهای دو زمانه با پیستون های واگرا در هر سیستمی اصولاً دو ایراد دارند: اول اینکه بسیار پیچیده و بزرگ هستند و دوم اینکه پیستون ها و آستین های اگزوز در ناحیه پنجره های اگزوز دارای کشش حرارتی و تمایل قابل توجهی هستند. برای گرم شدن بیش از حد رینگ های پیستون اگزوز نیز از نظر حرارتی تحت فشار هستند، مستعد کک شدن و از دست دادن خاصیت ارتجاعی هستند. این ویژگی ها طراحی چنین موتورهایی را به یک کار غیر پیش پا افتاده تبدیل می کند.

موتورهای تخلیه شده با سوپاپ جریان مستقیم مجهز به میل بادامک و دریچه های اگزوز هستند. این امر الزامات مواد و اجرای CPG را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد. ورودی از طریق پنجره های آستر سیلندر که توسط پیستون باز می شود انجام می شود. اکثر دیزل های دو زمانه مدرن اینگونه مونتاژ می شوند. قسمت پنجره و آستین قسمت پایین در بسیاری از موارد توسط هوای شارژ خنک می شود.

در مواردی که یکی از الزامات اصلی موتور کاهش هزینه آن است، از انواع مختلف پاکسازی پنجره-پنجره کانتور محفظه لنگ استفاده می شود - حلقه، حلقه رفت و برگشتی (دفلکتور) در اصلاحات مختلف. برای بهبود پارامترهای موتور، از انواع تکنیک های طراحی استفاده می شود - طول متغیر کانال های ورودی و خروجی، تعداد و مکان کانال های بای پس می تواند متفاوت باشد، قرقره ها، برش های چرخان گاز، آستین ها و پرده ها استفاده می شود که تغییر می کند. ارتفاع پنجره ها (و بر این اساس، لحظات شروع ورودی و اگزوز). اکثر این موتورها به صورت غیرفعال با هوا خنک می شوند. معایب آنها کیفیت نسبتاً پایین تبادل گاز و از بین رفتن مخلوط قابل احتراق در هنگام تصفیه است؛ در حضور چندین سیلندر، بخش های اتاق های میل لنگ باید از هم جدا شده و آب بندی شوند، طراحی میل لنگ پیچیده تر و بیشتر می شود. گران.

واحدهای اضافی مورد نیاز برای موتورهای احتراق داخلی

نقطه ضعف یک موتور احتراق داخلی این است که بالاترین قدرت خود را تنها در محدوده دور باریک تولید می کند. بنابراین، یکی از ویژگی های اساسی یک موتور احتراق داخلی، انتقال نیرو است. فقط در برخی موارد (مثلاً در هواپیماها) می توان از انتقال پیچیده صرف نظر کرد. ایده یک خودروی هیبریدی به تدریج در حال تسخیر جهان است که در آن موتور همیشه در حالت بهینه کار می کند.

علاوه بر این، یک موتور احتراق داخلی به یک سیستم قدرت (برای تأمین سوخت و هوا - تهیه مخلوط سوخت و هوا)، یک سیستم اگزوز (برای گازهای خروجی) و یک سیستم روانکاری (طراحی شده برای کاهش نیروهای اصطکاک در مکانیسم های موتور، محافظت می کند) نیاز دارد. قطعات موتور از خوردگی، و همچنین همراه با سیستم خنک کننده برای حفظ شرایط حرارتی بهینه)، سیستم های خنک کننده (برای حفظ شرایط حرارتی بهینه موتور)، سیستم راه اندازی (روش های راه اندازی استفاده می شود: استارت برقی، با کمک یک کمکی موتور راه اندازی، پنوماتیک، با کمک نیروی ماهیچه ای انسان)، سیستم جرقه زنی (برای احتراق مخلوط هوا و سوخت، مورد استفاده در موتورهای احتراق مثبت).

همچنین ببینید

• فیلیپ لبون - مهندس فرانسوی که در سال 1801 اختراع یک موتور احتراق داخلی را دریافت کرد که مخلوطی از گاز و هوا را فشرده می کند.
• موتور دوار: طرح ها و طبقه بندی
• موتور پیستونی دوار (موتور وانکل)

یادداشت

پیوندها

• بن نایت "افزایش مسافت پیموده شده" //مقاله ای در مورد فناوری هایی که مصرف سوخت موتورهای احتراق داخلی خودرو را کاهش می دهد

در حال حاضر موتور احتراق داخلی نوع اصلی موتور خودرو است. موتور احتراق داخلی (نام اختصاری - ICE) یک موتور حرارتی است که انرژی شیمیایی سوخت را به کار مکانیکی تبدیل می کند.

انواع اصلی موتورهای احتراق داخلی زیر وجود دارد: پیستونی، پیستونی دوار و توربین گاز. از بین انواع موتورهای ارائه شده، رایج ترین موتور احتراق داخلی پیستونی است، بنابراین دستگاه و اصل عملکرد با استفاده از مثال آن در نظر گرفته می شود.

