Hlavní fáze provozu benzínového motoru – od příjmu paliva po výrobu energie

Benzínový motor je pohonná jednotka s vestavěným spalovacím prostorem, ve kterém se energie spalování paliva přeměňuje na mechanickou práci. Takové motory patří do třídy spalovacích motorů.

Historické informace

První spalovací motor (ICE) sestrojil v roce 1807 švýcarský vynálezce François Isaac de Rivaz. Pravda, tento motor nejezdil na benzín, ale na plynný vodík, ale byl vybaven ojnicí a pístovou skupinou a zážehovým zařízením.

Tento spalovací motor později vylepšili Francouz Jean Joseph Etienne Lenoir (1860) a německý inženýr Nicolaus August Otto, kteří v roce 1863 vytvořili atmosférický dvoudobý spalovací motor a v roce 1876 čtyřdobý spalovací motor.

První benzinový karburátorový spalovací motor vyvinuli němečtí inženýři Gottlieb Wilhelm Daimler a August Wilhelm Maybach, kteří jej použili k vytvoření prvních motocyklů (1885) a automobilů (1886). Přibližně ve stejných letech vznikl v Rusku první karburátorový spalovací motor. Postavil ji Ogneslav Kostovich (1851-1916).

Následně nebyly do konstrukce spalovacích motorů zavedeny žádné zásadní rozdíly a úsilí velkého počtu inženýrů z celého světa směřovalo k vytvoření high-tech benzínových motorů dostatečně vysokého výkonu s nízkou spotřebou paliva.

Typy benzinových spalovacích motorů

V současné době lze nalézt vozy s benzínovými motory vybavenými:

1. karburátor, kde se mísí palivo a vzduch. Poté je připravená směs přiváděna do válců, kde je zapálena jiskrou, která přeskakuje mezi elektrodami zapalovacích svíček.
2. systém tvorby vstřikovací směsi, který se provádí vstřikováním směsi paliva a vzduchu do sacího potrubí nebo přímo do válců motoru. K tomu se používají speciální trysky. V tomto případě existují systémy:

• mono vstřikování paliva (jednobodové).
• distribuované vstřikování paliva (vícebodové).

Vstřikovače lze ovládat a dávkovat palivo pomocí:

1. Pákový pístový mechanismus – v mechanických vstřikovacích systémech.
2. Speciální řídicí jednotka ECU – v elektronických vstřikovacích systémech.
3. Systém přeplňování, kdy dochází k nasávání hořlavé směsi nebo vzduchu pod tlakem čerpaným turbodmychadlem. Zároveň se výrazně zvyšuje výkon a účinnost pohonné jednotky.

Zvláštní místo mezi benzínovými motory zaujímá motor s rotačním pístem (Wankelův motor). Od ostatních spalovacích motorů se liší tím, že neexistuje samostatný mechanismus distribuce plynu, což značně zjednodušuje konstrukci motoru.

Princip činnosti pohonné jednotky s rotačním pístem spočívá v tom, že během jedné otáčky provede tři plné pracovní cykly. To se děje díky skutečnosti, že motor je založen na originálním trojúhelníkovém rotoru, který rotuje ve speciálně tvarované komoře a plní funkce pístu, klikového hřídele a mechanismu distribuce plynu. Z řady konstrukčních a technologických důvodů se tento benzinový motor příliš nepoužíval.

V automobilovém průmyslu se nejčastěji používají řadové čtyřválcové čtyřtaktní benzínové pohonné jednotky, které se liší od ostatních:

• velký zdroj;
• výfuk šetrný k životnímu prostředí;
• ekonomika;
• nízká hladina hluku.

Princip činnosti a zařízení

Princip činnosti každého benzínového motoru spočívá v tom, že při zapálení malého množství předem stlačené směsi vysokoenergetického paliva a vzduchu v omezeném prostoru spalovacího prostoru se uvolní velké množství energie, které stačí k pohybu pístu.

V tomto případě je přímočarý vratný pohyb pístu pomocí klikového mechanismu převeden na rotační pohyb klikového hřídele, který pohání vozidlo.

