Prinsip pengoperasian mesin pembakaran internal. Perangkat dan prinsip pengoperasian mesin pembakaran internal Cara kerja mesin mobil

Mesin pembakaran dalam- ini adalah jenis motor di mana bahan bakar menyala di ruang kerja di dalam, dan bukan di media eksternal tambahan. ES mengubah tekanan dari pembakaran bahan bakar menjadi kerja mekanis.

Dari sejarah

ICE pertama adalah satuan daya De Rivaza, dinamai menurut penciptanya François de Rivaz, berasal dari Prancis, yang mendesainnya pada tahun 1807.

Mesin ini sudah memiliki percikan api, berupa batang penghubung, dengan sistem piston, yaitu sejenis prototipe mesin modern.

Setelah 57 tahun, rekan senegaranya de Rivaz Etienne Lenoir menemukan unit dua langkah. Unit ini memiliki susunan silinder satu-satunya yang horizontal, terdapat percikan api dan bekerja pada campuran gas penerangan dengan udara. Kerja mesin pembakaran dalam saat itu sudah cukup untuk kapal kecil.

Setelah 3 tahun berikutnya, Nikolaus Otto dari Jerman menjadi pesaing, yang gagasannya sudah menjadi mesin empat langkah yang disedot secara alami dengan silinder vertikal. Efisiensi dalam hal ini meningkat sebesar 11%, berbeda dengan efisiensi mesin pembakaran internal Rivaz, menjadi 15 persen.

Beberapa saat kemudian, di tahun 80-an di abad yang sama, perancang Rusia Ogneslav Kostovich pertama kali meluncurkan unit tipe karburator, dan insinyur dari Jerman, Daimler dan Maybach, menyempurnakannya menjadi bentuk yang ringan, yang mulai dipasang pada sepeda motor dan kendaraan. .

Pada tahun 1897, Rudolf Diesel memperkenalkan mesin pembakaran dalam berpengapian kompresi yang menggunakan oli sebagai bahan bakar. Mesin jenis ini menjadi cikal bakal mesin diesel yang digunakan saat ini.

Jenis mesin

• Mesin bensin tipe karburator dijalankan dengan bahan bakar yang dicampur dengan udara. Campuran ini sudah disiapkan sebelumnya di karburator, lalu masuk ke dalam silinder. Di dalamnya, campuran dikompresi, dinyalakan oleh percikan api dari busi.
• Mesin injeksi dibedakan oleh fakta bahwa campuran disuplai langsung dari nozel ke intake manifold. Tipe ini memiliki dua sistem injeksi - injeksi tunggal dan injeksi terdistribusi.
• Pada mesin diesel, pengapian terjadi tanpa busi. Silinder sistem ini berisi udara yang dipanaskan hingga suhu yang melebihi suhu penyalaan bahan bakar. Bahan bakar disuplai ke udara ini melalui nosel, dan seluruh campuran dinyalakan dalam bentuk obor.
• Mesin pembakaran dalam gas memiliki prinsip siklus termal, baik gas alam maupun gas hidrokarbon dapat digunakan sebagai bahan bakar. Gas memasuki peredam, di mana tekanannya distabilkan ke tekanan kerja. Kemudian masuk ke mixer, dan akhirnya menyatu di dalam silinder.
• Mesin pembakaran internal gas-diesel beroperasi berdasarkan prinsip mesin gas, hanya saja tidak seperti mereka, campurannya dinyalakan bukan dengan lilin, tetapi dengan bahan bakar diesel, yang injeksinya terjadi dengan cara yang sama seperti pada mesin diesel konvensional.
• Jenis mesin pembakaran internal jenis rotary-piston pada dasarnya berbeda dari yang lain dengan adanya rotor yang berputar di ruang angka delapan. Untuk memahami apa itu rotor, Anda perlu memahami bahwa dalam hal ini rotor berperan sebagai piston, timing dan crankshaft, yaitu mekanisme timing khusus sama sekali tidak ada di sini. Dengan satu putaran, tiga siklus kerja terjadi sekaligus, yang sebanding dengan pengoperasian mesin enam silinder.

Prinsip operasi

Saat ini, prinsip pengoperasian mesin pembakaran internal empat langkah berlaku. Ini disebabkan oleh fakta bahwa piston di dalam silinder melewati empat kali - naik turun secara merata menjadi dua.

Cara kerja mesin pembakaran internal:

1. Pukulan pertama - piston, saat bergerak ke bawah, menarik campuran bahan bakar. Dalam hal ini, katup masuk terbuka.
2. Setelah piston mencapai level bawah, piston bergerak ke atas, mengompres campuran yang mudah terbakar, yang pada gilirannya mengambil volume ruang bakar. Tahap ini, yang termasuk dalam prinsip pengoperasian mesin pembakaran dalam, merupakan yang kedua berturut-turut. Katup, pada saat yang sama, ditutup, dan semakin padat, semakin baik kompresi terjadi.
3. Pada langkah ketiga, sistem pengapian dihidupkan, karena pengapian terjadi di sini campuran bahan bakar. Untuk tujuan pengoperasian mesin, ini disebut "bekerja", karena pada saat yang sama proses menggerakkan unit ke dalam operasi dimulai. Piston dari ledakan bahan bakar mulai bergerak ke bawah. Seperti pada langkah kedua, katup dalam keadaan tertutup.
4. Siklus terakhir adalah yang keempat, kelulusan, yang menjelaskan apa itu penyelesaian siklus penuh. Piston melalui katup buang menghilangkan gas buang silinder. Kemudian semuanya berulang secara siklis lagi, untuk memahami cara kerja mesin pembakaran internal, Anda dapat membayangkan sifat siklus jam.

perangkat es

Masuk akal untuk mempertimbangkan perangkat mesin pembakaran internal dari piston, karena merupakan elemen utama pekerjaan. Ini adalah semacam "kaca" dengan rongga kosong di dalamnya.

