Μηχανή παλινδρομικής εσωτερικής καύσης: ορισμός, ταξινόμηση και αρχή λειτουργίας

2024 Συγγραφέας: Erin Ralphs | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-02-19 14:10

Για περισσότερα από εκατό χρόνια στον κόσμο, η κύρια μονάδα ισχύος σε όλα τα τροχοφόρα οχήματα ήταν ένας εμβολοφόρος κινητήρας εσωτερικής καύσης. Εμφανιζόμενος στις αρχές του 20ου αιώνα και αντικαθιστώντας την ατμομηχανή, ο κινητήρας εσωτερικής καύσης στον 21ο αιώνα παραμένει ο πιο κερδοφόρος τύπος κινητήρα από άποψη οικονομίας και απόδοσης. Ας ρίξουμε μια πιο προσεκτική ματιά στο πώς λειτουργεί αυτός ο τύπος κινητήρα εσωτερικής καύσης, πώς λειτουργεί, ας μάθουμε τι είναι άλλοι κινητήρες με έμβολο.

Ορισμός, χαρακτηριστικά ICE

Στη διαδικασία ανάπτυξης της επιστήμης και της τεχνολογίας, ο σχεδιασμός των κινητήρων εσωτερικής καύσης βελτιώνεται συνεχώς. Οι κινητήρες κατάφεραν να αποδείξουν την αποτελεσματικότητά τους. Έτσι εμφανίστηκαν οι κινητήρες εσωτερικής καύσης με έμβολο και, ως υποείδος, οι κινητήρες καρμπυρατέρ και ψεκασμού. Διακρίνονται οι κινητήρες ντίζελ, τα περιστροφικά έμβολα και οι μονάδες αεριοστροβίλου.

Παγάκια βενζίνης

Ο παραδοσιακός εμβολοφόρος κινητήρας είναι εξοπλισμένος με θάλαμο εσωτερικής καύσης. Αυτός είναι ο κύλινδρος μέσα στο μπλοκ κινητήρα. Όταν το καύσιμο καίγεται, απελευθερώνεται ενέργεια, η οποία στη συνέχεια μετατρέπεται σε μηχανική κίνηση του στροφαλοφόρου άξονα. Λόγω της μεταφορικής κίνησης των εμβόλων, τα οποία δρουν στο σύστημα των μπιελών και του στροφαλοφόρου άξονα, ο σφόνδυλος περιστρέφεται. Μπορείτε να μάθετε περισσότερα για τη σχεδίαση στον αντίστοιχο κινητήρα εσωτερικής καύσης με πιστόνι GOST.

Ο κινητήρας εσωτερικής καύσης του καρμπυρατέρ είναι διαφορετικός στο ότι το μείγμα εργασίας καυσίμου και αέρα παρασκευάζεται σε μια ειδική συσκευή - ένα καρμπυρατέρ. Το μείγμα εγχέεται στους κυλίνδρους με κενό. Στη συνέχεια αναφλέγεται από το μπουζί.

Το Το Injection ICE έχει πιο μοντέρνο σχεδιασμό. Εδώ, αντί για την παραδοσιακή μηχανική συσκευή, το σύστημα ισχύος έχει ηλεκτρονικά ακροφύσια. Είναι υπεύθυνοι για την έγχυση ακριβών ποσοτήτων καυσίμου απευθείας στους κυλίνδρους του κινητήρα.

Diesel ICEs

Ο κινητήρας εσωτερικής καύσης με πιστόνι ντίζελ έχει ορισμένες δομικές και θεμελιώδεις διαφορές από τους κινητήρες εσωτερικής καύσης βενζίνης.

Εάν ένας σπινθήρας από ένα κερί χρησιμοποιείται για ανάφλεξη σε μια μονάδα βενζίνης, τότε μια διαφορετική αρχή λειτουργεί στους κινητήρες ντίζελ και δεν υπάρχουν κεριά εκτός από τη λάμψη. Το καύσιμο ντίζελ εισέρχεται στους κυλίνδρους μέσω μπεκ ψεκασμού, αναμιγνύεται με τον αέρα και στη συνέχεια συμπιέζεται όλο το μείγμα, με αποτέλεσμα να θερμαίνεται μέχρι τη θερμοκρασία καύσης.

Έμβολο ρότορα

Απαραίτητος κινητήρας με περιστροφικό έμβολοδιαφέρει από το παραδοσιακό ICE. Τα αέρια δρουν σε ειδικά μέρη και στοιχεία. Έτσι, υπό την επίδραση αερίων, ο κινητός ρότορας κινείται σε έναν ειδικό θάλαμο σε σχήμα οκτώ. Ο θάλαμος εκτελεί τις λειτουργίες των εμβόλων, του χρονισμού και του στροφαλοφόρου άξονα. Η κάμερα έχει σχήμα οκτώ.

