En gnisttenningsmotor , mer kjent som en bensinmotor på grunn av den typen drivstoff som oftest brukes, er en familie av forbrenningsmotor , som kan være stempel ( to- eller firetakts ) eller sjeldnere roterende bevegelse. (Som Wankel motor ).
I motsetning til dieselmotoren , er det ikke meningen at den brennbare blandingen av en gnisttenningsmotor skal antennes spontant under drift, men under påvirkning av en gnist forårsaket av tennpluggen . Den er derfor utstyrt med et komplett tenningssystem , som består av en tennplugg, som får den elektriske lysbuen til å tenne gassene i forbrenningskammeret , en spole som tjener til å produsere de høye spenningene som er nødvendige for å skape gassgnisten, og et tenningskontrollsystem ( bryter eller elektronisk system ).
Den belgiske ingeniøren Étienne Lenoir bygde den første gnisttenningsmotoren i 1860. Det er en totaktsmotor, med veldig middelmådige ytelser, men at han vil produsere i rundt fire hundre eksemplarer, noe som vil gjøre ham til den første produsenten av denne teknikken. Fysikeren Beau de Rochas teoretiserte i 1862 termodynamikken til firetaktsmotorer, men det var først i 1872 at tyske Nikolaus Otto ble den første ingeniøren som produserte en, og startet dermed en lang rekke innovasjoner.
Det var i 1860 , på omtrent samme periode i Frankrike og Tyskland , at den såkalte kalt intern forbrenningsmotor ble født . På 24/01 , Etienne Lenoir innlevert et patent for en “ to-takts luft motorsystem utvidet ved forbrenning av gasser tennes av elektrisitet” . På grunn av mangel på gasskompresjon før tenning, lider Lenoir-motoren av dårlig ytelse.
Vi må vente på 16. januar 1862for fysikeren Alphonse Beau de Rochas å teoretisere den termodynamiske syklusen til en firetakts gnisttenningmotor. Det er på dette prinsippet at alle nåværende bensinmotorer fungerer. Likevel er Beau de Rochas en teoretiker og ikke en utøver, så mye at den første gnisttenningsmotoren, som utnytter denne termodynamiske syklusen, ble utviklet av Nikolaus Otto i 1864.
I de tidlige dagene med forbrenningsmotoren med gnisttenning, var det bare variasjonen i gnistforskjellen som gjorde at motoreffekten kunne moduleres. Selv om den er ganske effektiv, er denne prosessen begrenset av bankefenomenet og har den største ulempen med høyt drivstofforbruk, uansett hvilken kraft som kreves av motoren. Dette reguleringssystemet har fordelaktig blitt erstattet av en justering av strømningshastigheten til luft / drivstoffblandingen, mens den beholder den variable tenningen fremover, først alltid styrt av føreren, og deretter automatisk slavet til visse driftsparametere for motoren.
En gang designet, ble gnisttenningsmotorer veldig raskt brukt og installert i biler av nye produsenter: Daimler , Benz , Peugeot , Renault , Panhard & Levassor , etc.
På grunn av de høye hastighetene som kan oppnås, har to-taktsmotorer teoretisk sett en fordel i forhold til firetakts . Imidlertid stagnerer utviklingen deres til begynnelsen av XX - tallet mens firetaktsmotorytelsen fortsetter å vokse. Anvendelsene til totaktsmotoren ble deretter multiplisert på motorsykler , så vel som på påhengsmotorer og på utstyr beregnet på landbruk , på grunn av deres letthet og muligheten for å fungere i alle posisjoner. Biler, derimot, drives generelt av firetakts fire-sylindere.
I nesten et århundre vil arkitekturen til motorer utvikle seg betydelig. Den firesylindrede "V" opptrådte på 1900-tallet i motorsport, på Mors- og Ader- modeller . Deretter vil antall sylindere fortsette å øke, som vil multiplisere forskyvningen og alternative arkitekturer. I 1896 utviklet Benz "Kontra" , den første motoren av boksertypen . Det er en motsatt to-sylindret motor kjent for sin brede distribusjon. Deretter fant boksermotorer flere applikasjoner innen bilindustrien og ble spesielt populært av Volkswagen Beetle . Faktisk, på grunn av sin arkitektur med motsatte sylindere, gir disse motorene muligheten for å senke tyngdepunktet og dermed forbedre bilens dynamiske oppførsel, som in-line eller V-formede motorer ikke tillater. En annen ordning, godt egnet for luftfart og et stort antall sylindere, er stjernemotoren.