Piston memiliki slot tempat cincin dipasang. Cincin yang sama ini bertanggung jawab untuk memastikan bahwa campuran yang mudah terbakar tidak berada di bawah piston (kompresi), serta untuk memastikan bahwa oli tidak masuk ke ruang di atas piston itu sendiri (pengikis oli).

Prosedur pelaksanaan

• Ketika campuran bahan bakar memasuki silinder, piston melewati empat langkah yang dijelaskan di atas, dan gerakan bolak-balik piston menggerakkan poros.
• Pengoperasian mesin selanjutnya adalah sebagai berikut: bagian atas batang penghubung dipasang ke pin, yang terletak di dalam rok piston. Engkol poros engkol mengamankan batang penghubung. Piston, saat bergerak, memutar poros engkol dan yang terakhir, pada waktunya, mengirimkan torsi ke sistem transmisi, dari sana ke sistem roda gigi dan selanjutnya ke roda penggerak. Di perangkat mesin mobil dengan penggerak roda belakang Poros cardan juga bertindak sebagai perantara roda.

desain es

Mekanisme distribusi gas (waktu) pada perangkat mesin pembakaran internal bertanggung jawab atas injeksi bahan bakar, serta pelepasan gas.

Mekanisme pengaturan waktu terdiri dari katup atas dan katup bawah, dapat terdiri dari dua jenis - sabuk atau rantai.

Batang penghubung paling sering dibuat dari baja dengan cara dicap atau ditempa. Ada jenis batang penghubung yang terbuat dari titanium. Batang penghubung mentransfer kekuatan piston ke poros engkol.

Poros engkol besi atau baja adalah satu set jurnal batang utama dan penghubung. Di dalam leher ini terdapat lubang yang bertanggung jawab untuk memasok oli di bawah tekanan.

Prinsip pengoperasian mekanisme engkol pada mesin pembakaran dalam adalah mengubah gerakan piston menjadi gerakan poros engkol.

Kepala silinder (kepala silinder), sebagian besar mesin pembakaran internal, seperti blok silinder, paling sering dibuat dari besi tuang dan lebih jarang dari berbagai paduan aluminium. Kepala silinder berisi ruang bakar, saluran intake-exhaust, dan lubang busi. Di antara blok silinder dan kepala silinder terdapat paking yang memastikan sambungannya benar-benar kencang.

Sistem pelumasan, yang meliputi mesin pembakaran internal, termasuk wadah oli, saluran masuk oli, pompa oli, saringan minyak dan pendingin oli. Semua ini dihubungkan oleh kanal dan jalan raya yang kompleks. Sistem pelumasan bertanggung jawab tidak hanya untuk mengurangi gesekan antar bagian mesin, tetapi juga untuk mendinginkannya, serta untuk mengurangi korosi dan keausan, serta meningkatkan masa pakai mesin pembakaran dalam.

Perangkat mesin, tergantung pada jenis, tipe, negara pembuatnya, dapat dilengkapi dengan sesuatu atau, sebaliknya, beberapa elemen mungkin hilang karena keusangan model individu, tetapi struktur umum mesin tetap tidak berubah dengan cara yang sama dengan prinsip standar pengoperasian mesin pembakaran internal.

Unit tambahan

Tentu saja, mesin pembakaran internal tidak dapat eksis sebagai organ terpisah tanpa unit tambahan yang memastikan pengoperasiannya. Sistem start memutar motor, membawanya ke kondisi kerja. Ada berbagai prinsip pengoperasian start tergantung pada jenis motor: starter, pneumatik, dan berotot.

Transmisi memungkinkan Anda mengembangkan tenaga dalam rentang putaran yang sempit. Sistem tenaga menyediakan mesin es listrik kecil. Itu termasuk baterai akumulator dan generator yang menyediakan aliran listrik dan pengisian baterai yang konstan.

Sistem pembuangan menyediakan pelepasan gas. Setiap perangkat mesin mobil meliputi: manifold buang yang mengumpulkan gas ke dalam satu pipa, konverter katalitik yang mengurangi toksisitas gas dengan mengurangi nitrogen oksida dan menggunakan oksigen yang dihasilkan untuk membakar zat berbahaya.

Knalpot pada sistem ini berfungsi untuk meredam suara bising yang keluar dari motor. Mesin pembakaran internal mobil modern harus memenuhi standar perundang-undangan.

Jenis bahan bakar

Perlu juga diingat tentang angka oktan bahan bakar yang digunakan oleh berbagai jenis mesin pembakaran dalam.

Semakin tinggi angka oktan bahan bakar, semakin besar rasio kompresi, yang mengarah pada peningkatan efisiensi mesin pembakaran dalam.

Tetapi ada juga mesin yang peningkatan angka oktannya di atas yang ditetapkan oleh pabrikan akan menyebabkan kegagalan prematur. Ini bisa terjadi dengan membakar piston, menghancurkan cincin, dan ruang bakar jelaga.

Pabrik memberikan angka oktan minimum dan maksimum, yang membutuhkan mesin pembakaran internal.

penyetelan

Penggemar peningkatan tenaga mesin pembakaran dalam sering memasang (jika tidak disediakan oleh pabrikan) berbagai jenis turbin atau kompresor.

Kompresor menyala pemalasan Ini mengeluarkan sedikit tenaga dan menjaga rpm tetap stabil. Turbin, sebaliknya, mengeluarkan daya maksimum saat dihidupkan.

