Мотор со внатрешно согорување

Моторот со внатрешно согорување — мотор во кој согорувањето на горивото се одвива во цилиндар во неговата внатрешност. Во мотор со внатрешно согорување секогаш се создава висока температура и збиени гасови кои ги придвижуваат подвижните елементи на моторот како клип и турбина.
Терминот „мотор со внатрешно согорување“ најчесто се однесува на мотори со наизменично согорување какви што се познатите четиритактни и двотактни клипни мотори и нивни варијанти како вртежните мотори Венкел. Втората генерација на мотори со внатрешно согорување користи непрекинато согорување на ист принцип како претходните. Такви се млазните мотори (вклучувајќи ги и гасните турбини) и повеќето ракети.
Моторите со внатрешно согорување (МСВС) се разликуваат од моторите со надворешно согорување (како парниот и Стерлинговиот мотор) каде енергијата се добива од течност загреана во бојлер.
Направени се голем број различни дизајни на МСВС, со различни предности и слабости. Иако се полни со статични елементи, главната сила на моторот со внатрешно согорување е движењето кое многу често се јавува како погон на автомобилите, авионите и бродовите, без разлика дали се мали или големи. Сепак, направите кои се движат на електричен погон полека ја достигнуваат нивната популарност. МСВС добиваат енергија од густината на горивото (кое речиси секогаш е во течна состојба и се добива од фосилни горива) и има одличен сооднос на силата и тежината, а многу малку недостатоци.
1 Примена
Моторите со внатрешно согорување најчесто се користат кај возила со мобилен погон. Мобилната опрема има голема предност поради можноста да постигне висок сооднос на сила со тежина и да ја искористи енергијата од густина на горивото. Главно користејќи фосилни горива (најчесто бензин), овие мотори се употребуваат во речиси сите транспортни возила (автомобили, камиони, мотоцикли, бродови, па и авиони и локомотиви).
МСВС се јавуваат и како вид на гасна турбина, и на места каде е потребна голема моќ како млазни авиони, хеликоптери и големи бродови. Често се користат и во електрични генератори и во индустријата.
2 Поделба
Едно време со зборот „мотор“ (старофранцуски: „''ingenium''“ - способност) се означуваше секоја машина. Латинскиот израз „''motor''„ (придвижувач) ги означува сите машини кои произведуваат механичка сила. По традиција, кога се зборува за моторите со внатрешно согорување, се мисли на терминот од латинско потекло. Другиот израз повеќе се однесува на локомотивите кои работат со помош на струја. Сепак, многумина сметаат дека старофранцускиот израз се однесува на мотори кои произведуваат сила во својата внатрешност, а латинскиот за мотори кои бараат надворешен извор на енергија за да работат.
Моторите се делат на разни начини, според циклусот, изгледот, изворот на енергија, начинот на употреба или по системот за ладење.
2.1 Начин на работа
Реципроцитетен:
* Двотактен
* Четиритактен
* Шестактен
* Дизел мотор
* Аткинсонов мотор
Вртежен:
* Венкел мотор
Непрекинато согорување: Брајтон мотор:
* Гасна турбина
* Млазен мотор (вклучувајќи ги турбомлазен, турбоелиса, набојномлазен, ракета итн.)
3 Поставка на моторот
Моторите со внатрешно согорување можат да се поделат според својата поставка (конфигурација).
3.1 Четиритактна поставка
3.1.1 Основен процес
Како што името кажува, четиритактните мотори со внатрешно согорување имаат четири основни чекори кои се повторуваат на секој втор обрт:
# Напојување
#* Запаллива горивна смеса се влева во цилиндарот.
# Збивање
#* Горивната смеса е под притисок.
# Ширење / експанзија
#* Горивната смеса согорува, а во некои системи се јавува и детонација. Жешката смеса се шири и го притиска и движи клипот со што создава работен такт.
# Издувување
#* Изладената согорена смеса излегува во атмосферата.
Многу мотори ги спојуваат чекорите, млазните мотори ги поминуваат сите чекори истовремено во различни делови на моторот.
3.1.2 Согорување
Сите МСВС зависат од егзотермната хемиска реакција на согорување: реакцијата на горивото со кислородот од воздухот (иако можат да се користат и други оксиданси како азотен оксид).
Највообичаените модерни горива се направени од јаглеводороди кои се добиваат од фосилни горива. Фосилните горива се состојат од нафта, бензин, гас и пропан. Многу мотори со внатрешно согорување можат да работат на природен гас или течен плин без поголеми преправки во конструкцијата. Големите дизели можат да работат со гасови и вбризгување на нафта. Можат да се користат и течните и гасовитите биогорива како етанол и биодизел (вид на нафтено гориво кое содржи триглицериди како, на пример, масло од соја). Некои мотори можат да работат и на водороден гас, но со мали преправки.
Моторите со внатрешно согорување ја запалуваат смесата или со свеќичка или со компресија. Пред пронаоѓањето на доверлив електричен метод, се користеле жешка цевка и пламен.
