À ce jour moteur combustion interne(GLACE) ou comme on l'appelle aussi « aspiré » - le principal type de moteur largement utilisé dans l'industrie automobile. Qu’est-ce que la GLACE ? Il s'agit d'une unité de chauffage multifonctionnelle qui, grâce à réactions chimiques et les lois de la physique convertissent l'énergie chimique mélange de carburant en force mécanique (travail).

Les moteurs à combustion interne sont divisés en :

1. Moteur à combustion interne à pistons.
2. Moteur à combustion interne à piston rotatif.
3. Moteur à combustion interne à turbine à gaz.

Le moteur à combustion interne à pistons est le plus populaire parmi les moteurs ci-dessus, il a acquis une reconnaissance mondiale et est un leader dans l'industrie automobile depuis de nombreuses années. Je propose de regarder de plus près l'appareil GLACE, ainsi que le principe de son fonctionnement.

Les avantages d'un moteur à combustion interne à pistons comprennent :

1. Polyvalence (utilisation sur divers véhicules).
2. Niveau élevé d’autonomie de la batterie.
3. Tailles compactes.
4. Prix ​​acceptable.
5. Capacité de démarrage rapide.
6. Poids léger.
7. Capacité à travailler avec divers types carburant.

En plus des « avantages », le moteur à combustion interne présente un certain nombre d'inconvénients sérieux, notamment :

1. Vitesse de vilebrequin élevée.
2. Niveau sonore élevé.
3. Niveau de toxicité trop élevé des gaz d'échappement.
4. Faible rendement (coefficient de performance).
5. Une petite ressource de service.

Moteurs à combustion interne diffèrent par le type de carburant, ce sont :

1. Ceux à essence.
2. Diesel.
3. Ainsi que du gaz et de l'alcool.

Les deux derniers peuvent être qualifiés d’alternatifs, car aujourd’hui ils ne sont pas largement utilisés.

Un moteur à combustion interne à base d'alcool fonctionnant à l'hydrogène est le plus prometteur et le plus respectueux de l'environnement : il n'émet pas dans l'atmosphère le « CO2 », nocif pour la santé, contenu dans les gaz d'échappement des moteurs à combustion interne à piston.

Le moteur à combustion interne à pistons se compose des sous-systèmes suivants :

1. Mécanisme à manivelle (CSM).
2. Système d'admission.
3. Système de carburant.
4. Système de lubrification.
5. Système d'allumage (dans les moteurs à essence).
6. Système d'échappement.
7. Système de refroidissement.
8. Système de contrôle.

Le corps du moteur se compose de plusieurs parties, parmi lesquelles : le bloc-cylindres, ainsi que la culasse (culasse). La tâche du vilebrequin est de convertir les mouvements alternatifs du piston en mouvements de rotation du vilebrequin. Le mécanisme de distribution de gaz est nécessaire au moteur à combustion interne pour assurer une admission en temps opportun du mélange air-carburant dans les cylindres et la même libération en temps opportun des gaz d'échappement.

Le système d'admission sert à fournir en temps opportun au moteur l'air nécessaire à la formation du mélange air-carburant. Le système de carburant alimente le moteur en carburant ; en tandem, ces deux systèmes travaillent pour former un mélange air-carburant, après quoi il est amené via le système d'injection dans la chambre de combustion.

L'allumage du mélange air-carburant se produit grâce au système d'allumage (dans les moteurs à combustion interne à essence), dans moteurs diesel l'allumage se produit en raison de la compression du mélange et des bougies de préchauffage.

Le système de lubrification, comme son nom l'indique, sert à lubrifier les pièces frottantes, réduisant ainsi leur usure, augmentant leur durée de vie et éliminant ainsi la température de leurs surfaces. Le refroidissement des surfaces et des pièces chauffées est assuré par le système de refroidissement ; il élimine la température à l'aide du liquide de refroidissement à travers ses canaux qui, en passant par le radiateur, est refroidi et répète le cycle. Le système d'échappement assure l'élimination des gaz d'échappement des cylindres du moteur à combustion interne grâce à quoi, qui fait partie de ce système, réduit le bruit accompagné du dégagement de gaz et de leur toxicité.

Système de gestion du moteur (en modèles modernes est responsable de cela l'unité électronique unité de commande (ECU) ou ordinateur de bord) est nécessaire pour contrôle électronique tous les systèmes décrits ci-dessus et assurant leur synchronicité.

Comment fonctionne un moteur à combustion interne ?

Principe fonctionnement du moteur à combustion interne est basé sur l'effet de la dilatation thermique des gaz, qui se produit lors de la combustion du mélange air-carburant, grâce auquel le piston se déplace dans le cylindre. Le cycle de travail d'un moteur à combustion interne se déroule en deux tours de vilebrequin et se compose de quatre temps, d'où le nom de moteur à quatre temps.

1. Le premier coup est l’admission.
2. La seconde est la compression.
3. Le troisième est le mouvement de travail.
4. Le quatrième est la libération.

Pendant les deux premiers temps - les courses d'admission et de puissance, le piston se déplace vers le bas, pendant les deux autres temps, de compression et d'échappement - le piston monte. Le cycle de fonctionnement de chaque cylindre est configuré de telle manière que les phases ne coïncident pas, cela est nécessaire pour assurer un fonctionnement uniforme du moteur à combustion interne. Il existe d'autres moteurs dans le monde dont le cycle de fonctionnement se déroule en seulement deux temps - compression et course motrice ; ce moteur est appelé moteur à deux temps.

Sur la course d'admission Système de carburant et l'admission forme un mélange carburant-air, qui se forme pendant collecteur d'admission ou directement dans la chambre de combustion (tout dépend du type de conception). Dans le collecteur d'admission en cas d'injection centrale et distribuée de moteurs à combustion interne à essence. Dans la chambre de combustion en cas de injection directe dans les moteurs essence et diesel. Lors de l'ouverture des soupapes de calage d'admission, le mélange air-carburant ou air est fourni à la chambre de combustion en raison de la dépression qui se produit lors du mouvement vers le bas du piston.

Les soupapes d'admission se ferment pendant la course de compression, après quoi le mélange air-carburant dans les cylindres du moteur est comprimé. Pendant la course motrice, le mélange est forcé de s'enflammer ou de s'enflammer spontanément. Après qu'un incendie se soit déclaré dans la chambre, haute pression, que créent les gaz, cette pression agit sur le piston qui n'a d'autre choix que de commencer à descendre. C'est le mouvement du piston en contact étroit avec mécanisme à manivelle mettre en marche vilebrequin, qui génère à son tour un couple qui entraîne les roues de la voiture.

La course « d'échappement », après laquelle les gaz d'échappement évacuent la chambre de combustion, puis le système d'échappement, sortant refroidis et partiellement purifiés dans l'atmosphère.

Court résumé

Après avoir considéré principe de fonctionnement d'un moteur à combustion interne on peut comprendre pourquoi le moteur à combustion interne a un faible rendement, qui est d'environ 40 %. Alors qu'une action utile se produit dans un cylindre, les cylindres restants sont, grosso modo, inactifs, assurant le travail du premier avec des courses : admission, compression, échappement.

C'est tout pour moi, j'espère que tout est clair pour vous, après avoir lu cet article, vous pourrez facilement répondre à la question de savoir ce qu'est un moteur à combustion interne et comment fonctionne un moteur à combustion interne. Merci pour votre attention!

Assez simple, malgré les nombreuses pièces qui le composent. Regardons cela plus en détail.

Structure générale du moteur à combustion interne

Chaque moteur possède un cylindre et un piston. Dans le premier cas, l’énergie thermique est convertie en énergie mécanique, ce qui peut faire bouger la voiture. En seulement une minute, ce processus est répété plusieurs centaines de fois, grâce à quoi le vilebrequin qui sort du moteur tourne en continu.

Le moteur d'une machine se compose de plusieurs complexes de systèmes et de mécanismes qui convertissent l'énergie en travail mécanique.

Son socle est :

distribution de gaz;

mécanisme à manivelle.