Pemasangan unit tertentu memerlukan konsultasi dengan tukang yang berpengalaman di bidang sempit, mulai dari perbaikan, penggantian unit, atau penambahan mesin bakar opsi tambahan- ini adalah penyimpangan dari tujuan mesin dan mengurangi sumber daya mesin pembakaran dalam, dan tindakan yang salah dapat menyebabkan konsekuensi yang tidak dapat diubah, yaitu pengoperasian mesin pembakaran dalam dapat diakhiri secara permanen.

(mesin pembakaran dalam) adalah mesin panas dan beroperasi dengan prinsip membakar campuran bahan bakar dan udara di dalam ruang bakar. Tugas utama alat semacam itu adalah mengubah energi pembakaran bahan bakar menjadi pekerjaan yang bermanfaat secara mekanis.

Meskipun prinsip umum tindakan, saat ini ada sejumlah besar unit yang berbeda secara signifikan satu sama lain karena sejumlah fitur desain individual. Pada artikel ini kita akan berbicara tentang apa itu mesin pembakaran internal, dan apa saja fitur dan perbedaan utamanya.

Baca di artikel ini

Jenis mesin pembakaran dalam

Mari kita mulai dengan fakta bahwa mesin pembakaran dalam bisa dua langkah dan empat langkah. Tentang motor mobil, unit ini adalah empat langkah. Siklus mesin adalah:

• asupan campuran bahan bakar-udara atau udara (tergantung pada jenis mesin pembakaran internal);
• kompresi campuran bahan bakar dan udara;
• pembakaran muatan bahan bakar dan tenaga stroke;
• pelepasan dari ruang bakar gas buang;

Baik mesin piston bensin maupun diesel, yang banyak digunakan pada mobil dan peralatan lainnya, bekerja berdasarkan prinsip ini. Perlu juga disebutkan bahan bakar gas mana yang dibakar mirip dengan solar atau bensin.

Unit tenaga bensin

Sistem tenaga seperti itu, terutama injeksi terdistribusi, memungkinkan Anda meningkatkan tenaga mesin, sekaligus mencapainya penghematan bahan bakar dan ada penurunan toksisitas gas buang. Ini menjadi mungkin karena dosis yang tepat dari bahan bakar yang disuplai terkendali ( sistem elektronik kontrol mesin).

Pengembangan lebih lanjut dari sistem suplai bahan bakar menyebabkan munculnya mesin dengan injeksi langsung (langsung). Perbedaan utama mereka dari pendahulunya adalah udara dan bahan bakar disuplai ke ruang bakar secara terpisah. Dengan kata lain, injektor tidak dipasang di atas katup masuk, melainkan dipasang langsung ke dalam silinder.

Solusi ini memungkinkan Anda untuk memasok bahan bakar secara langsung, dan pasokan itu sendiri dibagi menjadi beberapa tahap (sub-injeksi). Akibatnya, dimungkinkan untuk mencapai pembakaran bahan bakar yang paling efisien dan sempurna, mesin mendapat kesempatan untuk bekerja pada campuran kurus (misalnya, mesin dari keluarga GDI), konsumsi bahan bakar turun, toksisitas gas buang berkurang, dll.

Mesin diesel

Ini berjalan pada bahan bakar diesel, dan juga sangat berbeda dari bensin. Perbedaan utama adalah tidak adanya sistem pengapian percikan. Penyalaan campuran bahan bakar dan udara pada mesin diesel berasal dari kompresi.

Sederhananya, udara dikompresi di dalam silinder, yang sangat panas. Pada saat terakhir, injeksi terjadi langsung ke ruang bakar, setelah itu campuran yang dipanaskan dan dikompresi tinggi menyala dengan sendirinya.

Jika kita membandingkan mesin pembakaran internal diesel dan bensin, diesel ditandai dengan efisiensi yang lebih tinggi, efisiensi yang lebih baik dan maksimum, yang tersedia pada kecepatan rendah. Mempertimbangkan fakta bahwa mesin diesel mengembangkan lebih banyak traksi pada kecepatan poros engkol yang lebih rendah, dalam praktiknya motor seperti itu tidak perlu "diputar" di awal, dan Anda juga dapat mengandalkan pikap yang percaya diri dari paling bawah.

Namun, dalam daftar kelemahan unit tersebut, orang dapat memilih, serta lebih banyak bobot dan kecepatan lebih rendah dalam mode kecepatan maksimum. Faktanya adalah bahwa mesin diesel pada awalnya "berkecepatan rendah" dan memiliki kecepatan putaran yang lebih rendah dibandingkan dengan mesin bensin.

Mesin diesel juga memiliki massa yang lebih besar, karena fitur pengapian kompresi menyiratkan beban yang lebih serius pada semua elemen rakitan semacam itu. Dengan kata lain, bagian dalam mesin diesel lebih kuat dan lebih berat. Juga mesin diesel lebih berisik, karena proses pengapian dan pembakaran solar.

mesin putar

Mesin Wankel (mesin piston putar) pada dasarnya berbeda pembangkit listrik. Dalam mesin pembakaran internal seperti itu, piston biasa yang membalas di dalam silinder tidak ada. Elemen utama motor rotari adalah rotor.

Rotor yang ditentukan berputar di sepanjang lintasan tertentu. Mesin pembakaran internal berputar bensin, karena desain seperti itu tidak mampu memberikan tingkat kompresi campuran kerja yang tinggi.

Keunggulannya antara lain kekompakan, daya tinggi dengan volume kerja kecil, serta kemampuan berputar cepat hingga kecepatan tinggi. Alhasil, mobil dengan mesin pembakaran internal seperti itu memiliki karakteristik akselerasi yang luar biasa.