Disse motorene fungerer på prinsippet om stempelbevegelse frem og tilbake, og det ble først mye senere at en roterende stempelmotor ble oppfunnet. Denne siste innovasjonen er frukten av refleksjonene til Felix Wankel som tegnet prinsippet i 1927 . De20. desember 1951, Wankel og NSU signerer en assosiasjonskontrakt for den roterende stempelmotoren, kjent som Wankel-motoren . I 2016 var det bare produsenten Mazda som produserte kjøretøy med en slik motor i serie, men denne typen motor ble også brukt på motorsykler.
Vær oppmerksom på at det på 1890-tallet vises for første gang, på firhjulssykler og motorsykler, en roterende motor , hvis veivaksel er fast og sylinderblokken er mobil. Gnome et Rhône , en av de mest berømte produsentene, vil utstyre de første flyene med denne teknikken før de produserer dem i veldig store serier for kampflyene fra første verdenskrig . Roterende motorer vil også utstyre noen motorsykler, plassert i ett av hjulene, uten særlig suksess.
Prinsippet om tenning av en tennplugg blir løst, to aspekter vil konsentrere spesifikke evolusjoner til gnisttennemotorene: tenningen, og måten å bringe drivstoff og oksidasjonsmiddel (oksygen) til kammeret.
TenningUtviklingen av tenning er knyttet til strøm og elektronikk. Etter oppfinnelsen av Delco , industrialisert i 1908 , er den eneste bemerkelsesverdige utviklingen erstatning av bryteren med en transistor rundt 1970 , og byttet til elektronisk tenning , rundt 1980 .
DrivstofftilførselPå drivstoffforsyningssiden er systemet som har dominert i mer enn et århundre forgasseren . Oppfunnet rundt 1885 , men med uklart forfatterskap , var det i en virtuell monopol-situasjon frem til rundt 1990 .
Det er nå erstattet av indirekte injeksjon , som spredte seg fra 1960 , fordi det er en av de sjeldne teknikkene som gjør det mulig å overholde stadig strengere standarder for utslipp av forurensende stoffer . Disse to teknikkene forbereder oksidasjons- drivstoffblandingen oppstrøms for kammeret før den blir tatt opp.
Med den direkte injeksjonsteknikk som ble brukt i luftfart under den annen verdenskrig , og så tidlig som i 1952 på to-takts motor biler blir brennstoffet injiseres alene inn i kammeret, i nærheten av tennpluggen, før slutten av kompresjonen. Tidligere innførte luft. Dette har fordeler når det gjelder avkastning . I dag, takket være fremgang i kontrollelektronikk og injeksjonssystemer, assosiert med gnisttenning, brukes denne teknikken mer og mer og er aktivt utviklet av forskjellige motordesignere.
VentilerDen første gnisttennings- og firetaktsmotoren brukte sideventiler , i motsetning eller side om side, hvorav inntaksventilen generelt bare ble kontrollert av vakuumet som ble opprettet av stempelets bevegelse . Denne teknikken bruker en eller to kamaksler og gir stor nærhet, derfor et lite antall bevegelige deler, mellom veivakselen og ventilene, den hadde sin storhetstid mellom 1910 og 1940 .
For konkurranse, og senere i store serier, for å bringe ankomsten av blandingen og gnistpunktet nærmere hverandre, vandrer ventilene inn i topplokket , ved sylinderhodet - OHV-teknikk, for " Overhead Valves " . Deres kontroll bruker stenger og vippearmer som holder en enkelt kamaksel nær veivakselen.
Til slutt, og dette er den vanligste metoden som er tilstede i dag, bringes kamakslen nærmere ventilstenglene, og passerer også gjennom sylinderhodet, ved sylinderhodet. denne teknikken til ACT, for overliggende kamaksel, ( OHC ) for " Overhead Camshaft " - takket være fremdriften i fordelingen og fjærene, gjør det mulig å bedre kontrollere problemet med ventilene i høy hastighet.
