Înainte de a lua în considerare problema cum funcționează un motor de mașină, este necesar cel putin in termeni generaliînțelege dispozitivul lui. Fiecare mașină are un motor. combustie interna, a cărui activitate se bazează pe conversia energiei termice în energie mecanică. Să privim mai în profunzime acest mecanism.

Cum funcționează un motor de mașină - studiem diagrama dispozitivului

Dispozitivul clasic al motorului include un cilindru și un carter, închise în partea inferioară de o tigaie. În interiorul cilindrului este amplasat cu diferite inele, care se mișcă într-o anumită secvență. Are forma unui pahar, in partea superioara se afla un fund. Pentru a înțelege în sfârșit cum funcționează un motor de mașină, trebuie să știți că pistonul este conectat la arborele cotit cu ajutorul unui bolț de piston și a unei biele.

Pentru o rotație lină și moale, se folosesc lagăre principale și de biela, care joacă rolul de rulmenți. Compoziția arborelui cotit include obrajii, precum și suporturile principale și de biela. Toate aceste piese, asamblate împreună, se numesc mecanism manivelă, care transformă mișcarea alternativă a pistonului în rotație circulară.

Partea superioară a cilindrului este închisă de cap, unde sunt amplasate supapele de admisie și evacuare. Se deschid și se închid în funcție de mișcarea pistonului și de mișcarea arborelui cotit. Pentru a înțelege cu exactitate cum funcționează un motor de mașină, videoclipurile din biblioteca noastră ar trebui studiate la fel de detaliat ca și articolul. Între timp, vom încerca să-i exprimăm efectul în cuvinte.

Cum funcționează un motor de mașină - pe scurt despre procesele complexe

Deci, limita de mișcare a pistonului are două poziții extreme - punctele moarte de sus și de jos. În primul caz, pistonul se află la distanța maximă de arborele cotit, iar a doua opțiune este cea mai mică distanță dintre piston și arborele cotit. Pentru a se asigura că pistonul trece prin punctele moarte fără oprire, se folosește un volant realizat sub formă de disc.

Un parametru important pentru motoarele cu ardere internă este raportul de compresie, care îi afectează direct puterea și eficiența.

Pentru a înțelege corect principiul de funcționare al unui motor de mașină, trebuie să știți că acesta se bazează pe utilizarea gazelor extinse în timpul procesului de încălzire, ca urmare a căruia pistonul se mișcă între punctele moarte de sus și de jos. Când pistonul este în poziția superioară, arderea combustibilului intră în cilindru și este amestecată cu aer. Ca urmare, temperatura gazelor și presiunea acestora crește semnificativ.

Gazele fac muncă utilă, datorită căruia pistonul se mișcă în jos. În plus, prin mecanismul manivelei, acțiunea este transmisă transmisiei și apoi roților mașinii. Produsele reziduale sunt îndepărtate din cilindru prin sistemul de evacuare, iar în locul lor este furnizată o nouă porțiune de combustibil. Întregul proces, de la alimentarea cu combustibil până la gazele de eșapament, .

Principiul de funcționare a unui motor de mașină - diferențe de modele

Există mai multe tipuri principale de motoare cu ardere internă. Cel mai simplu este motorul în linie. Aranjate pe un rând, ele formează un anumit volum de lucru în ansamblu. Dar treptat, unii producători s-au îndepărtat de această tehnologie de fabricație la o versiune mai compactă.

Multe modele folosesc designul cu motor V. Cu această opțiune, cilindrii sunt amplasați într-un unghi unul față de celălalt (în termen de 180 de grade). În multe modele, numărul de cilindri variază de la 6 la 12 sau mai mult. Acest lucru vă permite să reduceți semnificativ dimensiunea liniară a motorului și să reduceți lungimea acestuia.

Pentru cei care nu sunt pricepuți din punct de vedere mecanic, un motor poate arăta ca un amestec misterios de piese metalice, țevi, fire și cine știe ce altceva. Dar cum funcționează totul?

Sarcina motorului este de a transforma energia combustibilului în energie de mișcare. Cel mai simplu mod astăzi este să ardeți combustibilul din interiorul motorului. Iar motoarele se numesc motoare cu ardere internă.

Câteva lucruri pe care aș dori să le subliniez:

1. Exista tipuri diferite motoare de combustie internă. Benzina, motorina, turbina cu gaz si altele. În acest articol ne vom concentra pe benzină, ca fiind cea mai simplă.
2. Există și motoare cu ardere externă, de exemplu, motoare cu aburiîn locomotive sau bărci cu aburi de modă veche. Combustibilul (cărbune, lemn, ulei) este ars pe exteriorul motorului și încălzește apa pentru a forma abur, care deja creează mișcare în motor. Motivul pentru care nu luăm în considerare motoarele cu ardere externă în acest articol este că acestea sunt mult mai puțin eficiente decât motoarele cu ardere internă. Și mult mai greoaie.

Acum să ne concentrăm pe motoarele cu ardere internă.