Jika kita berbicara tentang minusnya, maka ada baiknya menyoroti sumber daya yang berkurang secara nyata dibandingkan dengan unit piston, serta konsumsi bahan bakar yang tinggi. Selain itu, mesin rotari dicirikan oleh peningkatan toksisitas, yaitu tidak sesuai dengan standar lingkungan modern.

mesin hibrida

Pada beberapa mesin pembakaran internal, untuk mendapatkan tenaga yang diperlukan, digunakan dalam kombinasi dengan turbocharger, sedangkan pada mesin lain dengan perpindahan dan tata letak yang persis sama, solusi semacam itu tidak tersedia.

Oleh karena itu, untuk penilaian obyektif terhadap kinerja mesin tertentu pada kecepatan yang berbeda, dan bukan pada poros engkol, tetapi pada roda, perlu dilakukan pengukuran kompleks khusus pada dyno.

Baca juga

Perbaikan desain mesin piston, penolakan KShM: mesin tanpa batang penghubung, serta mesin tanpa poros engkol. Fitur dan perspektif.

Mobil modern, paling sering, digerakkan. Ada banyak mesin seperti itu. Mereka berbeda dalam volume, jumlah silinder, tenaga, kecepatan putaran, bahan bakar yang digunakan (mesin diesel, bensin dan gas). Tapi, pada dasarnya, pembakaran internal, tampaknya.

Cara kerja mesin dan mengapa disebut mesin pembakaran internal empat langkah? Saya mengerti tentang pembakaran internal. Bahan bakar terbakar di dalam mesin. Dan mengapa 4 siklus mesin, apa itu? Memang, ada mesin dua langkah. Tetapi pada mobil mereka sangat jarang digunakan.

Disebut mesin empat langkah karena kerjanya dapat dibagi menjadi empat bagian yang sama dalam waktu. Piston akan melewati silinder empat kali - dua kali ke atas dan dua kali ke bawah. Stroke dimulai ketika piston berada pada titik terendah atau tertinggi. Pengemudi-mekanik menyebutnya titik mati atas (TDC) Dan titik mati bawah (BDC).

Pukulan pertama - pukulan masuk

Pukulan pertama, juga dikenal sebagai asupan, dimulai di TDC(titik mati atas). Bergerak ke bawah piston menarik campuran udara-bahan bakar ke dalam silinder. Pekerjaan siklus ini berlangsung dengan katup masuk terbuka. Omong-omong, ada banyak mesin dengan banyak katup masuk. Jumlah, ukuran, waktu yang dihabiskan dalam keadaan terbuka dapat memengaruhi tenaga mesin secara signifikan. Ada mesin yang, bergantung pada tekanan pada pedal gas, mengalami peningkatan paksa saat katup masuk dibuka. Hal ini dilakukan untuk menambah jumlah bahan bakar yang dikonsumsi, yang setelah dinyalakan akan meningkatkan tenaga mesin. Mobil dalam hal ini dapat berakselerasi lebih cepat.

Langkah kedua adalah langkah kompresi

Langkah mesin selanjutnya adalah langkah kompresi. Setelah piston tercapai titik bawah, ia mulai naik ke atas, sehingga menekan campuran yang masuk ke dalam silinder selama langkah hisap. Campuran bahan bakar dikompresi hingga volume ruang bakar. Kamera macam apa ini? Ruang kosong antara bagian atas piston dan bagian atas silinder saat piston berada di titik mati atas disebut ruang bakar. Katup ditutup selama langkah mesin ini sepenuhnya. Semakin rapat mereka ditutup, semakin baik kompresinya. Yang sangat penting dalam hal ini adalah kondisi piston, silinder, cincin piston. Jika ada celah yang besar, kompresi yang baik tidak akan bekerja, dan karenanya, tenaga mesin seperti itu akan jauh lebih rendah. Kompresi dapat diperiksa perangkat khusus. Berdasarkan besarnya kompresi, dapat ditarik kesimpulan tentang tingkat keausan mesin.

Siklus ketiga - stroke kerja

Siklus ketiga - bekerja, dimulai pada TDC. Itu disebut pekerja karena suatu alasan. Lagi pula, dalam siklus inilah terjadi tindakan yang membuat mobil bergerak. Dalam kebijaksanaan ini, ikut bermain. Mengapa sistem ini disebut demikian? Ya, karena bertanggung jawab untuk menyalakan campuran bahan bakar yang dimampatkan dalam silinder di ruang bakar. Ini bekerja sangat sederhana - lilin sistem memberikan percikan api. Demi keadilan, perlu dicatat bahwa percikan api dipancarkan pada busi beberapa derajat sebelum piston mencapai titik puncak. Gelar-gelar ini adalah mesin modern, diatur secara otomatis oleh "otak" mobil.

Setelah bahan bakar menyala, ada ledakan- volumenya meningkat tajam, memaksa piston bergerak ke bawah. Katup pada langkah mesin ini, seperti pada langkah sebelumnya, dalam keadaan tertutup.

Ukuran keempat adalah ukuran rilis

Langkah mesin keempat, yang terakhir adalah knalpot. Setelah mencapai titik paling bawah, setelah siklus kerja, mesin hidup membuka katup buang. Mungkin ada beberapa katup seperti itu, serta katup masuk. bergerak naik piston melalui katup ini menghilangkan gas buang dari silinder - berikan ventilasi. Tingkat kompresi dalam silinder, penghilangan lengkap gas buang dan jumlah campuran udara-bahan bakar yang masuk tergantung pada operasi katup yang tepat.

