Comment fonctionne un moteur à combustion interne ? Principe de fonctionnement d'un moteur à combustion interne

Dans lequel l'énergie chimique du combustible brûlant dans sa cavité de travail (chambre de combustion) est convertie en travail mécanique. On distingue les moteurs à combustion interne : les moteurs à pistons, dans lesquels le travail de détente des produits de combustion gazeux est effectué dans le cylindre (perçu par le piston dont le mouvement alternatif est converti en mouvement de rotation vilebrequin) ou utilisé directement dans la machine entraînée ; les turbines à gaz, dans lesquelles le travail de dilatation des produits de combustion est perçu par les pales du rotor ; les réactifs, qui utilisent la pression du jet qui se produit lorsque les produits de combustion s'échappent de la buse. Le terme « ICE » s'applique principalement aux moteurs à pistons.

Référence historique

L'idée de créer un moteur à combustion interne a été proposée pour la première fois par H. Huygens en 1678 ; La poudre à canon devait être utilisée comme combustible. Le premier moteur à combustion interne à gaz efficace a été conçu par E. Lenoir (1860). L'inventeur belge A. Beau de Rocha a proposé (1862) un cycle de moteurs à combustion interne à quatre temps : aspiration, compression, combustion et détente, échappement. Les ingénieurs allemands E. Langen et N. A. Otto ont créé un système plus efficace moteur à gaz; Otto a construit un moteur à quatre temps (1876). Comparé à une installation de machine à vapeur, un tel moteur à combustion interne était plus simple et plus compact, économique (le rendement atteignait 22 %), avait une densité spécifique plus faible, mais il nécessitait plus carburant de qualité. Dans les années 1880 O. S. Kostovich a construit le premier carburateur à essence en Russie moteur à pistons. En 1897, R. Diesel proposa un moteur à allumage par compression du carburant. En 1898-1899, l'usine Ludwig Nobel (Saint-Pétersbourg) produisait diesel fonctionnant à l'huile. L'amélioration du moteur à combustion interne a permis de l'utiliser sur véhicules de transport: tracteur (USA, 1901), avion (O. et W. Wright, 1903), bateau à moteur "Vandal" (Russie, 1903), locomotive diesel (conçue par Ya. M. Gakkel, Russie, 1924).

Classification

La variété des formes de conception des moteurs à combustion interne détermine leur utilisation généralisée dans divers domaines technologiques. Moteurs combustion interne peut être classé selon les critères suivants : par destination (moteurs stationnaires - petites centrales électriques, autotracteur, navire, locomotive diesel, aviation, etc.) ; nature du mouvement des pièces de travail(moteurs à pistons alternatifs ; moteurs à pistons rotatifs – Moteurs Wankel); disposition des cylindres(ci-contre, en ligne, étoile, Moteurs en V); manière d'effectuer le cycle de travail(moteurs à quatre temps et à deux temps); par nombre de cylindres[de 2 (par exemple, voiture Oka) à 16 (par exemple, Mercedes-Benz S 600)] ; méthode d'inflammation d'un mélange combustible [moteurs à essenceà allumage forcé (moteurs à allumage commandé, DsIZ) et moteurs diesel à allumage par compression] ; méthode de formation du mélange[avec formation de mélange externe (hors chambre de combustion - carburateur), principalement moteurs à essence ; avec formation de mélange interne (dans la chambre de combustion - injection), moteurs diesel] ; type de système de refroidissement(moteurs avec liquide refroidi, moteurs avec air conditionné); emplacement de l'arbre à cames(moteur avec arbre à cames en tête, avec arbre à cames inférieur) ; type de carburant (essence, diesel, moteur à gaz) ; méthode de remplissage des bouteilles ( moteurs atmosphériques – moteurs « aspirés », suralimentés). Pour les moteurs atmosphériques, l'admission d'air ou d'un mélange combustible s'effectue grâce à la dépression dans le cylindre pendant la course d'aspiration du piston ; pour les moteurs suralimentés (turbocompressés), l'admission d'air ou d'un mélange combustible dans le cylindre de travail se produit sous la pression créée par le compresseur afin d'obtenir une puissance moteur accrue.

Flux de travail

Sous l'influence de la pression des produits gazeux de la combustion du carburant, le piston effectue un mouvement alternatif dans le cylindre, qui est converti en mouvement de rotation du vilebrequin à l'aide d'un mécanisme à manivelle. Au cours d'un tour du vilebrequin, le piston atteint deux fois ses positions extrêmes, où la direction de son mouvement change (Fig. 1).

