Konu: İÇTEN YANMALI MOTORLAR.

Ders planı:

2. İçten yanmalı motorların sınıflandırılması.

3. İçten yanmalı motorun genel düzeni.

4. Temel kavramlar ve tanımlar.

5. ICE yakıtları.

1. Motorların tanımı içten yanma.

İçten yanmalı motorlara (ICE), yakıtın yanması, ısı salınımı ve mekanik işe dönüştürülmesi süreçlerinin doğrudan silindirinde gerçekleştiği pistonlu ısı motoru olarak adlandırılır.

2. İçten yanmalı motorların sınıflandırılması

İçten yanmalı motorun çalışma döngüsünün uygulama yöntemine göre iki geniş kategoriye ayrılır:

1) her silindirdeki çalışma döngüsünün pistonun dört vuruşunu veya krank milinin iki devrini aldığı dört zamanlı içten yanmalı motorlar;

2) her silindirdeki çalışma döngüsünün iki piston strokunda veya krank milinin bir devrinde gerçekleştiği iki zamanlı içten yanmalı motorlar.

Karıştırma yöntemine göre dört zamanlı ve iki zamanlı içten yanmalı motorlar şunları ayırt eder:

1) Silindirin dışında yanıcı karışımın oluştuğu, harici karışımlı içten yanmalı motorlar (bunlara karbüratör ve gaz motorları dahildir);

2) Yanıcı karışımın doğrudan silindirin içinde oluşturulduğu dahili karışımlı ICE (bunlara dizel motorlar ve silindire hafif yakıt enjeksiyonlu motorlar dahildir).

Ateşleme yöntemine göre yanıcı karışım ayırt edilir:

1) Elektrikli bir kıvılcımdan (karbüratör, gaz ve hafif yakıt enjeksiyonu) yanıcı bir karışımın tutuşmasıyla ICE;

2) Karışım oluşumu sürecinde yakıt ateşlemeli ICE Yüksek sıcaklık basınçlı hava (dizel).

Kullanılan yakıt türüne göre ayırt etmek:

1) hafif sıvı yakıt (benzin ve gazyağı) ile çalışan içten yanmalı motorlar;

2) ağır sıvı yakıt (gaz yağı ve dizel yakıt) ile çalışan içten yanmalı motorlar;

3) Gaz yakıtla çalışan ICE'ler (sıkıştırılmış ve sıvılaştırılmış gaz; katı yakıtın - yakacak odun veya kömürün - oksijen eksikliği ile yakıldığı özel gaz jeneratörlerinden gelen gaz).

Soğutma yöntemine göre ayırt etmek:

1) sıvı soğutmalı içten yanmalı motor;

2) Hava soğutmalı ICE.

Silindir sayısı ve düzenine göre ayırt etmek:

1) tek ve çok silindirli içten yanmalı motorlar;

2) tek sıra (dikey ve yatay);

3) iki sıralı (şekilli, zıt silindirli).

Randevuyla ayırt etmek:

1) çeşitli araçlara (arabalar, traktörler, inşaat makineleri ve diğer nesneler);

2) sabit;

3) genellikle yardımcı bir rol oynayan özel içten yanmalı motorlar.

3. İçten yanmalı motorun genel düzeni

Modern teknolojide yaygın olarak kullanılan içten yanmalı motorlar iki ana mekanizmadan oluşur: krank ve gaz dağıtımı; ve beş sistem: güç kaynağı, soğutma, yağlama, çalıştırma ve ateşleme sistemleri (karbüratör, gaz ve hafif yakıt enjeksiyonlu motorlarda).

krank mekanizması gazların basıncını algılamak ve pistonun doğrusal hareketini dönüştürmek için tasarlanmıştır. döner hareket krank mili.

Gaz dağıtım mekanizması silindiri yanıcı bir karışım veya hava ile doldurmak ve silindiri yanma ürünlerinden temizlemek için tasarlanmıştır.

Dört zamanlı motorların gaz dağıtım mekanizması, bir eksantrik mili tarafından tahrik edilen emme ve egzoz valflerinden oluşur (krank mili tarafından bir dişli bloğu aracılığıyla tahrik edilen eksantrik mili. Eksantrik mili dönüş hızı, krank mili dönüş hızının yarısı kadardır.

