Uređaj motora sa unutrašnjim sagorijevanjem

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

📌 Definicija i opće karakteristike

Ključna karakteristika svakog motora sa unutrašnjim sagorijevanjem je paljenje zapaljive smjese direktno u njegovoj radnoj komori, a ne u vanjskim medijima. U trenutku sagorijevanja goriva, rezultirajuća toplotna energija provocira rad mehaničkih komponenata motora.

📌 Stvaranje istorije

Prije pojave motora sa unutrašnjim sagorijevanjem, samohodna vozila bila su opremljena motorima s vanjskim sagorijevanjem. Takve jedinice radile su od pritiska pare stvorenog zagrijavanjem vode u odvojenom spremniku.

Dizajn takvih motora bio je prevelik i neučinkovit - pored velike težine instalacije, da bi se prevladale velike udaljenosti, transport je također morao povući pristojnu zalihu goriva (ugljen ili ogrjev).

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

Stvaranje motora sa unutrašnjim sagorevanjem u obliku koji je poznat modernom automobilisti odvijalo se postepeno. Evo glavnih prekretnica koje su dovele do pojave modernog motora sa unutrašnjim sagorijevanjem:

• 1791 John Barber izumio je plinsku turbinu koja funkcionira destiliranjem nafte, uglja i drva u retortama. Rezultirajući plin, zajedno sa zrakom, kompresor je pumpao u komoru za sagorijevanje. Stvoreni vrući plin pod pritiskom dovodio se na radno kolo radnog kola i rotirao.
• 1794 Robert Street patentira motor sa tečnim 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". Na osnovu razvoja kreira "samohodnu posadu".
• 1860 Etienne Lenoir je pionir ranih izuma stvorivši izvodljiv motor pokretan mješavinom plina i zraka za osvjetljenje. Mehanizam je pokrenut iskrom iz vanjskog izvora napajanja. Izum je korišten na čamcima, ali nije instaliran na samohodnim vozilima.
• 1861 Alphonse Bo De Rocha otkriva važnost kompresije goriva prije paljenja, što je poslužilo stvaranju teorije o radu četverotaktnog motora s unutrašnjim sagorijevanjem (usisavanje, kompresija, sagorijevanje sa širenjem i ispuštanjem).
• 1877 Nikolaus Otto stvara prvih četvorotaktnih motora sa unutrašnjim sagorijevanjem od 12 KS.
• 1879 Karl Benz patentira dvotaktni motor.
• 1880-ih. Ogneslav Kostrovich, Wilhelm Maybach i Gottlieb Daimler istovremeno razvijaju modifikacije karburatora motora sa unutrašnjim sagorijevanjem, pripremajući ih za masovnu proizvodnju.

Pored motora na benzinski pogon, Trinkler Motor pojavio se 1899. godine. Ovaj izum je druga vrsta motora sa unutrašnjim sagorijevanjem (nekompresorski uljni motor pod visokim pritiskom), koji radi na principu izuma Rudolfa Diesela. Tokom godina, pogonske jedinice, i benzinske i dizelske, poboljšavale su se, što je povećalo njihovu efikasnost.

📌Vrste motora sa unutrašnjim sagorijevanjem

Po tipu dizajna i specifičnostima rada motora sa unutrašnjim sagorijevanjem klasificirani su prema nekoliko kriterija:

• Po vrsti goriva koje se koristi - dizel, benzin, plin.
• Prema principu hlađenja - tečnost i vazduh.
• Ovisno o rasporedu cilindara - linijski i u obliku slova V.
• Prema načinu pripreme smjese goriva - karburator, plin i ubrizgavanje (smjese nastaju u vanjskom dijelu motora s unutrašnjim sagorijevanjem) i dizela (u unutarnjem dijelu).
• Prema principu paljenja smjese goriva - prisilnim paljenjem i samozapaljenjem (tipično za dizel jedinice).

