Cum funcționează un motor de mașină: componentele motorului explicate pe intelesul tuturor

Zilnic folosim mașinile pentru a ne deplasa, dar mulți dintre noi nu știm cu adevărat cum funcționează un motor de mașină. Iată, pe scurt modul, de funcționare și componentele motorului.

Ce este un motor de mașină?

Un motor de mașină este un dispozitiv care transformă energia chimică în energie mecanică. Energia chimică este furnizată de combustibil, iar energia mecanică este folosită pentru a acționa piese ale mașinii. Funcționarea unui motor de mașină se bazează pe ciclul termodinamic al unei substanțe numită „fluid”. Fluidele sunt lichide sau gaze care pot fi ușor compresate și extinse. Ciclul termodinamic al unui fluid este o secvență de modificări fizice care are loc în interiorul unui motor de mașină. Procesele fizice ce au loc în cadrul acestui ciclu sunt:

• compresia: fluidele sunt comprimate, ducând la creșterea temperaturii și presiunii;
• arderea: combustibilul este ars în interiorul cilindrului, producând gaze calde și presiune;
• expansia: gazele calde sunt amplificate prin eliberarea energiei lor, forțând pistonul să se deplaseze;
• evacuarea: gazul rezidual din camera de ardere este eliminat prin un orificiu.

Componentele motorului

Motorul de mașină este alcătuit din mai multe componente care lucrează împreună pentru a face mașina să funcționeze. Aceste componente includ:

• Blocul motor: Blocul motor este carcasa principală a motorului și este în mod obișnuit fabricat din oțel sau aluminiu. Acesta conține cilindrii în care se desfășoară procesul de ardere a combustibilului.
• Cilindrii: Sunt camerele în care se aprinde combustibilul și se produce forța necesară pentru mișcare. Fiecare motor are un anumit număr de cilindri, iar mașinile cu mai mulți cilindri sunt, de obicei, mai puternice.
• Pistoanele: Sunt piesele care se mișcă în interiorul fiecărui cilindru și transmit forța la nivelul arborelui pistonului. Fiecare piston are o bucată de metal sau un inel în partea superioară, numit supapă, care permite intrarea și ieșirea gazelor din cilindru.
• Chiuloasa: Chiuloasa este o componentă care etanșează partea superioară a cilindrilor și conține supapele care reglează fluxul de combustibil și aer în cilindri și evacuează gazele arse.
• Supape: Supapele sunt dispozitive mecanice care reglează fluxul de aer și combustibil în și din cilindri. Ele sunt controlate de un arbore cu came și sunt esențiale pentru sincronizarea corectă a procesului de ardere.
• Arborele cu came: Arborele cu came este o componentă care controlează deschiderea și închiderea supapelor în funcție de poziția pistonului și de ciclul de ardere.
• Arborele pistonului: Este o piesă lungă de metal care leagă toate pistoanele împreună. Forța generată de fiecare piston este transmisă la arborele pistonului, care se mișcă circular pentru a face mașina să se miște.
• Bucla de aer și combustibil: Acest sistem controlează cantitatea de aer și combustibil care intră în motor. Combustibilul se amestecă cu aerul, iar acestea se aprind în cilindri pentru a produce forța necesară pentru deplasare.
• Distribuția: Această piesă controlează momentul în care fiecare piston trebuie să intre în acțiune. Distributorul este conectat la arborele pistonului și trimite impulsuri electrice cilindrilor pentru a deschide supape.

Cilindrii Motorului

Cilindrii motorului sunt dispuși în linie și conectați la o pistă comună. Fiecare cilindru are un piston care se mișcă în sus și în jos. Pistonul este acționat de o bielă care este conectată la o manetă. Maneta este acționată de un motor electric sau prin intermediul unei transmisii mecanice.

Motorul funcționează astfel: un amestec de gazolina și aer este injectat în cilindru sub presiune înainte ca pistonul să atingă partea inferioară a cilindrului. Gazolina se aprinde apoi cu ajutorul unei scântei electrice și se descompune în gaze producând caldură. Cǎldura provoacǎ expansiunea gazelor, iar pistonul este forţat sǎ se mişte în sus pentru a elibera gazele arse. Pistonul continuǎ sǎ se mişte în sus şi în jos până când motorul este oprit. La fiecare ciclu, un alt amestec de gazolinǎ și aer este injectat, presurizat și aprins pentru a provoca funcţionarea motorului.

Acționare prin ardere internă

Motorul de mașină este un motor cu ardere internă care se bazează pe acțiunea ciclului termodinamic al apei. Ciclul termodinamic al apei este un ciclu natural în care apa trece prin faza de vapori, lichid și solid. Esența ciclului este următoarea: apa din interiorul recipientului este încălzită la temperaturi mari (în jur de 100 grade Celsius), după care se produce o reacție chimică în care apa se transformă în vapori. Vaporașii sunt mai ușori decât lichidul, astfel că se ridică spre suprafața recipientului. La suprafața recipientului există un condensator care transformă vaporașii înapoi în apă lichidă. Lichidul rezultat este pompat înapoi spre interiorul recipientului și procesul se repetă. În motorul de mașină, acest ciclu este utilizat pentru a produce energie mecanică.

