Subiect: MOTOARE CU ARDERIE INTERNĂ.

Planul cursului:

2. Clasificarea motoarelor cu ardere internă.

3. Dispunerea generală a motorului cu ardere internă.

4. Concepte de bază și definiții.

5. Combustibili ICE.

1. Definirea motoarelor combustie interna.

Motoarele cu ardere internă (ICE) se numesc motor termic alternativ, în care procesele de ardere a combustibilului, degajare de căldură și transformarea acesteia în lucru mecanic au loc direct în cilindrul său.

2. Clasificarea motoarelor cu ardere internă

Conform metodei de implementare a ciclului de lucru al motorului cu ardere internă se încadrează în două mari categorii:

1) motoare cu ardere internă în patru timpi, în care ciclul de lucru în fiecare cilindru are patru timpi ale pistonului sau două rotații ale arborelui cotit;

2) motoare cu ardere internă în doi timpi, în care ciclul de lucru în fiecare cilindru are loc în două timpi de piston sau o singură rotație a arborelui cotit.

După metoda de amestecare Motoarele cu ardere internă în patru timpi și în doi timpi disting între:

1) Motoare cu ardere internă cu amestec extern, în care amestecul combustibil se formează în afara cilindrului (acestea includ motoarele cu carburator și pe gaz);

2) GHEAZĂ cu amestec intern, în care amestecul combustibil se formează direct în interiorul cilindrului (acestea includ motoarele diesel și motoarele cu injecție ușoară de combustibil în cilindru).

După metoda de aprindere amestecurile combustibile se disting:

1) Gheață cu aprinderea unui amestec combustibil de la o scânteie electrică (carburator, gaz și injecție ușoară de combustibil);

2) gheață cu aprinderea combustibilului în procesul de formare a amestecului din temperatura ridicata aer comprimat (diesel).

După tipul de combustibil utilizat distinge:

1) motoare cu ardere internă care funcționează cu combustibil lichid ușor (benzină și kerosen);

2) motoare cu ardere internă care funcționează cu combustibil lichid greu (motorină și motorină);

3) motoare cu ardere internă care funcționează cu combustibil gazos (gaz comprimat și lichefiat; gaz provenit de la generatoare speciale de gaze, în care combustibilul solid - lemn de foc sau cărbune - este ars cu lipsă de oxigen).

După metoda de răcire distinge:

1) motor cu ardere internă răcit cu lichid;

2) Motor cu ardere internă răcit cu aer.

După numărul și dispunerea cilindrilor distinge:

1) motoare cu combustie internă mono și multicilindri;

2) un singur rând (vertical și orizontal);

3) pe două rânduri (în formă, cu cilindri opuși).

Prin programare distinge:

1) transport motoare cu ardere internă instalate pe diverse vehicule (autoturisme, tractoare, masini de constructiiși alte obiecte);

2) staționar;

3) motoare speciale cu ardere internă, care joacă de obicei un rol auxiliar.

3. Dispunerea generală a motorului cu ardere internă

Utilizate pe scară largă în tehnologia modernă, motoarele cu ardere internă constau din două mecanisme principale: manivelă și distribuția gazului; și cinci sisteme: sisteme de alimentare cu energie, răcire, lubrifiere, pornire și aprindere (în carburator, gaz și motoare cu injecție ușoară de combustibil).

mecanism manivelă conceput pentru a percepe presiunea gazelor și a transforma mișcarea rectilinie a pistonului în mișcare de rotație arbore cotit.

Mecanism de distribuție a gazelor conceput pentru a umple cilindrul cu un amestec combustibil sau aer și pentru a curăța cilindrul de produsele de ardere.

Mecanismul de distribuție a gazului al motoarelor în patru timpi constă din supape de admisie și de evacuare antrenate de un arbore cu came (arborele cu came, care este antrenat de la arborele cotit printr-un bloc de viteze. Viteza de rotație a arborelui cu came este jumătate față de viteza de rotație a arborelui cotit.

Mecanism de distribuție a gazelor motoarele în doi timpi sunt realizate de obicei sub forma a două fante (găuri) transversale în cilindru: evacuare și admisie, deschise secvenţial la sfârșitul cursei pistonului.

Sistem de alimentare este conceput pentru a pregăti și furniza un amestec combustibil de calitatea necesară (motoare cu carburator și pe gaz) sau porțiuni de combustibil atomizat la un moment dat (motoare diesel) în spațiul pistonului.

La motoarele cu carburator, combustibilul intră în carburator prin intermediul unei pompe sau prin gravitație, unde se amestecă cu aerul într-o anumită proporție și intră în cilindru printr-o supapă de admisie sau orificiu.