Mezi hlavní prvky benzinových spalovacích motorů, které se přímo podílejí na procesu přeměny tepelné energie na mechanickou energii, patří:

• sací a výfukové ventily mechanismu distribuce plynu;
• písty;
• spojovací tyče;
• klikový hřídel;
• zapalovací svíčky.

Kromě toho je každý benzínový motor vybaven pomocnými systémy, které zajišťují jeho efektivní provoz. Patří sem:

1. Systém zapalování – zajišťuje zapálení směsi paliva a vzduchu. Může být kontaktní, bezkontaktní, mikroprocesorový.
2. Startovací systém spalovacího motoru obsahuje startér a baterii. Používá se k vynucení otáčení klikového hřídele při spuštění prvního pracovního cyklu motoru. Ke spouštění benzinových motorů s nízkým výkonem se často používá síla lidských svalů (nakopávací startér).
3. Systém přípravy palivové směsi zajišťuje přípravu a přívod směsi palivo-vzduch do spalovacích prostorů válců motoru.
4. Výfukový systém je zodpovědný za včasné odstranění zplodin spalování hořlavé směsi z válců motoru.
5. Chladicí systém – slouží k odvodu tepla z topných těles motoru a zajišťuje stanovený teplotní režim pro jeho provoz. Chlazení lze provádět vzduchem, speciální chladicí kapalinou nebo kombinovanou metodou.
6. Mazací systém – určený k dodávání motorového oleje na třecí plochy spalovacího motoru. Používá se také k odstranění karbonových usazenin a produktů opotřebení z třecích povrchů. Motorový olej může být dodáván do mazacích míst buď rozstřikováním nebo pod tlakem.

Existují také kombinované mazací systémy, ve kterých je motorový olej smíchán v určitých poměrech s palivovou směsí. Jsou vybaveny nízkovýkonovými benzinovými motory pro motorové čluny, drobným mechanizačním zařízením atd.

Navzdory tomu, že autoškoly věnují velkou pozornost technické stavbě vozu, získané znalosti nestačí pro všechny začátečníky. Tato kniha si klade za cíl tuto mezeru vyplnit. Pomůže vám rychle pochopit, co je moderní automobil, z jakých komponentů a sestav se skládá, proč auto nelze provozovat při určitých závadách atd. Snadný a přístupný styl prezentace a velké množství barevných ilustrací usnadňují rychlé asimilaci navrhovaného materiálu i těmi, kteří se dosud automobilem nikdy nezabývali. Knihu doporučuje časopis Avtomir a internetový portál www.avtotut.ru.

obsah

• úvod
• 1. Obecná konstrukce vozu
• 2. Spalovací motor (ICE)

2. Spalovací motor (ICE)

Obecná stavba a činnost spalovacího motoru

Téměř všechny moderní automobily využívají jako pohonnou jednotku spalovací motor (ICE) (obr. 2.1).

Existují i ​​elektromobily, ale nebudeme o nich uvažovat.

Obr. 2.1. Vnější pohled na spalovací motor

Činnost každého spalovacího motoru je založena na pohybu pístu ve válci pod vlivem tlaku plynu, který vzniká při spalování palivové směsi, dále jen pracovní směsi.

Neshoří samotné palivo. Hoří pouze jeho páry smíchané se vzduchem, který je pracovní směsí pro spalovací motor. Pokud tuto směs zapálíte, okamžitě shoří a mnohonásobně zvětší svůj objem. A pokud směs umístíte do uzavřeného objemu, a jednu stěnu uděláte pohyblivou, tak na tuto stěnu bude působit obrovský tlak, který stěnu posune.

POZNÁMKA

Ve spalovacím motoru se z každých 10 litrů paliva spotřebují na užitečnou práci jen asi 2 litry, zbylých 8 litrů se spálí marně. To znamená, že účinnost spalovacího motoru je pouze 20 %.