De plus, elle exploite les systèmes suivants :

• allumage;

• refroidissement;

mécanisme à manivelle

Grâce à lui, le mouvement alternatif du vilebrequin se transforme en mouvement de rotation. Cette dernière se transmet à tous les systèmes plus facilement que cycliquement, d'autant plus que le maillon final de transmission sont les roues. Et ils travaillent par rotation.

Si la voiture n’était pas un véhicule à roues, ce mécanisme de transport ne serait peut-être pas nécessaire. Cependant, dans le cas d'une voiture, le travail à la manivelle est tout à fait justifié.

Mécanisme de distribution de gaz

Grâce à la courroie de distribution, le mélange de travail ou l'air pénètre dans les cylindres (en fonction des caractéristiques de formation du mélange dans le moteur), puis les gaz d'échappement et les produits de combustion sont éliminés.

Dans ce cas, l'échange de gaz s'effectue à l'heure convenue en une certaine quantité, organisé en cycles et garantissant un mélange de travail de haute qualité, ainsi que l'obtention du plus grand effet de la chaleur générée.

Système d'alimentation

Le mélange d'air et de carburant brûle dans les cylindres. Le système considéré régule leur approvisionnement dans des quantités et des proportions strictes. Il existe une formation de mélange externe et interne. Dans le premier cas, l'air et le carburant sont mélangés à l'extérieur du cylindre, et dans l'autre, à l'intérieur de celui-ci.

Le système d'alimentation électrique avec formation de mélange externe est doté appareil spécial appelé carburateur. Dans celui-ci, le carburant est pulvérisé dans l’air puis pénètre dans les cylindres.

Une voiture dotée d'un système de formation de mélange interne est appelée injection et diesel. Ils remplissent les cylindres d'air dans lequel le carburant est injecté via des mécanismes spéciaux.

Système de mise à feu

Ici, l'allumage forcé du mélange de travail dans le moteur se produit. Unités diesel cela n'est pas nécessaire, puisque leur processus s'effectue via en haute altitude, qui devient pratiquement brûlant.

Fondamentalement, la décharge électrique par étincelle est utilisée dans les moteurs. Cependant, en plus de cela, des tubes d'allumage peuvent être utilisés, qui enflamment le mélange de travail avec une substance brûlante.

Il peut être incendié d'autres manières. Mais le plus pratique aujourd’hui reste le système à étincelle électrique.

Commencer

Ce système réalise la rotation du vilebrequin du moteur lors du démarrage. Cela est nécessaire au démarrage du fonctionnement des mécanismes individuels et du moteur lui-même dans son ensemble.

Le démarreur sert principalement au démarrage. Grâce à lui, le processus s'effectue de manière simple, fiable et rapide. Mais une variante d'une unité pneumatique est également possible, qui fonctionne comme réserve dans les récepteurs ou est équipée d'un compresseur à entraînement électrique.

Le système le plus simple est la manivelle, à travers laquelle le vilebrequin tourne dans le moteur et commence le fonctionnement de tous les mécanismes et systèmes. Jusqu'à récemment, tous les conducteurs l'emportaient avec eux. Cependant, on ne pouvait parler de commodité dans ce cas. C'est pourquoi aujourd'hui tout le monde s'en passe.

Refroidissement

La tâche de ce système est de maintenir une certaine température de l'unité de commande. Le fait est que la combustion dans les cylindres du mélange se produit avec dégagement de chaleur. Les composants et pièces du moteur chauffent et doivent être constamment refroidis pour fonctionner normalement.

Les plus courants sont les systèmes à liquide et à air.

Pour que le moteur soit constamment refroidi, un échangeur de chaleur est nécessaire. Dans les moteurs en version liquide, son rôle est joué par un radiateur, composé de nombreux tubes pour le déplacer et transférer la chaleur aux parois. L'échappement est encore augmenté grâce à un ventilateur installé à côté du radiateur.

Dans les appareils avec air conditionné un aileron des surfaces des éléments les plus chauds est utilisé, c'est pourquoi la surface de transfert de chaleur augmente considérablement.

Ce système de refroidissement est peu efficace et donc voitures modernes il est rarement installé. Il est principalement utilisé sur les motos et les petits moteurs à combustion interne qui ne nécessitent pas de gros travaux.

Système de lubrification

La lubrification des pièces est nécessaire pour réduire la perte d'énergie mécanique qui se produit dans le mécanisme à manivelle et le mécanisme de distribution. De plus, le processus permet de réduire l’usure des pièces et d’assurer un certain refroidissement.

La lubrification des moteurs de voiture est principalement utilisée sous pression, lorsque l'huile est fournie par des pipelines à l'aide d'une pompe.

Certains éléments sont lubrifiés par pulvérisation ou trempage dans de l'huile.

Moteurs à deux et quatre temps

Le premier type de conception de moteur de voiture est actuellement utilisé dans une gamme assez étroite : sur les cyclomoteurs, les motos bon marché, les bateaux et les tondeuses à essence. Son inconvénient est la perte du mélange de travail lors du retrait les gaz d'échappement. De plus, une purge forcée et des exigences excessives en matière de stabilité thermique de la soupape d'échappement entraînent une augmentation du prix du moteur.

Le moteur à quatre temps ne présente pas ces inconvénients grâce à la présence d'un mécanisme de distribution de gaz. Cependant, ce système a aussi ses problèmes. Le meilleur mode de fonctionnement du moteur sera obtenu dans une plage de vitesse très étroite vilebrequin.

Le développement de la technologie et l'émergence des unités de contrôle électroniques ont permis de résoudre ce problème. Dans organisation interne Le moteur comprend désormais une commande électromagnétique, à l'aide de laquelle le mode optimal de distribution de gaz est sélectionné.

Principe d'opération

Le moteur à combustion interne fonctionne comme suit. Une fois que le mélange de travail entre dans la chambre de combustion, il est comprimé et enflammé par une étincelle. Lors de la combustion, une pression très forte est générée dans le cylindre, qui entraîne le piston. Il commence à se déplacer vers le point mort bas, qui est le troisième temps (après l'admission et la compression), appelé course motrice. A ce moment, grâce au piston, le vilebrequin commence à tourner. Le piston, à son tour, se déplaçant vers le point mort haut, expulse les gaz d'échappement, ce qui constitue le quatrième temps du moteur - l'échappement.

Tout le travail à quatre temps se déroule tout simplement. Pour mieux comprendre comment appareil général le moteur de la voiture et son fonctionnement, il est pratique de regarder une vidéo qui démontre clairement le fonctionnement du moteur à combustion interne.

Réglage

De nombreux propriétaires de voitures, s'étant habitués à leur voiture, souhaitent en tirer plus de fonctionnalités qu'elle ne peut en offrir. Par conséquent, ils le font souvent en réglant le moteur, augmentant ainsi sa puissance. Cela peut être mis en œuvre de plusieurs manières.

Par exemple, le réglage des puces est connu, lorsqu'un moteur est réglé pour un fonctionnement plus dynamique grâce à une reprogrammation informatique. Cette méthode a à la fois des partisans et des opposants.

Une méthode plus traditionnelle est le réglage du moteur, dans lequel certaines modifications sont apportées au moteur. Pour ce faire, le remplacement est effectué par des pistons et bielles adaptés ; la turbine est installée ; des manipulations complexes avec l'aérodynamique sont effectuées, etc.

La conception d’un moteur de voiture n’est pas si compliquée. Cependant, en raison du grand nombre d'éléments qui y sont inclus et de la nécessité de les coordonner les uns avec les autres, pour que toute modification produise le résultat souhaité, un grand professionnalisme est requis de la part de celui qui les réalisera. Par conséquent, avant de décider cela, cela vaut la peine de faire des efforts pour trouver un véritable maître dans son métier.

Ceci est la partie introductive d'une série d'articles consacrés à Moteur à combustion interne, qui est une brève excursion dans l'histoire, racontant l'évolution du moteur à combustion interne. En outre, l'article abordera les premières voitures.

Les parties suivantes décriront en détail les différents moteurs à combustion interne :

Bielle et piston
Rotatif
Turboréacteur
Jet

Le moteur était installé sur un bateau capable de remonter la Saône. Un an plus tard, après essais, les frères reçoivent un brevet pour leur invention, signé par Napoléon Bonoparte, pour une durée de 10 ans.