Motor în patru timpi. Ilustrație (c) de Zephyris prin Wikimedia Commons

Combustie interna

Toate motoarele cu ardere internă folosesc următorul principiu: dacă puneți o cantitate mică de combustibil cu energie ridicată într-o cameră mică, închisă și o aprindeți, energia din combustibil va fi eliberată în exterior ca un gaz în expansiune. O astfel de energie (din explozia de combustibil într-un singur cilindru) ar fi suficientă pentru a trage un cartof la 150 de metri de pistol cu ​​cartofi. Dar această energie este mai bine folosită în alte scopuri, mai interesante. De exemplu, dacă creăm un anumit ciclu închis care ne va permite să producem sute de explozii similare pe minut și dacă reușim să reducem energia acestor explozii, atunci... atunci vom obține un motor de mașină.

Aproape toate mașinile moderne folosesc așa-numitul ciclu în patru timpi pentru a transforma combustibilul în mișcare. Ciclul este cunoscut sub numele de ciclul Otto, după inginerul german Nikolaus Otto, care a construit primul motor practic cu ardere internă. Cei patru pași ai acestui ciclu (sau măsurare) sunt prezentate în ilustrație. Aceasta este:

1. Admisie
2. Comprimare
3. Arderea combustibilului (cursă)
4. Eliberare

Continuând analogia cu pistolul de cartofi, putem observa că la motor totul este puțin mai complicat: cilindrul înlocuiește pistolul de cartofi, pistonul înlocuiește cartoful. Pistoanele împing arborele cotit prin biele. Arborele cotit, rotindu-se, duce la efectul de „reîncărcare” a pistolului. Iată cum merge (în funcție de ciclul nostru):

Care este amestecul aer-combustibil?

Amestecul aer-combustibil este de fapt aproape în întregime aer, deoarece este nevoie de 14,5 grame de aer pentru a arde complet și eficient 1 gram de benzină, adică aproape 12 litri! Prin urmare munca eficienta un motor de doi litri cu aspirație naturală necesită doar 44 de miligrame de benzină pe cilindru pe cursă.

1. Ciclul începe din poziția de sus a pistonului. Supapa de admisie se deschide și pistonul se mișcă în jos, permițând motorului să tragă un cilindru plin de amestec de aer și combustibil. Aceasta este cursa de admisie.
2. Pistonul începe să se inverseze, ceea ce comprimă amestecul de combustibil. Această compresie face „exploziile” de combustibil din cilindru mai puternice și mai eficiente.
3. După ce compresia se termină și pistonul ajunge în poziția superioară, bujia aprinde amestecul de combustibil cu ajutorul unei descărcări. Amestecul se aprinde și energia exploziei împinge pistonul în jos. Această cursă a motorului se numește cursă de lucru, deoarece de îndată ce se lucrează în această cursă.
4. Supapa de evacuare se deschide și gazele de evacuare sunt forțate să iasă din cilindru de piston în sistemul de evacuare.

După finalizarea celei de-a patra măsuri, ne aflăm exact în aceeași stare ca înainte de începerea primei măsuri și putem repeta întregul ciclu în continuare.

De asemenea, rețineți că, spre deosebire de pistolul cu cartofi, în care energia este convertită mișcare înainte, într-un motor cu ardere internă, energia este transformată în mișcare de rotație. Acest lucru, în principiu, nu este rău, deoarece intenționăm să învârtim roțile în viitor.

Acum să ne uităm la ce piese constă motorul.

Piese principale ale motorului

Baza motorului este un cilindru și un piston care se mișcă în sus și în jos în cilindru. Ilustrația de mai sus arăta un motor format dintr-un singur cilindru. Astfel de motoare sunt cel mai adesea folosite pentru mașinile de tuns iarba și alte echipamente pentru motociclete. Majoritatea mașinilor folosesc un motor cu mai mulți cilindri (4, 6 și 8 sunt cele mai comune combinații). Cilindrii pot fi aranjați în motor în trei moduri: în linie, în formă de V sau opuse, iar motorul se numește în linie, în formă de V sau opus prin dispunerea cilindrilor (de fapt, există mai multe moduri , dar acestea trei sunt cele principale). Exemple de astfel de aranjament pot fi văzute în ilustrații.

Fiecare aranjament de cilindru are avantajele și dezavantajele sale, cum ar fi funcționarea lină, costul de fabricație, dimensiunea și locația în compartimentul motorului.

În ceea ce privește pistoanele, sarcina lor principală este să transfere energia expansiunii gazului în timpul arderii către arborele cotit, să creeze un vid în cilindru pentru a aspira amestecul aer-combustibil pe cursa de admisie, să împingă gazele de eșapament pe cursa de evacuare, și comprimați amestecul de combustibil pe cursa de compresie. Toate aceste sarcini impun foarte cerințe ridicate: trebuie sa fie usoare, rezistente la uzura, durabile, tolerante la temperaturi mari, trebuie să conducă bine căldura, să aibă rezistență ridicată la coroziune și proprietăți anti-fricțiune.