3.1.2.1 Процес на запалување на горивото
Системот за запалување на бензинските мотори се потпира на комбинација од акумулатор во кој има оловна киселина и индуктивен калем за да создаде електрична искра со висок напон, за да ја запали смесата од воздух и гориво во цилиндарот. Оваа батерија се дополнува за време на работењето преку направи за генерирање енергија како што се алтернаторот или генераторот кои ги покренува моторот. Бензинските мотори се напојуваат со смеса од воздух и бензин која се компримира не повеќе од 12,8 бари или 1,28 MPa, а потоа со помош на свеќичката таа смеса се запалува додека е притисната од клипот во цилиндрот.
3.1.2.2 Процес на запалување на нафтата
Дизел моторите и ХНКЗ (хомогено напојување и компримирано запалување) моторите ги користат исклучиво топлината и притисокот кои ги создава моторот во својот процес на запалување. Нивото на збивање е двојно поголемо од она кое се случува во бензинските мотори. Дизел моторите се напојуваат само со воздух, а кратко пред целосното збивање, мала количина на нафта се вбризгува во цилиндарот преку вбризгалката по што горивото автоматски се самозапалува. ХНКЗ моторите се напојуваат и со воздух и нафта истовремено, но продолжуваат со непотпомогнат процес на самозапалување, поради високиот притисок и топлина. Поради тоа дизел и ХНКЗ моторите се почувствителни на ладното палење, иако штом еднаш се палат, одлично работат и на ладно време. Помалите дизел мотори со индиректно вбризгување кои се среќаваат во автомобили и помали камиони користат грејачи за предзагревање на цилиндарот за да може моторот успешно да пали на ладно време. Повеќето дизел мотори имаат акумулатор и систем за запалување, но сепак овој систем е вторичен и е додаден од страна на производителите како луксуз за олеснување на палењето, вклучување и исклучување на горивото (истото може да се направи и преку прекинувач или механички апарат) и за активирање на помошни електрични компоненти и додатоци. Повеќето нови мотори работат на електричен и електронски контролен систем кој го контролира процесот на запалување со цел да ја зголеми продуктивноста и да ги намали штетните издувни гасови.
3.2 Двотактна поставка
Моторите со двотактен циклус работат во два такта (еден горе и еден долу) за секој обрт. Бидејќи нема одвоени тактови за напојниот и издувниот такт, мора да се користат алтернативни методи за напојување на цилиндарот. Највообичаен метод за запалување со свеќичка кај двотактните мотори е користењето на движењето на клипот надолу да се збие ново снабдената смеса од карбураторот која подоцна се пренесува до цилиндарот.
Свеќичките кај двотактните мотори се мали и лесни споредено со моќта која ја имаат, и механички се многу едноставни, сепак тие се помалку продуктивни и повеќе загадуваат од елементите на четиритактниот мотор. Во поглед на моќта по кубен сантиметар, мал мотор со еден цилиндар како двотактните мотори произведува многу повеќе сила од еквивалентен четиритактен мотор поради огромната предност да се добие еден работен такт со 360 степени вртеж на коленестото вратило (во споредба со 720 степени кај четиритактниот мотор).
Двотактните мотори кои се снабдуваат со карбуратор се помалку продуктивни за гориво во споредба со останатите видови на мотори кога горивото се меша со воздух за да го снабди цилиндарот, мала количина се провлекува до издувните цевки. Модерните дизајни (Сарич и Паџио) користат вбризгување на гориво со воздух при што се избегнува оваа загуба, и се попродуктивни од четиритактен мотор со иста големина. Вбризгување на гориво е неопходно за модерните двотактни мотори за да ги достигне високите стандарди за испуштање на гасови.
Се прават истражувања за да се усовршат овие мотори, па дури се планира и да се вгради директно вбризгување. Првичните резултати создадоа мотор кој многу почисто согорува споредено со старите делови од ист вид. Двотактните мотори се користат кај моторни пили, косилки, мопеди и сл. Предноста на овие мотори е висок сооднос на моќта и волуменот во споредба со четиритактните мотори.
Најголемите мотори со внатрешно согорување се двотактни и се користат кај локомотиви и големи бродови. Овие мотори користат присилена индукција да го снабдат цилиндарот, а најсоодветен пример е двотактниот мотор Вартисла-Сулзер кој се користи кај големите контејнерски бродови. Тоа е најпродуктивниот и најмоќен мотор на светот со топлинска продуктивност поголема од 50%.За споредба, најпродуктивниот мал четиритактен мотор има 43% топлинска продуктивност.
Вообичаено делови на цилиндарот се прави или линиски делови, V делови и боксер делови. Авионските мотори можат да имаат радијални делови со што се добива поквалитетно ладење. Невообичаени поставки се H, U, X и W, но и тие се користат.
Коленестото вратило не мора е поврзано со главата на моторот, туку може да е поврзано со два клипа на краевите што се нарекува спротивни клипови. Овој дизајн го користат Џанкерс Џумо 205 за дизел авионски мотор – врзани на краевите на блокот на моторот со две коленести вратила, и кај моторите Нејпиер Делтик. Вторите користат три коленести вратила за да ги опслужат трите блока на двојните цилиндри, поредени во триаголници со коленести вратила на краевите. Истото се користи и кај моторите на локомотиви со еден блок. Вртежниот мотор Гном, кој се користи кај неколку вида авиони, има стабилно коленесто вратило и блок со радијално наредени цилиндри кои го движат.
