Piestový spaľovací motor: definícia, klasifikácia a princíp činnosti

2024 Autor: Erin Ralphs | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-02-19 18:23

Už viac ako sto rokov vo svete je hlavnou hnacou jednotkou všetkých kolesových vozidiel piestový spaľovací motor. Spaľovací motor, ktorý sa objavil na začiatku 20. storočia a nahradil parný stroj, zostáva v 21. storočí najziskovejším typom motora z hľadiska hospodárnosti a účinnosti. Pozrime sa bližšie na to, ako tento typ spaľovacieho motora funguje, ako funguje, zistíme, aké sú ďalšie piestové motory.

Definícia, funkcie ICE

V procese rozvoja vedy a techniky sa konštrukcia spaľovacích motorov neustále zdokonaľuje. Motorom sa podarilo preukázať svoju účinnosť. Tak sa objavili piestové spaľovacie motory a ako poddruh karburátorové a vstrekovacie motory. Je možné rozlíšiť dieselové motory, rotačné piestové a plynové turbíny.

Gasoline ICEs

Tradičný piestový motor je vybavený spaľovacou komorou. Toto je valec vo vnútri bloku motora. Pri horení paliva sa uvoľňuje energia, ktorá sa následne premieňa na mechanický pohyb kľukového hriadeľa. V dôsledku translačného pohybu piestov, ktoré pôsobia na sústavu ojníc a kľukového hriadeľa, dochádza k otáčaniu zotrvačníka. Viac o konštrukcii sa môžete dozvedieť v príslušnom piestovom spaľovacom motore GOST.

Spaľovací motor s karburátorom sa líši v tom, že pracovná zmes paliva a vzduchu sa pripravuje v špeciálnom zariadení - karburátore. Zmes sa vstrekuje do valcov pomocou vákua. Potom sa zapáli zapaľovacou sviečkou.

Injection ICE má modernejší dizajn. Tu namiesto tradičného mechanického zariadenia má energetický systém elektronické trysky. Sú zodpovedné za vstrekovanie presného množstva paliva priamo do valcov motora.

Diesel ICE

Naftový piestový spaľovací motor má určité konštrukčné a zásadné rozdiely od benzínových spaľovacích motorov.

Ak sa na zapálenie v benzínovej jednotke používa iskra zo sviečky, v dieselových motoroch funguje iný princíp a okrem žiaroviek neexistujú žiadne sviečky. Motorová nafta vstupuje do valcov vstrekovačmi, mieša sa so vzduchom a následne sa celá zmes stlačí, v dôsledku čoho sa zahreje na spaľovaciu teplotu.

Piest rotora

Motor s rotačným piestom je nevyhnutnýsa líši od tradičného ICE. Plyny pôsobia na špeciálne časti a prvky. Pohyblivý rotor sa teda pod vplyvom plynov pohybuje v špeciálnej komore v tvare osmičky. Komora vykonáva funkcie piestov, rozvodu a kľukového hriadeľa. Fotoaparát má tvar osmičky.

Kombinované jednotky

V spaľovacích motoroch s plynovou turbínou sa tepelná energia premieňa na mechanickú energiu vďaka rotácii špeciálneho rotora so špeciálnymi lopatkami. Tento rotor poháňa hriadeľ turbíny.

Špeciálne piestové a kombinované spaľovacie motory (a to sú motory s plynovou turbínou a rotačné motory) môžu byť bezpečne zapísané do červenej knihy. Motor s rotačnými piestami dnes vyrába iba japonská Mazda. Crysler kedysi vyrábal experimentálnu sériu spaľovacích motorov s plynovou turbínou, ale to bolo v 60. rokoch a žiadna z automobiliek sa k tejto problematike dodnes nevrátila.

V Sovietskom zväze boli spaľovacie motory s plynovou turbínou inštalované na nádržiach a pristávacích lodiach, no aj tam sa neskôr rozhodlo o opustení jednotiek tejto konštrukcie.

zariadenie ICE

Motor je jediný mechanizmus. Pozostáva z bloku valcov, častí kľukového mechanizmu, rozvodového mechanizmu, vstrekovacieho a výfukového systému.

Spaľovacia komora sa nachádza vo vnútri bloku valcov, kde sa priamo zapaľuje zmes paliva a vzduchu a splodiny horenia poháňajú piesty. Pomocou kľukymechanizmus, energia spaľovania paliva sa prenáša na kľukový hriadeľ. Časovací mechanizmus je nevyhnutný na zabezpečenie včasného otvárania a zatvárania sacích a výfukových ventilov.

