Les dispositifs mécaniques les plus célèbres et les plus utilisés dans le monde sont les moteurs. combustion interne(ci-après DVS). Leur gamme est étendue et ils diffèrent par un certain nombre de caractéristiques, par exemple le nombre de cylindres, dont le nombre peut varier de 1 à 24, le carburant utilisé.

Le fonctionnement d'un moteur à combustion interne à piston

Moteur à combustion interne monocylindre peut être considéré comme le coup le plus primitif, déséquilibré et inégal, malgré le fait qu'il soit le point de départ de la création d'une nouvelle génération de moteurs multicylindres. Aujourd'hui, ils sont utilisés dans la modélisation d'avions, dans la production d'outils agricoles, ménagers et de jardin. Pour l'industrie automobile, les moteurs à quatre cylindres et les appareils plus solides sont massivement utilisés.

Comment ça marche et en quoi consiste-t-il ?

Moteur alternatif à combustion interne a une structure complexe et se compose de:

• Logement, y compris un bloc-cylindres, une culasse;
• mécanisme de distribution de gaz ;
• Mécanisme à manivelle (ci-après KShM);
• Un certain nombre de systèmes auxiliaires.

KShM est un lien entre l'énergie libérée lors de la combustion du mélange carburant-air (ci-après dénommé FA) dans le cylindre et le vilebrequin, qui assure le mouvement de la voiture. Le système de distribution de gaz est responsable des échanges de gaz pendant le fonctionnement de l'unité: l'accès de l'oxygène atmosphérique et des assemblages combustibles au moteur et l'élimination rapide des gaz formés lors de la combustion.

L'appareil du moteur à piston le plus simple

Les systèmes auxiliaires sont présentés :

• Entrée, fournissant de l'oxygène au moteur ;
• Carburant, représenté par un système d'injection ;
• L'allumage, qui fournit une étincelle et l'allumage des assemblages combustibles pour les moteurs fonctionnant à l'essence (les moteurs diesel se caractérisent par l'auto-inflammation du mélange de haute température);
• Un système de lubrification qui réduit la friction et l'usure des pièces métalliques en contact à l'aide d'huile moteur ;
• , qui empêche la surchauffe des pièces de travail du moteur, en faisant circuler des liquides spéciaux tels que l'antigel;
• Un système d'échappement qui assure l'évacuation des gaz dans le mécanisme correspondant, composé de soupapes d'échappement ;
• Un système de contrôle qui assure la surveillance du fonctionnement du moteur à combustion interne au niveau électronique.

L'élément de travail principal dans le nœud décrit est considéré piston de moteur à combustion interne, qui est lui-même une pièce préfabriquée.

Dispositif à piston ICE

Schéma de fonctionnement étape par étape

Le fonctionnement d'un moteur à combustion interne est basé sur l'énergie des gaz en expansion. Ils résultent de la combustion des assemblages combustibles à l'intérieur du mécanisme. ce processus physique force le piston à se déplacer dans le cylindre. Le carburant dans ce cas peut être:

• Liquides (essence, carburant diesel);
• des gaz;
• Monoxyde de carbone résultant de la combustion.

Le fonctionnement du moteur est un cycle fermé continu composé d'un certain nombre de cycles. Les moteurs à combustion interne les plus courants sont de deux types, différant par le nombre de cycles :

1. Deux temps, produisant une compression et une course;
2. Quatre temps - sont caractérisés par quatre étapes de même durée: admission, compression, course de travail et finale - libération, cela indique un changement quadruple de la position de l'élément de travail principal.

Le début de la course est déterminé par l'emplacement du piston directement dans le cylindre :

• Point mort haut (ci-après dénommé PMH) ;
• Point mort bas (ci-après PMB).

En étudiant l'algorithme de l'échantillon à quatre temps, vous pouvez bien comprendre principe de fonctionnement d'un moteur de voiture.

Le principe de fonctionnement d'un moteur de voiture

L'admission s'effectue en passant du point mort haut à travers toute la cavité du cylindre du piston moteur avec recul simultané de l'assemblage combustible. Sur la base des caractéristiques de conception, le mélange des gaz entrants peut se produire :

• Dans le collecteur d'admission, cela est vrai si le moteur est à essence à injection distribuée ou centrale;
• Dans la chambre de combustion, si nous parlonsà propos d'un moteur diesel, ainsi que d'un moteur fonctionnant à l'essence, mais à injection directe.