Setelah hitungan keempat, giliran yang pertama. Proses ini diulangi secara siklis. Apa yang menyebabkan rotasi pengoperasian mesin pembakaran internal semua 4 langkah, apa yang menyebabkan piston naik dan turun pada langkah kompresi, buang, dan masuk? Faktanya, tidak semua energi yang diterima dalam siklus kerja diarahkan ke pergerakan mobil. Sebagian energi digunakan untuk memutar roda gila. Dan dia, di bawah pengaruh inersia, berputar poros engkol mesin, menggerakkan piston selama periode siklus "tidak bekerja".

Mesin pembakaran internal adalah mesin panas yang mengubah sebagian energi kimia dari bahan bakar yang terbakar menjadi energi mekanik. Pembagian penting dari mesin ke dalam kategori adalah pembagian menurut siklus operasi menjadi 2-tak dan 4-tak; menurut metode pembuatan campuran yang mudah terbakar - dengan pembentukan campuran eksternal (khususnya, karburator) dan internal (misalnya, mesin diesel); Menurut jenis konverter energi, mesin pembakaran dalam dibagi menjadi piston, turbin, jet, dan gabungan.

Efisiensi mesin pembakaran internal adalah 0,4-0,5. Mesin pembakaran internal pertama dirancang oleh E. Lenoir pada tahun 1860. Pada artikel ini, kami akan mempertimbangkan mesin pembakaran internal empat langkah yang paling umum digunakan dalam industri otomotif.

Mesin empat langkah pertama kali diperkenalkan oleh Nikolaus Otto pada tahun 1876 dan oleh karena itu disebut juga mesin siklus Otto. Nama yang lebih terpelajar untuk siklus seperti itu adalah siklus empat langkah. Saat ini jenis mesin yang paling umum untuk mobil.

Prinsip pengoperasian mesin pembakaran internal (ICE)

Dengan demikian, siklus pengoperasian mesin dibagi menjadi beberapa tahapan berikut:

• pukulan asupan.
• Langkah kompresi.
• Stroke ekspansi, atau stroke kerja.
• Lepaskan pukulan.

Gaya dari piston silinder yang bergerak melalui poros engkol diubah menjadi gerak rotasi poros mesin. Sebagian dari energi rotasi dihabiskan untuk mengembalikan piston ke keadaan semula, untuk menyelesaikan siklus baru. Desain poros menentukan posisi piston yang berbeda dalam silinder yang berbeda pada waktu tertentu. Jadi, semakin banyak silinder dalam mesin, secara umum putaran porosnya semakin seragam.

Menurut letak silindernya, mesin dibagi menjadi beberapa jenis:

a) Mesin dengan susunan silinder vertikal atau miring dalam satu baris

B) Berbentuk V dengan susunan silinder yang saling miring membentuk huruf latin V :

D) Mesin dengan silinder berlawanan. Disebut "berlawanan", silinder di dalamnya terletak pada sudut 180 derajat:

Mekanisme distribusi gas mesin pada langkah buang memastikan bahwa silinder dibersihkan dari produk pembakaran (gas buang) dan silinder diisi dengan porsi baru campuran bahan bakar-udara pada langkah masuk.

Sistem pengapian menghasilkan pelepasan tegangan tinggi dan mengirimkannya ke busi silinder kawat tegangan tinggi. Pengapian dikendalikan oleh distributor, kabel yang cocok untuk setiap lilin. Distributor didesain sedemikian rupa sehingga pelepasan terjadi tepat di silinder tempat piston saat ini melewati titik kompresi terbesar dari campuran bahan bakar. Jika campuran menyala lebih awal, maka tekanan gas akan bekerja berlawanan arah, jika nanti daya yang dikeluarkan oleh pemuaian gas tidak akan digunakan sepenuhnya.

Untuk menyalakan mesin, harus diberikan gerakan awal. Untuk ini, sistem start digunakan (lihat artikel "cara kerja starter") dari motor listrik- pemula.

Manfaat mesin bensin

• Lagi level rendah kebisingan dan getaran dibandingkan dengan diesel;
• Tenaga besar dengan ukuran mesin setara;
• Kemampuan bekerja dengan kecepatan tinggi, tanpa konsekuensi serius bagi mesin.

Kerugian mesin bensin

• Lebih besar dari konsumsi bahan bakar diesel, dan persyaratan kualitasnya lebih tinggi;
• Kebutuhan akan keberadaan dan pengoperasian sistem pengapian bahan bakar yang konstan;
• Kekuatan maksimum mesin pembakaran dalam berbahan bakar bensin dicapai dalam rentang putaran yang sempit.

Mesin pembakaran internal

Bagian I dari dasar-dasar teori mesin

1. Klasifikasi dan prinsip pengoperasian mesin pembakaran dalam

Informasi Umum dan klasifikasi

Mesin pembakaran internal piston (ICE) adalah mesin panas di mana konversi energi kimia bahan bakar menjadi panas dan kemudian menjadi energi mekanik terjadi di dalam silinder kerja. Transformasi panas menjadi kerja pada mesin semacam itu dikaitkan dengan implementasi seluruh kompleks proses fisikokimia, gas-dinamis, dan termodinamika yang kompleks yang menentukan perbedaan dalam siklus operasi dan desain.

Klasifikasi mesin pembakaran internal bolak-balik ditunjukkan pada gambar. 1.1. Jenis bahan bakar yang menjalankan mesin diambil sebagai tanda awal klasifikasi. Bahan bakar gas untuk mesin pembakaran internal adalah gas alam, cair, dan generator. Bahan bakar cair adalah produk penyulingan minyak: bensin, minyak tanah, solar, dll. Mesin gas-cair bekerja dengan campuran bahan bakar gas dan cair, dengan bahan bakar utama berupa gas, dan cairan digunakan sebagai pilot dalam jumlah kecil. Mesin multi-bahan bakar mampu beroperasi jangka panjang pada berbagai bahan bakar mulai dari minyak mentah hingga bensin beroktan tinggi.