Il serait plus correct d'appeler ce moteur un moteur à réaction, puisque son rôle consistait à pousser l'eau hors d'un tuyau situé sous le fond du bateau...

Le moteur se composait d'une chambre d'allumage et d'une chambre de combustion, d'un soufflet pour l'injection d'air, d'un distributeur de carburant et d'un dispositif d'allumage. Le carburant du moteur était de la poussière de charbon.

Le soufflet injectait un courant d'air mélangé à de la poussière de charbon dans la chambre d'allumage où la mèche fumante enflammait le mélange. Après cela, le mélange partiellement enflammé (la poussière de charbon brûle relativement lentement) est entré dans la chambre de combustion où il a complètement brûlé et une expansion s'est produite.
Ensuite, la pression des gaz a poussé l'eau hors du tuyau d'échappement, ce qui a fait bouger le bateau, après quoi le cycle s'est répété.
Le moteur fonctionnait en mode impulsionnel avec une fréquence d'environ 12 i/min.

Après un certain temps, les frères ont amélioré le carburant en y ajoutant de la résine, puis l'ont remplacé par de l'huile et ont conçu un système d'injection simple.
Au cours des dix années suivantes, le projet n'a connu aucun développement. Claude est allé en Angleterre pour promouvoir l'idée du moteur, mais a gaspillé tout l'argent et n'a rien obtenu, et Joseph s'est lancé dans la photographie et est devenu l'auteur de la première photographie au monde, "Vue depuis une fenêtre".

En France, dans la maison-musée Niepce, une réplique du « Pyréolophore » est exposée.

Un peu plus tard, de Riva a monté son moteur sur un chariot à quatre roues qui, selon les historiens, est devenu la première voiture équipée d'un moteur à combustion interne.

À propos de Alessandro Volta

Volta a été le premier à placer des plaques de zinc et de cuivre dans de l'acide pour produire des électricité, créant la première source de courant chimique au monde ("Colonne Volta").

En 1776, Volta a inventé un pistolet à gaz - le « pistolet Volta », dans lequel le gaz explosait à partir d'une étincelle électrique.

En 1800, il construisit une batterie chimique, qui permettait de produire de l'électricité grâce à des réactions chimiques.

L'unité de mesure de la tension électrique - Volt - porte le nom de Volta.

UN- cylindre, B- "bougie d'allumage, C-pistons, D- "ballon" à hydrogène, E- cliquet, F- soupape d'évacuation des gaz d'échappement, g- poignée pour contrôler la vanne.

L’hydrogène était stocké dans un « ballon » relié par un tuyau à une bouteille. L'alimentation en carburant et en air, ainsi que l'allumage du mélange et l'évacuation des gaz d'échappement étaient effectués manuellement, à l'aide de leviers.

Principe d'opération:

L'air est entré dans la chambre de combustion par la soupape d'évacuation des gaz d'échappement.
La vanne se fermait.
La vanne d'alimentation en hydrogène du ballon a été ouverte.
Le robinet se fermait.
En appuyant sur le bouton, une décharge électrique était appliquée à la « bougie ».
Le mélange s'est enflammé et a soulevé le piston.
La soupape d'évacuation des gaz d'échappement s'est ouverte.
Le piston est tombé sous son propre poids (il était lourd) et a tiré une corde qui a fait passer les roues à travers un bloc.

Après cela, le cycle s'est répété.

En 1813, de Riva construisit une autre voiture. C'était un chariot d'environ six mètres de long, avec des roues de deux mètres de diamètre et pesant près d'une tonne.
La voiture a pu parcourir 26 mètres avec un chargement de pierres (environ 700 livres) et quatre hommes, à une vitesse de 3 km/h.
À chaque cycle, la machine se déplaçait de 4 à 6 mètres.

Peu de ses contemporains prenaient cette invention au sérieux, et l'Académie française des sciences affirmait que le moteur à combustion interne ne rivaliserait jamais en termes de performances avec la machine à vapeur.

En 1833, l'inventeur américain Lemuel Wellman Wright, a déposé un brevet pour un moteur à combustion interne à gaz à deux temps refroidi par eau.
(voir ci-dessous) dans son livre « Gas and Oil Engines », il a écrit ce qui suit à propos du moteur Wright :

« Le dessin du moteur est très fonctionnel et les détails sont soigneusement travaillés. L'explosion du mélange agit directement sur le piston, qui fait tourner le vilebrequin grâce à une bielle. Par apparence le moteur ressemble à une machine à vapeur haute pression, dans lequel le gaz et l'air sont fournis par des pompes provenant de réservoirs séparés. Le mélange situé dans des récipients sphériques s'est enflammé pendant que le piston montait jusqu'au PMH (point mort haut) et le poussait vers le bas/vers le haut. En fin de course, la soupape s’ouvrait et libérait les gaz d’échappement dans l’atmosphère.

On ne sait pas si ce moteur a déjà été construit, mais il en existe un dessin :

En 1838, l'ingénieur anglais William Barnett a reçu un brevet pour trois moteurs à combustion interne.

Le premier moteur est un simple effet à deux temps (le carburant brûlé uniquement d'un côté du piston) avec pompes séparées pour le gaz et l'air. Le mélange était enflammé dans un cylindre séparé, puis le mélange brûlant s'écoulait dans le cylindre de travail. L'admission et l'échappement s'effectuaient via des vannes mécaniques.

Le deuxième moteur répétait le premier, mais était à double effet, c'est-à-dire que la combustion se produisait alternativement des deux côtés du piston.

Le troisième moteur était également à double effet, mais avait des fenêtres d'entrée et de sortie dans les parois du cylindre qui s'ouvraient lorsque le piston atteignait le point extrême (comme dans les moteurs à deux temps modernes). Cela a permis de libérer automatiquement les gaz d'échappement et d'admettre une nouvelle charge du mélange.

Une caractéristique distinctive du moteur Barnett était que le mélange frais était comprimé par le piston avant l'allumage.

Dessin d'un des moteurs de Barnett :

En 1853-57, les inventeurs italiens Eugenio Barzanti et Felice Matteucci ont développé et breveté un moteur à combustion interne à deux cylindres d'une puissance de 5 l/s.
Le brevet a été délivré par le bureau de Londres car la loi italienne ne pouvait garantir une protection suffisante.

La construction du prototype a été confiée à Bauer & Co. de Milan" (Helvétique), et achevé au début de 1863. Le succès du moteur, bien plus performant que Machine à vapeur, s'est avéré si grand que l'entreprise a commencé à recevoir des commandes du monde entier.

Premier moteur Barzanti-Matteucci monocylindre :

Modèle de moteur bicylindre Barzanti-Matteucci :

Matteucci et Barzanti ont conclu un accord pour la production du moteur avec l'une des sociétés belges. Barzanti se rendit en Belgique pour superviser personnellement les travaux et mourut subitement du typhus. Avec la mort de Barzanti, tous les travaux sur le moteur ont cessé et Matteucci a repris son ancien travail d'ingénieur hydraulique.

En 1877, Matteucci a affirmé que lui et Barzanti étaient les principaux créateurs du moteur à combustion interne et que le moteur construit par August Otto était très similaire au moteur Barzanti-Matteucci.

Les documents relatifs aux brevets Barzanti et Matteucci sont conservés dans les archives de la bibliothèque du Musée Galilée de Florence.

L'invention la plus importante de Nikolaus Otto était le moteur avec cycle à quatre temps- Cycle d'Otto. Ce cycle sous-tend encore aujourd’hui le fonctionnement de la plupart des moteurs à gaz et à essence.

Le cycle à quatre temps était le plus grand réalisation technique Otto, mais on découvrit bientôt que plusieurs années avant son invention, exactement le même principe de fonctionnement du moteur avait été décrit par l'ingénieur français Beau de Rochas. (voir au dessus). Un groupe d'industriels français a contesté le brevet d'Otto devant les tribunaux, et le tribunal a trouvé leurs arguments convaincants. Les droits d'Otto sur son brevet ont été considérablement réduits, y compris l'annulation de son monopole sur le cycle à quatre temps.