3.3 Венкелов мотор
Ванкеловите мотори (ротациски мотори) немаат клипови и тактови. Работат со разделување на фазите како кај четиритактниот мотор со тоа што фазите се извршуваат во различни делови на моторот. Ото-моторот е често термин за четиритактен мотор. Иако има четири такта, само еден од нив е работен такт. Најчесто се користат кај Мазда RX-8, претходниот модел RX-7 и други постари модели.
3.4 Гасни турбини
Гасна турбина е вртежна машина со сличен начин на работа како кај |парната турбина и се состои од три главни компоненти: Компресор, цилиндар (комора за согорување) и турбина. Откако е збиен, воздухот се загрева преку запалување на воздухот во него. Околу две третини загреан гас комбиниран со согорени производи се шири во турбината и создава енергија да ја подвижи турбината. Останатото (една третина) е достапна ефикасна работа.
3.5 Млазни мотори
Млазните мотори поднесуваат голем волумен на жешки гасови од процесот на согорување кои ги испуштаат за да добијат реакциско забрзување. Како што млазниот мотор се забрзува, се добива корисна работа.
4 Циклус на работа на мотор
4.1 Двотактен
Овој циклус има еден работен такт на секои два такта на клипот (горе и долу) и издувување на издувните гасови и напојувањето на цилиндарот се случува за ист период.
Тука се одвиваат следните чекори:
# Напојување и издувување на долната мртва точка: издувните гасови се ослободени, а се напојуваат воздух и распрскано гориво.
# Збивање / компресија: распрсканото гориво и воздух се збиени и запалени.
# Работен такт: жешките издувни гасови го притискаат клипот надолу.
4.2 Четиритактен
Мотори засновани на четири такта (Ото циклус) имаат едем работен такт за секои четири такта (горе–долу-горе-долу) и користат запалување со помош на свеќичка. Согорувањето се одвива брзо, и за тоа време волуменот варира. Се користат кај автомобили, поголеми бродови, мотоцикли и кај помали авиони. Тие се потивки, попродуктивни и поголеми од двотактните.
Тука се одвиваат следните чекори:
# Напојување: воздух и гориво влегуваат.
# Збивање / компресија: распрсканото гориво и воздух се збиени и запалени.
# Согорување: горивото согорува и го бутка клипот надолу.
# Издувување: издувните гасови излегуваат. за време на првиот, вториот и четвртиот такт, клипот се потпира на силата и вртежниот момент од другите клипови. Во тој случај, моторот со четири цилиндри ќе биде помоќен од шест или осум цилиндричен мотор.
Постојат различни видови на овие циклуси, како Аткинсон и Милер циклусите. Дизел циклусот е малку поразличен.
4.3 Дизел циклус
Повеќето камиони и автомобилски дизел мотори користат циклус кој личи на четиритактниот циклус, но со систем за запалување со компресиско загревање, наместо да користи посебен систем за запалување. Таа разлика се нарекува дизел циклус. Во дизел циклусот, нафтата се вбризгува директно во цилиндарот па согорувањето се одвива под постојан притисок.
4.4 Петтактен
Моторите со петтактни циклуси се варијанта на четиритактен циклус. Постојат вообичаените четири такта – напојување, збивање, ширење и издувување. Петтиот такт, осмислен од Делатур, е ладење. Моторите кои работат со петтактен циклус имаат 30% поголема продуктивност од четиритактните.
4.5 Шестактни
Шестактните мотори го преземаат вишокот топлина од четиритактниот Ото циклус и создаваат пареа, која го лади моторот и истовремено создава работен такт. Со тоа нема потреба од систем за ладење, а моторот е полесен со што создава 40% повеќе продуктивност од Ото циклусот.
4.6 Брајтон циклус
Гасна турбина е вртежна машина со сличен начин на работа како кај парната турбина и се состои од три главни компоненти: компресор, цилиндар (комора за согорување) и турбина. Откако воздухот е збиен, се загрева со запалено гориво и таа топлина го шири воздухот, а вишокот енергија турбината го користи за да го активира компресорот и да го затвори циклусот.
Моторите на гасните турбини користат систем со продолжено согорување каде збивањето, ширењето и експанзијата со случуваат истовремено во различни делови на моторот – со што се добива постојана работа. Ширењето се одвива под постојан притисок за разлика од Ото циклусот кој работи со постојан волумен.
4.7 Застарени методи
Во некои стари мотори со внатрешно согорување без збивање: Во првиот дел од одот надолу на клипот, смесата од воздух и гориво се вшмукува или вбризгува, а во вториот дел, напојниот вентил се затвора и смесата се запалува. Во одот нагоре на клипот, се отвора издувниот вентил. Ова беше обид да се имитира работата на клипот кај парните мотори, но бидејќи експлозивната смеса не е збиена, топлината и притисокот кој се добива од согорувањето создаваат многу помала продуктивност.