Συνδυασμένες μονάδες

Στους κινητήρες εσωτερικής καύσης αεριοστροβίλων, η θερμική ενέργεια μετατρέπεται σε μηχανική ενέργεια λόγω της περιστροφής ενός ειδικού ρότορα με ειδικά πτερύγια. Αυτός ο ρότορας κινεί τον άξονα του στροβίλου.

Ειδικοί κινητήρες εσωτερικής καύσης με πιστόνι και συνδυασμένης καύσης (και αυτοί είναι κινητήρες αεριοστροβίλου και περιστροφικοί κινητήρες) μπορούν να καταχωρηθούν με ασφάλεια στο κόκκινο βιβλίο. Σήμερα, μόνο η ιαπωνική Mazda κατασκευάζει κινητήρα με περιστροφικό έμβολο. Η Crysler κατασκεύασε κάποτε μια πειραματική σειρά κινητήρων εσωτερικής καύσης αεριοστροβίλων, αλλά αυτό ήταν στη δεκαετία του '60 και καμία από τις αυτοκινητοβιομηχανίες δεν έχει επιστρέψει σε αυτό το θέμα μέχρι σήμερα.

Στη Σοβιετική Ένωση, οι κινητήρες εσωτερικής καύσης αεριοστροβίλων εγκαταστάθηκαν σε δεξαμενές και πλοία προσγείωσης, ωστόσο, ακόμη και εκεί αργότερα αποφασίστηκε να εγκαταλειφθούν μονάδες αυτού του σχεδιασμού.

Συσκευή ICE

Ο κινητήρας είναι ένας ενιαίος μηχανισμός. Αποτελείται από μπλοκ κυλίνδρων, εξαρτήματα μηχανισμού στροφάλου, μηχανισμό χρονισμού, συστήματα ψεκασμού και εξάτμισης.

Ο θάλαμος καύσης βρίσκεται μέσα στο μπλοκ κυλίνδρων, όπου το μείγμα καυσίμου-αέρα αναφλέγεται απευθείας και τα προϊόντα καύσης ενεργοποιούν τα έμβολα. Μέσω μανιβέλαςμηχανισμό, η ενέργεια της καύσης του καυσίμου μεταφέρεται στον στροφαλοφόρο άξονα. Ο μηχανισμός χρονισμού είναι απαραίτητος για να διασφαλιστεί το έγκαιρο άνοιγμα και κλείσιμο των βαλβίδων εισαγωγής και εξαγωγής.

Αρχή λειτουργίας

Όταν εκκινείται ο κινητήρας, ένα μείγμα καυσίμου και αέρα εγχέεται στους κυλίνδρους μέσω της βαλβίδας εισαγωγής και αναφλέγεται από έναν σπινθήρα στο μπουζί που δημιουργείται από το σύστημα ανάφλεξης. Κατά την καύση σχηματίζονται αέρια. Όταν συμβαίνει θερμική διαστολή, η υπερβολική πίεση αναγκάζει το έμβολο να κινηθεί, περιστρέφοντας έτσι τον στροφαλοφόρο άξονα.

Η λειτουργία των κινητήρων με έμβολο είναι κυκλική. Στον κύκλο ενός εμβολοφόρου κινητήρα εσωτερικής καύσης, μπορεί να υπάρχουν από δύο έως τέσσερις κύκλους. Οι κύκλοι κατά τη λειτουργία του κινητήρα επαναλαμβάνονται αρκετές εκατοντάδες φορές σε ένα λεπτό. Έτσι ο στροφαλοφόρος άξονας μπορεί να περιστρέφεται συνεχώς.

Δίχρονο ICE

Όταν ξεκινά ο κινητήρας, το έμβολο κινείται από την περιστροφή του στροφαλοφόρου άξονα. Όταν το έμβολο φτάσει στο κάτω νεκρό σημείο και αρχίσει να κινείται προς τα πάνω, ο κύλινδρος θα τροφοδοτηθεί με ένα μείγμα καυσίμου-αέρα.

Όταν κινείται προς τα πάνω, το έμβολο θα αρχίσει να συμπιέζει το μείγμα. Όταν το έμβολο φτάσει στην κορυφή του, θα δημιουργηθεί ένας σπινθήρας. Το μείγμα καυσίμου-αέρα θα αναφλεγεί. Διαστέλλοντας, τα αέρια θα σπρώξουν το έμβολο προς τα κάτω.

Αυτή τη στιγμή, η βαλβίδα εξαγωγής θα ανοίξει, μέσω της οποίας τα προϊόντα καύσης μπορούν να εξέλθουν από τον θάλαμο. Στη συνέχεια, φτάνοντας πάλι στο κάτω νεκρό σημείο, το έμβολο θα ξεκινήσει το ταξίδι του προς το TDC. Όλες αυτές οι διαδικασίες λαμβάνουν χώρα σε μία περιστροφή του στροφαλοφόρου άξονα.