Siden sentrering av tennpluggen er avgjørende for å optimalisere driften, er systemer som dobbel overliggende kamaksel eller ( DOHC ), som lar dette sentrale rommet være fritt, i dag svært utbredt.
Multiplikasjonen av antall ventiler skyldes også effektivitetskrav. Fra to ventiler per sylinder har vi ofte gått til fire, for å forbedre fylling (inntak) og avgassing (eksos) av forbrenningskammeret.
På begynnelsen av XXI - tallet, på grunn av knapphet på ressurser, er petroleum spesielt tøff og forurensingspolitikk for utslipp av CO 2, er den nye trenden som bilprodusenter praktiserer når det gjelder motorisering, nedbemanning . Etter å ha blitt lansert av generelle produsenter, spesielt med Volkswagen TSI-motorer , samtidig som de bruker en kompressor, en turbolader og direkteinnsprøytning, sprer denne trenden seg til sportsmodeller, for eksempel for Audi S4 , som forlater V8-motoren til fordel for en komprimert V6 . Tanken er å redusere slagvolumet til motorene, samtidig som man oppnår samme kraft som en motor med større slagvolum ved hjelp av kompressor. Ved å kombinere nedbyggingen med direkte innsprøytning, bensinforbruket reduseres betydelig og CO 2 utslipp blir redusert til et nivå tilsvarende ekvivalente dieselmotorer. Ulempen med systemet skyldes selve bruken av en kompressor ; faktisk, for å unngå bankende fenomen , blir effektiviteten ved svært høye hastigheter svekket.
Nylig har hybridisering av biler, det vil si assosiasjonen av en varmemotor og en elektrisk motor, i de fleste tilfeller blitt utbredt. Energien forblir fra forbrenningen av bensin, men overføring av kraft fra et elektrisk system koblet til batterier gjør det mulig å gjenopprette den kinetiske energien til kjøretøyet under oppbremsing, eller en del av dets potensielle energi i nedkjøringer. Gevinsten i drivstofforbruk sammenlignet med en bil med samme effekt er i størrelsesorden 30%. Kildene til denne gevinsten er:
Den praktiske realiseringen av slike kjøretøy fører imidlertid til innføring av andre kilder til ikke-optimal energibruk:
Gevinstkildene kompenserer imidlertid i stor grad for tapskildene, som dessuten fortsatt kan være gjenstand for optimalisering. Gnisttenningsmotorer var frem til 2011 ( Peugeot HYbrid4 markedsført ), de eneste motorene som kunne støtte hybridisering. Termiske og elektriske motorer kan fungere sammen eller uavhengig av hverandre, noe som innebærer hyppig stopp og start av termomotoren, som dieselmotoren er mindre velegnet til. Dessuten er valget av visse produsenter av hybridbiler å produsere en Atkinson pseudosyklus varmemotor . Ved å variere åpningen av de elektrisk styrte ventilene er det mulig å kunstig oppnå et ekspansjonsforhold i størrelsesorden 1:13, mens man holder et kompresjonsforhold kompatibelt med drivstoffet som brukes uten å forårsake d. 'Selvantennelse (kompresjonsforholdet ved motorkonstruksjonen er 1:13, men inntaksventilen forblir åpen ved kompresjonsstart, for å begrense inntaksluftkompresjonen til 1: 8). Forlengelsen av avtrekkeren gjør det mulig å gjenvinne mer energi enn på en vanlig bensinmotor. Den komparative fordelen med Diesel er derfor relativt mindre.
En av de viktigste utviklingene innen gnisttenningmotorer ligger i bruken av et variabelt kompresjonsforhold. MCE-5-selskapet er opprinnelsen til denne teknologien, som utstyrer MCE-5 videospillerens motorer . Prinsippet med systemet er å øke trykket for å øke utbyttet . På grunn av bankingen er trykket imidlertid nødvendigvis begrenset og beregnet ved full belastning i høye turtall, for ikke å nå "banepunktet". Dette innebærer derfor lav effektivitet ved lav hastighet. MCE-5 løser dette problemet ved å redusere forbrenningskammerets volum ved lave turtall. Dette volumet varierer kontinuerlig som en funksjon av motorhastigheten .