خواصموتور احتراق داخلی پیستونی، که کاربرد گسترده آن را تضمین می کند، عبارتند از: استقلال، تطبیق پذیری (ترکیب با مصرف کنندگان مختلف)، هزینه کم، جمع و جور، وزن کم، توانایی شروع سریع، چند سوخت.

با این حال، موتورهای احتراق داخلی تعدادی ویژگی قابل توجه دارند کاستی هاکه عبارتند از: سطح صدای بالا، سرعت میل لنگ بالا، سمیت گازهای خروجی، منبع کم، راندمان پایین.

بسته به نوع سوخت مورد استفاده، موتورهای بنزینی و دیزلی متمایز می شوند. سوخت های جایگزین مورد استفاده در موتورهای احتراق داخلی گاز طبیعی، سوخت های الکلی - متانول و اتانول، هیدروژن است.

از نظر اکولوژیکی، موتور هیدروژنی امیدوارکننده است، زیرا. انتشارات مضر ایجاد نمی کند. در کنار موتورهای احتراق داخلی، از هیدروژن برای ایجاد انرژی الکتریکی در سلول های سوختی خودروها استفاده می شود.

دستگاه موتور احتراق داخلی

یک موتور احتراق داخلی پیستونی شامل یک محفظه، دو مکانیسم (لنگ و توزیع گاز) و تعدادی سیستم (ورودی، سوخت، احتراق، روانکاری، خنک کننده، اگزوز و سیستم کنترل) است.

محفظه موتور بلوک سیلندر و سرسیلندر را یکپارچه می کند. مکانیسم میل لنگ حرکت رفت و برگشتی پیستون را به حرکت چرخشی میل لنگ تبدیل می کند. مکانیسم توزیع گاز تامین به موقع هوا یا مخلوط سوخت و هوا به سیلندرها و انتشار گازهای خروجی را تضمین می کند.

سیستم مدیریت موتور کنترل الکترونیکی سیستم های موتور احتراق داخلی را فراهم می کند.

عملکرد موتور احتراق داخلی

اصل کار موتور احتراق داخلی بر اساس اثر انبساط حرارتی گازها است که در طی احتراق مخلوط سوخت و هوا رخ می دهد و حرکت پیستون را در سیلندر تضمین می کند.

عملکرد یک موتور احتراق داخلی پیستونی به صورت چرخه ای انجام می شود. هر چرخه کاری در دو دور چرخش میل لنگ انجام می شود و شامل چهار چرخه (موتور چهار زمانه) می باشد: ورودی، تراکم، کورس قدرت و اگزوز.

در طول ضربات ورودی و قدرت، پیستون به سمت پایین حرکت می کند، در حالی که ضربات فشرده سازی و اگزوز به سمت بالا حرکت می کند. چرخه های عملیاتی در هر یک از سیلندرهای موتور در فاز منطبق نیستند، که عملکرد یکنواخت موتور احتراق داخلی را تضمین می کند. در برخی از طرح های موتورهای احتراق داخلی، چرخه عملیاتی در دو چرخه - تراکم و ضربه قدرت (موتور دو زمانه) اجرا می شود.

در سکته مصرفیسیستم های مکش و سوخت تشکیل یک مخلوط سوخت و هوا را فراهم می کنند. بسته به طرح، مخلوط در منیفولد ورودی (تزریق مرکزی و چند نقطه ای موتورهای بنزینی) یا مستقیماً در محفظه احتراق (تزریق مستقیم موتورهای بنزینی، تزریق موتورهای دیزلی) تشکیل می شود. هنگامی که دریچه های ورودی مکانیزم توزیع گاز باز می شوند، هوا یا مخلوط سوخت-هوا به دلیل خلاء ایجاد شده در هنگام حرکت پیستون به سمت پایین، وارد محفظه احتراق می شود.

در ضربه فشرده سازیسوپاپ های ورودی بسته می شوند و مخلوط هوا و سوخت در سیلندرهای موتور فشرده می شود.

سکته مغزیهمراه با احتراق مخلوط سوخت و هوا (اجباری یا خود اشتعالی). در اثر اشتعال، مقدار زیادی گاز تشکیل می شود که به پیستون فشار وارد کرده و آن را مجبور به حرکت به سمت پایین می کند. حرکت پیستون از طریق مکانیسم میل لنگ به حرکت چرخشی میل لنگ تبدیل می شود که سپس برای به حرکت درآوردن خودرو استفاده می شود.

در آزادی درایتدریچه های اگزوز مکانیسم توزیع گاز باز می شوند و گازهای خروجی از سیلندرها به سیستم اگزوز منتقل می شوند و در آنجا تمیز می شوند، خنک می شوند و نویز کاهش می یابد. سپس گازها در جو آزاد می شوند.