ICE používané v osobních automobilech se skládají ze dvou mechanismů: kliky a rozvodu plynu a dále z následujících systémů:

♦ únik výfukových plynů;

Hlavní části spalovacího motoru:

♦ vačkový hřídel s vačkami;

Většina moderních malých a středních vozů je vybavena čtyřválcovými motory. Existují motory většího objemu – s osmi i dvanácti válci (obr. 2.2). Čím větší je zdvihový objem motoru, tím je výkonnější a má vyšší spotřebu paliva.

Obr. 2.2. Uspořádání válců v motorech různých uspořádání:

a – čtyřválec; b – šestiválec; c – dvanáctiválec (α – úhel odklonu)

Princip činnosti spalovacího motoru lze nejsnáze zvážit na příkladu jednoválcového benzínového motoru. Takový motor se skládá z válce s vnitřním zrcadlovým povrchem, ke kterému je přišroubována odnímatelná hlava. Válec obsahuje válcový píst – sklo, skládající se z hlavy a obruby (obr. 2.3). Píst má drážky, ve kterých jsou instalovány pístní kroužky. Zajišťují těsnost prostoru nad pístem a zabraňují pronikání plynů vznikajících při provozu motoru pod píst. Pístní kroužky navíc zabraňují vnikání oleje do prostoru nad pístem (olej je určen k mazání vnitřního povrchu válce). Jinými slovy, tyto kroužky plní roli těsnění a dělí se na dva typy: kompresní (ty, které neumožňují průchod plynů) a olejové škrabky (ty, které zabraňují vstupu oleje do spalovací komory) (obr. 2.4).

Obr. 2.3. Píst

Směs benzinu a vzduchu, připravená karburátorem nebo vstřikovačem, se dostává do válce, kde je stlačena pístem a zapálena jiskrou ze zapalovací svíčky. Jak hoří a expanduje, nutí píst k pohybu dolů. Takto se tepelná energie přeměňuje na mechanickou energii.

Obr. 2.4. Píst s ojnicí:

1 — sestava ojnice; 2 — kryt ojnice; 3 — vložka ojnice; 4 – matice šroubu; 5 — šroub krytu ojnice; 6 — ojnice; 7 — pouzdro ojnice; 8 — pojistné kroužky; 9 — pístní čep; 10 – píst; 11 — kroužek na stírání oleje; 12, 13 — kompresní kroužky

Následuje přeměna zdvihu pístu na rotaci hřídele. K tomu je píst pomocí čepu a ojnice otočně spojen s klikou klikového hřídele, která se otáčí na ložiskách instalovaných v klikové skříni motoru (obr. 2.5).

V důsledku pohybu pístu ve válci shora dolů a zpět přes ojnici se klikový hřídel otáčí.

Horní úvrať (TDC) je nejvyšší poloha pístu ve válci (tedy místo, kde se píst přestane pohybovat nahoru a je připraven začít se pohybovat dolů) (viz obr. 2.3). Nejnižší poloha pístu ve válci (tedy místo, kde se píst přestane pohybovat dolů a je připraven začít se pohybovat nahoru) je tzv. dolní úvratě (BDC) (viz obr. 2.3). A nazývá se vzdálenost mezi krajními polohami pístu (od TDC k BDC). zdvih pístu.

Obr. 2.5. Klikový hřídel se setrvačníkem:

1 – klikový hřídel; 2 — pánev ojničního ložiska; 3 – přítlačné polokroužky; 4 – setrvačník; 5 — podložka upevňovacích šroubů setrvačníku; 6 — vložky prvního, druhého, čtvrtého a pátého hlavního ložiska; 7 — vložka centrálního (třetího) ložiska

Když se píst pohybuje shora dolů (z TDC do BDC), objem nad ním se mění z minima na maximum. Minimální objem ve válci nad pístem, když je na TDC, je spalovací komory.

A nazývá se objem nad válcem, když je na BDC zdvihu válce.

Dále se nazývá celkový pracovní objem všech válců motoru, vyjádřený v litrech zdvihový objem motoru. Celkový objem válce je součet jeho pracovního objemu a objemu spalovací komory v okamžiku, kdy je píst v BDC.