Πότετο έμβολο θα ξεκινήσει μια νέα κίνηση, η βαλβίδα εισαγωγής θα ανοίξει και ένα νέο τμήμα του μείγματος καυσίμου-αέρα θα αντικαταστήσει τα καυσαέρια. Η όλη διαδικασία θα ξεκινήσει από την αρχή. Ένας δίχρονος εμβολοφόρος κινητήρας εσωτερικής καύσης κάνει λιγότερες κινήσεις από έναν τετράχρονο. Μειώθηκε η απώλεια τριβής αλλά παράγει περισσότερη θερμότητα.

Ο μηχανισμός διανομής αερίου αντικαθίσταται από ένα έμβολο. Καθώς το έμβολο κινείται, οι θύρες εισαγωγής και εξαγωγής στο μπλοκ κυλίνδρων ανοίγουν και κλείνουν. Σε σύγκριση με μια τετράχρονη μονάδα ισχύος, η ανταλλαγή αερίων σε έναν δίχρονο κινητήρα είναι ένα σημαντικό μειονέκτημα. Η απόδοση και η ισχύς χάνονται όταν απελευθερώνονται καυσαέρια.

Παρά αυτό το μειονέκτημα των δίχρονων εμβόλων κινητήρων εσωτερικής καύσης, χρησιμοποιούνται σε μοτοποδήλατα, σκούτερ, ως εξωλέμβιους κινητήρες, σε αλυσοπρίονα.

Τετράχρονος κινητήρας εσωτερικής καύσης

Το τετράχρονο ICE δεν έχει μειονεκτήματα σε σχέση με έναν δίχρονο κινητήρα. Τέτοιοι κινητήρες εγκαθίστανται στα περισσότερα αυτοκίνητα και σε άλλο εξοπλισμό. Η εισαγωγή και εξαγωγή των καυσαερίων είναι μια ξεχωριστή διαδικασία και δεν συνδυάζεται με συμπίεση, αν και ο εμβολοφόρος κινητήρας εσωτερικής καύσης λειτουργεί από την ανάφλεξη του μείγματος. Η λειτουργία του κινητήρα συγχρονίζεται από τον μηχανισμό διανομής αερίου - οι βαλβίδες ανοίγουν και κλείνουν ταυτόχρονα με την ταχύτητα του στροφαλοφόρου άξονα. Η εισαγωγή του μείγματος καυσίμου πραγματοποιείται μόνο μετά την πλήρη έξοδο των καυσαερίων.

Πλεονεκτήματα των κινητήρων εσωτερικής καύσης

Αξίζει να ξεκινήσετε με τους πιο δημοφιλείς κινητήρες - in-lineτετρακύλινδρες μονάδες. Μεταξύ των πλεονεκτημάτων είναι η συμπαγή, το μικρό βάρος, η μία κυλινδροκεφαλή, η υψηλή συντηρησιμότητα.

Μεταξύ όλων των τύπων κινητήρων εσωτερικής καύσης, διακρίνονται και οι κινητήρες boxer. Δεν είναι πολύ δημοφιλή λόγω του πιο σύνθετου σχεδιασμού. Χρησιμοποιούνται κυρίως σε αγωνιστικά αυτοκίνητα. Μεταξύ των πλεονεκτημάτων - εξαιρετική πρωτογενής και δευτερεύουσα εξισορρόπηση, και ως εκ τούτου η μαλακή εργασία. Υπάρχει λιγότερη πίεση στον στροφαλοφόρο άξονα. Ως αποτέλεσμα, υπάρχει μικρή απώλεια ισχύος. Ο κινητήρας έχει χαμηλό κέντρο βάρους και το αυτοκίνητο χειρίζεται καλύτερα.

Οι ενσωματωμένοι εξακύλινδροι κινητήρες είναι τέλεια ισορροπημένοι και η ίδια η μονάδα λειτουργεί πολύ ομαλά. Παρά τον μεγάλο αριθμό κυλίνδρων, το κόστος παραγωγής δεν είναι πολύ υψηλό. Μπορείτε επίσης να επισημάνετε τη συντηρησιμότητα.

Μειονεκτήματα των κινητήρων εσωτερικής καύσης

Το κύριο μειονέκτημα των παλινδρομικών κινητήρων εσωτερικής καύσης εξακολουθεί να μην είναι η τοξικότητα και ο θόρυβος, αλλά η κακή απόδοση. Σε έναν κινητήρα εσωτερικής καύσης, μόνο το 20% της ενέργειας δαπανάται για την πραγματική μηχανική εργασία. Όλα τα άλλα ξοδεύονται για θέρμανση και άλλες διαδικασίες. Οι κινητήρες απελευθερώνουν επίσης επιβλαβείς ουσίες στην ατμόσφαιρα, όπως οξείδια του αζώτου, μονοξείδιο του άνθρακα και διάφορες αλδεΰδες.