Gaz dağıtım mekanizması iki zamanlı motorlar genellikle silindirde iki enine yarık (delik) şeklinde yapılır: egzoz ve emme, piston strokunun sonunda sırayla açılır.

Tedarik sistemi gerekli kalitede (karbüratör ve gaz motorları) veya atomize yakıtın belirli bir kısmında (dizel motorlar) yanıcı bir karışım hazırlamak ve piston boşluğuna beslemek için tasarlanmıştır.

Karbüratörlü motorlarda yakıt, bir pompa vasıtasıyla veya yerçekimi ile karbüratöre girer ve burada hava ile belirli bir oranda karışır ve bir giriş valfi veya deliğinden silindire girer.

Gaz motorlarında hava ve yanıcı gaz özel karıştırıcılarda karıştırılır.

Hafif yakıt enjeksiyonlu dizel motorlarda ve içten yanmalı motorlarda, belirli bir anda, genellikle bir dalgıç pompa kullanılarak silindire yakıt verilir.

Soğutma sistemiısıtılmış parçalardan cebri ısı giderme için tasarlanmıştır: silindir bloğu, silindir kapağı, vb. Isı giderici maddenin türüne bağlı olarak sıvı ve hava soğutma sistemleri ayırt edilir.

Sıvı soğutma sistemi, silindirleri çevreleyen kanallar (sıvı ceket), sıvı pompası, radyatör, fan ve bir dizi yardımcı elemandan oluşur. Radyatörde soğutulan sıvı, bir pompa vasıtasıyla sıvı ceketine pompalanır, silindir bloğunu soğutur, ısıtır ve tekrar radyatöre girer. Radyatörde, üzerine gelen hava akımı ve fan tarafından oluşturulan akış nedeniyle sıvı soğutulur.

Hava soğutma sistemi, gelen veya fan tarafından oluşturulan bir hava akımı tarafından üflenen motor silindirlerinin kanatçıklarıdır.

Yağlama sistemi Sürtünme ünitelerine sürekli yağ beslemesi sağlar.

Başlatma sistemi motorun hızlı ve güvenilir şekilde çalıştırılması için tasarlanmıştır ve genellikle yardımcı bir motordur: elektrikli (marş motoru) veya düşük güçlü benzin).

Ateşleme sistemi Karbüratörlü motorlarda kullanılır ve motor silindir kapağına vidalanmış bir bujide oluşturulan elektrik kıvılcımı vasıtasıyla yanıcı bir karışımı tutuşturmaya yarar.

4. Temel kavramlar ve tanımlar

Üst ölü nokta- TDC, krank mili ekseninden en uzak olan pistonun konumunu çağırın.

alt ölü nokta- BDC, krank mili ekseninden en az uzakta olan pistonun konumunu arayın.

Ölü noktalarda piston hızı, çünkü pistonun hareket yönünü değiştirirler.

Pistonun TDC'den BDC'ye veya tam tersi hareketine denir. piston stroku ve belirtilmektedir.

Piston BDC konumundayken silindir boşluğunun hacmine silindirin toplam hacmi denir ve ile gösterilir.

Bir motorun sıkıştırma oranı, silindirin toplam hacminin yanma odasının hacmine oranıdır.

Sıkıştırma oranı, piston BDC'den TDC'ye hareket ettiğinde piston boşluğunun hacminin kaç kat azaldığını gösterir. Gelecekte gösterileceği gibi, sıkıştırma oranı, herhangi bir içten yanmalı motorun verimliliğini (verimliliğini) büyük ölçüde belirler.

Piston boşluğundaki gazların basıncının piston boşluğunun hacmine, pistonun hareketine veya krank milinin dönüş açısına grafiksel bağımlılığı denir. motor gösterge tablosu.