اصل در نظر گرفته شده عملکرد موتور احتراق داخلی این امکان را فراهم می کند که بفهمیم چرا موتور احتراق داخلی بازده پایینی دارد - حدود 40٪. در یک لحظه خاص از زمان، به عنوان یک قاعده، کار مفید تنها در یک سیلندر انجام می شود، در حالی که در بقیه - چرخه های تامین: مصرف، فشرده سازی، اگزوز.

انبساط حرارتی

موتورهای احتراق داخلی متقابل

طبقه بندی ICE

مبانی موتورهای احتراق داخلی پیستونی

اصل عملیات

اصل کارکرد موتور کاربراتوری چهار زمانه

اصل عملکرد یک موتور دیزل چهار زمانه

اصل کارکرد موتور دو زمانه

چرخه کار موتور چهار زمانه

چرخه های کاری موتورهای دو زمانه

شاخص هایی که عملکرد موتور را مشخص می کنند

فشار متوسط ​​و توان نشان داده شده نشان داده شده است

توان مؤثر و فشارهای مؤثر متوسط

بازده نشانگر و نشانگر مصرف سوخت خاص

راندمان موثر و مصرف سوخت موثر خاص

بالانس حرارتی موتور

نوآوری

معرفی

رشد چشمگیر همه بخش های اقتصاد ملی مستلزم جابجایی تعداد زیادی کالا و مسافر است. قدرت مانور بالا، قابلیت عبور از کشور و سازگاری با کار در شرایط مختلف، خودرو را به یکی از اصلی ترین وسایل حمل و نقل کالا و مسافر تبدیل کرده است.

حمل و نقل جاده ای نقش مهمی در توسعه مناطق شرقی و غیر چرنوزم کشورمان دارد. نبود شبکه توسعه‌یافته راه‌آهن و استفاده محدود از رودخانه‌ها برای دریانوردی، خودرو را به وسیله اصلی حمل‌ونقل در این مناطق تبدیل کرده است.

حمل و نقل جاده ای در روسیه به تمام بخش های اقتصاد ملی خدمت می کند و یکی از مکان های پیشرو در سیستم حمل و نقل یکپارچه کشور را اشغال می کند. سهم حمل‌ونقل جاده‌ای بیش از 80 درصد از کالاهای حمل‌ونقل شده توسط همه شیوه‌های حمل و نقل و بیش از 70 درصد از ترافیک مسافری را تشکیل می‌دهد.

حمل و نقل جاده ای در نتیجه توسعه شاخه جدیدی از اقتصاد ملی ایجاد شد - صنعت خودروسازی که در مرحله فعلی یکی از حلقه های اصلی صنعت مهندسی داخلی است.

آغاز ایجاد ماشین بیش از دویست سال پیش گذاشته شد (نام "ماشین" از کلمه یونانی autos - "خود" و لاتین mobilis - "موبایل" گرفته شده است)، زمانی که آنها شروع به تولید "خود" کردند. گاری های پیشران آنها برای اولین بار در روسیه ظاهر شدند. در سال 1752، ال. شمشورنکوف، دهقان مکانیک خودآموخته روسی، یک "کالسکه خودران" کاملاً مناسب زمان خود ایجاد کرد که با قدرت دو نفر به حرکت درآمد. بعداً، مخترع روسی I.P. Kulibin یک "گاری اسکوتر" با درایو پدال ایجاد کرد. با ظهور ماشین بخار، ایجاد چرخ دستی های خودکششی به سرعت پیشرفت کرد. در 1869-1870. J. Cugno در فرانسه و چند سال بعد در انگلستان ماشین های بخار ساخته شدند. استفاده گسترده از خودرو به عنوان وسیله نقلیه با ظهور موتور احتراق داخلی پرسرعت آغاز شد. در سال 1885، G. Daimler (آلمان) یک موتور سیکلت با موتور بنزینی، و در سال 1886، K. Benz - یک چرخ دستی سه چرخ ساخت. تقریباً در همان زمان ، در کشورهای صنعتی (فرانسه ، بریتانیا ، ایالات متحده آمریکا) اتومبیل هایی با موتورهای احتراق داخلی ایجاد شد.

در پایان قرن نوزدهم، صنعت خودرو در تعدادی از کشورها ظهور کرد. در روسیه تزاری، بارها و بارها تلاش هایی برای سازماندهی مهندسی مکانیک خود انجام شد. در سال 1908، تولید خودرو در کارخانه حمل و نقل روسیه-بالتیک در ریگا سازماندهی شد. به مدت شش سال در اینجا اتومبیل هایی تولید می شد که عمدتاً از قطعات وارداتی مونتاژ می شدند. در مجموع، این کارخانه 451 خودرو و تعداد کمی کامیون ساخت. در سال 1913، پارکینگ خودرو در روسیه حدود 9000 خودرو بود که بیشتر آنها تولید خارجی بودند. پس از انقلاب کبیر سوسیالیستی اکتبر، صنعت خودروسازی داخلی باید تقریباً از نو ایجاد می شد. آغاز توسعه صنعت خودروسازی روسیه به سال 1924 باز می گردد، زمانی که اولین کامیون های AMO-F-15 در کارخانه AMO در مسکو ساخته شد.

