Σκοπός και διάταξη του κινητήρα εσωτερικής καύσης

2024 Συγγραφέας: Erin Ralphs | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-02-19 13:48

Για περισσότερα από εκατό χρόνια, οι κινητήρες εσωτερικής καύσης χρησιμοποιούνται ως μονάδες παραγωγής ενέργειας για τις περισσότερες μηχανές και μηχανισμούς. Στις αρχές του 20ου αιώνα αντικατέστησαν την ατμομηχανή εξωτερικής καύσης. Ο κινητήρας εσωτερικής καύσης είναι πλέον ο πιο οικονομικός και αποδοτικός μεταξύ άλλων κινητήρων. Ας δούμε τη συσκευή του κινητήρα εσωτερικής καύσης.

Ιστορία της Δημιουργίας

Η ιστορία αυτών των μονάδων ξεκίνησε πριν από περίπου 300 χρόνια. Τότε ήταν που ο Λεονάρντο Ντα Βίντσι ανέπτυξε το πρώτο σχέδιο ενός πρωτόγονου κινητήρα. Η ανάπτυξη αυτής της μονάδας έδωσε ώθηση στη συναρμολόγηση, τη δοκιμή και τη συνεχή βελτίωση του κινητήρα εσωτερικής καύσης.

Το 1861, σύμφωνα με τα σχέδια που άφησε ο Ντα Βίντσι στον κόσμο, δημιούργησαν τον πρώτο δίχρονο κινητήρα. Εκείνη την εποχή, κανείς δεν πίστευε ότι όλα τα αυτοκίνητα και ο άλλος εξοπλισμός θα ήταν εξοπλισμένα με τέτοιες εγκαταστάσεις, αν και τότε οι μονάδες ατμού χρησιμοποιήθηκαν στον σιδηροδρομικό εξοπλισμό.

Ο πρώτος που χρησιμοποίησε κινητήρες εσωτερικής καύσης σε αυτοκίνητα,ήταν ο Χένρι Φορντ. Ήταν ο πρώτος που έγραψε ένα βιβλίο για το σχεδιασμό και τη λειτουργία του κινητήρα εσωτερικής καύσης. Η Ford ήταν η πρώτη που υπολόγισε την απόδοση αυτών των κινητήρων.

Ταξινόμηση κινητήρων εσωτερικής καύσης

Στη διαδικασία ανάπτυξης, η συσκευή του κινητήρα εσωτερικής καύσης έγινε πιο περίπλοκη. Ο σκοπός του όμως παρέμεινε ο ίδιος. Υπάρχουν διάφοροι κύριοι τύποι κινητήρων εσωτερικής καύσης που είναι οι πιο αποδοτικοί σήμερα.

Πρώτα από άποψη απόδοσης και οικονομίας - παλινδρομικές μονάδες. Σε αυτές τις μονάδες, η ενέργεια που παράγεται από την καύση του μείγματος καυσίμου μετατρέπεται σε κίνηση μέσω ενός συστήματος μπιέλας και ενός στροφαλοφόρου άξονα.

Η γενική διάταξη ενός κινητήρα εσωτερικής καύσης με καρμπυρατέρ δεν διαφέρει από άλλους κινητήρες. Αλλά το εύφλεκτο μείγμα παρασκευάζεται απευθείας στο καρμπυρατέρ. Η έγχυση πραγματοποιείται σε μια κοινή πολλαπλή, από όπου, υπό την επίδραση κενού, το μείγμα εισέρχεται στους κυλίνδρους, όπου στη συνέχεια ανάβει από μια ηλεκτρική εκκένωση σε ένα κερί.

Ένας κινητήρας ψεκασμού διαφέρει από έναν κινητήρα με καρμπυρατέρ στο ότι το καύσιμο τροφοδοτείται σε κάθε κύλινδρο απευθείας μέσω ξεχωριστών ακροφυσίων. Στη συνέχεια, αφού αναμειχθεί η βενζίνη με τον αέρα, το καύσιμο αναφλέγεται από τη σπίθα ενός κεριού.

Ο κινητήρας ντίζελ διαφέρει από τη βενζίνη. Εξετάστε εν συντομία τη συσκευή ενός κινητήρα εσωτερικής καύσης ντίζελ. Δεν χρησιμοποιούνται κεριά για ανάφλεξη. Αυτό το καύσιμο αναφλέγεται υπό υψηλή πίεση. Ως αποτέλεσμα, ο κινητήρας ντίζελ θερμαίνεται. Η θερμοκρασία είναι υψηλότερη από τη θερμοκρασία καύσης. Η έγχυση πραγματοποιείται με ακροφύσια.