5 Горива и оксиданси
5.1 Горива
Денес горивата се состојат од:
* Гориво:
** спирт
** Дизел-гориво:
** Автогас (течен горивен гас).
** Компримиран природен гас.
** Млазно гориво (гориво за авиони).
** Oстанати горива
* Јаглен:
** Метанолот е најчесто направен од јаглен.
** Бензинот може да се добие од јаглен преку процесот Фишер-Тропш
** Дизел-горивото може да се добие од јаглен преку процесот Фишер-Тропш
* Биогорива и органски масла:
** Масло од кикиритки и други органски масла.
** Биогорива:
*** Биобутанол (го заменува бензинот).
*** Биодизел (го заменува петродизелот).
*** Биоетанол и биометанол (дрвен алкохол) и други биогорива
*** Биогас
* Водород (најчесто за вселенски летала и ракетни мотори)
* Течен азот
Дури и полутечните метални правови и експлозиви имаат примена. Моторите кои употребуваат гасови како горива се нарекуваат гасни мотори и тие кои користат течни јаглеводороди се нарекуваат мотори на масло, сепак бензинските мотори се познати и како гасни мотори во разговорниот јазик.
Главните ограничувања на горивата се тоа што мора лесно да се транспортираат преку системот за напојување на гориво до цилиндарот и горивото да испушта доволно енергија во вид на топлина за време на согорувањето.
Дизел моторите се главно потешки, побучни и помоќни на помали брзини од бензинските мотори. Во повеќе околности тие се попродуктивни во однос на горивото и се користат кај тешки моторни возила, некои видови автомобили, бродови, локомотиви и авиони. Бензинските мотори се користат кај повеќето автомобили, мотоцикли и мопеди. Во Европа, софистицираните автомобили со дизел мотори заземаа 40% од пазарот од 90-тите години. Постојат и мотори кои работат на водород, метанол, етанол, течен бензински гас (ЛПГ), и биодизел. Моторите кои работат на парафин и испарувачко масло веќе не постојат.
5.1.1 Водород
Денес, водородот се користи најчесто како гориво кај ракетните мотори. Во иднина, водородот може да ги замени повеќето стари горива во традиционалните мотори со внатрешно согорување. Ако водородната технологија се прошири, доаѓа во прашање употребата на МСВС.
Иако има повеќе начини да се добие водород, тие методи бараат преобразување на запалливите молекули во водород. Освен ако струјата се произведува од обновлив извор, водородот не го решава проблемот на енергетската криза. Недостаток на водородот во многу случаи е неговото складирање. Течниот водород има многу мала густина (14 пати помала од водата) и бара добра изолација. Дури и кога е во течна состојба, водородот има повисока специфична енергија, но сепак пет пати помала од бензинот. Процесот „Водород по нарачка“ создава водород по потреба, но се јавуваат други проблеми како високата цена на натриум борохидритот кој е суров материјал.
5.2 Оксиданси
Бидејќи воздухот го има во изобилство на површината на Земјата, оксидансот е типично атмосферски кислород кој има предности бидејќи не се складира во возило. Постојат и други материјали кои се употребуваат за специјални намени, најчесто да овозможат работа под вода или во воздух.
* Компримираниот воздух се користи кај торпедата.
* Компримираниот кислород, како и компримираниот воздух се користат во јапонските торпеда тип 93. Некои подморници се направени да носат чист кислород. Ракетите многу често употребуваат течен кислород.
* Азотниот метан се додава кај некои модели на горива за зголемување на моќта и контролата на согорувањето.
* Азотен оксид (заедно со бензин)се користи кај авиони и во посебно опремени автомобили за да создадат дополнителна моќ кај моторите кои инаку работат на гориво и воздух. Се користи и кај вселенските летала Бурт Рутан.
* Моќта на водородниот пероксид се развиваше за време на Втората светска војна за Германските подморници, а можеби и кај некои не-јадрени подморници и ракетни мотори.
* Други хемикалии како хлор и флуор се користеле експериментално, но не биле многу практични.
6 Капацитет на моторот
За моторите со клипови, капацитет на моторот е поместувањето на клипот во моторот. Се мери во литри или кубни инчи за поголеми и кубни сантиметри за помали мотори. Мотори со поголем капацитет обично се помоќни и имаат поголем вртежен момент, но и трошат повеќе гориво. Покрај создавањето на мотор со повеќе цилиндри, постојат два начина да се зголеми капацитетот на моторите. Првиот е продолжување на тактот. Вториот е зголемување на пречникот на клипот. Во секој случај, можеби е неопходно да се направат прилагодувања за напојувањето со гориво на моторот за да се обезбеди оптимална работа.
7 Вообичаени компоненти
7.1 Цилиндар
Моторите со внатрешно согорување содржат различни броеви на цилиндри - од еден до дванаесет, иако постојат и со 36. Повеќе цилиндри во моторот носат позитивни страни: прво, моторот може да има поголемо поместување со мали ''поединечни реципроцитетни маси'', односно масата на секој клип може да биде помала а со тоа моторот да работи помирно бидејќи движењето на клиповите горе-долу, предизвикува вибрации. Удвојувањето на бројот на цилиндри со иста големина, го удвојува вртежниот момент и моќта. Со додавањето клипови, моторот ја зголемува својата тежина и внатрешното триење. Со тоа се намалува продуктивноста на горивото и моторот губи од својата моќ. Бензинските мотори со високи перформанси – како моторите во модерните автомобили се ограничуваат на 10 до 12 цилиндри, сметајќи дека дополнителни цилиндри само би го оптовариле моторот. Сепак постојат исклучоци како моторите W-16 на Фолксваген.