Motori se takođe odlikuju svojim dizajnom i efikasnošću:

• Klip, u kojem je radna komora smještena 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 dovodi direktno u usisni razvodnik kroz mlaznice);
  • dizel (do zapaljenja smjese dolazi zbog stvaranja visokog pritiska unutar komore).
  • Rotacijski klip, karakteriziran pretvaranjem toplinske energije u mehaničku zbog rotacije rotora zajedno s profilom. Rad rotora, čiji je pokret sličan obliku od 8 ku, u potpunosti zamjenjuje funkcije klipova, razvodnog vratila i radilice.
  • Plinska turbina, u kojoj se motor pokreće toplotnom energijom dobijenom okretanjem rotora sa lopaticama nalik lopatici. Pogoni vratilo turbine.

Teorija se na prvi pogled čini jasnom. Sada ćemo pogledati glavne komponente pogonskog sklopa.

📌 ICE uređaj

Dizajn karoserije uključuje sljedeće komponente:

• blok cilindara;
• radilica;
• mehanizam za distribuciju plina;
• sistemi napajanja i paljenja zapaljive smeše i uklanjanja proizvoda sagorevanja (izduvnih gasova).

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

Broj 6 označava gdje se nalazi cilindar. To je jedna od ključnih komponenti motora sa unutrašnjim sagorijevanjem. Unutar cilindra nalazi se klip označen brojem 7. Pričvršćen je na klipnjaču i radilicu (na dijagramu označeni 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. Potreban 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 osovinama, označenim brojem 14, odnosno njegovim elementima prijenosa (broj 15). Rotaciju bregaste osovine osiguravaju zupčanici radilice, označeni brojem 13. Kada se klip slobodno kreće u cilindru, može zauzeti dva ekstremna položaja.

Normalan rad motora sa unutrašnjim sagorevanjem može se osigurati samo ujednačenim dovodom smeše goriva u pravo vreme. Da bi se smanjili operativni troškovi motora za odvođenje toplote i spriječilo prerano trošenje pogonskih dijelova, oni su podmazani uljem.

📌 Princip rada motora sa unutrašnjim sagorijevanjem

Moderni motori sa unutrašnjim sagorijevanjem rade na gorivu koje se zapali unutar cilindara i energiji koja iz njega dolazi. Mješavina benzina i zraka dovodi se kroz usisni ventil (u mnogim motorima postoje dva po cilindru). Na istom mjestu se pali zbog iskre koja nastaje svjećica... U trenutku mini eksplozije, gasovi u radnoj komori se šire, stvarajući pritisak. Pokreće klip pričvršćen za KShM.

Dizel motori rade na sličnom principu, samo što se postupak sagorijevanja 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. Dalje, postupak je identičan benzinskoj modifikaciji motora sa unutrašnjim sagorijevanjem.

KShM pretvara klipne pokrete klipne grupe u rotaciju radilica... Obrtni moment ide na zamašnjak, a zatim na mehanički ili automatski menjač i na kraju - na pogonskim točkovima.

Proces dok se klip pomiče gore ili dolje naziva se hod. Sve mjere do trenutka ponavljanja nazivaju se ciklusom.

Jedan ciklus uključuje proces usisavanja, kompresije, paljenja, zajedno s širenjem nastalih 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 pokretati dva puta po ciklusu, a klip će izvršiti četiri potpuna pokreta - spuštati se, dizati, spuštati, dizati.

Principle Princip rada dvotaktnog motora

Kad 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. Dolazi do daljnje ventilacije - ispušni plinovi se istiskuju novim dijelom radne zapaljive smjese. Prozračivanje može varirati ovisno o dizajnu motora. Jedna od modifikacija predviđa punjenje prostora pot klipa mješavinom goriva i zraka kada se podiže, a kada se klip spušta, istiskuje se u radnu komoru cilindra, istiskujući proizvode sagorijevanja.