Ces positions du piston sont généralement appelées points morts, car la force appliquée au piston à ce moment ne peut pas provoquer de mouvement de rotation du vilebrequin. La position du piston dans le cylindre à laquelle la distance entre l'axe de l'axe de piston et l'axe du vilebrequin atteint un maximum est appelée point mort haut (PMH). Le point mort bas (PMB) est la position du piston dans le cylindre à laquelle la distance entre l'axe de l'axe du piston et l'axe du vilebrequin atteint un minimum. La distance entre les points morts est appelée course du piston (S). 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 combustion Vc. Le volume du cylindre formé par le piston lorsqu'il se déplace entre les points morts est appelé volume utile du cylindre V c. Le volume de l'espace au-dessus du piston lorsque le piston est au PMB est appelé en entier cylindre V p = V c + V c. La cylindrée du moteur est le produit de la cylindrée du cylindre par le nombre de cylindres. Attitude plein volume cylindre V c au volume de la chambre de combustion V c est appelé taux de compression E (pour l'essence DsIZ 6,5-11 ; pour les moteurs diesel 16-23).

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, énergie interne. 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 travail d'un moteur à combustion interne à essence à quatre temps s'effectue en 4 coups de piston (course) dans le cylindre, c'est-à-dire en 2 tours de vilebrequin (Fig. 2).

Le premier temps est l'admission, dans laquelle les systèmes d'admission et de carburant assurent la formation d'un mélange air-carburant. Selon la conception, le mélange se forme dans le collecteur d'admission (injection centrale et distribuée des moteurs essence) ou directement dans la chambre de combustion (injection directe des moteurs essence, injection moteurs diesel). Lorsque le piston se déplace du PMH au PMB dans le cylindre (en raison d'une augmentation de volume), un vide est créé, sous l'influence duquel un mélange combustible (vapeur d'essence avec air) pénètre par l'ouverture de la soupape d'admission. Pression dans soupape d'admission dans les moteurs atmosphériques, elle peut être proche de la pression atmosphérique et dans les moteurs suralimentés, elle peut être plus élevée (0,13 à 0,45 MPa). Dans le cylindre, le mélange combustible est mélangé aux gaz d'échappement restant du cycle de travail précédent et forme un mélange de travail. Le deuxième temps est la compression, dans laquelle les soupapes d'admission et d'échappement sont fermées par l'arbre à cames et le mélange air-carburant est comprimé dans les cylindres du moteur. Le piston monte (du PMB au PMH). Parce que le volume dans le cylindre diminue, le mélange de travail est comprimé à une pression de 0,8 à 2 MPa, la température du mélange est de 500 à 700 K. À la fin de la course de compression, le mélange de travail est enflammé par une étincelle électrique et brûle rapidement (en 0,001 à 0,002 s). Dans ce cas, une grande quantité de chaleur est libérée, la température atteint 2 000 à 2 600 K et les gaz, en expansion, créent une forte pression (3,5 à 6,5 MPa) sur le piston, le faisant descendre. Le troisième temps est le temps moteur, qui s'accompagne de l'allumage du mélange air-carburant. La force de la pression du gaz fait descendre le piston. Le mouvement du piston à travers le mécanisme à manivelle est converti en mouvement de rotation du vilebrequin, qui est ensuite utilisé pour propulser le véhicule. Ainsi, pendant la course de travail, l'énergie thermique est convertie en travail mécanique. Le quatrième temps est l'échappement, dans lequel le piston, après avoir effectué un travail utile, se déplace vers le haut et expulse, à travers la soupape d'échappement qui s'ouvre du mécanisme de distribution de gaz, les gaz d'échappement des cylindres dans le système d'échappement, où ils sont nettoyés, refroidis et bruit réduit. Les gaz pénètrent ensuite dans l'atmosphère. Le processus d'échappement peut être divisé en processus préliminaire (la pression dans le cylindre est beaucoup plus élevée que dans la soupape d'échappement, le débit des gaz d'échappement à des températures de 800 à 1 200 K est de 500 à 600 m/sec) et en processus d'échappement principal (la vitesse à la fin de l'échappement est de 60 à 160 m/sec). Le dégagement des gaz d'échappement s'accompagne d'un effet sonore, pour absorber les silencieux installés. Par cycle de fonctionnement du moteur travail utile est effectué uniquement pendant la course de travail et les trois courses restantes sont auxiliaires. Pour assurer une rotation uniforme du vilebrequin, un volant moteur de masse importante est installé à son extrémité. Le volant reçoit de l'énergie pendant la course de travail et en donne une partie pour effectuer des courses auxiliaires.

Le cycle de travail d'un moteur à combustion interne à deux temps s'effectue en deux temps de piston ou un tour de vilebrequin. Les processus de compression, de combustion et de détente sont presque identiques aux processus correspondants d'un moteur à quatre temps. La puissance d'un moteur à deux temps avec les mêmes dimensions de cylindre et la même vitesse de rotation de l'arbre est théoriquement 2 fois supérieure à celle d'un moteur à quatre temps en raison du grand nombre de cycles de fonctionnement. Cependant, la perte d'une partie du volume de travail n'entraîne pratiquement une augmentation de la puissance que de 1,5 à 1,7 fois. Les avantages des moteurs à deux temps incluent également une plus grande uniformité du couple, puisque le cycle de fonctionnement complet s'effectue à chaque tour du vilebrequin. Un inconvénient important du procédé à deux temps par rapport au procédé à quatre temps est le peu de temps alloué au processus d'échange gazeux. Le rendement des moteurs à combustion interne utilisant de l'essence est de 0,25 à 0,3.