Οι κινητήρες με στροφείο-έμβολο ανήκουν επίσης σε κινητήρες εσωτερικής καύσης. Σε αυτές τις μονάδες, η θερμική ενέργεια απόη καύση καυσίμου επηρεάζει τον ρότορα. Έχει ιδιαίτερο σχήμα και ιδιαίτερο προφίλ. Η τροχιά της κίνησης του ρότορα είναι πλανητική (το στοιχείο βρίσκεται μέσα σε έναν ειδικό θάλαμο). Ο ρότορας εκτελεί ταυτόχρονα έναν τεράστιο αριθμό λειτουργιών - αυτή είναι η διανομή αερίου, η λειτουργία του στροφαλοφόρου άξονα και του εμβόλου.

Υπάρχουν επίσης κινητήρες εσωτερικής καύσης αεριοστροβίλων. Σε αυτές τις μονάδες, η θερμική ενέργεια μετατρέπεται μέσω ενός ρότορα με σφηνοειδείς λεπίδες. Αυτοί οι μηχανισμοί στη συνέχεια κάνουν τον στρόβιλο να περιστρέφεται.

Οι εμβολοφόροι κινητήρες θεωρούνται οι πιο αξιόπιστοι, με χαμηλή συντήρηση και οικονομικοί. Τα περιστροφικά πρακτικά δεν χρησιμοποιούνται στην τεχνολογία μαζικής αυτοκινητοβιομηχανίας. Τώρα μόνο η ιαπωνική Mazda παράγει μοντέλα αυτοκινήτων εξοπλισμένων με κινητήρες με περιστροφικό έμβολο. Έμπειρα αυτοκίνητα με κινητήρες αεριοστροβίλου παρήχθησαν από την Chrysler τη δεκαετία του '60 και μετά από αυτό δεν επέστρεψε ούτε μία αυτοκινητοβιομηχανία σε αυτές τις εγκαταστάσεις. Στη Σοβιετική Ένωση, ορισμένα μοντέλα δεξαμενών και πλοίων προσγείωσης ήταν εξοπλισμένα με κινητήρες αεριοστροβίλου για μικρό χρονικό διάστημα. Αλλά στη συνέχεια αποφασίστηκε να εγκαταλειφθούν τέτοιες μονάδες ισχύος. Γι' αυτό εξετάζουμε τη συσκευή του κινητήρα εσωτερικής καύσης - είναι η πιο δημοφιλής και αποτελεσματική.

Συσκευή ICE

Πολλά συστήματα συνδυάζονται στο περίβλημα του κινητήρα. Αυτό είναι το μπλοκ κυλίνδρων στο οποίο βρίσκονται οι ίδιοι οι θάλαμοι καύσης. Στο τελευταίο καίγεται το μείγμα καυσίμου. Επίσης, ο κινητήρας αποτελείται από έναν μηχανισμό στροφάλου που έχει σχεδιαστεί για να μετατρέπει την ενέργεια των εμβόλων σε περιστροφή του στροφαλοφόρου άξονα. Στο κτίριο του ηλεκτρισμούΗ μονάδα διαθέτει επίσης μηχανισμό διανομής αερίου. Το καθήκον του είναι να διασφαλίζει το έγκαιρο άνοιγμα και κλείσιμο των βαλβίδων εισαγωγής και εξαγωγής. Ο κινητήρας δεν θα μπορεί να λειτουργήσει χωρίς ψεκασμό, ανάφλεξη και σύστημα εξάτμισης.

Κατά την εκκίνηση της μονάδας ισχύος, ένα μείγμα καυσίμου και αέρα τροφοδοτείται στους κυλίνδρους μέσω των ανοιχτών βαλβίδων εισαγωγής. Στη συνέχεια αναφλέγεται από μια ηλεκτρική εκκένωση στο μπουζί. Όταν το μείγμα αναφλέγεται και τα αέρια αρχίζουν να διαστέλλονται, η πίεση στο έμβολο θα αυξηθεί. Το τελευταίο θα τεθεί σε κίνηση και θα προκαλέσει την περιστροφή του στροφαλοφόρου άξονα.