* Повеќето автомобилски мотори имаат 4 до 8 цилиндри, појаките автомобили 10 до 12, а некои помали 2 до 3 цилиндра. *
* Радијалните авионски мотори (сега се застарени) имаа од 3 до 28 цилиндри. Најчесто бројот на цилиндри оди во пар, во редови. Најголемиот мотор има 36 цилиндри (четири реда од по 9 цилиндри), но не започна со производство.
* Мотоциклите обично имаат од 1 до 4 цилиндри, со неколку модели со високи перформанси кои имаат 6, 8, 10 или 12 цилиндри.
* Сномобилите имаат 2 до 4 цилиндра и се двотактни или четиритактни, но користат и V-4 мотори.
* Мали подвижни направи како моторни пили, генератори и домашни косилки најчесто имаат еден цилиндар, но постојат и такви со два цилиндри.
* Дизел локомотивите имаат околу 12 до 20 цилиндри поради ограничувањето на просторот.
7.2 Систем за запалување
Системот за запалување на МСВС зависи од видот на моторот и горивото. Бензинските мотори се запалуваат со свеќичка а дизел моторите со компресиско загревање.
7.2.1 Искра
Смесата се пали со електрична искра од свеќичката во строго контролирано време. Речиси сите бензински мотори работат на овој начин. Контролираното време на дизел моторите зависи од пумпата и вбризгалката.
7.2.2 Збивање
Запалувањето се случува кога температурата на смесата од гориво и воздух ќе ја премине температурата за самозапалување која се постигнува поради збивањето од вториот такт. Кај дизел моторите само воздухот се збива а потоа кога ќе ја постигне одредената температура му се вбризгува нафта и температурата расте до самозапалување. Во овој случај системот за вбризгување на гориво го одредува времето. Многу мали модели на мотори за кои едноставноста и мала тежина се најважни користат лесно запалливи горива (смеса од керозин, етер и подмачкувач) и соодветна временска контрола на запалувањето.
7.2.3 Време на запалувањето
За реципроцитетни мотори, точката во која смесата од гориво и оксиданс се запалува има директно влијание врз работата на МСВС. Термодинамиката покажува дека МСВС е најпродуктивен ако согорувањето се одвива на висока температура која се јавува од збивањето (горна мртва точка). Брзината на пламенот зависи од односот на збивањето , температурата на смесата и октаните на горивото. Смесата со понизок притисок бара порано запалување. Важно е запалувањето да се шири рамномерно, а не во вид на бранови. Запалувањето со бранови се нарекува детонација или тропање.
Бензинските мотори имаат комбиниран распоред на запалување од „претходна“ искра и „задоцнета“ која ја предизвикува детонацијата. Од тие причини, создавачите на дизел автомобили со високи перформанси, како Гејл Бенкс веруваат дека:
''„Тоа е границата до која може да се оди со воздушно-пригушен мотор кој работи на бензин од 91 октан. Со други зборови, горивото – бензинот е факторот кој ограничува. ... Додека турбоменувањето се применува и кај бензинските и кај дизел моторите, само мала помош може да се додаде на бензинскиот мотор пред октаните да станат проблем повторно. Со дизел моторите, помошниот притисок е ограничен. Буквално е можно да се додава помош на моторот сè додека тој може физички да издржи пред да се распадне. Но создавачите на мотори сфаќаат дека дизелот е многу помоќен од бензинскиот мотор.“''
7.3 Системи за гориво
Горивото согорува побрзо и подобро во присуство на воздух. Течните горива мораат да бидат атомизирани за да создадат смеса од гориво и воздух што обично се право со помош на карбуратор во бензински мотори и со вбризгување кај дизел моторите. Многу модерни бензински мотори сега работат со вбризгување, иако технологијата кај нив е многу поразлична. Ако кај дизелот вбризгувањето мора да се одвива во прецизен рок, тоа не е толку важно за бензинските мотори. Сепак, недостатокот од подмачкувачи во бензинот значи дека вбризгувањето мора да биде пософистицирано.
7.3.1 Карбуратор
Поедноставните реципроцитетни мотори продолжуваат да употребуваат карбуратор за напојување на цилиндарот со гориво. Иако технологијата на карбураторот во автомобилите достигнува висок степен на усовршување и прецизност, од средината на 80-тите ја изгуби трката со вбризгувањето. Едноставни облици на карбуратори сè уште се употребуваат кај мали мотори како оние во косилките, а поусовршени кај малите мотоцикли.
7.3.2 Вбризгување на гориво
Поголемите бензински мотори кои се користат за автомобили, преминуваат на системите со вбризгување на гориво. Дизел моторите отсекогаш работеле со овој систем затоа што прецизниот распоред на вбризгување го предизвикува и контролира согорувањето.