Première mesure fonctionne avec les soupapes d'admission ouvertes du mécanisme de distribution de gaz. Le nombre de soupapes d'admission et d'échappement, leur temps d'ouverture, leur taille et leur état d'usure sont des facteurs qui influent sur la puissance du moteur. Le piston au stade initial de compression est placé au PMB. Par la suite, il commence à se déplacer vers le haut et à comprimer l'assemblage combustible accumulé aux dimensions déterminées par la chambre de combustion. La chambre de combustion est l'espace libre dans le cylindre qui reste entre le haut du cylindre et le piston au point mort haut.

Deuxième mesure consiste à fermer toutes les soupapes du moteur. La densité de leur ajustement affecte directement la qualité de la compression de l'assemblage combustible et son allumage ultérieur. Aussi, la qualité de la compression des assemblages combustibles est fortement influencée par le niveau d'usure des composants du moteur. Elle s'exprime par la taille de l'espace entre le piston et le cylindre, par l'étanchéité des soupapes. Le niveau de compression d'un moteur est le principal facteur influençant sa puissance. Il est mesuré avec une jauge de compression spéciale.

coup de travail démarre lorsqu'il est connecté au processus, générant une étincelle. Le piston est en position haute maximale. Le mélange explose, des gaz sont libérés, créant hypertension artérielle et le piston est mis en mouvement. Le mécanisme à manivelle, à son tour, active la rotation du vilebrequin, qui assure le mouvement de la voiture. Toutes les vannes du système sont en position fermée à ce moment.

coup de graduation est le dernier du cycle considéré. Toutes les soupapes d'échappement sont en position ouverte, permettant au moteur de « respirer » les produits de combustion. Le piston revient à son point de départ et est prêt à démarrer un nouveau cycle. Ce mouvement contribue à l'excrétion dans le système d'échappement, puis dans environnement, gaz résiduaires.

Schéma de fonctionnement d'un moteur à combustion interne, comme mentionné ci-dessus, est basé sur la cyclicité. Considérant en détail, Comment ça marche moteur à pistons , on peut résumer que l'efficacité d'un tel mécanisme ne dépasse pas 60%. Ce pourcentage est dû au fait qu'à un instant donné, le cycle de travail s'effectue dans un seul cylindre.

Toute l'énergie reçue à ce moment n'est pas dirigée vers le mouvement de la voiture. Une partie est consacrée au maintien en mouvement du volant d'inertie qui, par inertie, assure le fonctionnement de la voiture pendant les trois autres cycles.

Une certaine quantité d'énergie thermique est involontairement dépensée pour chauffer le boîtier et les gaz d'échappement. C'est pourquoi la puissance du moteur d'une voiture est déterminée par le nombre de cylindres et, par conséquent, par la soi-disant taille du moteur, calculée selon une certaine formule comme le volume total de tous les cylindres de travail.

Actuellement, les moteurs à combustion interne à pistons à quatre temps sont principalement utilisés dans les véhicules.

Un moteur monocylindre (Fig. a) contient les pièces principales suivantes : cylindre 4, carter 2, piston 6, bielle 3, vilebrequin 1 et volant 14. À une extrémité, la bielle est reliée de manière pivotante au piston à l'aide du piston goupille 5, et à l'autre extrémité également articulée avec la manivelle du vilebrequin.

Lorsque le vilebrequin tourne, le piston effectue un mouvement de va-et-vient dans le cylindre. Pour un tour de vilebrequin, le piston fait un coup de bas en haut. Le changement de sens de déplacement du piston se produit aux points morts - haut (TDC) et bas (BDC).

Le point mort haut est la position du piston la plus éloignée du vilebrequin (la plus haute lorsque le moteur est vertical) et le point mort bas est la position du piston la plus proche du vilebrequin (la plus basse lorsque le moteur est vertical).

Riz. Schéma de principe (a) d'un moteur à combustion interne à pistons monocylindre à quatre temps et son schéma (b) de détermination des paramètres :
1 - vilebrequin; 2 - carter; 3 - bielle; 4 - cylindre; 5 - axe de piston; 6 - pistons; 7 - soupape d'admission; 8 - canalisation d'entrée; 9 - arbre à cames; 10 - bougie d'allumage (moteurs essence et gaz) ou brûleur à carburant(diesels); 11 - tuyau d'échappement; 12 - sortie, vanne; 13 - segments de piston; 14 - volant moteur; D est le diamètre du cylindre ; r - rayon de manivelle ; S - course du piston

La distance S (fig. b) entre le PMH et le PMB est appelée la course du piston. Il est calculé par la formule :

S = 2r
où r est le rayon de vilebrequin du vilebrequin.