Malgré le fait que les concurrents ont commencé à produire des moteurs à quatre temps, le modèle d’Otto, prouvé par de nombreuses années d’expérience, restait le meilleur et la demande ne s’est pas arrêtée. En 1897, environ 42 000 de ces moteurs de puissance variable étaient produits. Cependant, le fait que le gaz d’éclairage soit utilisé comme combustible a considérablement réduit leur champ d’application.
Le nombre d'usines d'éclairage et de gaz était insignifiant même en Europe, et en Russie il n'y en avait que deux - à Moscou et à Saint-Pétersbourg.

En 1865, l'inventeur français Pierre Hugo a reçu un brevet pour une machine qui était un moteur vertical monocylindre à double effet qui utilisait deux pompes en caoutchouc entraînées par un vilebrequin pour fournir le mélange.

Hugo conçut plus tard un moteur horizontal similaire au moteur Lenoir.

Musée des Sciences, Londres.

En 1870, l'inventeur austro-hongrois Samuel Marcus Siegfried a conçu un moteur à combustion interne fonctionnant au carburant liquide et l'a installé sur un chariot à quatre roues.

Aujourd'hui, cette voiture est bien connue sous le nom de « la première voiture Marcus ».

En 1887, en collaboration avec Bromovsky & Schulz, Marcus construisit une deuxième voiture, la Second Marcus Car.

En 1872, un inventeur américain a breveté un moteur à combustion interne à deux cylindres à pression constante fonctionnant au kérosène.
Brayton a appelé son moteur le « Ready Motor ».

Le premier cylindre servait de compresseur, poussant l'air dans la chambre de combustion, dans laquelle du kérosène était continuellement alimenté. Dans la chambre de combustion, le mélange s'enflammait et, à travers le mécanisme à bobine, il pénétrait dans le deuxième - le cylindre de travail. Une différence significative par rapport aux autres moteurs était que mélange air-carburant brûlé progressivement et à pression constante.

Ceux qui s'intéressent aux aspects thermodynamiques du moteur peuvent en savoir plus sur le cycle de Brayton.

En 1878, ingénieur écossais Sir (fait chevalier en 1917) a développé le premier moteur à combustion à deux temps. Il l'a breveté en Angleterre en 1881.

Le moteur fonctionnait d'une manière curieuse : l'air et le carburant étaient fournis au cylindre droit, où ils étaient mélangés et ce mélange était poussé dans le cylindre gauche, où le mélange était enflammé par une bougie d'allumage. Une expansion s'est produite, les deux pistons sont tombés, du cylindre gauche (par le tuyau de gauche) des gaz d'échappement ont été libérés et une nouvelle portion d'air et de carburant a été aspirée dans le cylindre droit. Suite à l'inertie, les pistons se sont levés et le cycle s'est répété.

En 1879, construit une essence complètement fiable deux temps moteur et a reçu un brevet pour celui-ci.

Cependant, le véritable génie de Benz s'est manifesté dans le fait que, dans des projets ultérieurs, il a pu combiner divers appareils. (accélérateur, allumage commandé par batterie, bougie d'allumage, carburateur, embrayage, boîte de vitesses et radiateur) sur leurs produits, qui sont à leur tour devenus une norme pour l'ensemble de l'industrie de la construction mécanique.

En 1883, Benz fonde la société "Benz & Cie" pour la production de moteurs à gaz et dépose en 1886 le brevet quatre temps le moteur qu'il utilisait dans ses voitures.

Grâce au succès de Benz & Cie, Benz a pu concevoir des voitures sans chevaux. Combinant son expérience dans la fabrication de moteurs et sa passion de longue date dans la conception de vélos, il construisit en 1886 sa première voiture et l'appela « Benz Patent Motorwagen ».

Le design ressemble fortement à un tricycle.

Moteur à combustion interne monocylindre à quatre temps d'un volume utile de 954 cm3, monté sur " Benz Brevet Motorwagen".

Le moteur était équipé d'un grand volant (utilisé non seulement pour une rotation uniforme, mais également pour le démarrage), d'un réservoir d'essence de 4,5 litres, d'un carburateur de type évaporatif et d'un tiroir par lequel le carburant entrait dans la chambre de combustion. L'allumage était produit par une bougie d'allumage de conception propre à Benz, dont la tension était fournie par une bobine Ruhmkorff.

Le refroidissement était à eau, mais pas en cycle fermé, mais par évaporation. La vapeur s'échappait dans l'atmosphère, la voiture devait donc être ravitaillée non seulement en essence, mais aussi en eau.

Le moteur développait une puissance de 0,9 ch. à 400 tr/min et a accéléré la voiture à 16 km/h.

Karl Benz au volant de sa voiture.

Un peu plus tard, en 1896, Karl Benz invente moteur boxer (ou moteur plat), dans lequel les pistons atteignent en même temps le point mort haut, s'équilibrant ainsi.

Musée Mercedes-Benz à Stuttgart.

En 1882, l'ingénieur anglais James Atkinson a inventé le cycle Atkinson et le moteur Atkinson.

Le moteur Atkinson est essentiellement un moteur à quatre temps. Le cycle d'Otto, mais avec un mécanisme à manivelle modifié. La différence était que dans le moteur Atkinson, les quatre temps se produisaient en un seul tour du vilebrequin.

L'utilisation du cycle Atkinson dans le moteur a permis de réduire la consommation de carburant et de réduire le bruit de fonctionnement grâce à une pression d'échappement plus faible. De plus, ce moteur ne nécessitait pas de boîte de vitesses pour entraîner le mécanisme de distribution de gaz, puisque l'ouverture des soupapes entraînait le vilebrequin.

Malgré de nombreux avantages (y compris le contournement des brevets d'Otto) le moteur n'était pas largement utilisé en raison de la complexité de la fabrication et de quelques autres défauts.
Le cycle Atkinson vous permet d'obtenir le meilleur indicateurs environnementaux et l'efficacité, mais nécessite grande vitesse. À basse vitesse, il produit relativement peu de couple et peut caler.

Aujourd'hui, le moteur Atkinson est utilisé sur voitures hybrides « Toyota Prius" et " Lexus HS 250h ".

En 1884, l'ingénieur britannique Edward Butler, à l'exposition de vélos « Stanley Cycle Show » de Londres, a présenté des dessins d'une voiture à trois roues avec moteur à essence combustion interne, et en 1885 il le construisit et le montra à la même exposition, l'appelant « Vélocycle ». De plus, Butler fut le premier à utiliser le mot essence.

Le brevet du « Vélocycle » a été délivré en 1887.

Le Velocycle était équipé d'un moteur à essence monocylindre à quatre temps équipé d'une bobine d'allumage, d'un carburateur, d'un accélérateur et liquide refroidi. Le moteur développait une puissance d'environ 5 ch. avec un volume de 600 cm3, et a accéléré la voiture à 16 km/h.

Au fil des années, Butler a amélioré les performances de son véhicule, mais n'a pas pu le tester en raison de la « loi du drapeau rouge ». (publié en 1865), Par lequel Véhicules ne doit pas dépasser des vitesses supérieures à 3 km/h. De plus, il devait y avoir trois personnes dans la voiture, dont l'une devait marcher devant la voiture avec un drapeau rouge. (ce sont des mesures de sécurité) .

Dans le magazine anglais Mechanic de 1890, Butler écrivait : « Les autorités ont interdit l'utilisation de l'automobile sur les routes et, par conséquent, je refuse tout développement ultérieur. »

En raison du manque d'intérêt du public pour la voiture, Butler l'a mise au rebut et a vendu les droits de brevet à Harry J. Lawson. (fabricant de vélos), qui a poursuivi la production du moteur destiné à être utilisé sur les bateaux.

Butler lui-même a ensuite commencé à créer des articles de papeterie et moteurs de navires.