Моторите кои работат на автогас користат или систем со вбризгување или карбуратор со пеперутка.
7.3.3 Пумпа за гориво
Повеќето мотори со внатрешно согорување денес работат со пумпа за гориво. Дизел моторите користат систем со прецизна механичка пумпа кој го вбизгува горивото во прецизно одреден момент директно во цилиндарот и затоа мора да постигне притисок повисок од оној во цилиндарот. Вбризгувањето на бензин се одвива во напојниот тракт на атмосферски притисок (или под) во непрецизирано време, а пумпите се движат електрично. Гасната турбина и ракетните мотори користат електрични системи.
7.3.4 Останати
Останатите мотори со внатрешно согорување како млазните и ракетните мотори имаат различни методи на напојување со гориво.
7.4 Оксиданси – системи за напојување со воздух
Некои мотори како оние кај цврстите ракети имаат вградени оксиданси во цилиндарот, но во повеќето случаи за да дојде до запалување, цилиндaрот мора да биде снабден со оксиданси.
7.4.1 Мотори со природно вшмукување
Кога моторите со клипови користат воздух, истиот го вовлекуваат како што клипот го зголемува негативниот притисок во цилиндарот. Сепак само една атмосфера изнесува разликата во притисокот кај напојните вентили, што е малку и може да ја намали продуктивноста на работата на моторот.
7.4.2 Супернапојувачи
Супернапојување е систем со присилена индукција кој користи компресор кој се движи со помош на вратилото и го истиснува воздухот низ каналите со цел да создаде побрз проток. Кога овие системи се употребуваат, највисокиот апсолутен притисок на напојниот вентил изнесува две или повеќе атмосфери.
7.4.3 Турбонапојувачи / компресори кои работат на гасни турбини
Турбонапојувачите се друг вид на системи со присилена индукција чии компресори работат на гасна турбина која ги користи издувните гасови на моторот.
Млазните мотори работат на истиот систем, но го избегнуваат клипниот мотор и работат со согорувач.
7.4.4 Течности
Кај течните ракетни мотори, оксидансот е во течна состојба и мора да се донесе до цилиндарот под висок притисок. Ова се прави со центрифугална пумпа која се движи преку гасната турбина – поставка позната како турбо-пумпа.
8 Делови
За четиритактен мотор, главни делови на моторот се коленесто вратило (виолетово), зглоб на клипот (портокалово), едно или две брегасти вратила (црвено и сино) и вентили. Кај двотакните мотори има само напоен и издувен канал наместо систем со вентили. Во двата вида на мотори има еден или повеќе цилиндри (сиво и зелено) и за секој цилиндар има свеќичка (темносива, само кај бензинските мотори), клип (жолто) и коленесто вратило (виолетово). Едно движење на клипот нагоре или надолу во цилиндарот се нарекува такт. Одот надолу кој се одвива по запалувањето на смесата се нарекува работен такт.
Венкел моторите имаат триаголен ротор кој кружи околу оската во цилиндар во вид на 8. Четирите фази на работење (напојување, збивање, ширење и издувување) се одвиваат во цилиндар со променлив волумен кој се движи.
8.1 Вентили
Сите четиритактни мотори со внатрешно согорување користат вентили за да го контролираат напојувањето на цилиндарот. Двотактните мотори користат канали во цилиндарот со или без клип, иако може да користат и издувен вентил.
8.1.1 Вентили кај мотори со клип
Кај овие мотори, вентилите се групирани во „напојни вентили“ – го овозможуваат напојувањето со гориво и „издувни вентили“ кои ги ослободуваат издувните гасови. Секој вентил се отвора еднаш во циклус, а отворањето и затворањето го контролираат брегастото и коленестото вратило.
8.1.2 Контролни вентили
Моторите со непрекинато согорување – како и моторите со клип – обично имаат вентили кои се отвораат и затвораат на почеток и на крај. Некои вентили го приспособуваат доводот за да ја контролираат моќта или брзината на моторот.
8.2 Издувни системи
МСВС мора да ги исфрлат изладените издувни гасови од моторот. Издувниот систем често има направи кои го контролираат загадувањето и бучавата. Кај цикличните мотори со внатрешно согорување издувниот систем го подобрува празнењето на цилиндарот.
Кај моторите со внатрешно согорување за млазен погон, издувниот систем ги користи издувните гасови во создавање на нов погон.
8.3 Систем за ладење
Согорувањето создава висока температура која се пренесува делумно и на ѕидовите на моторот. Телото на моторот може да се оштети ако достигне премногу висока температура затоа што подмачкувачите можат да се распаднат и да не го штитат повеќе моторот.
Системот за ладење често се состои од воздух или течност (вода), додека некои мотори кои развиваат многу висока температура користат радиативно ладење (ракетни мотори). Некои ракетни мотори користат аблативно ладење кај кое ѕидовите постепено се разјадуваат. Ракетите можат да користат и регенеративно ладење кое ги лади цврстите делови на моторот со горивото.