5. ICE yakıtı

5.1. Karbüratörlü motorlar için yakıt

Benzin, karbüratörlü motorlarda yakıt olarak kullanılır. Benzinin ana termal göstergesi, düşük kalorifik değeridir (yaklaşık 44 MJ/kg). Benzinin kalitesi, ana operasyonel ve teknik özellikleri ile değerlendirilir: uçuculuk, darbeye karşı direnç, termal oksidasyon stabilitesi, mekanik kirliliklerin ve suyun olmaması, depolama ve nakliye sırasında stabilite.

Benzinin uçuculuğu, sıvı fazdan buhar fazına geçme kabiliyetini karakterize eder. Benzinin uçuculuğu, damıtılmasıyla bulunan fraksiyonel bileşimi ile belirlenir. farklı sıcaklık. Benzinin uçuculuğu, benzinin %10, 50 ve %90'ının kaynama noktaları ile değerlendirilir. Bu nedenle, örneğin, benzinin %10'luk kaynama noktası, başlangıç ​​özelliklerini karakterize eder. Düşük sıcaklıklarda uçuculuk ne kadar büyük olursa, daha iyi kalite benzin.

Benzinler farklı çarpma direncine sahiptir, yani. farklı patlama eğilimi. Benzinin vuruntu direnci, bu yakıta farklı vuruntu direncine sahip bir izooktan ve heptan karışımındaki izooktan hacminin yüzdesine sayısal olarak eşit olan oktan sayısı (OC) ile tahmin edilir. İzooktanın oktanı 100, heptanın oktanı sıfır olarak alınır. Benzinin oktanı ne kadar yüksek olursa, patlama eğilimi o kadar düşük olur.

OCh'yi arttırmak için, benzine, bir antiknock ajanı olan tetraetil kurşun (TES) ve bir çöpçü olan dibromoetenden oluşan etil sıvı eklenir. Benzine 1 kg benzin başına 0,5-1 cm3 miktarında etil sıvı eklenir. Etil sıvı ilaveli benzinlere kurşunlu benzinler denir, zehirlidirler ve kullanırken önlem alınmalıdır. Kurşunlu benzin kırmızı-turuncu veya mavi-yeşil renklidir.

Benzin aşındırıcı maddeler (kükürt, kükürt bileşikleri, suda çözünür asitler ve alkaliler) içermemelidir, çünkü bunların varlığı motor parçalarında korozyona neden olur.

Benzinin termal oksidasyon kararlılığı, reçine ve karbon oluşumuna karşı direncini karakterize eder. Artan kurum ve katran oluşumu, yanma odasının duvarlarından ısının uzaklaştırılmasında bozulmaya, yanma odasının hacminde bir azalmaya ve motora normal yakıt beslemesinde bir bozulmaya neden olur, bu da motor gücünde ve ve yeterlik.

Benzin mekanik kirlilikler ve su içermemelidir. Mekanik kirliliklerin varlığı filtrelerin, yakıt hatlarının, karbüratör kanallarının tıkanmasına neden olur ve silindir duvarlarında ve diğer parçalarda aşınmayı artırır. Benzinde su bulunması motorun çalıştırılmasını zorlaştırır.

Benzinin depolama kararlılığı, orijinal fiziksel ve Kimyasal özellikler depolama ve nakliye sırasında.

Otomobil benzinleri dijital indeksli A harfi ile işaretlenmiştir, OC değerini gösterirler. GOST 4095-75'e göre A-66, A-72, A-76, AI-93, AI-98 benzin kaliteleri üretilmektedir.

5.2. Dizel motorlar için yakıt

Dizel motorlar, petrol rafinerisinin bir ürünü olan dizel yakıtı kullanır. Dizel motorlarda kullanılan yakıt aşağıdaki temel niteliklere sahip olmalıdır: optimum viskozite, düşük akma noktası, yüksek tutuşma eğilimi, yüksek termal oksidasyon kararlılığı, yüksek korozyon önleyici özellikler, mekanik kirlilik ve su olmaması, iyi depolama ve nakliye kararlılığı.