Le cycle de fonctionnement des moteurs à combustion interne à gaz est similaire à celui des moteurs à combustion interne à essence. Le gaz passe par les étapes suivantes : évaporation, purification, réduction progressive de la pression, alimentation en certaines quantités du moteur, mélange avec de l'air et allumage du mélange de travail avec une étincelle.

Caractéristiques de conception

La glace est complexe unité technique, contenant un certain nombre de systèmes et de mécanismes. En con. 20ième siècle fondamentalement, une transition a été effectuée à partir de systèmes de carburateur alimenter les moteurs à combustion interne aux moteurs à injection, ce qui augmente l'uniformité de la répartition et la précision du dosage du carburant entre les cylindres et permet (selon le mode) de contrôler de manière plus flexible la formation du mélange air-carburant entrant dans les cylindres du moteur. Cela vous permet d'augmenter la puissance et l'efficacité du moteur.

Un moteur à combustion interne à piston comprend un boîtier, deux mécanismes (manivelle et distribution de gaz) et un certain nombre de systèmes (système d'admission, de carburant, d'allumage, de lubrification, de refroidissement, d'échappement et de contrôle). Le corps du moteur à combustion interne est formé d'unités et de pièces fixes (bloc-cylindres, carter moteur, culasse) et mobiles, qui sont regroupées en groupes : piston (piston, axe, segments de compression et d'huile), bielle, vilebrequin. Système d'alimentation réalise la préparation d'un mélange combustible de carburant et d'air dans une proportion correspondant au mode de fonctionnement, et dans une quantité dépendant de la puissance du moteur. Système de mise à feu DsIZ est conçu pour enflammer le mélange de travail avec une étincelle à l'aide d'une bougie d'allumage à des moments strictement définis dans chaque cylindre, en fonction du mode de fonctionnement du moteur. Le système de démarrage (démarreur) sert à pré-faire tourner l'arbre du moteur à combustion interne afin d'enflammer le carburant de manière fiable. Système d'alimentation en air fournit une purification de l'air et réduit le bruit d'admission avec des pertes hydrauliques minimales. Lorsqu'il est sous pression, un ou deux compresseurs et, si nécessaire, un refroidisseur d'air sont mis en marche. Le système d'échappement élimine les gaz d'échappement. Horaire assure l'admission en temps opportun d'une nouvelle charge du mélange dans les cylindres et les gaz d'échappement. Le système de lubrification sert à réduire les pertes par frottement et à réduire l'usure des éléments mobiles, et parfois à refroidir les pistons. Système de refroidissement maintient les conditions de fonctionnement thermique requises du moteur à combustion interne ; peut être liquide ou aérien. Système de contrôle conçu pour coordonner le fonctionnement de tous les éléments du moteur à combustion interne afin d'assurer ses hautes performances, sa faible consommation de carburant, requise indicateurs environnementaux(toxicité et bruit) dans tous les modes de fonctionnement dans diverses conditions de fonctionnement avec une fiabilité donnée.

Les principaux avantages des moteurs à combustion interne par rapport aux autres moteurs sont leur indépendance par rapport aux sources constantes d'énergie mécanique, leurs petites dimensions et leur poids, ce qui les rend largement utilisés dans les voitures, les machines agricoles, les locomotives diesel, les navires, les véhicules automoteurs. équipement militaire etc. Les installations équipées de moteurs à combustion interne ont généralement une grande autonomie et peuvent être tout simplement installées à proximité ou sur l'objet même de la consommation d'énergie, par exemple sur des centrales électriques mobiles, des avions, etc. des qualités positives ICE – la capacité de démarrer rapidement dans des conditions normales. Moteurs fonctionnant à basses températures, sont équipés de dispositifs spéciaux pour faciliter et accélérer le démarrage.

Inconvénients des moteurs à combustion interne sont : limités par rapport, par exemple, Turbines à vapeur puissance globale; niveau de bruit élevé; vitesse de rotation relativement élevée du vilebrequin au démarrage et impossibilité de le connecter directement aux roues motrices du consommateur ; toxicité les gaz d'échappement. Principal caractéristique de conception moteur - le mouvement alternatif du piston, qui limite la vitesse de rotation, est à l'origine de l'apparition de forces et de moments d'inertie déséquilibrés.