La course du piston et le diamètre du cylindre D déterminent les dimensions principales du moteur. Dans les moteurs de transport, le rapport S/D est de 0,7 à 1,5. À S/D< 1 двигатель называется короткоходным, а при S/D >1 - course longue.

Lorsque le piston descend du PMH au PMB, le volume au-dessus passe du minimum au maximum. Le volume minimum du cylindre au-dessus du piston lorsqu'il est au PMH s'appelle la chambre de combustion. Le volume du cylindre libéré par le piston lorsqu'il passe du PMH au PMB est appelé volume de travail. La somme des cylindrées de tous les cylindres est la cylindrée du moteur. Exprimée en litres, on l'appelle la cylindrée du moteur. Le volume total d'un cylindre est déterminé par la somme de son volume utile et du volume de la chambre de combustion. Ce volume est enfermé au-dessus du piston à sa position au PMB.

Une caractéristique importante du moteur est le taux de compression, qui est déterminé par le rapport du volume total du cylindre au volume de la chambre de combustion. Le taux de compression indique combien de fois la charge entrant dans le cylindre est comprimée (air ou mélange air-carburant) lors du déplacement du piston du PMB au PMH. À moteurs à essence le taux de compression est de 6 à 14 et pour les moteurs diesel - de 14 à 24. Le taux de compression adopté détermine en grande partie la puissance du moteur et son efficacité, et affecte également de manière significative la toxicité des gaz d'échappement.

Le fonctionnement d'un moteur à combustion interne à piston repose sur l'utilisation de la pression sur le piston des gaz formés lors de la combustion des mélanges de carburant et d'air dans le cylindre. Dans les moteurs à essence et à gaz, le mélange est enflammé par la bougie d'allumage 10, et dans les moteurs diesel, en raison de la compression. Il existe des concepts de mélanges combustibles et de travail. Le mélange combustible est constitué de carburant et d'air pur, et le mélange de travail comprend également les gaz d'échappement restant dans le cylindre.

L'ensemble des processus successifs qui se répètent périodiquement dans chaque cylindre du moteur et assurent son fonctionnement continu s'appelle le cycle de travail. Le cycle de travail d'un moteur à quatre temps se compose de quatre processus, dont chacun se produit en une course du piston (course) ou une demi-révolution du vilebrequin. Un cycle de travail complet est effectué en deux tours de vilebrequin. Il convient de noter que dans le cas général, les concepts de "processus de travail" et de "course" ne sont pas synonymes, bien que pour un moteur à pistons à quatre temps, ils soient pratiquement les mêmes.

Considérez le cycle de travail d'un moteur à essence.

Le premier coup du cycle de travail est l'admission. Le piston se déplace du PMH au PMB, tandis que la soupape d'admission 7 est ouverte et la soupape d'échappement 12 est fermée, et mélange combustible sous vide pénètre dans le cylindre. Lorsque le piston atteint le PMB, la soupape d'admission se ferme et le cylindre est rempli de mélange de travail. Dans la plupart des moteurs à essence, le mélange combustible se forme à l'extérieur du cylindre (dans le carburateur ou le collecteur d'admission 8).

La prochaine étape est la compression. Le piston recule du PMB au PMH, comprimant le mélange. Ceci est nécessaire pour sa combustion plus rapide et plus complète. Les soupapes d'admission et d'échappement sont fermées. Le degré de compression du mélange de travail pendant la course de compression dépend des propriétés de l'essence utilisée, et principalement de sa résistance antidétonante, caractérisée par un indice d'octane (pour l'essence, il est de 76 à 98). Plus l'indice d'octane est élevé, plus la résistance antidétonante du carburant est élevée. Si le taux de compression est trop élevé ou si la résistance anti-cliquetis de l'essence est trop faible, une détonation (suite à la compression) l'allumage du mélange peut se produire et le fonctionnement normal du moteur peut être perturbé. À la fin de la course de compression, la pression dans le cylindre augmente à 0,8...1,2 MPa et la température atteint 450...500°C.

La course de compression est suivie d'une expansion (course) lorsque le piston redescend du PMH. Au début de cette course, même avec une certaine avance, le mélange combustible est enflammé par la bougie 10. En même temps, les soupapes d'admission et d'échappement sont fermées. Le mélange brûle très rapidement avec le dégagement d'une grande quantité de chaleur. La pression dans le cylindre augmente fortement et le piston se déplace vers le WTC, faisant tourner le vilebrequin 1 à travers la bielle 3. Au moment de la combustion du mélange, la température dans le cylindre monte à 1800 ... 2000 ° C, et la pression - jusqu'à 2,5 ... 3,0 MPa .