Dizel yakıtın viskozitesi, yakıt dağıtımını ve atomizasyonunu etkiler. Yakıtın viskozitesi yetersizse, enjektör memelerindeki ve yakıt pompasının inert çiftlerindeki boşluklardan sızıntı taçlanır ve yüksek viskozitede, motorda yakıt besleme, atomizasyon ve karışım oluşumu süreçleri kötüleşir. Yakıtın viskozitesi sıcaklığa bağlıdır. Yakıtın akma noktası, yakıt deposundan yakıt besleme sürecini etkiler. motor silindirlerine yerleştirin. Bu nedenle yakıtın akma noktası düşük olmalıdır.

Yakıtın tutuşma eğilimi, yanma sürecinin seyrini etkiler. Tutuşma eğilimi yüksek olan dizel yakıtlar, basınçta keskin bir artış olmadan yanma işleminin düzgün bir akışını sağlar, yakıtın yanıcılığı, sayısal olarak yüzdeye eşit olan setan sayısı (CN) ile tahmin edilir. setan ve alfametilnaftalin karışımındaki setan hacmi, bu yakıtın yanıcılığına eşdeğerdir. Dizel yakıtlar için CCH = 40-60.

Dizel yakıtın termal oksidasyon kararlılığı, reçine ve karbon oluşumuna karşı direncini karakterize eder. Artan kurum ve katran oluşumu, yanma odası duvarlarından ısının uzaklaştırılmasında bozulmaya ve nozüllerden motora yakıt beslemesinde bozulmaya neden olarak motor gücünde ve verimliliğinde düşüşe neden olur.

Dizel yakıt, aşındırıcı maddeler içermemelidir, çünkü bunların varlığı, yakıt besleme ekipmanının ve motorun parçalarının korozyona uğramasına neden olur. Dizel yakıt mekanik kirlilikler ve su içermemelidir. Mekanik safsızlıkların varlığı, filtrelerin, yakıt hatlarının, enjektörlerin, yakıt pompası kanallarının tıkanmasına neden olur ve motorun yakıt ekipmanının parçalarının aşınmasını arttırır. Dizel yakıtın kararlılığı, depolama ve nakliye sırasında başlangıçtaki fiziksel ve kimyasal özelliklerini koruma yeteneğini karakterize eder.

Ototraktör dizel motorları için endüstriyel olarak üretilen yakıtlar kullanılır: DL - dizel yaz (0 ° C'nin üzerindeki sıcaklıklarda), DZ - dizel kış (-30 ° C'ye kadar olan sıcaklıklarda); EVET - dizel arktik (-30 ° C'nin altındaki sıcaklıklarda) (GOST 4749-73).

Ancak basit bir meslekten olmayan kişinin bir araba motoruyla karşılaşması ve motoru bir pistonlu içten yanmalı motor olarak anlaması daha olasıdır. Bir pistonlu içten yanmalı motorda, yakıtın çalışma odasında yanması sırasında oluşan gaz basıncı kuvveti, motor silindirinde ileri geri hareket eden ve pistonun ileri geri hareketini krank mekanizmasına aktaran pistona etki eder. krank milinin dönme hareketi. Ancak bu, içten yanmalı motorun çok basitleştirilmiş bir görünümüdür. Aslında, en karmaşık fiziksel olaylar birçok seçkin bilim adamı kendilerini anlamaya adadı. İçten yanmalı motorun çalışabilmesi için silindirlerinde birbirini değiştirerek hava beslemesi, yakıt enjeksiyonu ve atomizasyonu, hava ile karışması, oluşan karışımın tutuşması, alevin yayılması, egzoz gazının uzaklaştırılması gibi işlemler gerçekleşir. Her işlem saniyenin birkaç binde birini alır. Buna içten yanmalı motorlarda meydana gelen süreçleri ekleyin: ısı transferi, gazların ve sıvıların akışı, sürtünme ve aşınma, kimyasal süreçler egzoz gazı nötralizasyonu, mekanik ve termal yükler. Bu tam bir liste değil. Ve süreçlerin her biri mümkün olan en iyi şekilde organize edilmelidir. Sonuçta, içten yanmalı motorda meydana gelen süreçlerin kalitesi, bir bütün olarak motorun kalitesine -gücü, verimliliği, gürültüsü, toksisitesi, güvenilirliği, maliyeti, ağırlığı ve boyutları- eklenir.