در دوره 1931-1941. تولید خودرو در مقیاس بزرگ و انبوه ایجاد می شود. در سال 1931 تولید انبوه کامیون ها در کارخانه AMO آغاز شد. در سال 1932، کارخانه GAZ به بهره برداری رسید.

در سال 1940 کارخانه اتومبیل های کوچک مسکو تولید اتومبیل های کوچک را آغاز کرد. کمی بعد، کارخانه خودروسازی اورال ایجاد شد. در طول سال های برنامه های پنج ساله پس از جنگ، کارخانه های خودروسازی کوتایسی، کرمنچوگ، اولیانوفسک، مینسک به بهره برداری رسیدند. از اواخر دهه 60، توسعه صنعت خودرو با سرعت ویژه ای مشخص شده است. در سال 1971، کارخانه خودروسازی ولگا به نام V.I. پنجاهمین سالگرد اتحاد جماهیر شوروی.

در سال‌های اخیر، کارخانه‌های صنعت خودروسازی، نمونه‌های زیادی از تجهیزات مدرن و جدید خودرو، از جمله برای صنایع کشاورزی، ساخت‌وساز، تجارت، نفت و گاز و جنگل‌داری را به دست آورده‌اند.

موتورهای احتراق داخلی

در حال حاضر تعداد زیادی دستگاه وجود دارد که از انبساط حرارتی گازها استفاده می کنند. چنین وسایلی شامل موتور کاربراتوری، موتورهای دیزلی، موتورهای توربوجت و غیره است.

موتورهای حرارتی را می توان به دو گروه اصلی تقسیم کرد:

1. موتورهای احتراق خارجی - موتورهای بخار، توربین های بخار، موتورهای استرلینگ و غیره.

2. موتورهای احتراق داخلی. به عنوان نیروگاه برای خودروها، موتورهای احتراق داخلی بیشترین استفاده را دارند که در آنها فرآیند احتراق

سوخت با آزاد شدن گرما و تبدیل آن به کار مکانیکی مستقیماً در سیلندرها رخ می دهد. اکثر خودروهای مدرن مجهز به موتورهای احتراق داخلی هستند.

مقرون به صرفه ترین موتورهای پیستونی و احتراق داخلی ترکیبی هستند. آنها عمر مفید نسبتاً طولانی، ابعاد و وزن کلی نسبتاً کوچک دارند. نقطه ضعف اصلی این موتورها را باید حرکت رفت و برگشتی پیستون در نظر گرفت که همراه با وجود مکانیزم میل لنگ است که طراحی را پیچیده می کند و امکان افزایش سرعت را به خصوص در اندازه های قابل توجه موتور محدود می کند.

و اکنون کمی در مورد اولین موتورهای احتراق داخلی. اولین موتور احتراق داخلی (ICE) در سال 1860 توسط مهندس فرانسوی Ethwen Lenoir ساخته شد، اما این ماشین هنوز بسیار ناقص بود.

در سال 1862، مخترع فرانسوی Beau de Rocha استفاده از چرخه چهار زمانه را در یک موتور احتراق داخلی پیشنهاد کرد:

1. مکش;

2. فشرده سازی;

3. احتراق و انبساط;

4. اگزوز.

این ایده توسط مخترع آلمانی N. Otto استفاده شد که اولین موتور احتراق داخلی چهار زمانه را در سال 1878 ساخت. راندمان چنین موتوری به 22٪ رسید که از مقادیر به دست آمده در هنگام استفاده از موتورهای انواع قبلی فراتر رفت.

گسترش سریع موتورهای احتراق داخلی در صنعت، حمل و نقل، کشاورزی و انرژی ثابت به دلیل تعدادی از ویژگی های مثبت آنها بود.

اجرای چرخه موتور احتراق داخلی در یک سیلندر با تلفات کم و اختلاف دمای قابل توجه بین منبع حرارتی و یخچال، کارایی بالای این موتورها را تضمین می کند. راندمان بالا یکی از ویژگی های مثبت موتورهای احتراق داخلی است.

در بین موتورهای احتراق داخلی، دیزل در حال حاضر موتوری است که انرژی شیمیایی سوخت را در طیف وسیعی از تغییرات قدرت با بالاترین راندمان به کار مکانیکی تبدیل می کند. با توجه به اینکه ذخایر سوخت نفت محدود است، این کیفیت موتورهای دیزل اهمیت ویژه ای دارد.