Mesin pembakaran internal juga diklasifikasikan menurut kriteria berikut:

menurut metode pengapian campuran kerja - dengan pengapian paksa dan dengan pengapian kompresi;

sesuai dengan metode penerapan siklus kerja - dua langkah dan empat langkah, dengan dan tanpa supercharging;

Beras. 1.1. Klasifikasi mesin pembakaran dalam.

menurut metode pembentukan campuran - dengan pembentukan campuran eksternal (karburator dan gas) dan dengan pencampuran batin(solar dan bensin dengan injeksi bahan bakar ke dalam silinder);

menurut metode pendinginan - dengan pendinginan cair dan udara;

menurut lokasi silinder - baris tunggal dengan susunan vertikal, miring horizontal; baris ganda dengan susunan berbentuk V dan berlawanan.

Konversi energi kimia dari bahan bakar yang dibakar di silinder mesin menjadi kerja mekanis dilakukan dengan bantuan benda gas - produk pembakaran bahan bakar cair atau gas. Di bawah pengaruh tekanan gas, piston melakukan gerakan bolak-balik, yang diubah menjadi gerakan rotasi poros engkol menggunakan mekanisme engkol mesin pembakaran dalam. Sebelum mempertimbangkan alur kerja, mari kita bahas konsep dasar dan definisi yang diadopsi untuk mesin pembakaran internal.

Untuk satu putaran poros engkol, piston akan dua kali berada pada posisi ekstrim, dimana arah pergerakannya berubah (Gbr. 1.2). Posisi piston ini disebut titik mati, karena gaya yang diterapkan pada piston saat ini tidak dapat menyebabkan gerakan rotasi poros engkol. Posisi piston dalam silinder yang jaraknya dari sumbu poros mesin mencapai maksimum disebut titik mati atas(TDC). pusat mati bawah(BDC) adalah posisi piston di dalam silinder yang jaraknya dari sumbu poros mesin mencapai minimum.

Jarak sepanjang sumbu silinder antara titik mati disebut langkah piston. Setiap langkah piston sesuai dengan putaran poros engkol sebesar 180°.

Pergerakan piston di dalam silinder menyebabkan perubahan volume ruang over piston. Volume rongga dalam silinder saat piston berada di TDC disebut volume ruang bakarV C .

Volume silinder yang dibentuk oleh piston saat bergerak di antara titik mati disebut perpindahan silinderV H .

Di mana D- diameter silinder, mm;

S – langkah piston, mm

Volume ruang di atas piston saat piston berada di BDC disebut volume silinder penuhV A .

Gambar 1.2 Skema mesin pembakaran dalam piston

Perpindahan mesin adalah produk dari perpindahan silinder dengan jumlah silinder.

Rasio volume total silinder V A dengan volume ruang bakar V C ditelepon rasio kompresi

.

Saat piston bergerak di dalam silinder, selain mengubah volume fluida kerja, tekanan, suhu, kapasitas panas, dan energi dalamnya juga berubah. Siklus kerja adalah serangkaian proses berurutan yang dilakukan untuk mengubah energi termal bahan bakar menjadi energi mekanik.

Mencapai periodisitas siklus kerja dipastikan dengan bantuan mekanisme khusus dan sistem mesin.

Siklus kerja mesin pembakaran internal bolak-balik dapat dilakukan sesuai dengan salah satu dari dua skema yang ditunjukkan pada Gambar. 1.3.

Menurut skema yang ditunjukkan pada Gambar. 1.3a, siklus kerja dilakukan sebagai berikut. Bahan bakar dan udara dalam proporsi tertentu bercampur di luar silinder mesin dan membentuk campuran yang mudah terbakar. Campuran yang dihasilkan memasuki silinder (saluran masuk), setelah itu dikompresi. Pemampatan campuran, seperti yang akan ditunjukkan di bawah, diperlukan untuk meningkatkan kerja per siklus, karena hal ini memperluas batas suhu di mana proses kerja berlangsung. Pra-kompresi juga menciptakan kondisi yang lebih baik untuk pembakaran campuran udara-bahan bakar.

Selama asupan dan kompresi campuran di dalam silinder, terjadi pencampuran tambahan bahan bakar dengan udara. Campuran yang mudah terbakar yang telah disiapkan dinyalakan di dalam silinder dengan percikan listrik. Karena pembakaran campuran yang cepat di dalam silinder, suhu dan akibatnya tekanan naik tajam, di bawah pengaruh piston bergerak dari TDC ke BDC. Selama pemuaian, dipanaskan hingga suhu tinggi gas melakukan pekerjaan yang bermanfaat. Tekanan, dan dengan itu suhu gas di dalam silinder, berkurang. Setelah pemuaian, silinder dibersihkan dari hasil pembakaran (knalpot), dan siklus kerja diulangi.

Beras. 1.3 Skema siklus kerja mesin

Dalam skema yang dipertimbangkan, persiapan campuran udara-bahan bakar, yaitu proses pencampuran, terjadi terutama di luar silinder, dan silinder diisi dengan campuran yang mudah terbakar yang sudah jadi, oleh karena itu, mesin yang beroperasi sesuai dengan skema ini disebut mesin. dengan pencampuran eksternal. Mesin tersebut antara lain mesin bensin karburator, mesin bensin, dan mesin dengan injeksi bahan bakar ke dalam intake manifold, yaitu mesin yang menggunakan bahan bakar yang mudah menguap dan bercampur baik dengan udara dalam kondisi normal.