Princíp fungovania

Pri naštartovaní motora sa zmes paliva a vzduchu vstrekuje do valcov cez sací ventil a zapáli sa iskrou na zapaľovacej sviečke generovanej systémom zapaľovania. Pri spaľovaní vznikajú plyny. Keď dôjde k tepelnej expanzii, nadmerný tlak spôsobí pohyb piestu, čím sa otáča kľukový hriadeľ.

Prevádzka piestových motorov je cyklická. V cykle piestového spaľovacieho motora môžu byť dva až štyri cykly. Cykly počas chodu motora sa opakujú niekoľko stokrát za minútu. Kľukový hriadeľ sa teda môže otáčať nepretržite.

Dvojtakt ICE

Pri naštartovaní motora je piest poháňaný otáčaním kľukového hriadeľa. Keď piest dosiahne spodnú úvrať a začne sa pohybovať nahor, valec bude zásobovaný zmesou paliva a vzduchu.

Pri pohybe nahor piest začne stláčať zmes. Keď piest dosiahne svoju hornú polohu, vytvorí sa iskra. Zmes paliva a vzduchu sa zapáli. Pri expanzii plyny stlačia piest nadol.

V tomto momente sa otvorí výfukový ventil, cez ktorý môžu produkty spaľovania opustiť komoru. Potom piest opäť dosiahne spodnú úvrať a začne svoju cestu do TDC. Všetky tieto procesy prebiehajú pri jednej otáčke kľukového hriadeľa.

Kedypiest začne nový pohyb, sací ventil sa otvorí a nová časť zmesi paliva a vzduchu nahradí výfukové plyny. Celý proces sa začne odznova. Dvojtaktný piestový spaľovací motor vykonáva menej pohybov ako štvortaktný. Znížené straty trením, ale generuje viac tepla.

Mechanizmus distribúcie plynu je nahradený piestom. Keď sa piest pohybuje, sacie a výfukové otvory v bloku valcov sa otvárajú a zatvárajú. V porovnaní so štvortaktnou pohonnou jednotkou je výmena plynu v dvojtaktnom motore veľkou nevýhodou. Pri uvoľňovaní výfukových plynov sa stráca účinnosť a výkon.

Napriek tejto nevýhode dvojtaktných piestových spaľovacích motorov sa tieto používajú v mopedoch, skútroch, ako prívesné motory, v reťazových pílach.

Štvortaktný spaľovací motor

Štvortaktný ICE nemá žiadne nevýhody dvojtaktného motora. Takéto motory sú inštalované na väčšine automobilov a iných zariadení. Nasávanie a výfuk výfukových plynov je samostatný proces a nie je kombinovaný s kompresiou, aj keď piestový spaľovací motor funguje od zapálenia zmesi. Prevádzka motora je synchronizovaná mechanizmom distribúcie plynu - ventily sa otvárajú a zatvárajú synchrónne s otáčkami kľukového hriadeľa. Nasávanie palivovej zmesi sa vykonáva až po úplnom výstupe výfukových plynov.

Výhody spaľovacích motorov

Oplatí sa začať s najobľúbenejšími motormi – radovýmištvorvalcové jednotky. Medzi výhody patrí kompaktnosť, nízka hmotnosť, jedna hlava valca, vysoká údržba.

Medzi všetkými typmi spaľovacích motorov možno rozlíšiť aj motory typu boxer. Nie sú veľmi obľúbené kvôli zložitejšiemu dizajnu. Používajú sa najmä v pretekárskych autách. Medzi výhody - vynikajúce primárne a sekundárne vyváženie, a teda mäkká práca. Kľukový hriadeľ je menej namáhaný. Výsledkom je malá strata energie. Motor má nízko položené ťažisko a auto sa lepšie ovláda.

Radové šesťvalcové motory sú dokonale vyvážené a samotná jednotka beží veľmi hladko. Napriek veľkému počtu valcov nie sú výrobné náklady príliš vysoké. Môžete tiež zdôrazniť udržiavateľnosť.

Nevýhody spaľovacích motorov

Hlavnou nevýhodou piestových spaľovacích motorov stále nie je toxicita a hluk, ale nízka účinnosť. V spaľovacom motore sa na skutočnú mechanickú prácu spotrebuje iba 20 % energie. Všetko ostatné sa vynakladá na vykurovanie a iné procesy. Motory tiež uvoľňujú do atmosféry škodlivé látky, ako sú oxidy dusíka, oxid uhoľnatý a rôzne aldehydy.