LA motoare pe gaz aerul și gazul combustibil sunt amestecate în malaxoare speciale.

La motoarele diesel și motoarele cu ardere internă cu injecție ușoară de combustibil, combustibilul este furnizat cilindrului la un moment dat, de obicei folosind o pompă cu piston.

Sistem de răcire este proiectat pentru îndepărtarea forțată a căldurii din părțile încălzite: bloc cilindric, chiulasă etc. În funcție de tipul de substanță de îndepărtare a căldurii, se disting sistemele de răcire cu lichid și aer.

Sistemul de răcire cu lichid este format din canale care înconjoară cilindrii (manta de lichid), o pompă de lichid, un radiator, un ventilator și o serie de elemente auxiliare. Lichidul răcit în radiator este pompat în mantaua de lichid prin intermediul unei pompe, răcește blocul cilindrilor, se încălzește și intră din nou în radiator. În calorifer, lichidul este răcit datorită fluxului de aer care vine din sens opus și fluxului creat de ventilator.

Sistemul de răcire cu aer este constituit din aripioarele cilindrilor motorului, suflate de un flux de aer de intrare sau generat de ventilator.

Sistem de lubrifiere servește pentru alimentarea continuă cu lubrifiant a unităților de frecare.

Sistem de lansare este conceput pentru pornirea rapidă și fiabilă a motorului și este de obicei un motor auxiliar: electric (demaror) sau benzină de putere redusă).

Sistem de aprindere utilizat la motoarele cu carburator și servește la aprinderea amestecului combustibil prin intermediul unei scântei electrice creată într-o bujie înșurubată în chiulasa motorului.

4. Concepte de bază și definiții

punct mort superior- PMS, numiti pozitia pistonului, cea mai indepartata de axa arborelui cotit.

punct mort inferior- BDC, numiti pozitia pistonului, cea mai putin distanta de axa arborelui cotit.

În punctele moarte, viteza pistonului este , deoarece schimbă direcția de mișcare a pistonului.

Se numește mișcarea pistonului de la PMS la BDC sau invers cursa pistonului si se noteaza.

Volumul cavității cilindrului atunci când pistonul este la BDC se numește volumul total al cilindrului și este notat cu .

Raportul de compresie al unui motor este raportul dintre volumul total al cilindrului și volumul camerei de ardere.

Raportul de compresie arată de câte ori scade volumul spațiului pistonului atunci când pistonul se deplasează de la BDC la PMS. După cum se va arăta în viitor, raportul de compresie determină în mare măsură eficiența (eficiența) oricărui motor cu ardere internă.

Dependența grafică a presiunii gazelor din spațiul pistonului de volumul spațiului pistonului, mișcarea pistonului sau unghiul de rotație al arborelui cotit se numește graficul indicator al motorului.

5. combustibil ICE

5.1. Combustibil pentru motoarele cu carburator

Benzina este folosită ca combustibil în motoarele cu carburator. Principalul indicator termic al benzinei este puterea calorică mai mică (aproximativ 44 MJ/kg). Calitatea benzinei este evaluată prin principalele sale proprietăți operaționale și tehnice: volatilitate, rezistență la detonare, stabilitate termică și oxidativă, absența impurităților mecanice și a apei, stabilitate în timpul depozitării și transportului.

Volatilitatea benzinei caracterizează capacitatea acesteia de a trece de la o fază lichidă la una de vapori. Volatilitatea benzinei este determinată de compoziția sa fracționată, care se găsește prin distilare la temperatură diferită. Volatilitatea benzinei se apreciază după punctele de fierbere de 10, 50 și 90% din benzină. Deci, de exemplu, punctul de fierbere de 10% din benzină îi caracterizează calitățile de pornire. Cu cât volatilitatea la temperaturi scăzute este mai mare, cu atât calitate mai buna benzină.

Benzinele au rezistență la detonare diferită, de exemplu. tendință diferită de a detona. Rezistența antidetonantă a benzinei este estimată prin cifra octanică (OC), care este numeric egal cu procentul în volum de izooctan dintr-un amestec de izooctan și heptan, care are o rezistență diferită la detonare față de acest combustibil. Octanul izooctanului este considerat 100, iar cel al heptanului este considerat zero. Cu cât este mai mare octanul benzinei, cu atât este mai scăzută tendința acesteia de a detona.