Le dernier cycle du cycle de travail est la libération. Pendant cette course, la soupape d'admission est fermée et la soupape d'échappement est ouverte. Le piston, se déplaçant vers le haut du PMB au PMH, pousse les gaz d'échappement restant dans le cylindre après combustion et détente à travers la soupape d'échappement ouverte dans le tuyau d'échappement 11. Ensuite, le cycle est répété.

Le cycle de fonctionnement d'un moteur diesel présente quelques différences par rapport au cycle considéré d'un moteur à essence. Lors de la course d'admission, ce n'est pas un mélange combustible qui pénètre dans le cylindre par la canalisation 8, mais de l'air propre, qui est comprimé lors de la course suivante. À la fin de la course de compression, lorsque le piston approche du PMH, du carburant diesel finement atomisé est injecté dans le cylindre à travers un dispositif spécial - une buse vissée dans la partie supérieure de la culasse. En contact avec l'air, qui a une température élevée en raison de la compression, les particules de carburant brûlent rapidement. se démarque un grand nombre de chaleur, à la suite de quoi la température dans le cylindre monte à 1700 ... 2000 ° C et la pression - jusqu'à 7 ... 8 MPa. Sous l'influence de la pression du gaz, le piston descend - une course de travail se produit. Les courses d'échappement d'un moteur diesel et d'un moteur à essence sont similaires.

Pour que le cycle de fonctionnement du moteur se déroule correctement, il est nécessaire de coordonner les moments d'ouverture et de fermeture de ses soupapes avec la vitesse du vilebrequin. Cela se fait de la manière suivante. Le vilebrequin, à l'aide d'un engrenage, d'une chaîne ou d'un entraînement par courroie, fait tourner un autre arbre moteur - la distribution 9, qui doit tourner deux fois plus lentement que le vilebrequin. Sur l'arbre à cames, il y a des saillies profilées (cames), qui directement ou à travers des pièces intermédiaires (poussoirs, tiges, culbuteurs) déplacent les soupapes d'admission et d'échappement. Pour deux tours de vilebrequin, chaque soupape, admission et échappement, ne s'ouvre et ne se ferme qu'une seule fois : pendant la course d'admission et d'échappement, respectivement.

L'étanchéité entre le piston et le cylindre, ainsi que l'élimination de l'excès d'huile des parois du cylindre, sont assurées par des segments de piston spéciaux 13.

Le vilebrequin d'un moteur monocylindre tourne de façon inégale : avec accélération pendant la course motrice et décélération pendant les cycles auxiliaires restants (admission, compression et échappement). Pour augmenter l'uniformité de rotation du vilebrequin, un disque massif est installé à son extrémité - le volant 14, qui pendant la course de travail accumule de l'énergie cinétique, et pendant les cycles restants il la restitue, continuant à tourner par inertie.

Cependant, malgré la présence d'un volant d'inertie, le vilebrequin d'un moteur monocylindre ne tourne pas assez régulièrement. Au moment de l'allumage du mélange de travail, des chocs importants sont transmis au carter du moteur, ce qui désactive rapidement le moteur lui-même et ses pièces de montage. Par conséquent, les moteurs monocylindres sont rarement utilisés, principalement sur les véhicules à deux roues. Sur d'autres machines, des moteurs multicylindres sont installés, ce qui permet une rotation plus uniforme du vilebrequin du fait que la course du piston dans différents cylindres n'est pas effectuée simultanément. Plus large utilisation ont reçu des moteurs à quatre, six, huit et douze cylindres, bien que certains véhicules utilisent également des moteurs à trois et cinq cylindres.

Les moteurs multicylindres ont généralement une disposition de cylindres en ligne ou en forme de V. Dans le premier cas, les cylindres sont installés sur une ligne et dans le second - sur deux rangées à un certain angle l'une par rapport à l'autre. Ce coin pour divers modèles est de 60 ... 120 ° ; pour les moteurs à quatre et six cylindres, il est généralement de 90 °. Comparés aux moteurs en V en ligne de même puissance, ils sont plus courts, plus hauts et plus légers. Les cylindres sont numérotés séquentiellement: d'abord, à partir de l'avant (orteil), les cylindres de la moitié droite (dans le sens de la machine) du moteur sont numérotés, puis, à partir également de l'avant, la moitié gauche.

