Uređaj s unutarnjim izgaranjem

Motor s unutarnjim izgaranjem već se stoljeće koristi u motociklima, automobilima i kamionima. Do sada je i dalje najekonomičniji tip motora. Ali za mnoge princip rada i uređaja motora s unutarnjim izgaranjem ostaje nejasan. Pokušajmo razumjeti glavne zamršenosti i specifičnosti strukture motora.

📌 Definicija i opća obilježja

Ključna značajka bilo kojeg motora s unutarnjim izgaranjem je paljenje zapaljive smjese izravno u njegovoj radnoj komori, a ne u vanjskim medijima. U trenutku izgaranja goriva, rezultirajuća toplinska energija izaziva rad mehaničkih komponenata motora.

📌 Stvaranje povijesti

Prije pojave motora s unutarnjim izgaranjem, samohodna vozila bila su opremljena motorima s vanjskim izgaranjem. Takve jedinice radile su iz tlaka pare stvorenog zagrijavanjem vode u zasebnom spremniku.

Dizajn takvih motora bio je prevelik i neučinkovit - uz veliku težinu instalacije, da bi se prevladale velike udaljenosti, transport je također morao povući pristojnu opskrbu gorivom (ugljen ili ogrjev).

S obzirom na taj nedostatak, inženjeri i izumitelji pokušali su riješiti važno pitanje: kako kombinirati gorivo s tijelom pogonske jedinice. Uklanjanjem elemenata kao što su kotao, spremnik za vodu, kondenzator, isparivač, pumpa itd. Iz sustava. bilo je moguće znatno smanjiti težinu motora.

Stvaranje motora s unutarnjim izgaranjem u obliku koji je poznat modernom automobilistu odvijalo se postupno. Evo glavnih prekretnica koje su dovele do pojave modernog motora s unutarnjim izgaranjem:

• 1791. godine John Barber izumio je plinsku turbinu koja djeluje destilirajući naftu, ugljen i drvo u retortama. Rezultirajući plin, zajedno sa zrakom, kompresor je pumpao u komoru za izgaranje. Stvoreni vrući plin pod pritiskom dovodio se na radno kolo rotora i okretao.
• 1794 Robert Street patentira motor s tekućim gorivom.
• 1799 Philippe Le Bon kao rezultat pirolize nafte prima luminiscentni plin. 1801. predlaže da se koristi kao gorivo za plinske motore.
• 1807 François Isaac de Rivaz - patent o "upotrebi eksplozivnih materijala kao izvora energije u motorima". Stvara samohodnu posadu na temelju razvoja.
• 1860 Etienne Lenoir pionir je ranih izuma stvorivši izvodljiv motor pokretan mješavinom plina i zraka za osvjetljenje. Mehanizam je pokrenut iskrom iz vanjskog izvora energije. Izum je korišten na čamcima, ali nije instaliran na samohodnim vozilima.
• 1861. godine Alphonse Bo De Rocha otkriva važnost komprimiranja goriva prije paljenja, što je poslužilo stvaranju teorije o radu četverotaktnog motora s unutarnjim izgaranjem (usisavanje, kompresija, izgaranje s širenjem i ispuštanjem).
• 1877 Nikolaus Otto stvara prvi četverotaktni motor s unutarnjim izgaranjem od 12 KS.
• 1879 Karl Benz patentira dvotaktni motor.
• 1880-ih. Ogneslav Kostrovich, Wilhelm Maybach i Gottlieb Daimler istovremeno razvijaju modifikacije ICE karburatora, pripremajući ih za serijsku proizvodnju.

Uz motore na benzinski pogon, Trinkler Motor pojavio se 1899. godine. Ovaj izum je druga vrsta motora s unutarnjim izgaranjem (nekompresorski visokotlačni uljni motor), koji djeluje na principu izuma Rudolfa Diesela. Tijekom godina poboljšali su se pogonski agregati, i benzinski i dizelski, što je povećalo njihovu učinkovitost.