Kompresi campuran dalam silinder pada mesin dengan karburasi eksternal harus sedemikian rupa sehingga tekanan dan suhu pada akhir kompresi tidak mencapai nilai di mana kedipan dini atau pembakaran yang terlalu cepat (ketukan) dapat terjadi. Bergantung pada bahan bakar yang digunakan, komposisi campuran, kondisi perpindahan panas ke dinding silinder, dll., Tekanan akhir kompresi pada mesin dengan pembentukan campuran eksternal berkisar antara 1,0–2,0 MPa.

Jika siklus mesin terjadi sesuai dengan skema yang dijelaskan di atas, maka pembentukan campuran yang baik dan penggunaan volume kerja silinder dipastikan. Namun, tingkat kompresi campuran yang terbatas tidak meningkatkan efisiensi mesin, dan kebutuhan akan penyalaan paksa memperumit desainnya.

Dalam hal penerapan siklus kerja sesuai dengan skema yang ditunjukkan pada Gambar. 1.3b , proses pembentukan campuran hanya terjadi di dalam silinder. Silinder kerja dalam hal ini diisi bukan dengan campuran, tetapi dengan udara (saluran masuk), yang dikompresi. Pada akhir proses kompresi, bahan bakar diinjeksikan ke dalam silinder melalui nosel dengan tekanan tinggi. Saat disuntikkan, disemprot halus dan dicampur dengan udara di dalam silinder. Partikel bahan bakar, yang bersentuhan dengan udara panas, menguap, membentuk campuran udara-bahan bakar. Penyalaan campuran selama operasi mesin menurut skema ini terjadi sebagai akibat dari pemanasan udara ke suhu yang melebihi penyalaan sendiri bahan bakar karena kompresi. Injeksi bahan bakar hanya dimulai pada akhir langkah kompresi untuk mencegah pre-flash. Pada saat penyalaan, injeksi bahan bakar biasanya belum selesai. Campuran bahan bakar-udara yang terbentuk selama proses injeksi bersifat heterogen, akibatnya pembakaran sempurna bahan bakar hanya mungkin terjadi dengan udara berlebih yang signifikan. Sebagai hasil dari rasio kompresi yang lebih tinggi yang diperbolehkan saat mesin dioperasikan sesuai dengan skema ini, efisiensi yang lebih tinggi juga tersedia. Setelah bahan bakar terbakar, proses pemuaian dan pembersihan silinder dari hasil pembakaran (knalpot) mengikuti. Jadi, pada mesin yang beroperasi sesuai skema kedua, seluruh proses pembentukan campuran dan persiapan campuran yang mudah terbakar untuk pembakaran terjadi di dalam silinder. Motor seperti itu disebut motor. dengan pencampuran internal. Mesin di mana pengapian bahan bakar terjadi akibat kompresi tinggi disebut mesin pengapian kompresi atau mesin diesel.

Siklus pengoperasian mesin pembakaran internal empat langkah

Mesin yang siklus tugasnya diselesaikan dalam empat langkah, atau dua putaran poros engkol, disebut empat ketukan. Siklus pengoperasian mesin seperti itu adalah sebagai berikut.

Ukuran pertama - saluran masuk(Gbr. 1.4). Pada awal langkah pertama, piston berada pada posisi mendekati TDC. Saluran masuk dimulai dari saat saluran masuk dibuka, 10–30 ° sebelum TMA.

Pada saat yang sama, karena resistensi dari sistem intake dan katup intake, tekanan di dalam silinder menjadi 0,01–0,03 MPa lebih kecil dari tekanan di pipa intake. . Pada diagram indikator, langkah masuk sesuai dengan garis ra.

Langkah hisap terdiri dari asupan gas, yang terjadi saat gerakan piston turun berakselerasi, dan langkah hisap saat gerakannya melambat.

Asupan selama akselerasi piston dimulai pada saat piston mulai turun dan berakhir pada saat piston mencapai kecepatan maksimum sekitar 80 ° putaran poros setelah TDC. Saat piston mulai turun, sedikit udara atau campuran yang masuk ke dalam silinder karena lubang saluran masuk yang kecil, dan oleh karena itu sisa gas yang tersisa di ruang bakar dari siklus sebelumnya mengembang dan tekanan di dalam silinder turun. Saat piston diturunkan, campuran atau udara yang mudah terbakar, yang diam di intake manifold atau bergerak di dalamnya dengan kecepatan rendah, mulai masuk ke dalam silinder dengan kecepatan yang meningkat secara bertahap, mengisi volume yang dikeluarkan oleh piston. Saat piston turun, kecepatannya berangsur-angsur meningkat dan mencapai maksimum ketika poros engkol berputar sekitar 80°. Dalam hal ini, bukaan saluran masuk semakin terbuka dan campuran (atau udara) yang mudah terbakar masuk ke dalam silinder dalam jumlah besar.

Asupan dengan gerakan piston lambat dimulai dari saat piston mencapai kecepatan maksimumnya dan berakhir di BDC , ketika kecepatannya nol. Saat kecepatan piston berkurang, kecepatan campuran (atau udara) yang masuk ke dalam silinder agak berkurang, tetapi pada BDC tidak nol. Ketika piston bergerak perlahan, campuran (atau udara) yang mudah terbakar memasuki silinder karena peningkatan volume silinder yang dikeluarkan oleh piston, serta karena gaya inersianya. Pada saat yang sama, tekanan di dalam silinder berangsur-angsur meningkat dan di BDC bahkan bisa melebihi tekanan di pipa intake.