8.4 Клип
Клипот е дел од реципроцитетните мотори. Се наоѓа во цилиндар и со прстените е цврсто притиснат покрај него од сите страни. Намерата му е да ја пренесе силата од гасовите кои се шират во цилиндарот до коленестото вратило. Кај двотактните мотори клипот има улога и на вентил преку покривање и откривање на каналите во ѕидовите на цилиндарот.
8.5 Погонска прскалка
За млазните мотори со внатрешно согорување постои погонска прскалка. Таа ги намалува високата температура, притисок и ги лади издувните гасови. Издувните гасови поминуваат низ прскалката со голема брзина.
8.6 Коленесто вратило
Мал број реципроцитетни мотори со внатрешно согорување го вртат вратилото. Тоа значи дека линиското движење на клипот се претвора во ротациско. Ова се постигнува со коленестото вратило.
8.7 Замавник
Замавникот е диск или волан прикачен на оската и создава инертна маса која ја чува ротациската енергија. Во мотори со само еден цилиндар, замавникот е неопходен за да ја пренесе енергијата од работниот такт до наредниот. Замавниците се дел од многу реципроцитетни мотори и го олеснуваат преносот на моќ преку секое вртење на оската. Ротациската инерција на замавникот овозможува употреба на помала брзина и го усовршува работењето. Замавникот исто така го урамнотежува системот преку менувачот, иако повеќето мотори користат неутрална рамнотежа за замавникот, бидејќи истиот се менува во различни операции. Замавникот се користи и за контролирање на ламелата.
8.8 Системи за палење
Сите мотори со внатрешно согорување имаат потреба од некаков систем кој ќе ги активира. Повеќето мотори со клип користат анласер (запалувач) кој работи на истиот акумулатор кој се користи кај електронските системи. Малите МСВС често се палат преку кабли. Мотоциклите обично се палат со клик, но сега сè повеќе се палат електрично. Големите стационарни и поморски мотори можат да се палат со прецизирано вбризгување компримиран воздух во цилиндрите за да започнат со вртењето.
8.9 Системи за подмачкување
МСВС имаат потреба од подмачкување за да можат сите делови да работат непречено. Недоволното подмачкување го истрошува моторот побрзо, а може дури и да го уништи.
Се користат неколку вида на системи за подмачкување. Едноставните двотактни мотори се подмачкуваат со масла додадени во горивото или се вбризгуваат во вид на спреј. Старите бавни стационарни и поморски мотори биле подмачкувани преку мали комори слични како оние што се користеле кај парните мотори. Како што моторите се приспособувале за употреба кај автомобилите и авионите, се зголемила потребата од добро подмачкување, особено поради високите температури и притисокот врз деловите. Подмачкувањата се вршат или со пумпи за директно подмачкување или индиректно со подмачкување на краевите на вратилата во картерот.
8.10 Контролни системи
Повеќето мотори имаат потреба од еден или повеќе системи за палење и гасење на моторот и за контрола на параметрите како сила, брзина, загадување, температура при согорување, продуктивност и за да го стабилизира моторот од начин на работа кој може да предизвика оштетување. Тие системи се познати како единици за контрола на моторот.
Малку системи се со дигитална контрола и се нарекуваат ФАДЕК (Full Authority Digital Electronic Control) системи.
8.11 Дијагностички системи
Дијагноза на моторот е компјутеризиран систем кој врши електронска проверка на возилата. Првата генерација вакви системи се појавила 10 години по Американскиот Конгрес во 1970година на кој се изгласал Актот за чист воздух со кој се следеле системите за вбризгување на гориво во возилата. Втората генерација се појавила во 1994 година на Советот за воздушни ресурси на Калифорнија каде било решено овие системи да станат задолжителна опрема во секој автомобил продаден во Америка од 1996година.
9 Мерење на перформансите на моторот
Видовите на мотори се делат на повеќе начини:
* енергетска продуктивност
* потрошувачка на гориво
* сооднос на моќта и тежината
* сооднос на моќта и тресењето
* Вртежен момент
9.1 Енергетска ефикасност
Еднаш запалени и согорени, производите од согорувањето – жешките гасови – имаат подостапна топлинска енергија од првичната збиена смеса од воздух и гориво (која има повисока хемиска енергија). Достапната енергија се манифестира како висока температура и притисок кои моторот може да ги претвори во работа. Кај реципроцитетните мотори, гасовите со висок притисок во цилиндарот ги движат клиповите на моторот.
Откако таа енергија ќе се отстрани, останатите жешки гасови се испуштаат (преку отворениот издувен вентил па низ издувниот канал) и тоа му овозможува на клипот да се врати во првобитната состојба (горна мртва точка, ГМТ). Клипот може да продолжи кон наредната фаза на циклусот, која се разликува кај моторите. Секоја топлина која не се пренесува во работа, се смета за отпаден материјал и се отстранува од моторот преку воздушен или течен систем на ладење.
Продуктивноста на моторот може да се пресметува на разни начини, но најчесто се состои од споредба на целосната хемиска енергија на горивата и корисната енергија извлечена од горивата во вид на кинетичка енергија. Најчест начин на пресметување на продуктивноста на моторот е преку термодинамичка граница за извлекување на енергија од горивото дефинирано преку термодинамичкиот циклус. Најдетално се пресметува продуктивноста на горивото за целиот систем на моторот при извршување на задача, на пример изминати километри на литар гориво.