Η σχεδίαση και η λειτουργία του κινητήρα εσωτερικής καύσης είναι τέτοια ώστε ο κινητήρας να λειτουργεί σε συγκεκριμένους κύκλους. Αυτοί οι κύκλοι επαναλαμβάνονται συνεχώς σε υψηλή συχνότητα. Αυτό εξασφαλίζει συνεχή περιστροφή του στροφαλοφόρου άξονα.

Η αρχή λειτουργίας των δίχρονων κινητήρων εσωτερικής καύσης

Όταν ξεκινά ο κινητήρας, το έμβολο, το οποίο κινείται από την περιστροφή του στροφαλοφόρου άξονα, αρχίζει να κινείται. Όταν φτάσει στο χαμηλότερο σημείο του και αρχίσει να ανεβαίνει, το καύσιμο τροφοδοτείται στον κύλινδρο.

Όταν κινείται προς τα πάνω, το έμβολο συμπιέζει το μείγμα. Όταν φτάσει στο πάνω νεκρό σημείο, το μπουζί αναφλέγει το μείγμα λόγω ηλεκτρικής εκκένωσης. Τα αέρια διαστέλλονται αμέσως και σπρώχνουν το έμβολο προς τα κάτω.

Στη συνέχεια, η βαλβίδα εξαγωγής του κυλίνδρου ανοίγει και τα προϊόντα καύσης εξέρχονται από τους κυλίνδρους στο σύστημα εξάτμισης. Στη συνέχεια, φτάνοντας πάλι στο κάτω σημείο, το έμβολο θα αρχίσει να κινείται προς τα πάνω. Ο στροφαλοφόρος άξονας θα κάνει μια περιστροφή.

Όταν ξεκινά το νέοκίνηση του εμβόλου, οι βαλβίδες εισαγωγής θα ανοίξουν ξανά και το μείγμα καυσίμου θα τροφοδοτηθεί. Θα καταλάβει ολόκληρο τον όγκο που κατέλαβαν τα προϊόντα καύσης και ο κύκλος θα επαναληφθεί ξανά. Λόγω του γεγονότος ότι τα έμβολα σε τέτοιους κινητήρες λειτουργούν μόνο σε δύο κύκλους, γίνονται λιγότερες κινήσεις, σε αντίθεση με έναν τετράχρονο κινητήρα εσωτερικής καύσης. Μειωμένες απώλειες τριβής. Αλλά αυτοί οι κινητήρες ζεσταίνονται περισσότερο.

Στις δίχρονες μονάδες ισχύος, το έμβολο παίζει επίσης το ρόλο ενός μηχανισμού διανομής αερίου. Κατά τη διαδικασία της κίνησης, ανοίγουν και κλείνουν ανοίγματα για την είσοδο του μείγματος καυσίμου και την απελευθέρωση των καυσαερίων. Η χειρότερη ανταλλαγή αερίων σε σύγκριση με τους τετράχρονους κινητήρες είναι το κύριο μειονέκτημα τέτοιων κινητήρων. Κατά τη στιγμή των καυσαερίων, η ισχύς χάνεται σημαντικά.

Επί του παρόντος, οι δίχρονοι κινητήρες χρησιμοποιούνται σε μοτοποδήλατα, σκούτερ, σκάφη, πριόνια βενζίνης και άλλα οχήματα χαμηλής ισχύος.

Τετράχρονο

Η συσκευή αυτού του τύπου κινητήρα εσωτερικής καύσης είναι ελαφρώς διαφορετική από τη δίχρονη. Η αρχή λειτουργίας είναι επίσης ελαφρώς διαφορετική. Υπάρχουν τέσσερις διαδρομές ανά περιστροφή στροφαλοφόρου άξονα.

Το πρώτο βήμα είναι η παροχή ενός εύφλεκτου μείγματος στον κύλινδρο του κινητήρα. Ο κινητήρας, υπό την επίδραση του κενού, αναρροφά το μείγμα στον κύλινδρο. Το έμβολο στον κύλινδρο αυτή τη στιγμή κατεβαίνει. Η βαλβίδα εισαγωγής είναι ανοιχτή και η ψεκασμένη βενζίνη και ο αέρας θα εισέλθουν στον θάλαμο καύσης.

Στη συνέχεια ακολουθεί η διαδρομή συμπίεσης. Η βαλβίδα εισαγωγής κλείνει και το έμβολο κινείται προς τα πάνω. Σε αυτή την περίπτωση, το μείγμα στον κύλινδρο συμπιέζεται σημαντικά. Λόγω πίεσης, το μείγμαζεσταίνεται. Η πίεση αυξάνει τη συγκέντρωση.