Le fonctionnement uniforme d'un moteur multicylindre est obtenu si l'alternance de la course motrice dans ses cylindres se produit par angles égaux tourner le vilebrequin. L'intervalle angulaire pendant lequel les mêmes cycles seront répétés uniformément dans différents cylindres peut être déterminé en divisant 720 ° (l'angle de rotation du vilebrequin auquel un cycle de fonctionnement complet est effectué) par le nombre de cylindres du moteur. Par exemple, un moteur huit cylindres a un espacement angulaire de 90°.

La séquence de cycles alternés du même nom dans différents cylindres s'appelle l'ordre de fonctionnement du moteur. L'ordre des opérations doit être tel qu'il réduise autant que possible mauvaise influence sur le fonctionnement du moteur des forces et moments d'inertie résultant du fait que les pistons se déplacent de manière inégale dans les cylindres et que leur accélération varie en amplitude et en direction. Pour les moteurs quatre cylindres en ligne et en V, l'ordre de fonctionnement peut être le suivant : 1 - 2 - 4 - 3 ou 1 - 3 - 4-2, pour les moteurs six cylindres en ligne et en V , respectivement 1 - 5-3 - 6 - 2- 4 et 1 - 4 - 2 - 5 - 3 - 6, et pour les moteurs en V à huit cylindres - 1 - 5 - 4 - 2 - 6 - 3 - 7 - 8 .

Afin d'utiliser plus efficacement le volume de travail des cylindres et d'augmenter leur puissance dans certaines conceptions de moteurs à pistons, l'air est suralimenté avec une augmentation correspondante de la quantité de carburant injecté. Pour assurer la pressurisation, c'est-à-dire créer une surpression à l'entrée du cylindre, on utilise le plus souvent des compresseurs à turbine à gaz (turbocompresseurs). Dans ce cas, l'énergie des gaz d'échappement est utilisée pour pomper de l'air qui, sortant des cylindres à grande vitesse, fait tourner la roue de turbine du turbocompresseur montée sur le même arbre que la roue de pompe. Outre les turbocompresseurs, des compresseurs de suralimentation mécaniques sont également utilisés, dont les corps de travail (roues de pompe) sont entraînés à partir du vilebrequin du moteur à l'aide d'une transmission mécanique.

Pour un meilleur remplissage des cylindres avec un mélange combustible (moteurs à essence) ou de l'air pur (moteurs diesel), ainsi que pour leur nettoyage plus complet des gaz d'échappement, les soupapes doivent s'ouvrir et ne se fermer pas aux moments où les pistons sont au PMH et BDC, mais avec un peu d'avance ou de retard. Les moments d'ouverture et de fermeture des soupapes, exprimés en degrés par les angles de rotation du vilebrequin par rapport au PMH et au PMB, sont appelés calage des soupapes et peuvent être représentés sous forme de graphique circulaire.

La soupape d'admission commence à s'ouvrir pendant la course d'échappement du cycle de fonctionnement précédent, lorsque le piston n'a pas encore atteint le PMH. À ce moment, les gaz d'échappement sortent par la conduite d'échappement et, en raison de l'inertie du flux, emportent des particules de charge fraîches de la conduite d'admission ouverte, qui commencent à remplir le cylindre même en l'absence de vide. Au moment où le piston arrive au PMH et commence à descendre, la soupape d'admission est déjà largement ouverte et le cylindre est rapidement rempli d'une nouvelle charge. Angle d'avance à l'ouverture de la soupape d'admission y divers moteurs fluctue entre 9 ... 33 °. La soupape d'admission se ferme lorsque le piston passe le PMB et commence à monter sur la course de compression. Jusqu'à ce moment, une nouvelle charge remplit le cylindre par inertie. L'angle p du retard de fermeture de la soupape d'admission dépend du modèle de moteur et est de 40 ... 85 °.

Riz. Le diagramme circulaire du calage des soupapes d'un moteur à quatre temps:
a - angle d'avance de l'ouverture de la soupape d'admission ; p est l'angle de retard à la fermeture de la soupape d'admission ; y - angle d'avance de l'ouverture de la soupape d'échappement; b - angle de retard dans la fermeture de la soupape d'échappement

La soupape d'échappement s'ouvre pendant la course motrice lorsque le piston n'a pas encore atteint le PMB. Dans ce cas, le travail du piston nécessaire pour expulser les gaz d'échappement est réduit, compensant une certaine perte de travail des gaz due à l'ouverture précoce de la soupape d'échappement. L'angle d'avance à l'ouverture de la vanne de sortie Y est de 40…70°. La soupape d'échappement se ferme un peu plus tard que le piston atteint le PMH, c'est-à-dire pendant la course d'admission du cycle de fonctionnement suivant. Lorsque le piston commence à descendre, les gaz restants sortiront toujours du cylindre par inertie. L'angle 5 du retard de fermeture de la soupape d'échappement est de 9 ... 50°.