ویژگی های مثبت موتورهای احتراق داخلی نیز باید شامل این واقعیت باشد که می توان آنها را تقریباً به هر مصرف کننده انرژی متصل کرد. این به دلیل امکانات گسترده برای به دست آوردن ویژگی های مناسب تغییر قدرت و گشتاور این موتورها است. موتورهای مورد بحث با موفقیت در اتومبیل ها، تراکتورها، ماشین های کشاورزی، لوکوموتیوهای دیزلی، کشتی ها، نیروگاه ها و غیره استفاده می شوند. موتورهای احتراق داخلی با سازگاری خوب با مصرف کننده متمایز می شوند.

هزینه اولیه نسبتاً کم، فشردگی و وزن کم موتورهای احتراق داخلی، امکان استفاده گسترده از آنها را در نیروگاه هایی که پرکاربرد هستند و دارای محفظه موتور کوچک هستند، ممکن ساخته است.

تاسیسات با موتورهای احتراق داخلی استقلال زیادی دارند. حتی هواپیماهایی با موتورهای احتراق داخلی می توانند ده ها ساعت بدون سوخت مجدد پرواز کنند.

یک کیفیت مثبت مهم موتورهای احتراق داخلی، توانایی راه اندازی سریع آنها در شرایط عادی است. موتورهایی که در دماهای پایین کار می کنند مجهز به دستگاه های ویژه ای هستند تا راه اندازی را تسهیل و تسریع کنند. پس از راه اندازی، موتورها می توانند بار کامل را نسبتاً سریع تحمل کنند. موتورهای احتراق داخلی دارای گشتاور ترمز قابل توجهی هستند که هنگام استفاده از آنها در تاسیسات حمل و نقل بسیار مهم است.

کیفیت مثبت دیزل ها توانایی یک موتور برای کارکردن با سوخت های زیاد است. طرح های موتورهای چند سوختی خودرو و همچنین موتورهای دریایی پرقدرت که با سوخت های مختلف - از دیزل گرفته تا روغن دیگ - کار می کنند، بسیار شناخته شده است.

اما در کنار ویژگی های مثبت موتورهای احتراق داخلی، آنها دارای معایبی هستند. در میان آنها، قدرت کل در مقایسه با توربین های بخار و گاز، سطح سر و صدای بالا، سرعت نسبتاً بالای میل لنگ در هنگام راه اندازی و عدم امکان اتصال مستقیم آن به چرخ های محرک مصرف کننده، سمیت گازهای خروجی محدود است. ، حرکت رفت و برگشتی پیستون، محدود کردن سرعت و باعث پیدایش نیروهای اینرسی نامتعادل و گشتاورها از آنها می شود.

اما ایجاد موتورهای احتراق داخلی، توسعه و کاربرد آنها غیرممکن خواهد بود، اگر به خاطر اثر انبساط حرارتی نباشد. از این گذشته ، در فرآیند انبساط حرارتی ، گازهایی که تا دمای بالا گرم می شوند کار مفیدی انجام می دهند. به دلیل احتراق سریع مخلوط در سیلندر یک موتور احتراق داخلی، فشار به شدت افزایش می یابد که تحت تأثیر آن پیستون در سیلندر حرکت می کند. و این کارکرد فنی بسیار ضروری است، یعنی. عمل نیرو، ایجاد فشارهای بالا که با انبساط حرارتی انجام می شود و این پدیده در فناوری های مختلف و به ویژه در موتورهای احتراق داخلی به کار می رود.

موضوع: موتورهای احتراق داخلی

طرح سخنرانی:

2. طبقه بندی موتورهای احتراق داخلی.

3. آرایش کلی موتور احتراق داخلی.

4. مفاهیم و تعاریف اساسی.

5. سوخت های ICE.

1. تعریف موتورهای احتراق داخلی.

موتورهای احتراق داخلی (ICE) یک موتور حرارتی رفت و برگشتی نامیده می شوند که در آن فرآیندهای احتراق سوخت، آزاد شدن حرارت و تبدیل آن به کار مکانیکی مستقیماً در سیلندر آن اتفاق می افتد.

2. طبقه بندی موتورهای احتراق داخلی

با توجه به روش اجرای چرخه کاری موتور احتراق داخلیبه دو دسته کلی تقسیم می شوند:

1) موتورهای احتراق داخلی چهار زمانه، که در آنها چرخه کاری در هر سیلندر چهار ضربه پیستون یا دو دور میل لنگ انجام می شود.

2) موتورهای احتراق داخلی دو زمانه که در آنها چرخه کار در هر سیلندر در دو حرکت پیستون یا یک دور میل لنگ انجام می شود.

با توجه به روش اختلاطموتورهای احتراق داخلی چهار زمانه و دو زمانه بین:

1) موتورهای احتراق داخلی با اختلاط خارجی، که در آن مخلوط قابل احتراق در خارج از سیلندر تشکیل می شود (اینها شامل موتورهای کاربراتوری و گازی هستند).