📌Vrste motora s unutarnjim izgaranjem

Prema vrsti izvedbe i specifičnostima rada motora s unutarnjim izgaranjem, klasificirani su prema nekoliko kriterija:

• Po vrsti goriva koje se koristi - dizel, benzin, plin.
• Prema principu hlađenja - tekućina i zrak.
• Ovisno o rasporedu cilindara - u liniji i u obliku slova V.
• Prema načinu pripreme smjese goriva - rasplinjač, ​​plin i ubrizgavanje (smjese nastaju u vanjskom dijelu motora s unutarnjim izgaranjem) i dizela (u unutarnjem dijelu).
• Prema principu paljenja smjese goriva - s prisilnim paljenjem i sa samozapaljenjem (tipično za dizelske jedinice).

Motori se također razlikuju po svom dizajnu i učinkovitosti:

• Klip, u kojem se radna komora nalazi u cilindrima. Vrijedno je uzeti u obzir da su takvi motori s unutarnjim izgaranjem podijeljeni u nekoliko podvrsta:
  • rasplinjač (rasplinjač je odgovoran za stvaranje obogaćene radne smjese);
  • ubrizgavanje (smjesa se isporučuje izravno u usisni razvodnik kroz mlaznice);
  • dizel (do zapaljenja smjese dolazi zbog stvaranja visokog tlaka unutar komore).
  • Rotacijski klip, karakteriziran pretvaranjem toplinske energije u mehaničku energiju zbog rotacije rotora zajedno s profilom. Rad rotora, čiji je pokret sličan obliku od 8 ku, u potpunosti zamjenjuje funkcije klipova, razvodnog momenta i radilice.
  • Plinska turbina, u kojoj se motor pokreće toplinskom energijom dobivenom okretanjem rotora s lopaticama nalik lopatici. Pogoni vratilo turbine.

Teorija se na prvi pogled čini jasnom. Pogledajmo sada glavne komponente pogonskog sklopa.

📌 ICE uređaj

Dizajn tijela uključuje sljedeće komponente:

• blok motora;
• mehanizam radilice;
• mehanizam za distribuciju plina;
• sustavi opskrbe i paljenja zapaljive smjese i uklanjanja proizvoda izgaranja (ispušni plinovi).

Da biste razumjeli položaj svake komponente, razmotrite dijagram strukture motora:

Broj 6 označava gdje se nalazi cilindar. To je jedna od ključnih komponenti motora s unutarnjim izgaranjem. Unutar cilindra nalazi se klip označen brojem 7. Pričvršćen je na klipnjaču i radilicu (na dijagramu označen brojevima 9, odnosno 12). Pomicanje klipa gore-dolje unutar cilindra izaziva rotacijske pokrete radilice. Na kraju freze nalazi se zamašnjak, prikazan na dijagramu pod brojem 10. Potrebno je za jednoliko okretanje osovine. Gornji dio cilindra opremljen je gustom glavom s usisnim i ispušnim ventilima za smjesu. Prikazani su pod brojem 5.

Otvaranje ventila postaje moguće zahvaljujući bregastim vratilima, označenim brojem 14, odnosno njegovim prijenosnim elementima (broj 15). Rotaciju bregastog vratila osiguravaju zupčanici radilice, označeni brojem 13. Kada se klip slobodno kreće u cilindru, može zauzeti dva krajnja položaja.

Normalan rad motora s unutarnjim izgaranjem može se osigurati samo ujednačenom opskrbom smjesom goriva u pravo vrijeme. Kako bi se smanjili operativni troškovi motora za odvođenje topline i spriječilo prerano trošenje pogonskih dijelova, oni su podmazani uljem.

📌Načelo motora s unutarnjim izgaranjem

Suvremeni motori s unutarnjim izgaranjem rade na gorivu koje se zapali unutar cilindara i energiji koja iz njega dolazi. Mješavina benzina i zraka dovodi se kroz usisni ventil (u mnogih motora postoje dva po cilindru). Na istom mjestu se pali zbog iskre koja nastaje svječica... U trenutku mini eksplozije, plinovi u radnoj komori se šire, stvarajući pritisak. Pokreće klip pričvršćen na KShM.