Tekanan di saluran pipa masuk bisa mendekati atmosfer pada mesin yang disedot secara alami atau lebih tinggi tergantung pada tingkat dorongan (0,13–0,45 MPa) pada mesin supercharged.

Saluran masuk akan berakhir pada saat saluran masuk ditutup (40–60°) setelah BDC. Keterlambatan menutup katup masuk terjadi dengan piston yang naik secara bertahap, mis. berkurangnya volume gas di dalam silinder. Akibatnya, campuran (atau udara) memasuki silinder karena penghalusan atau inersia yang dibuat sebelumnya dari aliran gas yang terakumulasi selama aliran jet ke dalam silinder.

Pada kecepatan poros rendah, misalnya saat menghidupkan mesin, gaya inersia gas di intake manifold hampir sama sekali tidak ada, oleh karena itu, selama penundaan intake, campuran (atau udara) yang masuk ke silinder lebih awal selama intake utama akan menjadi terlempar kembali.

Pada kecepatan sedang, inersia gas lebih besar, oleh karena itu, pada awal kenaikan piston, terjadi pengisian ulang. Namun saat piston naik, tekanan gas di dalam silinder akan meningkat dan pengisian ulang yang telah dimulai bisa berubah menjadi ejeksi balik.

Pada kecepatan tinggi, gaya inersia gas di intake manifold mendekati maksimum, sehingga silinder diisi ulang secara intensif, dan ejeksi balik tidak terjadi.

Ukuran kedua - kompresi. Saat piston bergerak dari TMB ke TDC (Gbr. 1.5), muatan yang masuk ke silinder dikompresi.

Pada saat yang sama, tekanan dan suhu gas meningkat, dan dengan beberapa gerakan piston dari BDC, tekanan di dalam silinder menjadi sama dengan tekanan masuk (titik T pada grafik indikator). Setelah katup menutup, saat piston bergerak lebih jauh, tekanan dan suhu di dalam silinder terus meningkat. Nilai tekanan pada akhir kompresi (titik Dengan) akan bergantung pada tingkat kompresi, kekencangan rongga kerja, perpindahan panas ke dinding, dan juga pada nilai tekanan kompresi awal.

Karena pelepasan panas dalam jumlah besar, suhu dan tekanan di dalam silinder meningkat tajam, meskipun ada sedikit peningkatan di dalam volume silinder (bagian cz pada grafik indikator).

Di bawah aksi tekanan, piston bergerak lebih jauh ke BDC dan gas mengembang. Selama pemuaian, gas melakukan pekerjaan yang bermanfaat, sehingga disebut juga siklus ketiga gerak kerja. Pada diagram indikator, ukuran ketiga sesuai dengan garis сzb.

Namun, pada awal pra-knalpot, tekanan di dalam silinder jauh lebih tinggi daripada di manifold buang.

Oleh karena itu, gas buang dikeluarkan dari silinder dengan kecepatan kritis karena kelebihan tekanannya sendiri. Keluarnya gas pada kecepatan setinggi itu disertai dengan efek suara, untuk menyerap peredam yang dipasang.

Laju aliran gas buang kritis pada temperatur 800–1200 K adalah 500–600 m/s.

Temperatur gas di dalam pipa bervariasi menurut sudut putaran engkol dari maksimum di awal saluran keluar hingga minimum di ujung. Pembukaan awal outlet sedikit mengurangi area yang dapat digunakan dari diagram indikator. Namun, pembukaan lubang ini nanti akan menyebabkan gas bertekanan tinggi terperangkap di dalam silinder dan pekerjaan tambahan harus dikeluarkan untuk mengeluarkannya saat piston bergerak.

Sedikit penundaan dalam penutupan lubang pembuangan memungkinkan untuk menggunakan inersia gas buang yang sebelumnya dikeluarkan dari silinder untuk membersihkan silinder dari gas yang terbakar dengan lebih baik. Meskipun demikian, sebagian dari produk pembakaran mau tidak mau tetap berada di kepala silinder, berpindah dari setiap siklus tertentu ke siklus berikutnya dalam bentuk gas sisa. Pada diagram indikator, ukuran keempat sesuai dengan garis zb.

Pukulan keempat mengakhiri siklus kerja. Pada pergerakan lebih lanjut piston dalam urutan yang sama, semua proses siklus diulang.

Hanya langkah pembakaran dan ekspansi yang bekerja, tiga langkah sisanya dilakukan karena energi kinetik poros engkol yang berputar dengan roda gila dan kerja silinder lainnya.

Semakin lengkap silinder dibersihkan dari gas buang dan semakin banyak muatan baru yang masuk ke dalamnya, oleh karena itu, semakin banyak pekerjaan yang berguna dapat diperoleh per siklus.

Untuk meningkatkan pembersihan dan pengisian silinder, katup buang menutup bukan pada akhir langkah buang (TDC), tetapi agak belakangan (ketika poros engkol diputar 5–30 ° setelah TDC), mis. stroke. Untuk alasan yang sama, katup masuk juga terbuka dengan sedikit gerak maju (10–30 ° sebelum TDC, yaitu pada akhir siklus keempat). Dengan demikian, pada akhir langkah keempat, kedua katup dapat dibuka untuk jangka waktu tertentu. Posisi katup ini disebut tumpang tindih katup. Ini membantu meningkatkan pengisian sebagai akibat dari aksi pelepasan aliran gas di pipa knalpot.

Dari pertimbangan siklus operasi empat langkah, dapat disimpulkan bahwa mesin empat langkah hanya bekerja sebagai mesin panas (langkah kompresi dan ekspansi) hanya untuk separuh waktu yang dihabiskan pada siklus. Paruh kedua waktu (langkah masuk dan buang) mesin bekerja seperti pompa udara.