L'amélioration des moteurs à combustion interne vise à augmenter leur puissance, leur efficacité, à réduire le poids et les dimensions, à répondre aux exigences environnementales (réduction de la toxicité et du bruit), à assurer la fiabilité à un rapport qualité-prix acceptable. Il est évident que le moteur à combustion interne n’est pas assez économique et a en fait un faible rendement. Malgré toutes les astuces technologiques et l'électronique « intelligente », l'efficacité des moteurs à essence modernes est d'env. trente%. Les moteurs à combustion interne diesel les plus économiques ont un rendement de 50 %, c'est-à-dire qu'ils émettent même la moitié du carburant sous forme de substances nocives dans l'atmosphère. Cependant derniers développements montrent que les moteurs à combustion interne peuvent devenir réellement efficaces. Chez EcoMotors International retravaillé conception de moteur à combustion interne, qui conservait cependant les pistons, les bielles, le vilebrequin et le volant moteur nouveau moteur 15 à 20 % plus efficace, et également beaucoup plus facile et moins cher à produire. Dans ce cas, le moteur peut fonctionner avec plusieurs types de carburant, dont l'essence, le diesel et l'éthanol. Ceci a été réalisé grâce à la conception du moteur opposé, dans lequel la chambre de combustion est formée de deux pistons se rapprochant l'un de l'autre. Dans ce cas, le moteur est à deux temps et se compose de deux modules de 4 pistons chacun, reliés par un accouplement spécial avec contrôlé électroniquement. Le moteur est entièrement contrôlé électroniquement, ce qui se traduit par un rendement élevé et une consommation de carburant minimale.

Le moteur est équipé d'un turbocompresseur à commande électronique qui utilise l'énergie des gaz d'échappement et génère de l'électricité. Dans l'ensemble, le moteur a conception simple, qui contient 50 % de pièces en moins que moteur régulier. Il ne possède pas de bloc culasse, il est fabriqué à partir de matériaux ordinaires. Le moteur est très léger : pour 1 kg de poids, il produit plus de 1 litre de puissance. Avec. (plus de 0,735 kW). Le moteur expérimenté EcoMotors EM100, aux dimensions de 57,9 x 104,9 x 47 cm, pèse 134 kg et produit 325 ch. Avec. (environ 239 kW) à 3500 tr/min (diesel), diamètre du cylindre 100 mm. La consommation de carburant d'une voiture à cinq places équipée d'un moteur EcoMotors devrait être extrêmement faible - au niveau de 3 à 4 litres aux 100 km.

Société de technologies de moteurs Grail a développé une approche unique moteur à deux temps Avec haute performance. Ainsi, avec une consommation de 3 à 4 litres aux 100 km, le moteur produit une puissance de 200 ch. Avec. (environ 147 kW). Moteur d'une puissance de 100 ch. Avec. pèse moins de 20 kg et a une puissance de 5 ch. Avec. – seulement 11 kg. Dans le même temps, le moteur à combustion interne"Moteur du Graal" correspondent aux plus strictes Normes environnementales. Le moteur lui-même est constitué de pièces simples, principalement fabriquées par fonderie (Fig. 3). De telles caractéristiques sont associées au schéma de fonctionnement du Graal Engine. Lorsque le piston monte, une pression d'air négative est créée au bas et l'air pénètre dans la chambre de combustion via une valve spéciale en fibre de carbone. A un certain moment du mouvement du piston, le carburant commence à s'écouler, puis au point mort haut avec avec l'aide de trois Avec les bougies d'allumage électriques conventionnelles, le mélange air-carburant s'enflamme et la valve du piston se ferme. Le piston descend, le cylindre se remplit de gaz d'échappement. En atteignant le point mort bas, le piston recommence à monter, le flux d'air ventile la chambre de combustion, expulsant les gaz d'échappement, et le cycle de fonctionnement se répète.

Le "Grail Engine" compact et puissant est idéal pour voitures hybrides, où un moteur à essence génère de l'électricité et des moteurs électriques font tourner les roues. Dans une telle machine, le « Grail Engine » fonctionnera de manière optimale sans surtensions soudaines de puissance, ce qui augmentera considérablement sa durabilité, réduira le bruit et la consommation de carburant. Dans le même temps, la conception modulaire vous permet de connecter deux ou plusieurs « moteurs Grail » monocylindres à un vilebrequin commun, ce qui permet de créer moteurs en ligne puissance différente.

Les moteurs à combustion interne utilisent à la fois des carburants conventionnels et des carburants alternatifs. L'utilisation de l'hydrogène dans les moteurs à combustion interne des transports, qui ont une chaleur de combustion élevée et où il n'y a pas de CO et de CO 2 dans les gaz d'échappement, est prometteuse. Cependant, le coût élevé de son obtention et de son stockage à bord du véhicule pose des problèmes. Des options pour des centrales électriques combinées (hybrides) de véhicules, dans lesquelles les moteurs à combustion interne et les moteurs électriques fonctionnent ensemble, sont en cours de test.

Peu de gens savent que le moteur à combustion interne a été inventé il y a 5 siècles par le légendaire ingénieur et designer Léonard de Vinci. Mais après le premier dessin, il a fallu encore 300 ans pour créer les premiers prototypes capables de fonctionner pleinement.

Types de moteurs

Le premier prototype à part entière de moteur à combustion interne a été conçu en 1806 et appartenait aux frères Niepcier. Après ce fait historique important, il y a eu une courte accalmie.

Mais à la fin du XIXe siècle, trois Allemands légendaires ont lancé l'industrie automobile : Nicholas Otto, Gottlieb Daimler et Wilhelm Maybach. Après cela, les moteurs à combustion interne ont reçu de nombreuses modifications et variantes qui sont encore utilisées aujourd'hui.