Dizel motori rade na sličnom principu, samo što se postupak izgaranja pokreće na malo drugačiji način. U početku se zrak u cilindru komprimira, zbog čega se zagrijava. Prije nego što klip dosegne TDC na taktu kompresije, mlaznica rasprši gorivo. Zbog vrućeg zraka gorivo se samo ne pali bez iskre. Nadalje, postupak je identičan modifikaciji benzina motora s unutarnjim izgaranjem.

KShM pretvara klipne pokrete klipne skupine u rotaciju radilica... Obrtni moment ide na zamašnjak, pa na mehanički ili automatski mjenjač i na kraju - na pogonskim kotačima.

Proces dok se klip pomiče gore ili dolje naziva se hod. Sve mjere dok se ne ponove nazivaju se ciklusom.

Jedan ciklus uključuje postupak usisavanja, kompresije, paljenja, zajedno s širenjem stvorenih plinova, oslobađanjem.

Postoje dvije modifikacije motora:

1. U dvotaktnom ciklusu radilica se okreće jednom po ciklusu, a klip se pomiče prema dolje i gore.
2. U četverotaktnom ciklusu radilica će se okretati dva puta po ciklusu, a klip će izvršiti četiri cjelovita pokreta - spuštati se, dizati, spuštati, dizati.

📌 Princip rada dvotaktnog motora

Kada vozač pokrene motor, pokretač pokreće zamašnjak, radilica se okreće, KShM pomiče klip. Kad dosegne BDC i počne se dizati, radna komora je već napunjena zapaljivom smjesom.

U gornjoj mrtvoj točki klipa, on se zapali i pomiče prema dolje. Pojavljuje se daljnja ventilacija - ispušni plinovi istiskuju se novim dijelom radne gorive smjese. Prozračivanje može varirati ovisno o izvedbi motora. Jedna od izmjena predviđa punjenje prostora pot klipa smjesom goriva i zraka kada se podiže, a kad se klip spusti, istiskuje se u radnu komoru cilindra, istiskujući proizvode izgaranja.

U takvim preinakama motora ne postoji sustav razvoda vremena ventila. Sam klip otvara / zatvara ulaz / izlaz.

Takvi se motori koriste u tehnologiji male snage, jer se izmjena plinova u njima događa zbog zamjene ispušnih plinova drugim dijelom smjese zraka i goriva. Budući da se radna smjesa djelomično uklanja zajedno s ispuhom, ovu modifikaciju karakterizira povećana potrošnja goriva i manja snaga u usporedbi s četverotaktnim analogima.

Jedna od prednosti takvih motora s unutarnjim izgaranjem je manje trenje po ciklusu, ali istodobno se jače zagrijavaju.

📌 Princip rada četverotaktnog motora

Većina automobila i ostalih motornih vozila opremljena je četverotaktnim motorima. Za opskrbu radnom smjesom i uklanjanje ispušnih plinova koristi se mehanizam za raspodjelu plina. Vozi se kroz razvodni pogon povezan remenom, lancem ili zupčanikom s remenicom radilice.

Rotacioni bregasto vratilo podiže / spušta usisne / ispušne ventile smještene iznad cilindra. Ovaj mehanizam osigurava sinkrono otvaranje odgovarajućih ventila za dovod zapaljive smjese i uklanjanje ispušnih plinova.

U takvim se motorima ciklus odvija na sljedeći način (na primjer, benzinski motor):

1. U trenutku pokretanja motora, starter okreće zamašnjak koji pokreće radilicu. Otvara se ulazni ventil. Pogonski mehanizam spušta klip stvarajući vakuum u cilindru. Dolazi do usisavanja smjese zrak-gorivo.
2. Krećući se prema gore od donje mrtve točke, klip komprimira smjesu goriva. Ovo je druga mjera - kompresija.
3. Kad je klip u gornjoj mrtvoj točki, svjećica stvara iskru koja pali smjesu. Zbog eksplozije, plinovi se šire. Prekomjerni pritisak u cilindru pomiče klip prema dolje. Ovo je treći ciklus - paljenje i širenje (ili radni hod).
4. Rotirajuća radilica pomiče klip prema gore. U ovom trenutku bregasto vratilo otvara ispušni ventil kroz koji klip u usponu istiskuje ispušne plinove. Ovo je četvrto izdanje takta.