İçten yanmalı motorlar farklıdır: benzinli, karma beslemeli vb. Ve bu tam bir liste değil! Gördüğünüz gibi, içten yanmalı motorlar için birçok seçenek var, ancak içten yanmalı motorların sınıflandırılmasından bahsetmeye değerse, tüm malzeme hacminin ayrıntılı bir değerlendirmesi için en az 20-30 sayfaya ihtiyacınız olacak. - çok, değil mi? Ve bu sadece sınıflandırma ...

Bir NIVA arabasının başlıca içten yanmalı motoru

Hiçbir faaliyet alanı ölçek, geliştirme, üretim ve işletmede istihdam edilen kişi sayısı bakımından pistonlu içten yanmalı motorlarla kıyaslanamaz değildir. Gelişmiş ülkelerde çalışan nüfusun dörtte birinin faaliyeti doğrudan veya dolaylı olarak pistonlu motor yapımıyla ilgilidir. Yalnızca bilim yoğun bir alan olarak motor yapımı, bilim ve eğitimin gelişimini belirler ve teşvik eder. Pistonlu içten yanmalı motorların toplam gücü, dünya enerji endüstrisindeki tüm santrallerin gücünün %80 - 85'i kadardır. Karayolu, demiryolu, su ulaştırma, içinde tarım, inşaat, küçük ölçekli mekanizasyon ve diğer bir dizi alanda, bir enerji kaynağı olarak pistonlu içten yanmalı motor henüz uygun bir alternatife sahip değil. Tek başına otomobil motorlarının dünya üretimi, yılda 60 milyon birimi aşarak sürekli artıyor. Dünyada üretilen sayısı küçük motorlar ayrıca yılda on milyonları aşıyor. Havacılıkta bile, pistonlu motorlar toplam güç, model ve modifikasyon sayısı ve uçağa monte edilen motor sayısı açısından hakimdir. Dünyada pistonlu içten yanmalı motorlara (business class, spor, insansız vb.) sahip birkaç yüz bin uçak işletilmektedir. Amerika Birleşik Devletleri'nde, pistonlu motorlar, sivil uçaklarda kurulu tüm motorların gücünün yaklaşık %70'ini oluşturmaktadır.

Ancak zamanla her şey değişiyor ve yakında yüksek performans, yüksek verimlilik, basit tasarım ve en önemlisi çevre dostu olacak temelde farklı motor türlerini göreceğiz ve çalıştıracağız. Evet, bu doğru, içten yanmalı bir motorun ana dezavantajı çevresel performansıdır. İçten yanmalı motorun çalışması ne kadar mükemmel olursa olsun, hangi sistemler devreye girerse girsin, sağlığımız üzerinde hala önemli bir etkisi var. Evet, şimdi mevcut motor yapım teknolojisinin "tavan" hissettiğini güvenle söyleyebiliriz - bu, bir veya başka bir teknolojinin yeteneklerini tamamen tükettiği, tamamen sıkıldığı, yapılabilecek her şeyin zaten yapıldığı ve , ekoloji açısından, temelde -ŞEY-GO DEĞİLDİR, artık değiştirilemez. mevcut tipler BUZ. Soru şu: motorun çalışma prensibini, enerji taşıyıcısını (petrol ürünleri) yeni, temelde farklı bir şeye () tamamen değiştirmeniz gerekiyor. Ama ne yazık ki bu bir gün, hatta bir yıl meselesi değil, onyıllara ihtiyaç var...

Şimdilik, birden fazla bilim insanı ve tasarımcı kuşağı, eski teknolojiyi keşfedecek ve geliştirecek, yavaş yavaş duvara daha da yaklaşacak ve artık içinden atlamak mümkün olmayacaktır (fiziksel olarak mümkün değildir). Çok uzun bir süre içten yanmalı motor onu üreten, işleten, bakımını yapan ve satana iş verecektir. Neden? Niye? Her şey çok basit, ama aynı zamanda herkes bu basit gerçeği anlamıyor ve kabul etmiyor. Temel sebep temelde farklı teknolojilerin - kapitalizmin - girişini yavaşlatmak. Evet, kulağa ne kadar tuhaf gelse de, insanlığın gelişimini engelleyen, yeni teknolojilerle ilgileniyor gibi görünen kapitalizm, sistem! Her şey çok basit - kazanmanız gerekiyor. Peki ya petrol kuleleri, petrol rafinerileri ve gelirler?