Důležitou charakteristikou spalovacího motoru je jeho kompresní poměr, který je definován jako poměr celkového objemu válce k objemu spalovacího prostoru. Kompresní poměr ukazuje, kolikrát je směs paliva a vzduchu vstupující do válce stlačena, když se píst pohybuje z BDC do TDC. U benzínových motorů je kompresní poměr v rozmezí 6–14, u dieselových motorů – 14–24. Kompresní poměr do značné míry určuje výkon a účinnost motoru a také významně ovlivňuje toxicitu výfukových plynů.

Výkon motoru se měří v kilowattech nebo koňských silách (používají se častěji). Zároveň 1l. S. přibližně 0,735 kW.

Jak jsme si již řekli, provoz spalovacího motoru je založen na využití tlakové síly plynů vznikajících při spalování směsi paliva a vzduchu ve válci.

U benzínových a plynových motorů je směs zapálena zapalovací svíčkou (obr. 2.6), u dieselových motorů – kompresí.

Obr. 2.6. Zapalovací svíčka

Při běhu jednoválcového motoru se jeho klikový hřídel otáčí nerovnoměrně: v okamžiku spalování hořlavé směsi prudce zrychluje a po zbytek času zpomaluje.

Pro zvýšení rovnoměrnosti otáčení je ke klikovému hřídeli připojen masivní disk vyčnívající ven ze skříně motoru – setrvačník (viz obr. 2.5). Když motor běží, hřídel a setrvačník se otáčí.

Nyní si povíme něco více o fungování jednoválcového motoru.

Opakujeme, první akcí je vstup do válce (do prostoru nad pístem) směsi paliva a vzduchu připravené karburátorem nebo vstřikovačem. Tento proces se nazývá sací zdvih (první zdvih). Válec motoru se plní směsí paliva a vzduchu, když se píst pohybuje z horní polohy do spodní. V tomto případě jsou k válci motoru připojeny dva kanály: vstup a výstup. Hořlavá směs je přiváděna prvním kanálem a zplodiny jejího spalování odcházejí druhým kanálem. Bezprostředně před vstupem do válce jsou v těchto kanálech instalovány ventily. Jejich princip činnosti je velmi jednoduchý: ventil je jako hřebík s velkou kulatou hlavou otočenou vzhůru nohama, která uzavírá vstup z kanálu do válce.

V tomto případě je krytka přitlačena k okraji kanálu silnou pružinou a ucpe jej.

Pokud stisknete ventil (ten stejný hřeb), překonáte odpor pružiny, otevře se vstup do válce z kanálu (obr. 2.7).

První zdvih – příjem

Během tohoto zdvihu se píst pohybuje z TDC do BDC. V tomto případě je vstupní ventil otevřený a výstupní ventil je uzavřen. Prostřednictvím sacího ventilu se válec plní hořlavou směsí, dokud píst není v BDC, to znamená, že jeho další pohyb směrem dolů je nemožný. Z toho, co bylo řečeno dříve, již víme, že pohyb pístu ve válci s sebou nese pohyb kliky, a tedy otáčení klikového hřídele a naopak. Takže během prvního zdvihu motoru (když se píst pohybuje z TDC do BDC) se klikový hřídel otočí o půl otáčky.

Druhý zdvih – komprese

Poté, co směs paliva se vzduchem připravená karburátorem nebo vstřikovačem vstoupí do válce, smísí se se zbývajícími výfukovými plyny a sací ventil se za ním uzavře, stane se funkční.

Nyní nastal okamžik, kdy pracovní směs naplnila válec a není kam jít: sací a výfukové ventily jsou bezpečně uzavřeny. V tomto okamžiku se píst začne pohybovat zdola nahoru (z BDC do TDC) a snaží se přitlačit pracovní směs k hlavě válce (viz obr. 2.7). Jak se říká, nebude schopen tuto směs rozemlít na prášek, protože píst nemůže překročit linii TDC a vnitřní prostor válce je navržen tak (a podle toho je umístěn klikový hřídel a rozměry kliky se volí) tak, aby vždy zbyl, byť nepříliš velký, ale volný prostor – spalovací komora. Na konci kompresního zdvihu vzroste tlak ve válci na 0,8–1,2 MPa a teplota dosáhne 450–500 °C.