Voyons quels types il existe moteurs à combustion interne pour automobiles, et indiquer également les types de moteurs :

Machine à vapeur
Moteur à gaz
Système d'injection du carburateur
Injecteur
Moteurs diesel
Moteur à gaz
Moteurs électriques
Moteurs à combustion interne à piston rotatif

Machine à vapeur

Le premier représentant d'un moteur à combustion interne à part entière doit être considéré machine à vapeur, qui fut installé sur tous les véhicules du XIXème siècle, jusqu'à l'invention d'autres types de moteurs.

A cette époque, les locomotives, les voitures et même les trois-roues primitifs étaient équipés de machines à vapeur. véhicules automoteurs(ressemblant à des motos). Une invention de cette classe a conquis le monde entier, mais à la fin du 19e et au début du 20e siècle, elle est devenue inefficace, car les véhicules à vapeur ne pouvaient pas atteindre une vitesse suffisamment élevée.

Moteur à gaz

Un moteur à essence est un moteur à combustion interne alimenté par de l’essence. Le carburant est fourni avec réservoir d'essenceà l'aide d'une pompe (mécanique ou électrique) au système d'injection. Voyons donc quels types il existe moteurs à essence:

Avec carburateur.
Type d'injection.

Le monde moderne est habitué au fait que la plupart des voitures ont système électronique injection de carburant (injecteur).

Système d'injection du carburateur

Un carburateur est un type de dispositif d'injection de carburant collecteur d'admission avec une répartition plus poussée entre les cylindres. Le premier carburateur primitif a été développé en Allemagne à la fin du 19ème siècle et a une histoire de développement de près de 100 ans.

Les carburateurs sont disponibles en types à une, deux, quatre et six chambres. De plus, il existe de nombreux prototypes.

Le principe de fonctionnement du carburateur est assez simple : la pompe à carburant alimente en carburant la chambre à flotteur, où l'essence passe mécaniquement par les injecteurs (la quantité de carburant injectée est régulée par le conducteur à l'aide de la pédale d'accélérateur), et est fournie au collecteur d'admission. L'inconvénient du carburateur est qu'il est sensible aux réglages et qu'il n'est pas non plus conforme aux normes environnementales internationales.

Injecteur

Un moteur à injection est un type de dispositif d’injection de carburant dans les cylindres du moteur. Injection injection Il peut être mono ou divisé. Aujourd'hui, ce système est de plus en plus amélioré pour réduire les émissions de CO2 dans l'atmosphère. Pour l'injection, on utilise des buses qui ont commencé à être utilisées encore plus tôt sur les moteurs diesel.

Avec le passage à ce système, les véhicules ont commencé à être équipés d'unités de commande électroniques du moteur afin d'ajuster la composition de l'air. mélange de carburant, ainsi que signaler les dysfonctionnements au sein du système.

Moteurs diesel

Un moteur diesel est un type de moteur qui consomme du carburant diesel comme un carburant. Les principaux systèmes et éléments du moteur sont identiques à ceux de son frère essence, la différence réside dans le système d'injection et l'allumage du mélange. DANS moteur diesel il n'y a pas de bougies d'allumage, car l'allumage du mélange par une étincelle n'est pas nécessaire.

Sur les moteurs de ce type, des bougies de préchauffage sont installées, qui chauffent l'air dans la chambre de combustion, qui dépasse la température d'allumage. Après cela, le carburant atomisé est fourni par les buses, qui brûle, créant ainsi une pression suffisante pour entraîner le piston, qui tourne. vilebrequin.

Le turbodiesel est considéré comme l'un des sous-types de moteurs diesel à combustion interne. Ce moteur possède une turbine en forme d'escargot. À l'aide d'une turbine, une plus grande quantité est fournie au moteur air comprimé, ce qui donne un effet de détonation plus important, grâce auquel le moteur peut être accéléré plus rapidement.

Moteur à gaz

Les moteurs à gaz aujourd'hui dans l'industrie automobile en forme pure ne sont presque jamais utilisés parce que pannes fréquentes moteurs, est devenu la raison de leur abandon complet. Au lieu de cela, on trouve souvent des installations de gaz sur voitures à essence, ce qui permet d'économiser considérablement de l'argent sur le carburant.

Le gaz du cylindre est fourni à la boîte de vitesses, qui distribue le carburant entre les cylindres, puis le carburant entre directement dans les chambres de combustion. Le gaz est ensuite allumé à l'aide de bougies d'allumage. Le seul inconvénient de l'utilisation installation de gaz on estime que le moteur perd 20 % de sa ressource potentielle.

Moteurs électriques

Nicholas Tesla a été le premier à proposer l'utilisation de l'électricité pour les voitures. Les moteurs électriques ne sont pas courants aujourd'hui, car la charge de la batterie ne dure que 200 km, et les stations-service, qui peut fournir un service de recharge de voiture - pratiquement aucun.