ICE defalarca "gömüldü". AT farklı zaman pille çalışan elektrik motorları ile değiştirildi, yakıt hücreleri hidrojen ve çok daha fazlası. ICE sürekli olarak rekabeti kazandı. Petrol ve gaz rezervlerinin tükenmesi sorunu bile içten yanmalı bir motor sorunu değildir. İçten yanmalı motorlar için sınırsız bir yakıt kaynağı vardır. Son verilere göre petrol toparlanıyor olabilir ve bu bizim için ne anlama geliyor?

ICE özellikleri

Farklı motorlar için aynı tasarım parametreleri ile güç, tork ve özgül yakıt tüketimi gibi göstergeler farklılık gösterebilir. Bu, silindir başına valf sayısı, valf zamanlaması vb. Gibi özelliklerden kaynaklanmaktadır. Bu nedenle, motorun farklı hızlarda çalışmasını değerlendirmek için özellikler kullanılır - performansının çalışma modlarına bağımlılığı. Özellikler, teorik olarak sadece yaklaşık olarak hesaplandığından, özel stantlarda ampirik olarak belirlenir.

Kural olarak, otomobilin teknik belgelerinde, gücün, torkun ve özgül yakıt tüketiminin krank milinin tam devir sayısına bağımlılığını belirleyen motorun harici hız özellikleri (soldaki şekil) verilmiştir. yakıt tedariği. Motorun maksimum performansı hakkında fikir verirler.

Motor performansı (basitleştirilmiş) aşağıdaki nedenlerle değişir. Krank milinin devir sayısındaki artışla, silindirlere daha fazla yakıt girmesi nedeniyle tork artar. Yaklaşık olarak orta hızlarda maksimuma ulaşır ve ardından düşmeye başlar. Bunun nedeni, krank milinin dönüş hızındaki bir artışla, atalet kuvvetleri, sürtünme kuvvetleri, emme borularının aerodinamik direncinin önemli bir rol oynamaya başlaması ve bu da silindirlerin yeni bir şarjla doldurulmasını kötüleştirmesidir. yakıt-hava karışımı vb.

Motor torkundaki hızlı artış, tekerleklerdeki yoğun çekiş artışı nedeniyle iyi bir araç hızlanma dinamiklerini gösterir. An maksimumda ne kadar uzun olursa ve azalmazsa o kadar iyidir. Böyle bir motor, değişen yol koşullarına daha fazla adapte olur ve vites değiştirmek zorunda kalma olasılığı daha düşüktür.

Güç, torkla birlikte büyür ve azalmaya başladığında bile hızın artması nedeniyle artmaya devam eder. Maksimuma ulaştıktan sonra, torkun azalmasıyla aynı nedenle güç azalmaya başlar. Maksimum güçten biraz daha yüksek hızlar, kontrol cihazları tarafından sınırlandırılır, çünkü bu modda yakıtın önemli bir kısmı faydalı işlere değil, motordaki atalet ve sürtünme kuvvetlerinin üstesinden gelmeye harcanır. Maksimum güç, arabanın maksimum hızını belirler. Bu modda, araba hızlanmaz ve motor yalnızca harekete karşı direnç kuvvetlerinin - hava direnci, yuvarlanma direnci vb. - üstesinden gelmek için çalışır.

Özgül yakıt tüketiminin değeri de karakteristikten de anlaşılacağı gibi krank mili hızına bağlı olarak değişir. Özgül yakıt tüketimi, minimuma yakın mümkün olduğunca uzun olmalıdır; bu iyi motor verimini gösterir. Asgari özgül tüketim, kural olarak, otomobilin esas olarak şehirde sürüş sırasında çalıştırıldığı ortalama hızın hemen altında elde edilir.

Yukarıdaki grafikteki noktalı çizgi, daha optimum motor performansını gösterir.