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

Takvi se motori koriste u opremi male snage, jer se izmjena plina u njima događa zbog zamjene ispušnih plinova drugim dijelom smjese zrak-gorivo. Budući da se radna smjesa djelomično uklanja zajedno s ispuhom, ovu modifikaciju karakterizira povećana potrošnja goriva i manja snaga u odnosu na četvorotaktne analoge.

Jedna od prednosti takvih motora sa unutrašnjim sagorijevanjem je manje trenje po ciklusu, ali se istovremeno jače zagrijavaju.

Principle Princip rada četverotaktnog motora

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

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

Kod takvih motora ciklus se 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. Kada 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 izbacuje ispušne plinove. Ovo je četvrto izdanje.

📌Pomoćni sistemi motora sa unutrašnjim sagorevanjem

Nijedan savremeni motor sa unutrašnjim sagorevanjem ne može raditi samostalno. To je zato što se gorivo mora dopremiti iz spremnika za gorivo 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 tokom sagorijevanja, motor se mora ohladiti. Te prateće procese ne osigurava sam motor, stoga motor sa unutrašnjim sagorijevanjem radi zajedno sa pomoćnim sistemima.

System Sistem paljenja

Ovaj pomoćni sistem dizajniran je za pravovremeno paljenje zapaljive smjese u odgovarajućem položaju klipa (TDC u taktu kompresije). Koristi se u benzinskim motorima sa unutrašnjim sagorijevanjem i sastoji se od sljedećih elemenata:

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

📌Uvodni sistem

Za izgaranje je potrebna kombinacija tri faktora: goriva, kisika i izvora paljenja. Ako se primijeni električno pražnjenje - zadatak sustava paljenja, tada usisni sustav osigurava kisik motoru kako bi se gorivo moglo zapaliti.

Ovaj sistem se sastoji od:

• Ulaz zraka - odvojna cijev kroz koju se odvodi čisti zrak. Proces prijema ovisi o modifikaciji motora. U atmosferskim motorima usisava se zrak zbog stvaranja vakuuma stvorenog u cilindru. U modelima sa turbopunjačem, ovaj proces je poboljšan rotacijom lopatica punila, što povećava snagu motora.
• Zračni filter 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 na papučicu gasa ili elektronikom upravljačke jedinice.
• Usisni razvodnik je sistem cijevi spojenih na jednu zajedničku cijev. U ubrizgavajućim motorima sa unutrašnjim sagorijevanjem na vrhu je ugrađen prigušni ventil i ubrizgavač goriva za svaki cilindar. Kod modifikacija karburatora, karburator je instaliran na usisnom razvodniku, u kojem se vazduh meša sa benzinom.

Pored vazduha, u boce se mora dovoditi i gorivo. U tu svrhu razvijen je sistem za gorivo koji se sastoji od:

• rezervoar za gorivo;
• cijev za gorivo - crijeva i cijevi kroz koje se benzin ili dizel gorivo kreću od spremnika do motora;
• rasplinjač ili mlaznica (sistemi mlaznica koji prskaju gorivo);
• pumpa za gorivopumpanje goriva iz spremnika u rasplinjač ili drugi uređaj za miješanje goriva i zraka;
• filter 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 sistemima postoje:

• jednokratno ubrizgavanje (princip rasplinjača, samo sa mlaznicom);
• raspodijeljeno ubrizgavanje (za svaki cilindar instalirana je zasebna mlaznica, smjesa zrak-gorivo se formira u kanalu usisnog razvodnika);
• direktno ubrizgavanje (mlaznica prska radnu smjesu direktno u cilindar);
• kombinovano ubrizgavanje (kombinuje princip direktnog i distribuiranog ubrizgavanja)

SystemSistem 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 sistemom podmazivanja. Takođe štiti metalne dijelove od oksidacije i uklanja naslage ugljika. Sistem podmazivanja sastoji se od:

• korito - rezervoar 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 automobili su opremljeni hladnjakom ulja za dodatno hlađenje maziva u motoru.