Pe lângă cilindri și pistoane, există și alte părți:

Bujie

Bujii - una pentru fiecare cilindru. LA momentul potrivit Cu ajutorul unei descărcări electrice, lumânarea produce o scânteie, cu ajutorul căreia se aprinde amestecul de combustibil. La motoarele mai vechi, momentul aprinderii era determinat de un „comutator” în funcție de poziția arborelui cu came (de exemplu, folosind o came de contact sau folosind un pickup magnetic). La motoarele moderne, acest moment este determinat unitate electronică controlul motorului, pe baza informațiilor de la senzori (detonație, senzor de poziție a arborelui cu came, sondă lambda și altele).

supape

Supapele de admisie și de evacuare se deschid la momentul potrivit pentru a lăsa amestecul de combustibil să intre în cilindru sau, dimpotrivă, pentru a elibera gazele de eșapament. Pentru ca motorul să funcționeze corect, supapele trebuie să fie bine închise în timpul curselor de compresie și aprindere. Pentru fiecare cilindru sunt necesare cel puțin două supape (una pentru admisie, cealaltă pentru evacuare), dar pentru a crește puterea, motoarele moderne sunt echipate cu 3, 4 și chiar 5 supape (ca, de exemplu, la Audi A8 din 2003). pe cilindru. Creșterea numărului de supape crește viteza la care pot apărea cursele de admisie și evacuare și, prin urmare, crește turația și puterea maximă a motorului. Din păcate, acesta nu este un panaceu, iar modelele cu 6 supape pe cilindru se găsesc acum doar în sporturile cu motor datorită complexității și volumului designului.

Inele de piston

Segurile de piston sunt inele deschise, care, cu un spațiu mic (până la câteva sutimi de milimetru), sunt așezate în caneluri pe suprafețele exterioare ale pistoanelor. Inelele servesc la două scopuri: etanșarea camerei de ardere împiedicând gazele să intre în golul dintre cilindru și piston și reducerea consumului de ulei prin împiedicarea pătrunderii uleiului în camera de ardere unde ar arde și ar fi eliberat odată cu gazele de eșapament. Fiecare piston are mai multe segmente de piston.

Majoritatea mașinilor care „ingeresc ulei” și necesită o completare constantă de 500 ml sau mai mult la fiecare 1000 de kilometri cel mai probabil s-au uzat inele de piston care nu asigură îndepărtarea temeinică a uleiului din camera de ardere.

Arborele cotit și biele

Arborele cotit și biele. Energia gazelor de expansiune din motor este transferată arborelui cotit cu ajutorul bielelor (o biela pentru fiecare cilindru), trecând din translație în rotație. Axul are o formă complexă, cu genunchi și gât pentru atașarea bielelor. Pe arborele cotit se află toate cai putere motorul dvs., deci trebuie să fie extraordinar de durabil.

Carter

Carterul este corpul principal al motorului, interiorul izolat al carterului formează cea mai mare cavitate din motor care conține arborele cotit. Partea superioară a carterului conține blocul cilindrilor. Carterul este conceput pentru a susține piesele motorului, a le proteja de praf și murdărie și, de asemenea, pentru a stoca ulei de lubrifiere. Uleiul este distribuit în întregul motor prin intermediul unei pompe, lubrifiind toate piesele, iar prin gravitație se întoarce în baia de ulei. Se rotește la viteze mari în carter, arborele cotit (și este chiar la La ralanti efectuează până la 1000 de rotații pe minut), formează o suspensie de ulei în aer, care asigură o lubrifiere suplimentară pentru toate piesele.

Sistem de distribuție a gazelor

Arborele cu came (împreună cu mecanismul de distribuție a gazului) asigură funcționarea fără probleme a tuturor supapelor. Arborele cu came și arborele cotit sunt conectate printr-o curea specială (curea de distribuție) sau lanț care rotește arborele cu came la jumătate din viteza unghiulară a arborelui cotit. Arborele cu came are came cu formă specială care se apasă pe supapă o dată pe rotație, determinând deschiderea acesteia (iar reînchiderea are loc cu ajutorul unui arc).

Carburator

Carburatorul pregătește amestecul combustibil-aer. Când intrați, presiunea din cilindrii motorului scade. Aerul exterior este aspirat în cilindru prin trecerea prin camera de amestec a carburatorului, care conține un difuzor care permite atomizarea combustibilului în funcție de cantitatea de aer care intră. LA mașini moderne carburatorul este înlocuit cu un sistem special de injecție (injector), care este controlat de o unitate de control electronică specială (ECU). ECU, pe baza informațiilor de la senzori, instruiește injectoarele să furnizeze exact cantitatea măsurată de combustibil la momentul potrivit, iar injectoarele, în consecință, pulverizează acest combustibil în aerul care intră în cilindri.

Alte sisteme

În acest articol, am omis în mod deliberat alte sisteme auxiliare, precum răcirea, lubrifierea, evacuarea, sistemele electrice. Toate acestea sunt un subiect pentru un articol separat.