"MCE-5 er et hybridarrangement mellom en koblingsstang-veivmekanisme og gir med lang levetid . " Bortsett fra selve prinsippet om variasjon i forbrenningskammerets volum, ligger den grunnleggende ideen til systemet nettopp i dette arrangementet som gjør det mulig å produsere et stempel med perfekt vertikal kinematikk , frigjort fra radiale påkjenninger, hovedkilden til friksjon .
Et annet teknisk alternativ som muliggjør en reduksjon i forurensende utslipp, motorer med variabel slagvolum - hvis antall sylindere i drift varierer avhengig av belastningen - er for tiden lite brukt, men kan bli utbredt i fremtiden.
Gnisttenningsmotoren representerer for tiden mellom en tredjedel og en halv av verdensmarkedet. I 2007 var andelen bensinbiler i Vest-Europa i gjennomsnitt 46,7%. I følge nylige studier har andelen bensin imidlertid en tendens til å øke på grunn av hybridisering av elektrisk bensin, mer effektive bensinmotorer, en økende misfornøyelse med forurensende diesel, etc. Innen sjøtransport er andelen bensinmotorer rundt 20% mot nesten 50% for lette dieselmotorer.
Forbrenningen av luft-bensinblandingen i en forbrenningsmotor er en kjemisk transformasjon, en levende eksoterm oksidasjon av drivstoff og oksygen. Den oktan er vanligvis brukt som et molekyl for å beskrive en forbrenning av denne typen. Den generelle ligningen til enhver tid i forbrenningsrommet er deretter gitt av følgende formel:
For å være mer presis i estimering av den faktiske reaksjonen tar vi de faktiske molartallene fra kjemisk analyse av drivstoffet. Det ideelle teoretiske forholdet mellom luft og bensin for forbrenningsmotoren er 14,7: 1 eller 14,7 g luft per 1 g drivstoff. Dette kalles en støkiometrisk blanding .
Det er viktig å spesifisere at denne ligningen forutsetter at væsken er homogen på alle punkter i rommet, noe som ikke er tilfelle i praksis. Det er vanskelig å fullstendig modellere forbrenningsreaksjonen som finner sted i kammeret , siden det er en anarkisk forbrenning som avhenger av tidspunktet, temperaturen og turbulensen til fenomenet. En dataanalyse som deler problemet opp i perioder på en mikrosekund, er likevel i stand til å ta hensyn til temperaturen og tiden, men kan ikke ta hensyn til fenomenet turbulens fordi væsken derved modifiseres på hvert punkt i rommet.
Ettersom den selvantennelsespunktet for bensin - det vil si, den temperatur ved hvilken bensin antennes spontant uten bidrag fra en gnist - er høyere enn fordampningstemperaturen, og at det er en flyktig væske , kan bensin lett kan sprøytes inn i luften for å danne en "praktisk talt homogen blanding, konstant i kvalitet og kvantitet for en gitt hastighet" . For å oppnå forbrenning, skal blandingen når sin antennelsestemperatur, nær 380 ° C . Trykket i blandingen når nivåer over 30 bar .
En automatisk tenningsforsinkelse, det vil si den tiden forbrenningsforholdene er optimale før man når selvtenningen, er vanligvis forhåndsinnstilt. Det er viktig at topp død sentrum eller TDC nås i løpet av denne tiden, ellers forårsaker et bankende fenomen . En studie på en hurtigkomprimeringsmaskin gjør det mulig å oppnå forsinkelsen som en funksjon av trykk , temperatur og konstanter , og avhengig av bensinens sammensetning.
Under et bankende fenomen kan den komprimerte og strålende oppvarmede blandingen antennes uten å ha blitt nådd av flammefronten, noe som forårsaker forbrenning mye raskere enn normalt. Dette fenomenet resulterer i trykktopper i kammeret, synonymt med støy og høye belastninger i motoren. Klikkstøyen skyldes hovedsakelig tenningsforskuddet .
Når reaksjonen fra luft-bensinblandingen er fullført, er forbrenningsproduktene bare vann og karbondioksid ( CO 2). I praksis, siden forbrenning aldri er fullført, sendes mange hydrokarboner ut: delvis brente hydrokarboner som aldehyder , ketoner , karboksylsyrer , karbonmonoksid (CO), men også termiske krakkingsprodukter som sot , acetylen eller etylen . Forurensende stoffer som er spesielt helseskadelige, slippes også ut, den mest kjente er nitrogenoksider ( NO x ). Som et resultat av eksponering for solstråler, oksidasjonsmidler ( organiske peroksyder , ozon , etc. ) form etter kommer ut på utløps.