Ακολουθεί ο τρίτος κύκλος εργασίας. Όταν το έμβολο φτάσει σχεδόν στην επάνω θέση του, ενεργοποιείται το σύστημα ανάφλεξης. Μια σπίθα πετάει στο κερί και το μείγμα αναφλέγεται. Λόγω της στιγμιαίας διαστολής των αερίων και της εξάπλωσης της ενέργειας της έκρηξης, το έμβολο υπό πίεση κινείται προς τα κάτω. Αυτός ο κύκλος στη λειτουργία ενός τετράχρονου κινητήρα είναι ο κύριος. Τα άλλα τρία μέτρα δεν επηρεάζουν τη δημιουργία του έργου και είναι βοηθητικά.

Στον τέταρτο κύκλο, ξεκινά η φάση απελευθέρωσης. Όταν το έμβολο φτάσει στον πυθμένα του θαλάμου καύσης, η βαλβίδα εξαγωγής ανοίγει και τα καυσαέρια εξέρχονται πρώτα στο σύστημα εξάτμισης και μετά στην ατμόσφαιρα.

Εδώ είναι η συσκευή και η αρχή λειτουργίας του τετράχρονου κινητήρα εσωτερικής καύσης, ο οποίος είναι εγκατεστημένος κάτω από το καπό των περισσότερων αυτοκινήτων.

Βοηθητικά συστήματα

Εξετάσαμε τη συσκευή του κινητήρα εσωτερικής καύσης. Αλλά οποιοσδήποτε κινητήρας δεν θα μπορούσε να λειτουργήσει εάν δεν ήταν εξοπλισμένος με πρόσθετα συστήματα. Θα μιλήσουμε για αυτά παρακάτω.

Ανάφλεξη

Αυτό το σύστημα είναι μέρος του ηλεκτρικού εξοπλισμού. Έχει σχεδιαστεί για να σχηματίζει σπινθήρες που αναφλέγουν το μείγμα καυσίμου.

Το σύστημα περιλαμβάνει μια μπαταρία και μια γεννήτρια, μια κλειδαριά ανάφλεξης, ένα πηνίο και μια ειδική συσκευή - έναν διανομέα ανάφλεξης.

Σύστημα εισαγωγής

Είναι απαραίτητο για να μπει ο κινητήρας χωρίς διακοπέςαέρας. Για να σχηματιστεί το μείγμα απαιτείται οξυγόνο. Από μόνη της, η βενζίνη δεν θα καεί. Πρέπει να σημειωθεί ότι στα καρμπυρατέρ η εισαγωγή είναι μόνο φίλτρο και αεραγωγοί. Το σύστημα εισαγωγής των σύγχρονων αυτοκινήτων είναι πιο περίπλοκο. Περιλαμβάνει μια εισαγωγή αέρα με τη μορφή σωλήνων, ένα φίλτρο, μια βαλβίδα γκαζιού και μια πολλαπλή εισαγωγής.

Σύστημα τροφοδοσίας

Από την αρχή του κινητήρα εσωτερικής καύσης, γνωρίζουμε ότι ο κινητήρας πρέπει να κάψει κάτι. Είναι βενζίνη ή ντίζελ. Το σύστημα ισχύος παρέχει τροφοδοσία καυσίμου κατά τη λειτουργία του κινητήρα.

Στην πιο πρωτόγονη περίπτωση, αυτό το σύστημα αποτελείται από μια δεξαμενή, καθώς και μια γραμμή καυσίμου, φίλτρο και αντλία, που παρέχουν καύσιμο στο καρμπυρατέρ. Στα αυτοκίνητα με έγχυση, το σύστημα ισχύος ελέγχεται από την ECU.

Σύστημα λίπανσης

Το σύστημα λίπανσης περιλαμβάνει μια αντλία λαδιού, ένα κάρτερ, ένα φίλτρο λαδιού. Οι μονάδες ισχύος ντίζελ και ισχυρής βενζίνης διαθέτουν επίσης ψυγείο για τον καθαρισμό του λιπαντικού. Η αντλία κινείται από τον στροφαλοφόρο άξονα.

Συμπέρασμα

Αυτό είναι ένας κινητήρας εσωτερικής καύσης. Εξετάσαμε τη συσκευή και την αρχή της λειτουργίας της και τώρα είναι σαφές πώς λειτουργεί ένα αυτοκίνητο, ένα αλυσοπρίονο ή μια γεννήτρια ντίζελ.