Pentru a crește OC, la benzină se adaugă lichid etil, care constă din tetraetil plumb (TES) - un agent antidetonant și dibromoethene - un captator. Lichidul etilic este adăugat la benzină în cantitate de 0,5-1 cm 3 la 1 kg de benzină. Benzinele cu adaos de lichid etil se numesc benzine cu plumb, sunt otrăvitoare și trebuie luate măsuri de precauție la folosirea lor. Benzina cu plumb este de culoare roșu-portocaliu sau albastru-verde.

Benzina nu trebuie să conțină substanțe corozive (sulf, compuși ai sulfului, acizi solubili în apă și alcalii), deoarece prezența acestora duce la coroziunea pieselor motorului.

Stabilitatea termic-oxidativă a benzinei caracterizează rezistența acesteia la formarea de rășină și carbon. Creșterea formării de funingine și gudron determină o deteriorare a eliminării căldurii de pe pereții camerei de ardere, o scădere a volumului camerei de ardere și o întrerupere a alimentării normale cu combustibil a motorului, ceea ce duce la o scădere a puterii motorului și eficienţă.

Benzina nu trebuie să conțină impurități mecanice și apă. Prezența impurităților mecanice provoacă înfundarea filtrelor, conductelor de combustibil, canalelor carburatorului și crește uzura pereților cilindrilor și a altor piese. Prezența apei în benzină face dificilă pornirea motorului.

Stabilitatea la depozitare a benzinei caracterizează capacitatea acesteia de a-și păstra fizica inițială și Proprietăți chimiceîn timpul depozitării și transportului.

Benzinele auto sunt marcate cu litera A cu un index digital, ele arată valoarea OC. În conformitate cu GOST 4095-75, sunt produse benzine de clase A-66, A-72, A-76, AI-93, AI-98.

5.2. Combustibil pentru motoarele diesel

Motoarele diesel folosesc motorină, care este un produs al rafinării petrolului. Combustibilul utilizat la motoarele diesel trebuie să aibă următoarele calități de bază: vâscozitate optimă, punct de curgere scăzut, tendință mare de aprindere, stabilitate termică și oxidativă ridicată, proprietăți anticorozive ridicate, absența impurităților mecanice și a apei, stabilitate bună la depozitare și transport.

Vâscozitatea motorinei afectează livrarea și atomizarea combustibilului. Dacă vâscozitatea combustibilului este insuficientă, scurgerea este încununată prin golurile din duzele injectoarelor și în perechile inerte ale pompei de combustibil, iar la vâscozitate mare, procesele de alimentare cu combustibil, atomizare și formare a amestecului în motor se înrăutățesc. Vâscozitatea combustibilului depinde de temperatură. Punctul de curgere al combustibilului afectează procesul de alimentare cu combustibil din rezervorul de combustibil. în cilindrii motorului. Prin urmare, combustibilul trebuie să aibă un punct de curgere scăzut.

Tendința combustibilului de a se aprinde afectează cursul procesului de ardere. Combustibilii diesel, care au o mare tendință de aprindere, asigură o curgere lină a procesului de ardere, fără o creștere bruscă a presiunii, inflamabilitatea combustibilului este estimată prin indicele cetanic (CN), care este numeric egal cu procentul de volum de cetan într-un amestec de cetan și alfametilnaftalenă, echivalent ca inflamabilitate cu acest combustibil. Pentru combustibili diesel CCH = 40-60.

Stabilitatea termic-oxidativă a motorinei caracterizează rezistența acestuia la formarea de rășină și carbon. Formarea crescută de funingine și gudron determină o deteriorare a eliminării căldurii de pe pereții camerei de ardere și o întrerupere a alimentării cu combustibil prin duze către motor, ceea ce duce la o scădere a puterii și eficienței motorului.

Combustibilul diesel nu trebuie să conțină substanțe corozive, deoarece prezența acestora duce la coroziunea părților echipamentului de alimentare cu combustibil și a motorului. Motorina nu trebuie să conțină impurități mecanice și apă. Prezența impurităților mecanice provoacă înfundarea filtrelor, conductelor de combustibil, injectoarelor, canalelor pompei de combustibil și crește uzura pieselor echipamentului de combustibil al motorului. Stabilitatea motorinei caracterizează capacitatea acestuia de a-și păstra proprietățile fizice și chimice inițiale în timpul depozitării și transportului.

Pentru motoarele diesel de autotractor se folosesc combustibili produși industrial: DL - motorină de vară (la temperaturi peste 0 ° C), DZ - motorină de iarnă (la temperaturi de până la -30 ° C); DA - diesel arctic (la temperaturi sub -30 ° C) (GOST 4749-73).