📌Pomoćni sustavi motora s unutarnjim izgaranjem

Nijedan suvremeni motor s unutarnjim izgaranjem ne može raditi samostalno. To je zato što se gorivo mora dopremiti iz spremnika za plin u motor, mora se upaliti u pravo vrijeme, a kako se motor ne bi „ugušio” iz ispušnih plinova, moraju se na vrijeme ukloniti.

Rotirajući dijelovi trebaju stalno podmazivanje. Zbog visokih temperatura koje nastaju tijekom izgaranja, motor se mora ohladiti. Te popratne procese ne osigurava sam motor, stoga motor s unutarnjim izgaranjem radi zajedno s pomoćnim sustavima.

📌 Sustav paljenja

Ovaj pomoćni sustav dizajniran je za pravovremeno paljenje zapaljive smjese u odgovarajućem položaju klipa (TDC u taktu kompresije). Koristi se u benzinskim motorima s unutarnjim izgaranjem, a sastoji se od sljedećih elemenata:

• Izvor energije. Kad motor miruje, ovu funkciju obavlja akumulator (kako pokrenuti automobil ako je baterija prazna, pročitajte u zasebni članak). Nakon pokretanja motora izvor energije je generator.
• Brava paljenja. Uređaj koji zatvara električni krug za napajanje iz izvora napajanja.
• Uređaj za pohranu. Većina benzinskih vozila ima svitak za paljenje. Postoje i modeli u kojima postoji nekoliko takvih elemenata - po jedan za svaku svjećicu. Niski napon iz baterije pretvaraju u visoki napon potreban za stvaranje visokokvalitetne iskre.
• Distributer-prekidač paljenja. U automobilima s rasplinjačem ovo je distributer, u većini ostalih taj postupak kontrolira ECU. Ovi uređaji distribuiraju električne impulse na odgovarajuće svjećice.

📌Uvodni sustav

Za stvaranje procesa izgaranja potrebna je kombinacija tri čimbenika: gorivo, kisik i izvor paljenja. Ako se primijeni električno pražnjenje - zadatak sustava paljenja, tada usisni sustav osigurava kisik motoru kako bi se gorivo moglo zapaliti.

Ovaj sustav sastoji se od:

• Ulaz zraka - odvojna cijev kroz koju se odvodi čisti zrak. Postupak prijema ovisi o preinaci motora. U atmosferskim motorima usisava se zrak zbog stvaranja vakuuma stvorenog u cilindru. U modelima s turbopunjačem ovaj je postupak poboljšan rotacijom lopatica punila, što povećava snagu motora.
• Zračni filtar dizajniran je za čišćenje protoka od prašine i sitnih čestica.
• Prigušni ventil je ventil koji regulira količinu zraka koji ulazi u motor. Regulira se pritiskom papučice gasa ili elektronikom upravljačke jedinice.
• Usisni razvodnik je sustav cijevi spojenih na jednu zajedničku cijev. U ubrizgavajućim motorima s unutarnjim izgaranjem, na vrhu je ugrađen prigušni ventil i ubrizgavač goriva za svaki cilindar. U preinakama rasplinjača, na usisnom razvodniku ugrađen je rasplinjač u kojem se zrak miješa s benzinom.

Osim zraka, u cilindre se mora dovoditi i gorivo. U tu svrhu razvijen je sustav goriva koji se sastoji od:

• Spremnik za gorivo;
• vod za gorivo - crijeva i cijevi kroz koje se benzin ili dizel gorivo kreće od spremnika do motora;
• rasplinjač ili mlaznica (sustavi mlaznica koji prskaju gorivo);
• Pumpa za gorivopumpanje goriva iz spremnika u rasplinjač ili drugi uređaj za miješanje goriva i zraka;
• filtar za gorivo koji čisti benzin ili dizel gorivo od otpadaka.