L'angle a + 5 auquel les soupapes d'admission et d'échappement sont simultanément légèrement ouvertes est appelé angle de recouvrement des soupapes. Du fait que cet angle et les écarts entre les soupapes et leurs sièges sont faibles dans ce cas, il n'y a pratiquement aucune fuite de charge du cylindre. De plus, le remplissage du cylindre avec une charge fraîche est amélioré grâce à haute vitesse flux de gaz d'échappement à travers la soupape d'échappement.

Les angles d'avance et de retard, et donc la durée d'ouverture des soupapes, doivent être d'autant plus grands que la vitesse du vilebrequin du moteur est élevée. Cela est dû au fait que dans les moteurs à grande vitesse, tous les processus d'échange de gaz se produisent plus rapidement et que l'inertie des gaz de charge et d'échappement ne change pas.

Riz. Schéma de principe d'un moteur à turbine à gaz :
1 - compresseur ; 2 - chambre de combustion ; 3 - turbine compresseur; 4 - turbine de puissance; M - couple transmis à la transmission de la machine

Le principe de fonctionnement d'un moteur à turbine à gaz (GTE) est illustré sur la figure. L'air de l'atmosphère est aspiré par le compresseur 2, comprimé dans celui-ci et introduit dans la chambre de combustion 2, où le carburant est également fourni par la buse. Dans cette chambre, le processus de combustion du carburant à pression constante a lieu. Les produits gazeux de la combustion pénètrent dans la turbine jusqu'au compresseur 3, où une partie de leur énergie est dépensée pour entraîner le compresseur qui pompe l'air. Le reste de l'énergie des gaz est converti en travail mécanique de rotation de la turbine libre ou de puissance 4, qui est reliée à la transmission de la machine par l'intermédiaire d'une boîte de vitesses. Dans ce cas, dans la turbine du compresseur et la turbine libre, le gaz se détend avec une diminution de la pression de la valeur maximale (dans la chambre de combustion) à la pression atmosphérique.

Les pièces de travail d'un moteur à turbine à gaz, contrairement aux éléments similaires d'un moteur à piston, sont constamment exposées à des températures élevées. Par conséquent, pour le réduire, il est nécessaire de fournir à la chambre de combustion du moteur à turbine à gaz beaucoup plus d'air que nécessaire pour le processus de combustion.

(moteur à combustion interne) est un moteur thermique et fonctionne sur le principe de la combustion d'un mélange de carburant et d'air dans une chambre de combustion. La tâche principale d'un tel dispositif est la conversion de l'énergie de combustion de la charge de combustible en travail mécanique utile.

En dépit principe général action, il existe aujourd'hui un grand nombre d'unités qui diffèrent considérablement les unes des autres en raison d'un certain nombre d'individus caractéristiques de conception. Dans cet article, nous parlerons de ce que sont les moteurs à combustion interne, et quelles sont leurs principales caractéristiques et différences.

Types de moteurs à combustion interne

Commençons par le fait que le moteur à combustion interne peut être à deux temps et à quatre temps. Quant aux moteurs automobiles, ces unités sont à quatre temps. Les cycles du moteur sont :

• admission d'un mélange carburant-air ou air (selon le type de moteur à combustion interne);
• compression d'un mélange de carburant et d'air;
• combustion de la charge de carburant et course motrice ;
• libération de la chambre de combustion des gaz d'échappement;

Les moteurs à pistons à essence et diesel, largement utilisés dans les voitures et autres équipements, fonctionnent sur ce principe. Il convient également de mentionner et dans lequel le carburant gazeux est brûlé de la même manière que le carburant diesel ou l'essence.

Groupes électrogènes à essence

Un tel système d'alimentation, en particulier l'injection distribuée, vous permet d'augmenter la puissance du moteur, tout en économisant du carburant et en réduisant la toxicité des gaz d'échappement. Cela est devenu possible grâce au dosage précis du carburant fourni sous contrôle ( système électronique commande moteur).

Le développement ultérieur des systèmes d'alimentation en carburant a conduit à l'émergence de moteurs à injection directe (directe). Leur principale différence par rapport à leurs prédécesseurs est que l'air et le carburant sont fournis séparément à la chambre de combustion. En d'autres termes, l'injecteur n'est pas installé au-dessus des soupapes d'admission, mais est monté directement dans le cylindre.