2) یخ با اختلاط داخلی، که در آن مخلوط قابل احتراق مستقیماً در داخل سیلندر تشکیل می شود (اینها شامل موتورهای دیزل و موتورهایی با تزریق سوخت سبک به داخل سیلندر می شود).

با توجه به روش احتراقمخلوط قابل احتراق متمایز می شود:

1) یخ با احتراق مخلوط قابل احتراق از جرقه الکتریکی (کاربوراتور، گاز و تزریق سوخت سبک).

2) یخ با احتراق سوخت در فرآیند تشکیل مخلوط از دمای بالای هوای فشرده (موتورهای دیزل).

بر اساس نوع سوخت مصرفیتمیز دادن:

1) موتورهای احتراق داخلی که با سوخت مایع سبک (بنزین و نفت سفید) کار می کنند.

2) موتورهای احتراق داخلی که با سوخت مایع سنگین (نفت گاز و سوخت دیزل) کار می کنند.

3) موتورهای احتراق داخلی که با سوخت گاز کار می کنند (گاز فشرده و مایع؛ گازی که از ژنراتورهای گاز ویژه می آید که در آن سوخت جامد - هیزم یا زغال سنگ - با کمبود اکسیژن سوزانده می شود).

با توجه به روش خنک کنندهتمیز دادن:

1) موتور احتراق داخلی مایع خنک می شود.

2) یخ با خنک کننده هوا.

با توجه به تعداد و چینش سیلندرهاتمیز دادن:

1) موتورهای احتراق داخلی تک و چند سیلندر؛

2) تک ردیف (عمودی و افقی)؛

3) دو ردیفه (شکل، با استوانه های مخالف).

با تعیین وقت قبلیتمیز دادن:

1) حمل و نقل موتورهای احتراق داخلی نصب شده بر روی وسایل نقلیه مختلف (اتومبیل، تراکتور، وسایل نقلیه ساختمانی و سایر اشیاء).

2) ثابت؛

3) موتورهای احتراق داخلی خاص که معمولاً نقش کمکی دارند.

3. آرایش کلی موتور احتراق داخلی

موتورهای احتراق داخلی که به طور گسترده در فناوری مدرن استفاده می شود، از دو مکانیسم اصلی تشکیل شده است: میل لنگ و توزیع گاز. و پنج سیستم: منبع تغذیه، خنک کننده، روانکاری، سیستم های راه اندازی و احتراق (در کاربراتور، گاز و موتورهای با تزریق سوخت سبک).

مکانیزم میل لنگطراحی شده برای درک فشار گازها و تبدیل حرکت مستقیم پیستون به حرکت چرخشی میل لنگ.

مکانیزم توزیع گازطراحی شده برای پر کردن سیلندر با مخلوط یا هوا قابل احتراق و تمیز کردن سیلندر از محصولات احتراق.

مکانیسم توزیع گاز موتورهای چهار زمانه شامل سوپاپ های ورودی و خروجی است که توسط یک میل بادامک هدایت می شوند (میل بادامک که از میل لنگ از طریق یک بلوک دنده هدایت می شود. سرعت چرخش میل بادامک نصف سرعت چرخش میل لنگ است).

مکانیزم توزیع گازموتورهای دو زمانه معمولاً به شکل دو شکاف عرضی (سوراخ) در سیلندر ساخته می شوند: اگزوز و ورودی که به طور متوالی در انتهای حرکت پیستون باز می شوند.

سیستم تامینبرای تهیه و عرضه مخلوط قابل احتراق با کیفیت مورد نیاز (موتورهای کاربراتوری و گازی) یا بخشهایی از سوخت اتمیزه شده در یک لحظه خاص (موتورهای دیزل) در فضای پیستون طراحی شده است.

در موتورهای کاربراتوری، سوخت به وسیله پمپ یا نیروی جاذبه وارد کاربراتور می شود و در آنجا به نسبت معینی با هوا مخلوط می شود و از طریق دریچه ورودی یا سوراخ وارد سیلندر می شود.

در موتورهای گازسوز، هوا و گاز قابل احتراق در مخلوط کن های مخصوص مخلوط می شوند.

در موتورهای دیزل و موتورهای احتراق داخلی با پاشش سوخت سبک، سوخت در یک لحظه معین معمولاً با استفاده از پمپ پلانجر به سیلندر می رسد.

سیستم خنک کنندهبرای حذف حرارت اجباری از قطعات گرم شده طراحی شده است: بلوک سیلندر، سرسیلندر و غیره. بسته به نوع ماده حذف کننده حرارت، سیستم های خنک کننده مایع و هوا متمایز می شوند.