Célèbre entreprise mondiale, fabricant voiture électrique Tesla continue d'améliorer les moteurs électriques et propose chaque année aux consommateurs de nouveaux produits offrant une plus grande autonomie sans recharge.

Hybrides

Probablement les moteurs les plus recherchés aujourd’hui. Il s'agit d'un mélange d'un moteur à combustion interne à essence et d'un moteur électrique. Il existe plusieurs options pour le fonctionnement de ce moteur.

Le moteur peut fonctionner sur alimentation alternative. Le véhicule fonctionne initialement à l'essence pendant que le générateur charge la batterie, puis le conducteur peut passer à l'énergie électrique.
Le moteur et le moteur électrique fonctionnent simultanément, ce qui permet d'économiser la consommation de carburant d'un même distance par rapport aux autres types de moteurs à combustion interne.

Moteurs à combustion interne à piston rotatif

Le groupe motopropulseur à piston rotatif n'est pas largement utilisé dans l'industrie automobile, bien que l'on puisse trouver des modèles de voitures qui utilisent ce type de moteur à combustion interne. La création d'un tel moteur a été proposée par le designer Wankel.

Le mouvement est effectué grâce à la rotation d'un rotor à trois dents, qui permet d'effectuer n'importe quel cycle à 4 temps d'un Diesel, Stirling ou Otto sans l'utilisation d'un mécanisme de distribution de gaz spécial. Ce moteur activement utilisé dans les années 80 20 cuillères à soupe.

Moteur à hydrogène

SAVOIR COMMENT monde moderne considéré comme un moteur à hydrogène. Une unité de type hydrogène est installée dans la voiture. La différence avec les moteurs à essence réside dans l'alimentation en carburant. Si pour l'essence le carburant est fourni au moment où le piston retourne au HTM, alors pour un groupe motopropulseur à hydrogène au moment où le piston revient au HTM.

À l'avenir, il est prévu de créer un moteur à hydrogène de type fermé, lorsqu'il ne sera plus nécessaire d'émettre des gaz d'échappement et qu'à 500 km, le propriétaire de la voiture pourra oublier de faire le plein de sa voiture.

Il convient de comprendre que les voitures équipées d'un tel moteur ne seront pas très bon marché jusqu'à ce qu'elles supplantent complètement leur frère à essence.

Conclusion

Il existe un assez grand nombre de types et de types de moteurs à combustion interne, pour tous les goûts. Ainsi, selon les statistiques mondiales, les plus populaires sont l'essence, le diesel et l'hybride. unités de puissance. Mais tout évolue vers le fait que les gens veulent abandonner l’utilisation de l’essence et de ses analogues et passer complètement à l’énergie électrique.

La plupart des voitures sont propulsées par un moteur à combustion interne à piston (ICE) avec un mécanisme à manivelle. Cette conception s'est généralisée en raison de son faible coût et de sa fabricabilité, de ses dimensions et de son poids relativement réduits.

En fonction du type de carburant utilisé, les moteurs à combustion interne peuvent être divisés en essence et diesel. Je dois dire que les moteurs à essence fonctionnent très bien. Cette division affecte directement la conception du moteur.

Comment fonctionne un moteur à combustion interne à pistons ?

La base de sa conception est le bloc-cylindres. Il s'agit d'un corps moulé en fonte, en aluminium ou parfois en alliage de magnésium. La plupart des mécanismes et pièces des autres systèmes moteurs sont fixés spécifiquement au bloc-cylindres ou situés à l'intérieur de celui-ci.

L’autre partie majeure du moteur est sa culasse. Il est situé en haut du bloc-cylindres. La tête contient également des parties des systèmes du moteur.

Un bac est fixé au bas du bloc-cylindres. Si cette pièce prend des charges lorsque le moteur tourne, on l'appelle souvent carter d'huile ou carter.

Tous les systèmes moteurs

mécanisme à manivelle;
mécanisme de distribution de gaz;
Système d'alimentation;
système de refroidissement;
Système de lubrification;
système de mise à feu;
système de contrôle du moteur.

mécanisme à manivelle se compose d'un piston, d'une chemise de cylindre, d'une bielle et d'un vilebrequin.

Mécanisme à manivelle :
1. Extenseur d'anneau racleur d'huile. 2. Segment racleur d'huile de piston. 3. Bague de compression, troisième. 4. Bague de compression, deuxième. 5. Bague de compression supérieure. 6. Pistons. 7. Bague de retenue. 8. Axe de piston. 9. Douille de bielle. 10. Bielle. 11. Couvercle de bielle. 12. Insertion de la tête inférieure de la bielle. 13. Boulon du couvercle de bielle, court. 14. Boulon de couvercle de bielle, long. 15. Pignon d'entraînement. 16. Branchez canal pétrolier maneton. 17. Coquille de roulement de vilebrequin, supérieure. 18. Couronne à engrenages. 19. Boulons. 20. Volant. 21. Épingles. 22. Boulons. 23. Déflecteur d'huile, arrière. 24. Couverture roulement arrière vilebrequin. 25. Épingles. 26. Demi-bague de roulement de butée. 27. Coquille de roulement de vilebrequin, inférieure. 28. Contrepoids de vilebrequin. 29. Vis. 30. Couvercle de roulement de vilebrequin. 31. Boulon de serrage. 32. Boulon de fixation du couvercle de roulement. 33. Vilebrequin. 34. Contrepoids, avant. 35. Déflecteur d'huile, avant. 36. Contre-écrou. 37. Poulie. 38. Boulons.