Danas postoje mnoge modifikacije motora kod kojih se radna smjesa različitim metodama dovodi u cilindre. Među takvim sustavima postoje:

• jednokratno ubrizgavanje (princip rasplinjača, samo s mlaznicom);
• raspodijeljeno ubrizgavanje (za svaki cilindar instalirana je zasebna mlaznica, smjesa zraka i goriva stvara se u kanalu usisnog razvodnika);
• izravno ubrizgavanje (mlaznica raspršuje radnu smjesu izravno u cilindar);
• kombinirano ubrizgavanje (kombinira princip izravnog i raspodijeljenog ubrizgavanja)

📌Sustav za podmazivanje

Sve površine za trljanje metalnih dijelova moraju se podmazati kako bi se ohladile i smanjile habanja. Da bi se osigurala ova zaštita, motor je opremljen sustavom podmazivanja. Također štiti metalne dijelove od oksidacije i uklanja naslage ugljika. Sustav podmazivanja sastoji se od:

• korito - spremnik koji sadrži motorno ulje;
• pumpa za ulje koja stvara pritisak, zahvaljujući kojem se mazivo dovodi u sve dijelove motora;
• filtar za ulje koji zarobi sve čestice nastale radom motora;
• neki su automobili opremljeni hladnjakom ulja za dodatno hlađenje maziva u motoru.

📌Auspušni sustav

Kvalitetni ispušni sustav osigurava uklanjanje ispušnih plinova iz radnih komora cilindara. Suvremeni automobili opremljeni su ispušnim sustavom, koji uključuje sljedeće elemente:

• ispušni razvodnik koji prigušuje vibracije vrućih ispušnih plinova;
• prihvatna cijev u koju ispušni plinovi dolaze iz razdjelnika (poput ispušnog razdjelnika izrađen je od metala otpornog na toplinu);
• katalizator koji čisti ispušne plinove od štetnih elemenata, što omogućuje vozilu da udovoljava ekološkim standardima;
• rezonator - kapacitet nešto manji od glavnog prigušivača, namijenjen smanjenju brzine ispušnih plinova;
• glavni prigušivač, unutar kojeg se nalaze pregrade koje mijenjaju smjer ispušnih plinova kako bi smanjile njihovu brzinu i buku.

📌Sustav hlađenja

Ovaj dodatni sustav omogućuje motoru da radi bez pregrijavanja. Ona podržava radna temperatura motoradok je namotana. Kako ovaj pokazatelj ne bi premašio kritične granice čak i kad automobil miruje, sustav se sastoji od sljedećih dijelova:

• radijator za hlađenjekoji se sastoji od cijevi i ploča dizajniranih za brzu izmjenu topline između rashladne tekućine i okolnog zraka;
• ventilator koji osigurava veći protok zraka, na primjer, ako je automobil u prometnoj gužvi, a hladnjak nije dovoljno ispuhan;
• pumpa za vodu, zahvaljujući kojoj je osigurana cirkulacija rashladne tekućine, koja uklanja toplinu s vrućih stijenki bloka cilindara;
• termostat - ventil koji se otvara nakon što se motor zagrije na radnu temperaturu (prije nego što se aktivira, rashladna tekućina cirkulira u malom krugu, a kada se otvori, tekućina se kreće kroz hladnjak).

Sinkroni rad svakog pomoćnog sustava osigurava nesmetan rad motora s unutarnjim izgaranjem.

📌 Ciklusi motora

Ciklus se odnosi na radnje koje se ponavljaju u jednom cilindru. Četverotaktni motor opremljen je mehanizmom koji pokreće svaki od ovih ciklusa.

U motoru s unutarnjim izgaranjem klip vrši klipne pokrete (gore / dolje) duž cilindra. Klipnjača i na njoj pričvršćena radilica pretvaraju tu energiju u rotaciju. Tijekom jednog djelovanja - kada klip dosegne od najniže točke do vrha i natrag - radilica izvrši jedan zaokret oko svoje osi.