МСВС се пред сè топлински мотори и како такви, феноменот кој ја ограничува нивната ефикасност го претставуваат преку термодинамичките циклуси. Ниеден од овие циклуси не ја преминува границата дефинирана од циклусот Карно според кој севкупната продуктивност е диктирана од разликите помеѓу најниските и највисоките температури на моторот. Теренските мотори се обично ограничени од топлинската стабилност која се добива од материјалите од кои е направен моторот. Сите метали и легури се топат или распаѓаат и затоа се истражуваат керамичките материјали кои се топлински постабилни. Повисока топлинска стабилност овозможува поголема температурна разлика и термодинамичка продуктивност.
Термодинамичките граници сметаат дека моторот работи во идеални услови. Во свет без триење, идеални гасови, одлични изолатори и неограничено работно време. Вистинскиот свет е многу посложен а тие сложености влијаат врз продуктивноста. Работата на вистинските мотори е претставена во дијаграм. На пример автомобил кој се судрил на автопат обично работи под својот идеален полнеж бидејќи моторот е направен за повисоки полнежи кои бараат побрзо забрзување. Многу системи се употребуваат за придонесување за продуктивност на моторите, како што се отпорност на ветер кој влијае врз зголемувањето на загубите. Ваквите и други слични загуби влијаат врз измерените километри за литар (односно потрошени литри на изминати 100 километри) за автомобили. Километрите претставуваат значајна количина работа.
Повеќето челични мотори имаат термодинамичка граница од 37%. Дури и кога се потпомогнати со турбополначи повеќето мотори имаат просечна продуктивност 18 – 20%.
Постојат многу пронајдоци за зголемување на продуктивноста на МСВС. Општо, инженерите се отворени за соработка помеѓу различните елементи како продуктивност, тежина, сила, топлина, Испуштање штетни гасови или бучава. Некогаш економијата игра улога не само во трошоците за производство на самиот мотор, туку и за производство и дистрибуција на гориво. Зголемувањето на продуктивноста на моторот доведува до подобра економија на горивото, но само ако трошоците за гориво се еднакви со количината на енергијата.
9.2 Мерење на продуктивноста на горивото
За стационарните мотори, потрошувачката на гориво се мери преку пресметување на количината на гориво потребно за час работа и се изразува во коњски сили. Односно колку грама гориво е потребно за еден киловат час енергија.
За млазните мотори со внатрешно согорување, силата драстично варира поради распрскувањето на воздухот и некои други мерки: потрошувачка на гориво – број на килограми гориво потребно да придвижи, се изразува во килограми на час. Или грамови гориво потребни за еден килотон за секунда.
За ракети се користат други пресметки на потрошувачка.
10 Загадување на воздухот и бучава
Моторите со внатрешно согорување како реципреоцитетните мотори со внатрешно согорување создаваат издувни гасови кои го загадуваат воздухот поради несогорените јаглеродни горива. Главните деривати од тој процес се јаглерод диоксид CO2, вода и чад. Проучувани се ефектите од вдишување на овие честички кај луѓето и животните и откриени се штети како астма, рак на белите дробови, срцеви заболувања и смрт. Постојат и други производи од процесот на согорување како азотни оксиди и сулфур, и некои несогорени јаглеводороди во зависност од начинот на работа на моторот.
Во процесот на согорување не согорува целото гориво, мала количина се јавува и по согорувањето и може да реагира со оксигени како формалдехид и ацеталдехид или јаглеводороди. Причина за ова е ладењето на ѕидовите на цилиндарот. При работа со помала брзина, се забележува задушување, најчесто кај дизелот кој користи природен гас. Тоа ја намалува продуктивноста, го зголемува тресењето и го загушува моторот. Зголемувањето на воздух во моторот ја намалува количината на првите два загадувача, но ги врзува кислородот и азотот во азотен оксид (NO2) кој е многу опасен за здравјето. Други хемикалии кои се ослободуваат се бензен и бутадин, исто така штетни, и јаглерод моноксид (CO). Јаглеродните горива содржат сулфур и нечистотии кои доведуваат до создавање на сулфурен оксид (SO) и сулфур диоксид (SO2) што предизвикува кисели дождови. Уште еден елемент кој се ослободува преку издувните гасови е озонот (O3). Тој не се ослободува директно, туку се создава во воздухот преку влијанието на сончевата светлина врз останатите загадувачи, а влијае штетно врз озонската обвивка. Азотните оксиди го уништуваат озонот, па се влијае врз намалување на едниот на сметка на другиот штетен гас.
За погоре опишаните загадувачи (азотен оксид, сулфур диоксид и озон) постојат прифатливи нивоа одредени со закон. За останатите три (бензен, бутадин и честички) нема граница до која тие се безбедни.
Моторите со внатрешно согорување прават значаен придонес за намалување на бучавата. Автомобилите и камионите кои сообраќаат по автопатите предизвикуваат голема бучава, како и млазните авиони. Најголема бучава предизвикуваат ракетите.
11 Поврзано
* Мотор