Cette solution vous permet de fournir directement du carburant, et l'alimentation elle-même est divisée en plusieurs étapes (sous-injections). En conséquence, il est possible d'obtenir la combustion la plus efficace et la plus complète de la charge de carburant, le moteur a la possibilité de fonctionner avec un mélange pauvre (par exemple, les moteurs de la famille GDI), la consommation de carburant diminue, la toxicité des gaz d'échappement diminue, etc.

Moteurs diesel

Il fonctionne au diesel et est également très différent de l'essence. La principale différence est l'absence d'un système d'allumage par étincelle. L'allumage du mélange de carburant et d'air dans un moteur diesel provient de la compression.

En termes simples, l'air est comprimé dans les cylindres, ce qui chauffe beaucoup. Au dernier moment, l'injection se produit directement dans la chambre de combustion, après quoi le mélange chauffé et hautement comprimé s'enflamme de lui-même.

Si nous comparons les moteurs à combustion interne diesel et essence, le diesel se caractérise par une efficacité plus élevée, une meilleure efficacité et un maximum, disponible à bas régime. Compte tenu du fait que les moteurs diesel développent plus de traction à des vitesses de vilebrequin inférieures, dans la pratique, un tel moteur n'a pas besoin d'être «tourné» au démarrage, et vous pouvez également compter sur une reprise confiante par le bas.

Cependant, dans la liste des inconvénients de telles unités, on peut distinguer, ainsi que plus de poids et des vitesses plus faibles en mode vitesse maximale. Le fait est que le moteur diesel est initialement «à basse vitesse» et a une vitesse de rotation inférieure à celle des moteurs à combustion interne à essence.

Les diesels ont également une masse plus importante, car les caractéristiques de l'allumage par compression impliquent des charges plus importantes sur tous les éléments d'un tel assemblage. En d'autres termes, les pièces d'un moteur diesel sont plus solides et plus lourdes. De plus, les moteurs diesel sont plus bruyants, en raison du processus d'allumage et de combustion du carburant diesel.

moteur rotatif

Le moteur Wankel (moteur à piston rotatif) est un moteur fondamentalement différent centrale électrique. Dans un tel moteur à combustion interne, les pistons habituels qui vont et viennent dans le cylindre sont tout simplement absents. L'élément principal d'un moteur rotatif est le rotor.

Le rotor spécifié tourne le long d'une trajectoire donnée. Rotatif Essence ICE, car une telle conception n'est pas capable de fournir un degré élevé de compression du mélange de travail.

Les avantages incluent la compacité, une puissance élevée avec un petit volume de travail, ainsi que la capacité de tourner rapidement à des vitesses élevées. En conséquence, les voitures équipées d'un tel moteur à combustion interne ont des caractéristiques d'accélération exceptionnelles.

Si nous parlons des inconvénients, il convient de souligner une ressource sensiblement réduite par rapport aux unités à piston, ainsi qu'une consommation de carburant élevée. Aussi moteur rotatif Il se caractérise par une toxicité accrue, c'est-à-dire qu'il ne correspond pas tout à fait aux normes environnementales modernes.

moteur hybride

Sur certains moteurs à combustion interne, pour obtenir la puissance nécessaire, il est utilisé en combinaison avec un turbocompresseur, tandis que sur d'autres avec exactement la même cylindrée et la même disposition, de telles solutions ne sont pas disponibles.

Pour cette raison, pour une évaluation objective des performances d'un moteur particulier à différentes vitesses, et non sur le vilebrequin, mais sur les roues, il est nécessaire d'effectuer des mesures complexes spéciales sur un dyno.

Le cycle moteur est fermé. Il est possible d'organiser le fonctionnement d'un moteur à combustion interne à manivelle selon des cycles à deux et quatre temps. Mais la grande majorité des moteurs à combustion interne automobiles fonctionnent sur un cycle à quatre temps. Voyons comment ce travail est fait.

Mais d'abord, un peu de terminologie

Le vilebrequin tourne. Le piston qui lui est relié effectue un mouvement de haut en bas dans le cylindre. Les positions extrêmes du piston dans le cylindre sont appelées points morts. Ce sont le point mort haut (en abrégé TDC) et le point mort bas (BDC).

Le mouvement d'un piston d'une position extrême à une autre s'appelle une course. Par conséquent, dans un moteur à quatre temps, le cycle de travail s'effectue en quatre mouvements de piston de haut en bas, ce qui correspond à deux tours de vilebrequin.