Da bi se taj proces neprestano odvijao, smjesa zraka i goriva mora ući u cilindar, mora se stisnuti i zapaliti u njemu, a također moraju biti uklonjeni i proizvodi izgaranja. Svaki od tih procesa odvija se u jednoj revoluciji radilice. Te se radnje nazivaju rešetkama. Njih su četverotaktni:

1. Usis ili usis. Pri tom se hodu smjesa zraka i goriva usisava u šupljinu cilindra. Ulazi kroz otvoreni usisni ventil. Ovisno o vrsti sustava za gorivo, benzin se miješa sa zrakom u usisnom razvodniku ili izravno u cilindru, poput dizelskih motora;
2. Kompresija. U ovom su trenutku usisni i ispušni ventili zatvoreni. Klip se pomiče prema gore zbog pucanja radilice, a okreće se zbog izvođenja ostalih poteza u susjednim cilindrima. U benzinskom motoru VTS je komprimiran na nekoliko atmosfera (10-11), a u dizelskom motoru - više od 20 atm;
3. Radni udar. U trenutku kad se klip zaustavi na samom vrhu, stlačena smjesa se pali pomoću iskre iz svjećice. U dizelskom motoru ovaj je postupak malo drugačiji. U njemu se zrak toliko stlači da mu temperatura skoči na vrijednost pri kojoj se dizelsko gorivo samo palje. Čim se dogodi eksplozija smjese goriva i zraka, oslobođena energija više nema kamo i pomiče klip prema dolje;
4. Oslobađanje proizvoda izgaranja. Da bi se komora napunila svježim dijelom zapaljive smjese, plinovi nastali kao rezultat paljenja moraju se ukloniti. To se događa u sljedećem hodu kada se klip digne. Trenutno se otvara izlazni ventil. Kad klip dosegne gornju mrtvu točku, ciklus (ili niz poteza) u zasebnom cilindru se zatvara i postupak se ponavlja.

📌Prednosti i nedostaci ICE

Danas je najbolja opcija motora za motorna vozila ICE. Među prednostima takvih jedinica su:

• jednostavnost popravka;
• ekonomičnost za duga putovanja (ovisi o njegov volumen);
• veliki radni resurs;
• dostupnost automobilistu prosječnog dohotka.

Idealan motor još nije stvoren, pa ove jedinice također imaju neke nedostatke:

• što su jedinica i srodni sustavi složeniji, njihovo održavanje je skuplje (na primjer, EcoBoost motori);
• zahtijeva fino podešavanje sustava za dovod goriva, raspodjele paljenja i drugih sustava, što zahtijeva određene vještine, inače motor neće raditi učinkovito (ili uopće neće startati);
• veća težina (u usporedbi s električnim motorima);
• istrošenost radilice.

Unatoč tome što su mnoga vozila opremili drugim vrstama motora ("čisti" automobili pogonski električnom vučom), ICE će dugo zadržati konkurentnu poziciju zbog svoje dostupnosti. Hibridne i električne verzije automobila stječu popularnost, međutim, zbog visoke cijene takvih vozila i troškova njihovog održavanja, još uvijek nisu dostupne prosječnom automobilisti.

Uobičajena pitanja:

Što je motor s unutarnjim izgaranjem? Ovo je vrsta pogonske jedinice, gdje je u izvedbi predviđena zatvorena komora za izgaranje, u kojoj se stvara toplinska energija (uslijed paljenja smjese goriva i zraka) i pretvara u mehaničku energiju.

Tko je izumio motor s unutarnjim izgaranjem? Uzorak prvog svjetskog motora s unutarnjim izgaranjem otkrio je francuski izumitelj Étven Lenoir 1860. godine. Prvi četverotaktni motor s unutarnjim izgaranjem, prema čijoj shemi rade apsolutno sve pogonske jedinice, izumio je Nikolaus Otto.

Od čega je napravljen motor? Najjednostavniji motor s unutarnjim izgaranjem sastoji se od bloka cilindara, u koji je ugrađen sustav klipnjača, cilindrično-klipne skupine, blok je odozgo pokriven glavom cilindra s mehanizmom za raspodjelu plina (bregasto vratilo i ventili), sustav usisa i ispuha, sustav goriva i paljenja.