En 1891, Herbert Aykroyd Stewart, en collaboration avec Richard Hornsby and Sons, a construit le moteur Hornsby-Akroyd, dans lequel du carburant (kérosène) était injecté sous pression dans caméra supplémentaire (en raison de sa forme, on l'appelait une « boule chaude »), monté sur la culasse et relié à la chambre de combustion par un passage étroit. Le carburant s'est enflammé à partir des parois chaudes de la chambre supplémentaire et s'est précipité dans la chambre de combustion.

1. Caméra supplémentaire (balle chaude).
2. Cylindre.
3. Pistons.
4. Carter.

Pour démarrer le moteur, un chalumeau a été utilisé pour chauffer la chambre supplémentaire (après le démarrage, il était chauffé par les gaz d'échappement). Pour cette raison, le moteur Hornsby-Akroyd qui était le prédécesseur du moteur diesel conçu par Rudolf Diesel, souvent appelé « semi-diesel ». Cependant, un an plus tard, Aykroyd améliore son moteur en y ajoutant une « chemise d'eau » (brevet de 1892), qui permet d'augmenter la température dans la chambre de combustion en augmentant le taux de compression, et désormais il n'y a plus de besoin de source supplémentaire chauffage

En 1893, Rudolf Diesel a reçu des brevets pour un moteur thermique et un « cycle de Carnot » modifié intitulé « Méthode et appareil pour convertir la chaleur en travail ».

En 1897, à l'usine d'ingénierie d'Augsbourg (depuis 1904 HOMME), avec la participation financière des sociétés Friedrich Krupp et des frères Sulzer, le premier moteur diesel fonctionnel de Rudolf Diesel a été créé
La puissance du moteur était de 20 Puissance en chevauxà 172 tr/min, rendement 26,2% et pesant cinq tonnes.
C'était de loin supérieur moteurs existants Otto avec 20 % d'efficacité et expédition Turbines à vapeur avec un rendement de 12 %, ce qui a suscité un vif intérêt de l'industrie pour différents pays.

Le moteur diesel était à quatre temps. L'inventeur a découvert que l'efficacité d'un moteur à combustion interne augmente en augmentant le taux de compression du mélange combustible. Mais il est impossible de trop comprimer le mélange combustible, car alors la pression et la température augmentent et il s'enflamme spontanément à l'avance. Par conséquent, Diesel a décidé de comprimer non pas le mélange combustible, mais de l'air pur, et à la fin de la compression, d'injecter du carburant dans le cylindre sous forte pression.
Comme la température de l'air comprimé atteignait 600-650 °C, le carburant s'enflammait spontanément et les gaz, en se dilatant, déplaçaient le piston. Ainsi, Diesel a réussi à augmenter considérablement l'efficacité du moteur, à se débarrasser du système d'allumage et à utiliser un carburateur à la place. pompe à carburant haute pression
En 1933, Elling écrivait prophétiquement : "Quand j'ai commencé à travailler sur turbine à gaz en 1882, j’étais fermement convaincu que mon invention serait recherchée dans l’industrie aéronautique.

Malheureusement, Elling est décédé en 1949, avant l’avènement de l’ère de l’aviation à turboréacteur.

La seule photo que j'ai pu trouver.

Peut-être que quelqu'un trouvera quelque chose sur cet homme au Musée norvégien de la technologie.

En 1903, Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky, dans la revue « Scientific Review » a publié un article « Exploration des espaces mondiaux avec des instruments à réaction », dans lequel il a prouvé pour la première fois qu'une fusée est un appareil capable de voler dans l'espace. L'article proposait également la première conception d'un missile à longue portée. Son corps était une chambre métallique oblongue équipée de liquide moteur d'avion (qui est aussi un moteur à combustion interne). Il a proposé d'utiliser l'hydrogène et l'oxygène liquides respectivement comme combustible et comme comburant.

Cela vaut probablement la peine de terminer la partie historique sur cette note relative aux fusées spatiales, puisque le 20e siècle est arrivé et que les moteurs à combustion interne ont commencé à être produits partout.

Postface philosophique...

K.E. Tsiolkovsky pensait que dans un avenir proche, les gens apprendraient à vivre, sinon pour toujours, du moins pour très longtemps. À cet égard, il y aura peu d'espace (de ressources) sur Terre et il faudra des navires pour se déplacer vers d'autres planètes. Malheureusement, quelque chose s'est mal passé dans ce monde, et avec l'aide des premiers missiles, les gens ont décidé de simplement détruire les leurs...

Merci à tous ceux qui lisent.

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Moteurs à combustion interne

Partie I : bases de la théorie des moteurs

1. CLASSIFICATION ET PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT DES MOTEURS À COMBUSTION INTERNE

1.1. Informations générales et classification

1.2. Cycle de fonctionnement d'un moteur à combustion interne à quatre temps

1.3. Cycle de service d'un moteur à combustion interne à deux temps

2. CALCUL THERMIQUE DES MOTEURS À COMBUSTION INTERNE

2.1. Cycles thermodynamiques théoriques des moteurs à combustion interne

2.1.1. Cycle théorique avec apport de chaleur à volume constant

2.1.2. Cycle théorique avec apport de chaleur à pression constante

2.1.3. Cycle théorique avec apport de chaleur à volume et pression constants (cycle mixte)

2.2. Cycles de moteur à combustion interne valides

2.2.1. Fluides de travail et leurs propriétés

2.2.2. Processus d'admission

2.2.3. Processus de compression

2.2.4. Processus de combustion

2.2.5. Processus d'expansion

2.2.6. Processus de libération

2.3. Indicateurs moteur indicatifs et efficaces

2.3.1. Indicateurs moteur

2.3.2. Performances efficaces du moteur

2.4. Caractéristiques du cycle de fonctionnement et calcul thermique moteurs à deux temps

3. PARAMÈTRES DES MOTEURS À COMBUSTION INTERNE.

3.1. Bilan thermique du moteur

3.2. Détermination des principales dimensions des moteurs

3.3. Paramètres de base du moteur.

4. CARACTÉRISTIQUES DES MOTEURS À COMBUSTION INTERNE

4.1. Caractéristiques de réglage

4.2. Caractéristiques de vitesse

4.2.1. Caractéristique de vitesse externe

4.2.2. Caractéristiques de vitesse partielles

4.2.3. Construction de caractéristiques de vitesse par la méthode analytique

4.3. Caractéristiques réglementaires

4.4. Caractéristique de charge

Bibliographie

1. Classification et principe de fonctionnement des moteurs à combustion interne

informations générales et classement

Un moteur à combustion interne à piston (ICE) est un moteur thermique dans lequel la conversion de l'énergie chimique du carburant en énergie thermique puis mécanique se produit à l'intérieur du cylindre de travail. La conversion de la chaleur en travail dans de tels moteurs est associée à la mise en œuvre de tout un ensemble de processus physico-chimiques, gazo-dynamiques et thermodynamiques complexes qui déterminent la différence dans les cycles de fonctionnement et la conception.

La classification des moteurs à combustion interne à pistons est présentée à la Fig. 1.1. Le critère de classification initial est le type de carburant avec lequel fonctionne le moteur. Les carburants gazeux pour moteurs à combustion interne sont des gaz naturels, liquéfiés et générateurs. Le carburant liquide est un produit du raffinage du pétrole : essence, kérosène, Gas-oil etc. Les moteurs gaz-liquide fonctionnent avec un mélange de carburants gazeux et liquides, où le carburant principal est gazeux et le liquide est utilisé comme carburant d'allumage en petites quantités. Les moteurs multicarburants sont capables de fonctionner à long terme avec une variété de carburants allant du pétrole brut à l’essence à indice d’octane élevé.

Les moteurs à combustion interne sont également classés selon les critères suivants :

selon la méthode d'allumage du mélange de travail - avec allumage forcé et avec allumage par compression ;

selon le mode de mise en œuvre du cycle de travail - deux temps et quatre temps, suralimentés et atmosphériques ;

Riz. 1.1. Classification des moteurs à combustion interne.

par la méthode de formation de mélange - avec formation de mélange externe (carburateur et gaz) et avec formation de mélange interne (diesel et essence avec injection de carburant dans le cylindre);

par méthode de refroidissement - avec refroidissement liquide et air ;

selon la disposition des cylindres - à une rangée avec une disposition horizontale verticale et inclinée ; à double rangée avec disposition en V et opposée.

