เครื่องยนต์สันดาปภายในแบบลูกสูบ: คำจำกัดความ การจำแนกประเภท และหลักการทำงาน

2024 ผู้เขียน: Erin Ralphs | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-02-19 19:27

เป็นเวลากว่าร้อยปีในโลกแล้วที่หน่วยกำลังหลักในรถยนต์ที่มีล้อทุกคันเป็นเครื่องยนต์สันดาปภายในแบบลูกสูบ เครื่องยนต์สันดาปภายในในศตวรรษที่ 21 ที่ปรากฏในช่วงต้นศตวรรษที่ 20 และแทนที่เครื่องยนต์ไอน้ำยังคงเป็นมอเตอร์ประเภทที่ทำกำไรได้มากที่สุดในแง่ของความประหยัดและประสิทธิภาพ มาดูกันดีกว่าว่าเครื่องยนต์สันดาปภายในประเภทนี้ทำงานอย่างไร ทำงานอย่างไร มาดูกันว่าเครื่องยนต์ลูกสูบอื่นๆ คืออะไร

คำจำกัดความ คุณสมบัติ ICE

ในกระบวนการพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี การออกแบบเครื่องยนต์สันดาปภายในได้รับการปรับปรุงอย่างต่อเนื่อง เครื่องยนต์สามารถพิสูจน์ประสิทธิภาพได้ นี่คือลักษณะที่เครื่องยนต์สันดาปภายในลูกสูบปรากฏขึ้นและเป็นชนิดย่อย คาร์บูเรเตอร์และเครื่องยนต์หัวฉีด สามารถแยกแยะเครื่องยนต์ดีเซล ลูกสูบโรตารี่ และหน่วยกังหันก๊าซได้

น้ำแข็งเบนซิน

เครื่องยนต์ลูกสูบแบบดั้งเดิมมีห้องเผาไหม้ภายใน นี่คือกระบอกสูบภายในบล็อกเครื่องยนต์ เมื่อเชื้อเพลิงเผาไหม้ พลังงานจะถูกปล่อยออกมา ซึ่งจะถูกแปลงเป็นการเคลื่อนที่เชิงกลของเพลาข้อเหวี่ยง เนื่องจากการเคลื่อนที่ของลูกสูบซึ่งทำหน้าที่เกี่ยวกับระบบก้านสูบและเพลาข้อเหวี่ยง มู่เล่จึงถูกหมุน คุณสามารถเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับการออกแบบในเครื่องยนต์สันดาปภายในลูกสูบ GOST ที่สอดคล้องกัน

เครื่องยนต์สันดาปภายในของคาร์บูเรเตอร์นั้นแตกต่างกันตรงที่ส่วนผสมของเชื้อเพลิงและอากาศที่ใช้งานได้ถูกจัดเตรียมไว้ในอุปกรณ์พิเศษ - คาร์บูเรเตอร์ ส่วนผสมถูกฉีดเข้าไปในกระบอกสูบโดยสุญญากาศ จากนั้นหัวเทียนก็จุดไฟ

การฉีด ICE มีการออกแบบที่ทันสมัยกว่า ที่นี่แทนที่จะใช้อุปกรณ์กลไกแบบเดิม ระบบไฟฟ้ามีหัวฉีดแบบอิเล็กทรอนิกส์ พวกเขามีหน้าที่ฉีดเชื้อเพลิงในปริมาณที่แม่นยำลงในกระบอกสูบของเครื่องยนต์โดยตรง

น้ำแข็งดีเซล

เครื่องยนต์สันดาปภายในแบบลูกสูบดีเซลมีความแตกต่างทางโครงสร้างและพื้นฐานจากเครื่องยนต์สันดาปภายในที่ใช้น้ำมันเบนซิน

หากใช้ประกายไฟจากเทียนไขในการจุดไฟในหน่วยน้ำมันเบนซิน หลักการที่แตกต่างออกไปจะได้ผลในเครื่องยนต์ดีเซล และไม่มีเทียนใดๆ ยกเว้นการเรืองแสง น้ำมันดีเซลเข้าสู่กระบอกสูบผ่านหัวฉีด ผสมกับอากาศ จากนั้นส่วนผสมทั้งหมดจะถูกบีบอัด อันเป็นผลให้ความร้อนขึ้นจนถึงอุณหภูมิการเผาไหม้

ลูกสูบโรเตอร์

เครื่องยนต์ลูกสูบโรตารี่แตกต่างจาก ICE แบบดั้งเดิม ก๊าซทำหน้าที่กับชิ้นส่วนและองค์ประกอบพิเศษ ดังนั้นภายใต้อิทธิพลของก๊าซ โรเตอร์ที่เคลื่อนที่ได้จะเคลื่อนที่ในห้องพิเศษในรูปของเลขแปด ห้องนี้ทำหน้าที่ของลูกสูบ เวลา และเพลาข้อเหวี่ยง ตัวกล้องมีรูปร่างเหมือนคนแปดคน