سیستم خنک کننده مایع شامل کانال هایی است که سیلندرها را احاطه کرده اند (جلف مایع)، یک پمپ مایع، یک رادیاتور، یک فن و تعدادی عنصر کمکی. مایع خنک شده در رادیاتور به وسیله پمپ به داخل ژاکت مایع پمپ می شود، بلوک سیلندر را خنک می کند، گرم می شود و دوباره وارد رادیاتور می شود. در رادیاتور به دلیل جریان هوای ورودی و جریان ایجاد شده توسط فن، مایع خنک می شود.

سیستم خنک کننده هوا پره های سیلندر موتور است که توسط جریان هوای ورودی یا تولید شده توسط فن دمیده می شود.

سیستم روغن کاریبرای تامین مداوم روان کننده به واحدهای اصطکاک خدمت می کند.

سیستم راه اندازیبرای راه اندازی سریع و مطمئن موتور طراحی شده است و معمولاً یک موتور کمکی است: برقی (استارت) یا بنزینی کم مصرف).

سیستم احتراقدر موتورهای کاربراتوری استفاده می شود و برای احتراق مخلوط قابل احتراق با استفاده از جرقه الکتریکی ایجاد شده در یک شمع که به سر سیلندر موتور پیچ می شود، خدمت می کند.

4. مفاهیم و تعاریف اساسی

نقطه مرگ بالا- TDC، موقعیت پیستون را، دورترین فاصله از محور میل لنگ را صدا کنید.

نقطه مرده پایین- BDC، موقعیت پیستون را با کمترین فاصله از محور میل لنگ صدا کنید.

در نقاط مرده، سرعت پیستون برابر است، زیرا جهت حرکت پیستون را تغییر می دهند.

حرکت پیستون از TDC به BDC یا بالعکس نامیده می شود ضربه پیستونو نشان داده می شود.

حجم حفره سیلندر زمانی که پیستون در BDC قرار دارد، حجم کل سیلندر نامیده می شود و با نشان داده می شود.

نسبت تراکم یک موتور، نسبت حجم کل سیلندر به حجم محفظه احتراق است.

نسبت تراکم نشان می دهد که چند برابر حجم فضای پیستون زمانی که پیستون از BDC به TDC حرکت می کند کاهش می یابد. همانطور که در آینده نشان داده خواهد شد، نسبت تراکم تا حد زیادی بازده (بازده) هر موتور احتراق داخلی را تعیین می کند.

وابستگی گرافیکی فشار گازهای موجود در فضای پیستون به حجم فضای پیستون، حرکت پیستون یا زاویه چرخش میل لنگ نامیده می شود. نمودار نشانگر موتور.

5. سوخت یخ

5.1. سوخت برای موتورهای کاربراتوری

بنزین به عنوان سوخت در موتورهای کاربراتوری استفاده می شود. شاخص حرارتی اصلی بنزین ارزش حرارتی کمتر آن است (حدود 44 مگا ژول بر کیلوگرم). کیفیت بنزین با ویژگی های اصلی عملیاتی و فنی آن ارزیابی می شود: فرار، مقاومت در برابر ضربه، پایداری حرارتی-اکسیداتیو، عدم وجود ناخالصی های مکانیکی و آب، پایداری در حین ذخیره سازی و حمل و نقل.

فراریت بنزین توانایی آن برای حرکت از فاز مایع به فاز بخار را مشخص می کند. فراریت بنزین با ترکیب کسری آن تعیین می شود که با تقطیر آن در دماهای مختلف به دست می آید. فراریت بنزین با نقاط جوش 10، 50 و 90 درصد بنزین قضاوت می شود. بنابراین، به عنوان مثال، نقطه جوش 10٪ بنزین ویژگی های شروع آن را مشخص می کند. هر چه میزان فرار در دماهای پایین بیشتر باشد، کیفیت بنزین بهتر است.

بنزین ها مقاومت ضد ضربه متفاوتی دارند، به عنوان مثال. تمایل متفاوت به انفجار مقاومت ضد ضربه بنزین با عدد اکتان (OC) تخمین زده می شود که از نظر عددی برابر با درصد حجمی ایزواکتان در مخلوط ایزواکتان و هپتان است که مقاومت کوبشی متفاوتی نسبت به این سوخت دارد. اکتان ایزواکتان 100 و اکتان هپتان صفر در نظر گرفته می شود. هر چه اکتان بنزین بیشتر باشد، تمایل آن به انفجار کمتر است.

برای افزایش OCH، مایع اتیل به بنزین اضافه می شود که شامل تترااتیل سرب (TES) - یک عامل ضد ضربه و دی بروموتن - یک جاذب کننده است. مایع اتیل به مقدار 0.5-1 سانتی متر مکعب به ازای هر 1 کیلوگرم بنزین به بنزین اضافه می شود. بنزین هایی که با افزودن مایع اتیل، بنزین های سرب دار نامیده می شوند، سمی هستند و هنگام استفاده از آن ها باید احتیاط کرد. بنزین سرب دار به رنگ قرمز-نارنجی یا آبی-سبز است.