La conversion de l'énergie chimique du carburant brûlé dans le cylindre du moteur en travail mécanique s'effectue à l'aide d'un corps gazeux - les produits de combustion d'un carburant liquide ou gazeux. Sous l'influence de la pression du gaz, le piston effectue un mouvement alternatif, qui se transforme en mouvement de rotation vilebrequin à l'aide du mécanisme à manivelle du moteur à combustion interne. Avant d'envisager les processus de travail, attardons-nous sur les concepts et définitions de base adoptés pour les moteurs à combustion interne.

Au cours d'un tour du vilebrequin, le piston se trouvera deux fois dans des positions extrêmes, où la direction de son mouvement change (Fig. 1.2). Ces positions de piston sont généralement appelées points morts, puisque la force appliquée au piston à ce moment ne peut pas provoquer un mouvement de rotation du vilebrequin. La position du piston dans le cylindre à laquelle sa distance par rapport à l'axe de l'arbre du moteur atteint un maximum est appelée point mort haut(PMD). Point mort bas(BDC) est la position du piston dans le cylindre à laquelle sa distance par rapport à l'axe de l'arbre du moteur atteint un minimum.

La distance le long de l’axe du cylindre entre les points morts est appelée course du piston. Chaque course du piston correspond à une rotation de 180° du vilebrequin.

Le mouvement du piston dans le cylindre provoque une modification du volume de l'espace au-dessus du piston. Le volume de la cavité interne du cylindre lorsque le piston est au PMH est appelé volume de la chambre de combustionV c .

Le volume du cylindre formé par le piston lorsqu'il se déplace entre les points morts est appelé cylindrée du cylindreV h .

Où D - diamètre du cylindre, mm;

S – course du piston, mm

Le volume de l'espace au-dessus du piston lorsque le piston est au PMB est appelé volume total du cylindreV un .

Figure 1.2. Schéma d'un moteur à combustion interne à pistons

La cylindrée du moteur est le produit de la cylindrée du cylindre par le nombre de cylindres.

Rapport de volume total du cylindre V un au volume de la chambre de combustion V c appelé ratio de compression

.

Lorsque le piston se déplace dans le cylindre, en plus de modifier le volume du fluide de travail, sa pression, sa température, sa capacité thermique et son énergie interne changent. Le cycle de fonctionnement est un ensemble de processus séquentiels effectués pour convertir l'énergie thermique du combustible en énergie mécanique.

L'atteinte de la fréquence des cycles de travail est assurée à l'aide de mécanismes et de systèmes de moteur spéciaux.

Le cycle de fonctionnement de tout moteur à combustion interne à pistons peut être effectué selon l'un des deux schémas illustrés à la Fig. 1.3.

D'après le schéma présenté à la Fig. 1.3a, le cycle de travail s'effectue comme suit. Le carburant et l'air sont mélangés dans certaines proportions à l'extérieur du cylindre du moteur et forment un mélange combustible. Le mélange résultant entre dans le cylindre (admission), après quoi il est comprimé. La compression du mélange, comme cela sera montré ci-dessous, est nécessaire pour augmenter le travail par cycle, car cela élargit les limites de température dans lesquelles le processus de travail a lieu. La précompression crée également de meilleures conditions pour la combustion du mélange air-carburant.

Lors de l'admission et de la compression du mélange dans le cylindre, un mélange supplémentaire de carburant et d'air se produit. Le mélange combustible préparé est enflammé dans le cylindre à l'aide d'une étincelle électrique. En raison de la combustion rapide du mélange dans le cylindre, la température et, par conséquent, la pression augmentent fortement, sous l'influence de laquelle le piston se déplace du PMH au PMB. Durant le processus de détente, les gaz chauffés à haute température subissent travail utile. La pression, et avec elle la température des gaz dans la bouteille, diminue. Après détente, le cylindre est nettoyé des produits de combustion (échappement) et le cycle de travail est répété.

Riz. 1.3. Diagrammes du cycle de fonctionnement du moteur

Dans le schéma considéré, la préparation d'un mélange d'air et de carburant, c'est-à-dire le processus de formation du mélange, se produit principalement à l'extérieur du cylindre, et le cylindre est rempli d'un mélange combustible prêt à l'emploi, donc les moteurs fonctionnant selon ce schéma sont appelés moteurs avec formation de mélange externe. Ces moteurs comprennent les moteurs à carburateur fonctionnant à l'essence, les moteurs à gaz et les moteurs à injection de carburant dans le collecteur d'admission, c'est-à-dire les moteurs qui utilisent du carburant qui s'évapore facilement et se mélange bien à l'air dans des conditions normales.

La compression du mélange dans le cylindre des moteurs à formation de mélange externe doit être telle que la pression et la température en fin de compression n'atteignent pas des valeurs auxquelles un éclair prématuré ou une combustion trop rapide (détonation) pourraient se produire. En fonction du carburant utilisé, de la composition du mélange, des conditions de transfert de chaleur vers les parois des cylindres, etc., la pression de fin de compression pour les moteurs avec formation de mélange externe est comprise entre 1,0 et 2,0 MPa.

Si le cycle de fonctionnement du moteur suit le schéma décrit ci-dessus, une bonne formation du mélange et une bonne utilisation de la cylindrée du cylindre sont assurées. Cependant, le taux de compression limité du mélange n'améliore pas le rendement du moteur et la nécessité d'un allumage forcé complique sa conception.

Si le cycle de travail est effectué selon le schéma illustré à la Fig. 1.3b , le processus de formation du mélange se produit uniquement à l'intérieur du cylindre. Dans ce cas, le cylindre de travail n'est pas rempli du mélange, mais d'air (admission), qui est comprimé. À la fin du processus de compression, le carburant est injecté dans le cylindre par une buse sous haute pression. Une fois injecté, il est finement pulvérisé et mélangé à l'air présent dans le cylindre. Les particules de carburant, au contact de l'air chaud, s'évaporent, formant un mélange air-carburant. L'inflammation du mélange lorsque le moteur fonctionne selon ce schéma se produit en raison du chauffage de l'air à des températures dépassant l'auto-inflammation du carburant due à la compression. Pour éviter un flash prématuré, l'injection de carburant ne commence qu'à la fin de la course de compression. Au moment de l’allumage, l’injection de carburant n’est généralement pas encore terminée. Le mélange air-carburant formé lors du processus d'injection est hétérogène, de sorte que la combustion complète du carburant n'est possible qu'avec un excès d'air important. Grâce au taux de compression plus élevé autorisé lorsque le moteur fonctionne selon ce schéma, un rendement plus élevé est assuré. Après la combustion du carburant, le processus d'expansion et de nettoyage du cylindre des produits de combustion (échappement) suit. Ainsi, dans les moteurs fonctionnant selon le deuxième schéma, l'ensemble du processus de formation du mélange et de préparation du mélange combustible pour la combustion se déroule à l'intérieur du cylindre. De tels moteurs sont appelés moteurs avec formation de mélange interne. Les moteurs dans lesquels l'inflammation du carburant se produit en raison d'une compression élevée sont appelés moteurs à allumage par compression ou moteurs diesel.

Cycle de fonctionnement d'un moteur à combustion interne à quatre temps

Un moteur dont le cycle de fonctionnement s'effectue en quatre temps, soit deux tours de vilebrequin, est appelé quatre temps. Le cycle de fonctionnement dans un tel moteur se déroule comme suit.

Première mesure – entrée(Fig. 1.4). Au début du premier coup, le piston est dans une position proche du PMH. L'admission commence à partir du moment où l'orifice d'admission s'ouvre, 10 à 30° avant le PMH.