รวมกัน

ในเครื่องยนต์สันดาปภายในกังหันก๊าซ พลังงานความร้อนจะถูกแปลงเป็นพลังงานกลเนื่องจากการหมุนของโรเตอร์พิเศษที่มีใบมีดพิเศษ โรเตอร์นี้ขับเคลื่อนเพลาเทอร์ไบน์

ลูกสูบพิเศษและเครื่องยนต์สันดาปภายในแบบผสม (และเหล่านี้เป็นเครื่องยนต์กังหันก๊าซและเครื่องยนต์โรตารี่) สามารถป้อนได้อย่างปลอดภัยในสมุดปกแดง วันนี้มีเพียงมาสด้าญี่ปุ่นเท่านั้นที่ผลิตเครื่องยนต์ลูกสูบแบบโรตารี่ ไครสเลอร์เคยผลิตชุดทดลองของเครื่องยนต์สันดาปภายในกังหันก๊าซ แต่นี่อยู่ในยุค 60 และไม่มีผู้ผลิตรถยนต์รายใดกลับมาแก้ไขปัญหานี้จนถึงทุกวันนี้

ในสหภาพโซเวียต เครื่องยนต์สันดาปภายในกังหันก๊าซได้รับการติดตั้งบนรถถังและเรือลงจอด อย่างไรก็ตาม แม้จะอยู่ที่นั่นก็ตาม ภายหลังก็ตัดสินใจละทิ้งหน่วยของการออกแบบนี้

เครื่องน้ำแข็ง

เครื่องยนต์เป็นกลไกเดียว ประกอบด้วยบล็อกกระบอกสูบ ชิ้นส่วนกลไกข้อเหวี่ยง กลไกจับเวลา ระบบหัวฉีดและไอเสีย

ห้องเผาไหม้ตั้งอยู่ภายในบล็อกกระบอกสูบ ซึ่งส่วนผสมของเชื้อเพลิงและอากาศจะจุดประกายโดยตรง และผลิตภัณฑ์จากการเผาไหม้จะกระตุ้นลูกสูบ โดยข้อเหวี่ยงกลไกพลังงานของการเผาไหม้เชื้อเพลิงจะถูกโอนไปยังเพลาข้อเหวี่ยง กลไกการจับเวลามีความจำเป็นเพื่อให้แน่ใจว่าการเปิดและปิดวาล์วไอดีและไอเสียในเวลาที่เหมาะสม

หลักการทำงาน

เมื่อสตาร์ทเครื่องยนต์ ส่วนผสมของเชื้อเพลิงและอากาศจะถูกฉีดเข้าไปในกระบอกสูบผ่านวาล์วไอดีและจุดประกายโดยประกายไฟบนหัวเทียนที่เกิดจากระบบจุดระเบิด ระหว่างการเผาไหม้จะเกิดก๊าซ เมื่อเกิดการขยายตัวจากความร้อน แรงดันส่วนเกินจะทำให้ลูกสูบเคลื่อนที่ ส่งผลให้เพลาข้อเหวี่ยงหมุนไป

การทำงานของเครื่องยนต์ลูกสูบเป็นแบบวัฏจักร ในวงจรของเครื่องยนต์สันดาปภายในแบบลูกสูบ อาจมีตั้งแต่สองถึงสี่รอบ รอบระหว่างการทำงานของมอเตอร์จะทำซ้ำหลายร้อยครั้งในหนึ่งนาที เพื่อให้เพลาข้อเหวี่ยงหมุนได้อย่างต่อเนื่อง

น้ำแข็งสองจังหวะ

เมื่อสตาร์ทเครื่องยนต์ ลูกสูบจะถูกขับเคลื่อนโดยการหมุนของเพลาข้อเหวี่ยง เมื่อลูกสูบถึงจุดศูนย์กลางเดดด้านล่างและเริ่มขยับขึ้น กระบอกสูบจะได้รับส่วนผสมของเชื้อเพลิงและอากาศ

เมื่อขยับขึ้นลูกสูบจะเริ่มอัดส่วนผสม เมื่อลูกสูบไปถึงตำแหน่งบนสุด จะเกิดประกายไฟขึ้น ส่วนผสมของเชื้อเพลิงและอากาศจะติดไฟ ขยายตัวแก๊สจะดันลูกสูบลง

ในขณะนี้วาล์วไอเสียจะเปิดขึ้นซึ่งผลิตภัณฑ์จากการเผาไหม้สามารถออกจากห้องเผาไหม้ได้ จากนั้นอีกครั้งเมื่อถึงจุดศูนย์กลางตายล่าง ลูกสูบจะเริ่มเดินทางไปยัง TDC กระบวนการทั้งหมดนี้เกิดขึ้นในการปฏิวัติเพลาข้อเหวี่ยงครั้งเดียว