Le piston est situé à l'intérieur de la chemise de cylindre. A l'aide d'un axe de piston, il est relié à une bielle dont la tête inférieure est fixée au maneton du vilebrequin. La chemise de cylindre est un trou dans le bloc ou une chemise en fonte qui s'insère dans le bloc.

Chemise de cylindre avec bloc

La chemise de cylindre est fermée par le haut par la culasse. Le vilebrequin est également fixé au bloc en bas. Le mécanisme se transforme mouvement rectiligne piston dans le mouvement de rotation du vilebrequin. La même rotation qui fait finalement tourner les roues de la voiture.

Mécanisme de distribution de gaz est chargé de fournir un mélange de vapeur de carburant et d'air dans l'espace au-dessus du piston et d'éliminer les produits de combustion à travers des vannes qui s'ouvrent strictement à un certain moment.

Le système électrique est principalement responsable de la préparation du mélange combustible de la composition requise. Les dispositifs du système stockent le carburant, le purifient et le mélangent avec de l'air afin d'assurer la préparation d'un mélange de composition et de quantité requises. Le système est également chargé d'éliminer les produits de combustion du carburant du moteur.

Lorsqu’un moteur fonctionne, l’énergie thermique est générée dans une quantité supérieure à ce que le moteur est capable de convertir en énergie mécanique. Malheureusement, la soi-disant efficacité thermique, même des meilleurs échantillons moteurs modernes ne dépasse pas 40 %. Par conséquent, une grande quantité de chaleur « excédentaire » doit être dissipée dans l’espace environnant. C'est exactement ce qu'il fait, élimine la chaleur et maintient une stabilité température de fonctionnement moteur.

Système de lubrification . C’est exactement le cas : « Si vous ne graissez pas, vous n’irez pas. » Les moteurs à combustion interne disposent d'un grand nombre d'unités de friction et de paliers lisses : il y a un trou dans lequel tourne l'arbre. Il n'y aura pas de lubrification et l'unité tombera en panne en raison de la friction et de la surchauffe.

Système de mise à feu conçu pour enflammer, strictement à un certain moment, un mélange de carburant et d'air dans l'espace au-dessus du piston. un tel système n'existe pas. Là, le carburant s'enflamme spontanément dans certaines conditions.

Vidéo:

Système de contrôle du moteur utilisant unité électronique L'unité de commande (ECU) contrôle les systèmes du moteur et coordonne leur fonctionnement. Tout d'abord, il s'agit de la préparation d'un mélange de la composition requise et de son allumage en temps opportun dans les cylindres du moteur.

Sur nos routes, vous trouverez le plus souvent des voitures qui consomment de l'essence et Gas-oil. L’heure des voitures électriques n’est pas encore venue. Considérons donc le principe de fonctionnement d'un moteur à combustion interne (ICE). Particularité c'est la transformation de l'énergie d'explosion en énergie mécanique.

Lorsque vous travaillez avec des centrales à essence, il existe plusieurs façons de former le mélange carburé. Dans un cas, cela se produit dans le carburateur, puis tout est transmis aux cylindres du moteur. Dans un autre cas, l'essence est injectée directement dans le collecteur ou la chambre de combustion via des buses spéciales (injecteurs).

Pour bien comprendre le fonctionnement des moteurs à combustion interne, il faut savoir qu'il existe plusieurs types de moteurs modernes qui ont prouvé leur efficacité en fonctionnement :

moteurs à essence;
moteurs consommant du diesel ;
installations à gaz;
appareils gaz-diesel;
options rotatives.

Le principe de fonctionnement de ces types de moteurs à combustion interne est quasiment le même.

Cycles GLACE

Chacun contient du carburant qui, explosant dans la chambre de combustion, se dilate et pousse un piston monté sur le vilebrequin. Poursuivre cette rotation à travers mécanismes supplémentaires et les nœuds sont transmis aux roues de la voiture.

A titre d'exemple, nous considérerons un moteur essence à quatre temps, car c'est l'option la plus courante. centrale électrique dans les voitures sur nos routes.

Alors toi:

l'ouverture d'admission s'ouvre et la chambre de combustion est remplie du mélange de carburant préparé
la chambre est étanche et son volume diminue pendant la course de compression
le mélange explose et repousse le piston, qui reçoit une impulsion d'énergie mécanique
la chambre de combustion est débarrassée des produits de combustion

Chacune de ces étapes de fonctionnement du moteur à combustion interne implique plusieurs processus simultanés. Dans le premier cas, le piston est dans sa position la plus basse, tandis que toutes les vannes admettant le carburant sont ouvertes. L'étape suivante commence par la fermeture complète de tous les trous et le déplacement du piston vers la position supérieure maximale. En même temps, tout est compressé.