Riz. 1.4. Entrée

La chambre de combustion est remplie de produits de combustion issus du procédé précédent dont la pression est légèrement supérieure à la pression atmosphérique. Sur le schéma indicateur, la position initiale du piston correspond au point r. Lorsque le vilebrequin tourne (dans le sens de la flèche), la bielle déplace le piston vers le PMB et le mécanisme de distribution ouvre complètement la soupape d'admission et relie l'espace au-dessus du piston du cylindre du moteur avec le collecteur d'admission. Au moment initial de l'admission, la soupape commence tout juste à monter et l'ouverture d'admission est une fente ronde et étroite de quelques dixièmes de millimètre de haut. Ainsi, à ce moment de l'entrée, le mélange combustible (ou l'air) ne passe quasiment pas dans le cylindre. Cependant, il est nécessaire d'avancer l'ouverture de l'orifice d'entrée pour qu'au moment où le piston commence à descendre après avoir dépassé le PMH, il soit ouvert autant que possible et n'entrave pas l'écoulement de l'air ou du mélange dans le cylindre. À la suite du mouvement du piston vers le PMB, le cylindre est rempli d'une nouvelle charge (air ou mélange combustible).

Dans ce cas, en raison de la résistance du système d'admission et des soupapes d'admission, la pression dans le cylindre devient de 0,01 à 0,03 MPa. moins de pression dans le collecteur d'admission . Sur le schéma indicateur, la course d'admission correspond à la ligne ra.

La course d'admission consiste en l'admission de gaz, qui se produit lorsque le mouvement du piston descendant s'accélère, et l'admission lorsque son mouvement ralentit.

L'admission lors de l'accélération du mouvement du piston commence au moment où le piston commence à descendre et se termine au moment où le piston atteint la vitesse maximale à environ 80° de rotation de l'arbre après le PMH. Lorsque le piston commence à descendre, en raison de la petite ouverture de l'orifice d'admission, peu d'air ou de mélange passe dans le cylindre, et donc les gaz résiduels restant dans la chambre de combustion du cycle précédent se dilatent et la pression dans le cylindre chute. Lorsque le piston est abaissé, le mélange combustible ou l'air, qui était au repos dans le collecteur d'admission ou s'y déplaçait à basse vitesse, commence à passer dans le cylindre avec une vitesse progressivement croissante, remplissant le volume libéré par le piston. Au fur et à mesure que le piston descend, sa vitesse augmente progressivement et atteint un maximum lorsque le vilebrequin tourne d'environ 80°. Dans ce cas, l'orifice d'entrée s'ouvre de plus en plus et le mélange combustible (ou l'air) passe dans le cylindre en grande quantité.

L'admission avec un mouvement lent du piston commence à partir du moment où le piston atteint sa vitesse la plus élevée et se termine au PMB. , lorsque sa vitesse est nulle. À mesure que la vitesse du piston diminue, la vitesse du mélange (ou de l'air) passant dans le cylindre diminue quelque peu, mais au PMB elle n'est pas nulle. Lorsque le piston se déplace lentement, le mélange combustible (ou l'air) pénètre dans le cylindre en raison d'une augmentation du volume du cylindre libéré par le piston, ainsi que de sa force d'inertie. Dans ce cas, la pression dans le cylindre augmente progressivement et au PMB peut même dépasser la pression dans le tuyau d'admission.

La pression du collecteur d'admission peut être proche de la pression atmosphérique dans les moteurs à aspiration naturelle ou supérieure, selon le degré de suralimentation (0,13 à 0,45 MPa) dans les moteurs suralimentés.

L'admission se terminera au moment où l'orifice d'admission se ferme (40 à 60°) après le BDC. La fermeture de la soupape d'admission est retardée lorsque le piston monte progressivement, c'est-à-dire diminution du volume de gaz dans la bouteille. Par conséquent, le mélange (ou l'air) pénètre dans le cylindre en raison du vide préalablement créé ou de l'inertie du flux gazeux accumulé lors de l'écoulement du jet dans le cylindre.

À bas régime de l'arbre, par exemple lors du démarrage du moteur, la force d'inertie des gaz dans le collecteur d'admission est presque totalement absente, par conséquent, pendant le retard d'admission, il y aura une émission inverse du mélange (ou de l'air) entré dans le cylindre plus tôt lors de l’admission principale.

Aux régimes moyens, l'inertie des gaz est plus grande, donc au tout début de la montée du piston, une recharge se produit. Cependant, à mesure que le piston monte, la pression du gaz dans le cylindre va augmenter et la recharge commencée peut se transformer en émission inverse.

À grande vitesse, la force d'inertie des gaz dans le collecteur d'admission est proche du maximum, de sorte que le cylindre est intensément rechargé et qu'il n'y a pas d'émission inverse.

Deuxième mesure - compression. Lorsque le piston passe du PMB au PMH (Fig. 1.5), la charge entrant dans le cylindre est comprimée.

Dans le même temps, la pression et la température des gaz augmentent, et avec un certain mouvement du piston depuis le PMB, la pression dans le cylindre devient la même que la pression d'admission (point T sur le tableau des indicateurs). Après la fermeture de la vanne, à mesure que le piston se déplace, la pression et la température dans le cylindre continuent d'augmenter. La valeur de la pression en fin de compression (point Avec) dépendra du degré de compression, de l'étanchéité de la cavité de travail, du transfert de chaleur vers les parois, ainsi que de la valeur de la pression de compression initiale.

Graphique 1.5. Compression

Le processus d'allumage et de combustion du carburant, tant lors de la formation du mélange externe qu'interne, nécessite un certain temps, bien que très peu. Pour une utilisation optimale de la chaleur dégagée lors de la combustion, il est nécessaire que la combustion du carburant se termine avec la position du piston éventuellement proche du PMH. Par conséquent, l'allumage du mélange de travail à partir d'une étincelle électrique dans les moteurs à formation de mélange externe et l'injection de carburant dans le cylindre des moteurs à formation de mélange interne sont généralement effectués avant que le piston n'atteigne le PMH. Ainsi, lors du deuxième temps, la charge dans le cylindre est principalement comprimée. De plus, au début de la course, la charge du cylindre se poursuit et à la fin, la combustion du carburant commence. Sur le diagramme indicateur, le deuxième battement correspond à la ligne ac. Troisième mesure - combustion et expansion. Le troisième coup se produit lorsque le piston se déplace du PMH au PMB (Fig. 1.6). Au début de la course, le carburant qui est entré dans le cylindre et qui a été préparé à cet effet à la fin de la deuxième course brûle intensément.

En raison du dégagement d'une grande quantité de chaleur, la température et la pression dans le cylindre augmentent fortement, malgré une légère augmentation du volume à l'intérieur du cylindre (section cz sur le tableau des indicateurs).

Sous l'influence de la pression, le piston se déplace davantage vers le PMB et les gaz se dilatent. Lors de l'expansion, les gaz effectuent un travail utile, c'est pourquoi le troisième coup est également appelé les progrès de travail. Sur le diagramme indicateur, le troisième temps correspond à la ligne czb.

Riz. 1.6. Extension

Quatrième mesure - libérer. Au cours du quatrième temps, le cylindre est nettoyé des gaz d'échappement (Fig. 1.7 ). Le piston, se déplaçant du PMB au PMH, déplace les gaz du cylindre à travers l'ouverture La soupape d'échappement. Dans les moteurs à quatre temps, l'orifice d'échappement est ouvert de 40 à 80° jusqu'à ce que le piston atteigne le PMB (point b) et fermez-le à 20-40° après que le piston ait dépassé le PMH. Ainsi, la durée de nettoyage du cylindre des gaz d'échappement est de différents moteurs de 240 à 300° d'angle de rotation du vilebrequin. Le processus d'échappement peut être divisé en pré-échappement, qui se produit lorsque le piston descend à partir du moment où l'orifice d'échappement s'ouvre (point b) au PMB, c'est-à-dire pendant 40 à 80°, et l'échappement principal, qui se produit lorsque le piston se déplace du PMB jusqu'à la fermeture de l'orifice d'échappement, c'est-à-dire pendant 200 à 220° de rotation du vilebrequin. Pendant la pré-libération, le piston s'abaisse et ne peut pas évacuer les gaz d'échappement du cylindre.

Cependant, au début du pré-échappement, la pression dans le cylindre est nettement plus élevée que dans le collecteur d'échappement.

Par conséquent, les gaz d'échappement, en raison de leur propre surpression, sont éjectés du cylindre à des vitesses critiques. Le flux de gaz à des vitesses aussi élevées s'accompagne d'un effet sonore, pour absorber les silencieux installés.