เมื่อไรลูกสูบจะเริ่มเคลื่อนที่ใหม่ วาล์วไอดีจะเปิดขึ้น และส่วนใหม่ของส่วนผสมของเชื้อเพลิงและอากาศจะเข้ามาแทนที่ก๊าซไอเสีย กระบวนการทั้งหมดจะเริ่มต้นใหม่ เครื่องยนต์สันดาปภายในแบบลูกสูบสองจังหวะทำให้เคลื่อนที่น้อยกว่าแบบสี่จังหวะ ลดการสูญเสียแรงเสียดทานแต่สร้างความร้อนมากขึ้น

กลไกการจ่ายแก๊สถูกแทนที่ด้วยลูกสูบ ขณะที่ลูกสูบเคลื่อนที่ ช่องไอดีและไอเสียในบล็อกกระบอกสูบจะเปิดและปิด เมื่อเทียบกับหน่วยกำลังสี่จังหวะ การแลกเปลี่ยนก๊าซในเครื่องยนต์สองจังหวะถือเป็นข้อเสียเปรียบหลัก ประสิทธิภาพและพลังงานจะหายไปเมื่อปล่อยก๊าซไอเสีย

ทั้งๆ ที่เครื่องยนต์สันดาปภายในแบบลูกสูบสองจังหวะนี้ยังมีข้อเสียอยู่ แต่พวกมันก็ยังถูกใช้ในรถมอเตอร์ไซค์ สกู๊ตเตอร์ เป็นมอเตอร์เอาท์บอร์ด ในเลื่อยไฟฟ้า

เครื่องยนต์สันดาปภายในสี่จังหวะ

ICE สี่จังหวะไม่มีข้อเสียของเครื่องยนต์สองจังหวะ มอเตอร์ดังกล่าวติดตั้งในรถยนต์และอุปกรณ์อื่นๆ ส่วนใหญ่ ไอดีและไอเสียของก๊าซไอเสียเป็นกระบวนการที่แยกจากกันและไม่ได้รวมกับการบีบอัดแม้ว่าเครื่องยนต์สันดาปภายในลูกสูบจะทำงานจากการจุดระเบิดของส่วนผสม การทำงานของมอเตอร์ซิงโครไนซ์โดยกลไกการจ่ายแก๊ส - วาล์วเปิดและปิดพร้อมกันกับความเร็วของเพลาข้อเหวี่ยง การบริโภคส่วนผสมของเชื้อเพลิงจะดำเนินการหลังจากออกจากไอเสียโดยสมบูรณ์แล้วเท่านั้น

ข้อดีของเครื่องยนต์สันดาปภายใน

มันคุ้มค่าที่จะเริ่มต้นด้วยเครื่องยนต์ยอดนิยม - ในบรรทัดหน่วยสี่สูบ ข้อดีคือความกะทัดรัด น้ำหนักเบา หัวเดียว บำรุงรักษาสูง

ในบรรดาเครื่องยนต์สันดาปภายในทุกประเภท มอเตอร์บ็อกเซอร์ก็สามารถแยกแยะได้ พวกเขาไม่ได้รับความนิยมมากนักเนื่องจากการออกแบบที่ซับซ้อนมากขึ้น ส่วนใหญ่จะใช้ในรถแข่ง ข้อดี - ความสมดุลหลักและรองที่ยอดเยี่ยมและด้วยเหตุนี้การทำงานที่อ่อนนุ่ม มีความเครียดน้อยลงในเพลาข้อเหวี่ยง ส่งผลให้มีการสูญเสียพลังงานเพียงเล็กน้อย เครื่องยนต์มีจุดศูนย์ถ่วงต่ำและรถบังคับได้ดีขึ้น

เครื่องยนต์หกสูบแบบอินไลน์มีความสมดุลอย่างสมบูรณ์แบบและตัวรถเองก็ทำงานได้อย่างราบรื่นมาก แม้จะมีกระบอกสูบจำนวนมาก แต่ต้นทุนการผลิตไม่สูงมาก คุณยังสามารถเน้นความสามารถในการบำรุงรักษา

ข้อเสียของเครื่องยนต์สันดาปภายใน

ข้อเสียเปรียบหลักของเครื่องยนต์สันดาปภายในแบบลูกสูบยังคงไม่เป็นพิษและเสียงรบกวน แต่มีประสิทธิภาพต่ำ ในเครื่องยนต์สันดาปภายใน ใช้พลังงานเพียง 20% สำหรับงานกลไกจริง อย่างอื่นใช้ไปกับการทำความร้อนและกระบวนการอื่นๆ เครื่องยนต์ยังปล่อยสารอันตรายสู่บรรยากาศ เช่น ไนโตรเจนออกไซด์ คาร์บอนมอนอกไซด์ และอัลดีไฮด์ต่างๆ