Ayant à nouveau atteint la position la plus haute du piston, une tension est appliquée à la bougie d'allumage et crée une étincelle, enflammant le mélange qui explose. La force de cette explosion pousse le piston vers le bas, et à ce moment les orifices d'échappement s'ouvrent et la chambre est débarrassée des gaz résiduels. Puis tout se répète.

Fonctionnement du carburateur

La formation du mélange carburé dans les voitures de la première moitié du siècle dernier s'effectuait à l'aide d'un carburateur. Pour comprendre le fonctionnement d'un moteur à combustion interne, vous devez savoir ce que les ingénieurs automobiles ont conçu. Système de carburant de sorte que le mélange déjà préparé était fourni à la chambre de combustion.

Conception du carburateur

Le carburateur était responsable de sa formation. Il mélangeait l'essence et l'air dans les bonnes proportions et envoyait le tout dans les cylindres. Cette relative simplicité de conception du système lui a permis de rester longtemps un élément indispensable. unités à essence. Mais plus tard, ses inconvénients ont commencé à prendre le pas sur ses avantages et ne répondaient plus aux exigences croissantes des voitures en général.

Inconvénients des systèmes à carburateur :

il n'existe aucun moyen de proposer des modes économiques lors de changements brusques de modes de conduite ;
dépasser les limites de substances nocives dans les gaz d'échappement ;
faible puissance des voitures en raison de l'inadéquation entre le mélange préparé et l'état de la voiture.

Ils ont tenté de compenser ces défauts en fournissant directement de l'essence via des injecteurs.

Fonctionnement des moteurs à injection

Principe d'opération moteur à injection est injection directe de l'essence dans le collecteur d'admission ou la chambre de combustion. Visuellement, tout est similaire au travail installation diesel, lorsque l'aliment est dosé et uniquement dans le cylindre. La seule différence est que les unités d'injection sont équipées de bougies d'allumage.

Conception de l'injecteur

Les étapes de fonctionnement des moteurs essence à injection directe ne diffèrent pas de la version carburateur. La seule différence réside dans l’endroit où le mélange se forme.

Grâce à cette option de conception, les avantages de tels moteurs sont assurés :

augmentation de la puissance jusqu'à 10 % à un niveau similaire spécifications techniques avec carburateur;
des économies notables sur l'essence ;
amélioration de la performance environnementale en termes d’émissions.

Mais de tels avantages présentent également des inconvénients. Les principaux sont la maintenance, la maintenabilité et la configuration. Contrairement aux carburateurs, qui peuvent être démontés, assemblés et réglés indépendamment, les injecteurs nécessitent un équipement spécial coûteux et un grand nombre de capteurs différents installés dans la voiture.

Méthodes d'injection de carburant

Au cours de l’évolution de l’alimentation en carburant du moteur, ce processus s’est constamment rapproché de la chambre de combustion. Dans les moteurs à combustion interne les plus modernes, le point d'approvisionnement en essence et le lieu de combustion ont fusionné. Désormais, le mélange ne se forme plus dans le carburateur ou le collecteur d'admission, mais est injecté directement dans la chambre. Considérons toutes les options pour les dispositifs d'injection.

Option d'injection en un seul point

L'option de conception la plus simple ressemble à l'injection de carburant via un seul injecteur dans le collecteur d'admission. La différence avec un carburateur est que ce dernier fournit le mélange fini. Dans la version à injection, le carburant est fourni par la buse. L'avantage est l'économie sur la consommation.

Option d'approvisionnement en carburant à point unique

Cette méthode forme également le mélange à l'extérieur de la chambre, mais elle implique des capteurs qui alimentent directement chaque cylindre via le collecteur d'admission. Il s'agit d'une option plus économique pour utiliser du carburant.

Injection directe dans la chambre

Jusqu’à présent, cette option exploite au mieux les capacités de la conception d’injection. Le carburant est directement pulvérisé dans la chambre. De ce fait, le niveau d'émissions nocives est réduit et la voiture bénéficie, en plus d'économies d'essence plus importantes, d'une puissance accrue.

Le degré accru de fiabilité du système réduit le facteur négatif concernant la maintenance. Mais de tels appareils nécessitent un carburant de haute qualité.

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.

Un moteur de 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'avait pas de roues véhicule, alors ce mécanisme de mouvement pourrait ne pas être 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.

Les appareils refroidis par air utilisent des ailettes sur les surfaces des éléments les plus chauds, ce qui augmente considérablement la zone de transfert de chaleur.

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 mécanisme à manivelle et courroie 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 de l'élimination des 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 fonctionnement du moteur sera obtenu dans une plage de régime du vilebrequin très étroite.

Le développement de la technologie et l'émergence des unités de contrôle électroniques ont permis de résoudre ce problème. La structure interne du 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.