Le débit critique des gaz d'échappement à des températures de 800 à 1 200 K est de 500 à 600 m/s.

Riz. 1.7. Libérer

À mesure que le piston s'approche du PMB, la pression et la température du gaz dans le cylindre diminuent et le débit des gaz d'échappement diminue. Lorsque le piston approche du PMB, la pression dans le cylindre diminue. Cela mettra fin à l’expiration critique et commencera la version principale. L'écoulement des gaz lors du rejet principal se produit à des vitesses plus faibles, atteignant 60 à 160 m/sec à la fin du rejet. Ainsi, la pré-libération est plus courte, les vitesses des gaz sont très élevées et la libération principale est environ trois fois plus longue, mais à ce moment-là, les gaz sont évacués du cylindre à des vitesses plus faibles. Par conséquent, les quantités de gaz sortant du cylindre lors du pré-échappement et de l'échappement principal sont approximativement les mêmes. À mesure que le régime moteur diminue, toutes les pressions de cycle diminuent, et donc la pression au moment de l'ouverture de l'orifice d'échappement. Par conséquent, aux vitesses de rotation moyennes, il est réduit et dans certains modes (à basse vitesse), l'écoulement des gaz aux vitesses critiques caractéristiques de la pré-libération disparaît complètement.

La température des gaz dans la canalisation varie en fonction de l'angle de rotation de la manivelle du maximum au début du rejet au minimum à la fin. La pré-ouverture de la prise réduit légèrement la surface utile du diagramme indicateur. Cependant, l'ouverture ultérieure de ce trou entraînera le piégeage des gaz à haute pression dans le cylindre et un travail supplémentaire devra être effectué pour les éliminer lorsque le piston se déplace.

Un léger retard dans la fermeture de l'orifice d'échappement crée la possibilité d'utiliser l'inertie des gaz d'échappement sortant précédemment du cylindre pour mieux nettoyer le cylindre des gaz brûlés. Malgré cela, une partie des produits de combustion reste inévitablement dans la culasse, passant d'un cycle donné à l'autre sous forme de gaz résiduels. Sur le diagramme indicateur, le quatrième temps correspond à la ligne par exemple.

Le quatrième coup termine le cycle de travail. À mouvement supplémentaire piston, tous les processus du cycle sont répétés dans la même séquence.

Seule la course de combustion et de détente fonctionne, les trois autres courses sont réalisées grâce à l'énergie cinétique du vilebrequin en rotation avec le volant et au travail des autres cylindres.

Plus le cylindre est complètement débarrassé des gaz d'échappement et plus une charge fraîche y pénètre, plus un travail utile peut être obtenu par cycle.

Pour améliorer le nettoyage et le remplissage du cylindre, la soupape d'échappement ne se ferme pas à la fin de la course d'échappement (PMH), mais un peu plus tard (lorsque le vilebrequin tourne de 5 à 30° après le PMH), c'est-à-dire au début de la première course. . Pour la même raison, la soupape d'admission s'ouvre avec une certaine avance (10 à 30° avant le PMH, c'est-à-dire à la fin de la quatrième course). Ainsi, à la fin de la quatrième course, les deux vannes peuvent être ouvertes pendant un certain temps. Cette position de vanne est appelée chevauchement des valves. Il contribue à améliorer le remplissage grâce à l'action d'éjection du flux de gaz dans la canalisation d'échappement.

D'un examen du cycle de fonctionnement à quatre temps, il s'ensuit qu'un moteur à quatre temps ne fonctionne comme moteur thermique (courses de compression et de détente) que la moitié du temps consacré au cycle. La seconde moitié du temps (courses d’admission et d’échappement), le moteur fonctionne comme une pompe à air.

Sur les tracteurs et les voitures modernes, ils sont principalement utilisés moteurs à pistons combustion interne. À l'intérieur de ces moteurs, un mélange combustible (un mélange de carburant et d'air dans certaines proportions et quantités) brûle. Une partie de la chaleur dégagée lors de ce processus est transformée en travail mécanique.

Classement moteur

Les moteurs à pistons sont classés selon les critères suivants :

• selon la méthode d'allumage du mélange combustible - par compression (diesels) et par étincelle électrique
• selon la méthode de formation du mélange - avec formation de mélange externe (carburateur et gaz) et interne (diesel)
• selon la méthode de mise en œuvre du cycle de travail - quatre et deux temps ;
• par type de carburant utilisé - fonctionnant avec du carburant liquide (essence ou diesel), gazeux (gaz comprimé ou liquéfié) et multicarburant
• par nombre de cylindres - monocylindres et multicylindres (deux, trois, quatre, six cylindres, etc.)
• selon la disposition des cylindres - à une rangée ou linéaire (les cylindres sont situés sur une rangée) et à double rangée ou en forme de V (une rangée de cylindres est placée en biais par rapport à l'autre)

Sur les tracteurs et les véhicules lourds, on utilise des moteurs diesel multicylindres à quatre temps ; sur les voitures particulières, les véhicules légers et moyens, des carburateurs multicylindres à quatre temps et moteurs diesel, ainsi que les moteurs fonctionnant au gaz comprimé et liquéfié.

Mécanismes de base et systèmes moteurs

Un moteur à combustion interne à pistons se compose de :

• parties du corps
• mécanisme à manivelle
• mécanisme de distribution de gaz
• systèmes électriques
• systèmes de refroidissement
• Système de lubrification
• systèmes d'allumage et de démarrage
• régulateur de vitesse

Appareil monocylindre à quatre temps moteur à carburateur montré sur l'image :

Dessin. Conception d'un moteur monocylindre à carburateur quatre temps :
1 - engrenages d'entraînement arbre à cames; 2 — arbre à cames; 3 - poussoir ; 4 - printemps; 5 — tuyau d'échappement; 6 — tuyau d'entrée; 7 - carburateur ; 8 — soupape d'échappement; 9 — fil à la bougie d'allumage ; 10 - bougie d'allumage ; 11 — soupape d'admission; 12 — culasse; 13 — cylindre : 14 — chemise d'eau; 15 - pistons ; 16 — axe de piston; 17 — bielle ; 18 — volant d'inertie ; 19 — vilebrequin; 20 - réservoir d'huile (carter).

mécanisme à manivelle(KShM) convertit le mouvement alternatif rectiligne du piston en mouvement de rotation du vilebrequin et vice versa.

Mécanisme de distribution de gaz(GRM) est conçu pour la connexion rapide du volume supra-piston avec le système d'admission de charge fraîche et la libération des produits de combustion (gaz d'échappement) du cylindre à certains intervalles de temps.

Système d'alimentation sert à préparer un mélange combustible et à le fournir au cylindre (dans les moteurs à carburateur et à gaz) ou à remplir le cylindre d'air et à fournir du carburant sous haute pression (dans un moteur diesel). De plus, ce système évacue les gaz d’échappement vers l’extérieur.

Système de refroidissement nécessaire pour maintenir des conditions thermiques optimales du moteur. Substance qui élimine l'excès de chaleur des pièces du moteur - le liquide de refroidissement peut être liquide ou air.

Système de lubrification conçu pour l'approvisionnement lubrifiant (l'huile de moteur) sur les surfaces de friction afin de les séparer, de les refroidir, de les protéger de la corrosion et d'éliminer les produits d'usure.

Système de mise à feu sert à l'allumage rapide du mélange de travail avec une étincelle électrique dans les cylindres des carburateurs et des moteurs à gaz.

Système de démarrage est un complexe de mécanismes et de systèmes en interaction qui assurent un démarrage stable du cycle de travail dans les cylindres du moteur.

Contrôleur de vitesse- il s'agit d'un mécanisme à fonctionnement automatique conçu pour modifier l'alimentation en carburant ou en mélange combustible en fonction de la charge du moteur.

En diesel, contrairement au carburateur et moteurs à gaz il n'y a pas de système d'allumage et au lieu d'un carburateur ou d'un mélangeur, un équipement de carburant est installé dans le système d'alimentation (pompe à carburant haute pression, conduites de carburant haute pression et injecteurs).