بنزین نباید حاوی مواد خورنده (گوگرد، ترکیبات گوگردی، اسیدهای محلول در آب و قلیاها) باشد، زیرا وجود آنها منجر به خوردگی قطعات موتور می شود.

پایداری حرارتی- اکسیداتیو بنزین مقاومت آن را در برابر تشکیل رزین و کربن مشخص می کند. افزایش تشکیل دوده و قطران باعث بدتر شدن حذف حرارت از دیواره های محفظه احتراق، کاهش حجم محفظه احتراق و اختلال در تامین طبیعی سوخت موتور می شود که منجر به کاهش قدرت موتور و کاهش قدرت موتور می شود. بهره وری.

بنزین نباید حاوی ناخالصی های مکانیکی و آب باشد. وجود ناخالصی های مکانیکی باعث گرفتگی فیلترها، خطوط سوخت، کانال های کاربراتور و افزایش سایش دیواره سیلندر و سایر قسمت ها می شود. وجود آب در بنزین باعث می شود که موتور روشن شود.

پایداری ذخیره سازی بنزین توانایی آن در حفظ خواص فیزیکی و شیمیایی اولیه خود را در طول ذخیره سازی و حمل و نقل مشخص می کند.

بنزین های اتومبیل با حرف A با یک شاخص دیجیتال مشخص می شوند، آنها مقدار OC را نشان می دهند. مطابق با GOST 4095-75، گریدهای بنزین A-66، A-72، A-76، AI-93، AI-98 تولید می شود.

5.2. سوخت برای موتورهای دیزل

موتورهای دیزلی از سوخت دیزل استفاده می کنند که محصول پالایش نفت است. سوخت مورد استفاده در موتورهای دیزلی باید دارای ویژگی های اساسی زیر باشد: ویسکوزیته بهینه، نقطه ریزش کم، تمایل به اشتعال بالا، پایداری حرارتی و اکسیداتیو بالا، خواص ضد خوردگی بالا، عدم وجود ناخالصی های مکانیکی و آب، پایداری خوب ذخیره سازی و حمل و نقل.

ویسکوزیته سوخت دیزل بر تحویل سوخت و اتمیزه شدن تأثیر می گذارد. در صورت ناکافی بودن ویسکوزیته سوخت، نشتی از طریق شکاف‌های نازل انژکتور و جفت‌های بی‌اثر پمپ سوخت مسدود می‌شود و در ویسکوزیته بالا، فرآیندهای تامین سوخت، اتمیزه شدن و تشکیل مخلوط در موتور بدتر می‌شود. ویسکوزیته سوخت به دما بستگی دارد. نقطه ریزش سوخت بر فرآیند تامین سوخت از مخزن سوخت تاثیر می گذارد. داخل سیلندرهای موتور بنابراین، سوخت باید نقطه ریزش پایینی داشته باشد.

تمایل سوخت به اشتعال بر روند احتراق تأثیر می گذارد. سوخت های دیزلی که تمایل زیادی به اشتعال دارند، جریان یکنواخت فرآیند احتراق را فراهم می کنند، بدون افزایش شدید فشار، اشتعال پذیری سوخت با عدد ستان (CN) تخمین زده می شود که از نظر عددی برابر با درصد است. حجم ستان در مخلوطی از ستان و آلفامتیل نفتالین، معادل اشتعال پذیری این سوخت. برای سوخت دیزل CCH = 40-60.

پایداری اکسیداتیو حرارتی سوخت دیزل، مقاومت آن را در برابر تشکیل رزین و کربن مشخص می کند. افزایش تشکیل دوده و قطران باعث بدتر شدن حذف حرارت از دیواره های محفظه احتراق و اختلال در تامین سوخت از طریق نازل ها به موتور می شود که منجر به کاهش قدرت و راندمان موتور می شود.

سوخت دیزل نباید حاوی مواد خورنده باشد، زیرا وجود آنها منجر به خوردگی بخش هایی از تجهیزات تامین سوخت و موتور می شود. سوخت دیزل نباید حاوی ناخالصی های مکانیکی و آب باشد. وجود ناخالصی های مکانیکی باعث گرفتگی فیلترها، خطوط سوخت، انژکتورها، کانال های پمپ بنزین و افزایش سایش قطعات تجهیزات سوخت موتور می شود. پایداری سوخت دیزل توانایی آن در حفظ خواص فیزیکی و شیمیایی اولیه خود را در طول ذخیره سازی و حمل و نقل مشخص می کند.

برای موتورهای دیزل اتوتراکتور از سوخت های تولید شده صنعتی استفاده می شود: DL - تابستان دیزل (در دمای بالاتر از 0 درجه سانتیگراد)، DZ - دیزل زمستان (در دمای حداکثر 30 درجه سانتیگراد). بله - دیزل قطب شمال (در دمای کمتر از -30 درجه سانتیگراد) (GOST 4749-73).