Dar un simplu neprofesionist are mai multe șanse să întâlnească un motor de mașină și să înțeleagă motorul ca pe un motor cu combustie internă cu piston. Într-un motor cu combustie internă cu piston, forța de presiune a gazului care apare în timpul arderii combustibilului în camera de lucru acționează asupra pistonului, care se deplasează alternativ în cilindrul motorului și transferă forța către mecanismul manivelei, care transformă mișcarea alternativă a pistonului în miscarea de rotatie a arborelui cotit . Dar aceasta este o vedere foarte simplificată a motorului cu ardere internă. De fapt, cel mai complex fenomene fizice mulți oameni de știință eminenți s-au dedicat înțelegerii. Pentru ca motorul cu ardere internă să funcționeze, în cilindrii săi, înlocuindu-se unul pe altul, au loc procese precum alimentarea cu aer, injecția și atomizarea combustibilului, amestecarea lui cu aerul, aprinderea amestecului rezultat, propagarea flăcării și îndepărtarea gazelor de eșapament. Fiecare proces durează câteva miimi de secundă. Adăugați la aceasta procesele care au loc în motoarele cu ardere internă: transferul de căldură, fluxul de gaze și lichide, frecare și uzură, procese chimice neutralizarea gazelor de eșapament, sarcini mecanice și termice. Aceasta nu este o listă completă. Și fiecare dintre procese trebuie organizat în cel mai bun mod posibil. La urma urmei, calitatea proceselor care au loc în motorul cu ardere internă se adaugă la calitatea motorului în ansamblu - puterea, eficiența, zgomotul, toxicitatea, fiabilitatea, costul, greutatea și dimensiunile acestuia.

Motoarele cu ardere internă sunt diferite: pe benzină, cu alimentare mixtă etc. Și aceasta nu este o listă completă! După cum puteți vedea, există o mulțime de opțiuni pentru motoarele cu ardere internă, dar dacă merită menționat clasificarea motoarelor cu ardere internă, atunci pentru o analiză detaliată a întregului volum de material, veți avea nevoie de cel puțin 20-30 de pagini. - multe, nu-i așa? Și asta e doar clasificarea...

Motorul principal cu ardere internă al unei mașini NIVA

Niciun domeniu de activitate nu este incomparabil cu motoarele cu piston cu ardere internă în ceea ce privește amploarea, numărul de oameni angajați în dezvoltare, producție și exploatare. În țările dezvoltate, activitatea unui sfert din populația activă este direct sau indirect legată de construcția motoarelor cu piston. Construcția motoarelor, ca domeniu exclusiv științific, determină și stimulează dezvoltarea științei și a educației. Puterea totală a motoarelor cu combustie internă alternativă este de 80 - 85% din puterea tuturor centralelor electrice din lume. Pe drum, pe calea ferată, transportul pe apă, în agricultură, construcție, mecanizare la scară mică și o serie de alte domenii, motorul cu ardere internă cu piston ca sursă de energie nu are încă o alternativă adecvată. Numai producția mondială de motoare de automobile este în continuă creștere, depășind 60 de milioane de unități pe an. Numărul de motoare mici produse în lume depășește și el zeci de milioane pe an. Chiar și în aviație, motoarele cu piston domină în ceea ce privește puterea totală, numărul de modele și modificări și numărul de motoare instalate pe aeronave. Câteva sute de mii de aeronave cu motoare cu piston cu ardere internă (clasa business, sport, fără pilot etc.) sunt operate în lume. În Statele Unite, motoarele cu piston reprezintă aproximativ 70% din puterea tuturor motoarelor instalate în aeronavele civile.

Dar, în timp, totul se schimbă și în curând vom vedea și vom funcționa fundamental diferite tipuri de motoare care vor avea performanțe ridicate, eficiență ridicată, design simplu și, cel mai important, ecologic. Da, așa e, principalul dezavantaj al unui motor cu ardere internă este performanța lui de mediu. Indiferent de modul în care este perfecționată munca motorului cu ardere internă, indiferent de ce sisteme sunt introduse, acesta are în continuare un impact semnificativ asupra sănătății noastre. Da, acum putem spune cu încredere că tehnologia existentă de construcție a motoarelor simte „tavanul” - aceasta este o stare în care una sau alta tehnologie și-a epuizat complet capacitățile, este complet stoarsă, tot ce se putea face a fost deja făcut. și, din punct de vedere al ecologiei, este fundamental NU -THING-GO nu mai poate fi schimbat în tipurile existente GHEAŢĂ. Întrebarea este: trebuie să schimbați complet principiul de funcționare al motorului, purtătorul său de energie (produse petroliere) la ceva nou, fundamental diferit (). Dar, din păcate, aceasta nu este o chestiune de o zi sau chiar de un an, sunt necesare decenii...