Si nous multiplions la surface de l'extrémité (en bas) du piston par la distance entre le PMH et le PMB, nous obtenons le soi-disant volume de travail du cylindre, noté Vh.

Si vous multipliez la cylindrée d'un cylindre par le nombre de cylindres du moteur, vous obtenez la même cylindrée du moteur. Ce chiffre en litres figure toujours parmi les paramètres techniques de la voiture. De nombreux constructeurs automobiles mettent fièrement ce chiffre sur la plaque signalétique, en le plaçant à l'arrière de la voiture (le chiffre est souvent mal représenté).

Le nombre indiquant le volume de travail du moteur

Le volume au-dessus du piston lorsqu'il est au PMH est appelé volume de la chambre de combustion (Vc). C'est dans ce volume que commence la combustion d'un mélange de vapeur de carburant et d'air. La somme du volume de la chambre de combustion et du volume de travail du cylindre est appelée le volume total du cylindre : Va = Vh + Vс.

Prochain paramètre important moteur, c'est le taux de compression géométrique. Noté ε. Il montre combien de fois le volume au-dessus du piston change lorsqu'il passe du PMB au PMH, ε = Va/Vc. Plus ε est grand, plus la température et la pression dans le mélange gazeux au-dessus du piston sont élevées à l'approche du PMH. L'augmentation du taux de compression rend le moteur plus économique et augmente sa puissance.

Mais la valeur de ε dépend du carburant pour lequel le moteur est conçu. Pour un moteur fonctionnant à l'essence ε = 6 - 10, pour le gaz ε = 7 - 9, pour le diesel ε = 15 - 20. Cela montre pourquoi il est facile de convertir un moteur à essence pour fonctionner au gaz. Une telle valeur élevée de ε est nécessaire pour assurer l'auto-inflammation du carburant.

Eh bien, maintenant directement sur le cycle de travail

Première mesure cycle est appelé "entrée". Le piston se déplace du PMH au PMB. La soupape d'admission est ouverte et, à travers elle, des vapeurs d'essence mélangées à de l'air pénètrent dans le cylindre, ce qu'on appelle (pour un moteur diesel - de l'air pur).

La deuxième étape est la compression. Les vannes sont fermées. Le piston passe du PMB au PMH, le mélange de travail (mélange combustible et résidus des produits de combustion du cycle précédent) est comprimé. Lorsque le piston s'approche du PMH, les moteurs à essence ont une étincelle électrique entre les contacts pour enflammer le mélange.

Pourquoi l'étincelle n'est-elle pas fournie au PMH, mais plus tôt ?

Le fait est qu'avant le début de la combustion, des réactions doivent avoir lieu qui préparent le mélange à la combustion. La combustion intensive du mélange ne doit commencer que lorsque le piston atteint le PMH. Le temps des réactions préparatoires est toujours le même et la vitesse du piston change avec les changements de vitesse du vilebrequin. Par conséquent, vous devez modifier le moment de l'alimentation en étincelle, modifier le soi-disant "calage d'allumage".

Modification du calage de l'allumage

À moteurs diesel lorsque le piston s'approche du PMH à travers une buse spéciale dans l'espace au-dessus du piston sous haute pression le carburant est injecté. Au moment où le piston atteint le PMH, le carburant doit s'évaporer, se mélanger à l'air, se préparer à brûler et commencer à brûler lorsque le piston est au PMH.

Le temps de préparation est également constant, de sorte que le carburant est injecté plus tôt à haut régime. Le soi-disant "angle d'avance à l'injection" est modifié.

Le troisième coup est le coup de travail. Les vannes sont fermées. Le mélange brûle intensément, sa pression et sa température augmentent fortement. Sous pression, le piston se déplace du PMH au PMB et pousse le vilebrequin, l'alimentant en énergie.

La quatrième mesure est la libération. La vanne de sortie est ouverte. Le piston passe du PMB au PMH et les gaz d'échappement sont expulsés du cylindre.

Le cycle est terminé et le suivant commence. Il convient de noter que l'alimentation en énergie du vilebrequin ne se produit que pendant la course de la course motrice. Pendant toutes les autres courses, le piston se déplace (appelées courses de pompage) en raison de l'énergie stockée par le vilebrequin lors des cycles de travail précédents.

Comment fonctionne un moteur à combustion interne - vidéo :

C'est-à-dire que pendant deux tours du vilebrequin, son alimentation en énergie ne se produit qu'un demi-tour. C'est une des raisons du faible taux action utile moteurs à quatre temps.