Mecanismul de bază este cel al unui motor reciprocant: vaporașii care se ridica spre suprafața recipientului sunt dirijate spre o cameră de ardere prin intermediul unei supape, unde ei sunt amestecați cu combustibil și aprinși. Gazele rezultate sunt mai ușoare decât aerul din jur, astfel că se ridică spre suprafața recipientului. Acolo, ele se îndreaptă spre un piston care le împinge în jos, generând forța motorului. Gazele sunt apoi eliberate prin intermediul unei supape și trimise înapoi la condensator.

Arborele cotit (sau arborele cu came) este o componentă importantă a motorului cu ardere internă care transformă mișcarea liniară a pistonilor în mișcare rotativă. Acesta este format dintr-un ax solid cu caneluri circulare la capete, numite paliere, care sunt montate în blocul motor. Aceste paliere sunt, de obicei, bușoane sau manșoane metalice care sunt fixate.

La capătul arborelui cotit, în interiorul blocului motor, sunt montate biela și pistonul, care se deplasează în sus și în jos pentru a crea o mișcare liniară. Când pistonul se deplasează în jos, arborele cotit rotește biela, care apoi rotește arborele cotit și transformă mișcarea liniară în mișcare rotativă.

Prin rotația sa, arborele cotit poate transmite puterea motorului către alte componente, cum ar fi cutia de viteze sau diferentialul (o componentă importantă a sistemului de transmisie al unui vehicul, care permite roților motoare să se rotească la viteze diferite în timpul virajelor), care ajută la mișcarea mașinii. De asemenea, arborele cu came controlează deschiderea și închiderea supapelor din motor, care permit intrarea și ieșirea de aer și combustibil în și din camera de ardere.

Cum funcționează sistemul de combustibil

Sistemul de combustibil este responsabil pentru alimentarea motorului cu combustibil. Funcționează prin pomparea combustibilului în cilindrii motorului, unde se aprinde și acționează pistonii. Sistemul de combustibil este compus dintr-un rezervor de combustibil, o pompă de carburant, injectoare de carburant și un filtru de carburant.

Sistemul de evacuare al gazelor

Sistemul de evacuare al gazelor este un sistem care permite motorului unei mașini să funcționeze. Acest sistem evacuează gazele rezultate din arderea combustibilului în cilindrii motorului. Sistemul de evacuare al gazelor este compus din mai multe componente, inclusiv o colectoare de gaze, un catalizator și o bucată de eșapament.

Sistemele auxiliare ale motorului

Sistemele auxiliare ale motorului sunt sisteme care asigură funcționarea optimă a motorului. Sistemele auxiliare ale motorului sunt:

• Sistemul de alimentare cu combustibil furnizează carburant în motor și asigură combustia optimă. Acest sistem poate fi alimentat de un motor cu ardere internă sau electric, iar combustibilul poate fi benzină, motorină sau gaz (GPL).
• Sistemul de aprindere se ocupă de aprinderea combustibilului în cilindrii motorului. Acesta folosește componente precum bujii, bobine și senzori pentru a crea scântei electrice necesare pentru aprinderea combustibilului.
• Sistemul de evacuare este responsabil pentru eliminarea rezidurilor produse de arderea combustibilului din cilindrii motorului. Acest sistem poate include componente precum supapele de evacuare și catalizatorii.
• Sistemul de răcire face ca motorul să funcționeze la temperaturi optime prin folosirea unui lichid de răcire, cum ar fi apa sau glicolul. Acest sistem utilizează un radiator și o pompă pentru a menține temperatura motorului în limitele recomandate.
• Sistemul de lubrifiere asigură o lubrifiere optimă a componentelor motorului. Acest sistem folosește uleiuri și filtre pentru a preveni uzura prematură a pieselor din interiorul motorului.
• Sistemul de control al emisiilor se ocupă de reducerea poluanților rezultați din arderea combustibilului.

Concluzie

Un motor de mașină este un dispozitiv care transformă energia chimică din combustibil în energie mecanică. Componentele motorului generează si utilizează aceasta energie mecanică pentru a acționa componente ale mașinii, cum ar fi roțile. Funcționarea unui motor de mașină este determinată de ciclul motorului.

Ciclul motorului este un set repetitiv de evenimente care are loc în interiorul motorului. Evenimentele ciclului motor sunt:

1. încărcarea (introducerea combustibilului în camera de ardere)
2. comprimarea (reducerea volumului camerei de ardere)
3. aprinderea/arderea (combustia chimică a amestecului de aer si combustibil in camera de ardere)
4. evacuarea (eliminarea produselor rezultate din arderea combustibilului).