Deocamdată, mai mult de o generație de oameni de știință și designeri vor explora și îmbunătăți vechea tehnologie, apropiindu-se treptat din ce în ce mai mult de zid, prin care nu se va mai putea sări (fizic nu se poate). De foarte multă vreme, motorul cu ardere internă va da de lucru celor care îl produc, îl operează, îl întrețin și îl vând. De ce? Totul este foarte simplu, dar, în același timp, nu toată lumea înțelege și acceptă acest adevăr simplu. Motivul principalîncetinind introducerea unor tehnologii fundamental diferite – capitalismul. Da, oricât de ciudat ar suna, dar capitalismul, sistemul care pare să fie interesat de noile tehnologii, este cel care împiedică dezvoltarea omenirii! Totul este foarte simplu - trebuie să câștigi. Dar acele platforme petroliere, rafinării de petrol și venituri?

ICE a fost „îngropat” în mod repetat. LA timp diferit a fost înlocuit cu motoare electrice alimentate de baterii, celule de combustibil hidrogen și multe altele. ICE a câștigat constant competiția. Și chiar și problema epuizării rezervelor de petrol și gaze nu este o problemă a motorului cu ardere internă. Există o sursă nelimitată de combustibil pentru motoarele cu ardere internă. Conform celor mai recente date, petrolul se poate recupera și ce înseamnă asta pentru noi?

Caracteristicile ICE

Cu aceiași parametri de proiectare pentru diferite motoare, indicatorii precum puterea, cuplul și consumul specific de combustibil pot diferi. Acest lucru se datorează unor caracteristici precum numărul de supape pe cilindru, sincronizarea supapelor etc. Prin urmare, pentru a evalua funcționarea motorului la diferite turații, se folosesc caracteristici - dependența performanței sale de modurile de funcționare. Caracteristicile sunt determinate empiric pe standuri speciale, deoarece teoretic sunt calculate doar aproximativ.

De regulă, în documentația tehnică a mașinii sunt date caracteristicile externe de turație ale motorului (figura din stânga), care determină dependența puterii, cuplului și consumului specific de combustibil de numărul de rotații ale arborelui cotit la maxim. alimentare cu combustibil. Ele oferă o idee despre performanța maximă a motorului.

Performanța motorului (simplificată) se modifică din următoarele motive. Odată cu creșterea numărului de rotații ale arborelui cotit, cuplul crește datorită faptului că mai mult combustibil intră în cilindri. Aproximativ la viteze medii, atinge maximul și apoi începe să scadă. Acest lucru se datorează faptului că, odată cu creșterea vitezei de rotație a arborelui cotit, forțele de inerție, forțele de frecare, rezistența aerodinamică a conductelor de admisie încep să joace un rol semnificativ, ceea ce înrăutățește umplerea cilindrilor cu o încărcare proaspătă de amestecul combustibil-aer etc.

O creștere rapidă a cuplului motor indică o dinamică bună de accelerare a mașinii datorită creșterii intense a tracțiunii pe roți. Cu cât cuplul este la maxim și nu scade, cu atât mai bine. Un astfel de motor este mai adaptat la schimbarea condițiilor de drum și este mai puțin probabil să fie nevoit să schimbe vitezele.

Puterea crește odată cu cuplul și chiar și atunci când începe să scadă, continuă să crească din cauza creșterii vitezei. După atingerea maximului, puterea începe să scadă din același motiv pentru care scade cuplul. Vitezele puțin mai mari decât puterea maximă sunt limitate de dispozitivele de control, deoarece în acest mod o parte semnificativă a combustibilului este cheltuită nu pentru lucrări utile, ci pentru depășirea forțelor de inerție și frecare din motor. Puterea maximă determină viteza maximă a mașinii. În acest mod, mașina nu accelerează și motorul funcționează doar pentru a depăși forțele de rezistență la mișcare - rezistență la aer, rezistență la rulare etc.

Valoarea consumului specific de combustibil variaza si in functie de turatia arborelui cotit, dupa cum se vede pe caracteristica. Consumul specific de combustibil ar trebui să fie cât mai lung posibil aproape de minim; aceasta indică o eficiență bună a motorului. Consumul specific minim, de regulă, se realizează chiar sub viteza medie, la care mașina este condusă în principal atunci când se conduce în oraș.

Linia punctată din graficul de mai sus arată o performanță optimă a motorului.