📌Auspušni sistem

Kvalitetni ispušni sistem osigurava uklanjanje ispušnih plinova iz radnih komora cilindara. Savremeni automobili opremljeni su ispušnim sistemom, koji uključuje sljedeće elemente:

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

System Sistem hlađenja

Ovaj dodatni sistem omogućava motoru da radi bez pregrijavanja. Ona podržava radna temperatura motoradok je namotana. Tako da ovaj indikator ne prelazi kritične granice čak i kada automobil miruje, sistem se sastoji od sljedećih dijelova:

• hladnjaksastoji se od cijevi i ploča dizajniranih za brzu izmjenu topline između rashladne tečnosti 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 tečnosti koja uklanja toplinu s vrućih zidova 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 sistema osigurava nesmetan rad motora sa unutrašnjim sagorijevanjem.

📌 Ciklusi motora

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

U motoru sa unutrašnjim sagorijevanjem klip vrši klipne pokrete (gore / dolje) duž cilindra. Klipnjača i ručica pričvršćena za nju pretvaraju ovu 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, u njemu se mora stisnuti i zapaliti, a proizvodi sagorijevanja također moraju ukloniti. Svaki od ovih procesa odvija se u jednoj revoluciji radilice. Te se radnje nazivaju rešetke. Četverotaktni su ih četvero:

1. Usis ili usis. Pri tom hodu, smjesa zraka i goriva se usisava u šupljinu cilindra. Ulazi kroz otvoreni usisni ventil. Ovisno o vrsti sistema za gorivo, benzin se miješa sa zrakom u usisnom razvodniku ili direktno u cilindru, kao, na primjer, kod dizel motora;
2. Kompresija. U ovom trenutku su i 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 komprimovan na nekoliko atmosfera (10-11), a u dizel motoru više od 20 atm;
3. Radni udar. U trenutku kada 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 dizel gori samo od sebe. Čim se dogodi eksplozija smjese goriva i zraka, oslobođena energija više nema kamo i pomiče klip prema dolje;
4. Oslobađanje proizvoda sagorevanja. 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 za motore za motorna vozila ICE. Među prednostima takvih jedinica su:

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

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

• što su jedinica i srodni sistemi složeniji, njihovo održavanje je skuplje (na primjer, EcoBoost motori);
• zahtijeva fino podešavanje sistema za dovod goriva, raspodjelu paljenja i druge sisteme, što zahtijeva određene vještine, inače motor neće raditi efikasno (ili uopće neće startati);
• veća težina (u odnosu na električne motore);
• habanje radilice.

Uprkos tome što su mnoga vozila opremili drugim vrstama motora („čisti“ automobili pogonjeni električnom vučom), ICE će dugo zadržati konkurentnu poziciju zbog njihove dostupnosti. Hibridne i električne verzije automobila stječu popularnost, međutim, zbog visokih troškova takvih vozila i troškova njihovog održavanja, još uvijek nisu dostupne prosječnom automobilisti.

Uobičajena pitanja:

Šta je motor sa unutrašnjim sagorevanjem? Ovo je vrsta pogonske jedinice, gdje je u izvedbi predviđena zatvorena komora za sagorijevanje, u kojoj se stvara toplotna energija (uslijed paljenja smjese goriva i zraka) i pretvara u mehaničku energiju.

Ko je izumio motor sa unutrašnjim sagorevanjem? Uzorak prvog svjetskog motora sa unutrašnjim sagorijevanjem otkrio je francuski izumitelj Étven Lenoir 1860. godine. Prvi četverotaktni motor sa unutrašnjim sagorijevanjem, prema čijoj shemi rade apsolutno sve pogonske jedinice, izumio je Nikolaus Otto.

Od čega je napravljen motor? Najjednostavniji motor s unutarnjim sagorijevanjem sastoji se od cilindričnog bloka, u koji je ugrađen sistem klipnjače, cilindrično-klipne skupine, blok je odozgo pokriven glavom cilindra s mehanizmom za distribuciju plina (bregasto vratilo i ventili), usisni i ispušni sistem, gorivo i sistem paljenja.