Selv om bensinforbrenningsproduktene er mange, dominerer vann, karbondioksid og nitrogen. Disse gassene er ikke farlige - bortsett fra nitrogen når det oksyderes til NO x - men CO 2er spesielt plagsomt på grunn av dets bidrag til fenomenet drivhuseffekten .
Behandling av eksosFor å redusere utslipp av forurensende stoffer plasseres en katalysator ved motorens eksosuttak. Som navnet antyder, er det en katalysator ment å kjemisk behandle avgasser for å gjøre dem mindre skadelige. To typer katalysatorer eksisterer og har forskjellige roller. De oksidasjonskatalysatorer som letter oksidasjonen av karbonmonoksid og hydrokarboner, og trenger derfor et overskudd av luft for å manøvrere, som induserer en mager blanding eller antyder sekundærluft; de reduksjonskatalysatorer til rette for, i sin tur, reduksjon av nitrogenoksyder ved luftunderskudd.
Serietilsetningen av disse to typene katalysator kalles en "dobbeltsengskatalysator" . Det gjør det mulig å behandle alle forurensningene som gis ut av motoren. Dobbeltsengskatalysatorer har den ulempen at de er dyre på grunn av drift i en rik blanding og tilsetningen av en anordning for å blåse sekundærluft. En løsning på dette problemet ligger i bruken av en treveiskatalysator , regulert i en lukket sløyfe som en funksjon av blandingens rikdom.
De teknologiske valgene som brukes til utformingen av gnisttenningsmotoren, som direkte injeksjon og lagdelte eller homogene ladninger, påvirker blandingens forbrenningslov betydelig. Enkelte modeller er basert på empiriske lover , som gjør det enkelt å etablere forbrenningsforhold, men er ikke veldig utnyttbare deretter, mens andre modeller krever fysisk kunnskap om forbrenning. Formålet med modelleringen er å definere den brente brenselen av drivstoff som en funksjon av fysiske parametere (eksperimentell eller teoretisk). Noe dataprogramvare, for eksempel "Thermoptim", tillater at det gjennomføres en ganske realistisk modell.
Lov om energiutslippEn av de første forbrenningsmodellene er å vurdere de empiriske lovene om varmeutslipp, forutsatt at gassen er homogen gjennom forbrenningskammeret. Det første prinsippet for termodynamikk fastslår at den indre energien til en gass er summen av arbeidet og den varme som utveksles. Ved å vurdere tiden kan vi derfor enkelt etablere følgende forhold mellom frigjøring av energi, hvor er varmekapasiteten ved konstant volum, trykket og volumet i kammeret:
En Wiebe-kurve - se illustrasjon motsatt - gjør det mulig å formalisere hastigheten for frigjøring av energi ved brøkdelen av brent drivstoff som en funksjon av veivakselenes rotasjonsvinkel , tenningsvinkelen , forbrenningens varighet samt som parametere og som det er mulig å justere i henhold til forbrenningslovene.
Verdien angir prosentandelen av massen av brent drivstoff sammenlignet med den innførte massen. Når 99,9% av det innførte brennstoffet blir brent, . Jo større verdi av , jo raskere forbrenning og jo større forbrenningstopp. Den innflytelse verdi på den annen side frigjøring av varme. Faktisk, når øker, blir forbrenningstoppen forskjøvet og forbrenningen forsinket. Loven om frigjøring av energi er definert av to indekser: le , vinkel på veivakselen der 50% av massen blir brent, og le , høyden på forbrenningsloven. Disse indeksene er utledet fra de empiriske verdiene til og .
Flamme foran GenerellEn mer fysisk tilnærming til forbrenning består i å ta hensyn til forplantningen av en sfærisk flammefront i forbrenningskammeret under tenning, samt fenomenene turbulens . Flammefronten forplanter seg i forbrenningskammeret med en forplantningshastighet , kalt " laminær flammehastighet " i tilfelle en homogen blanding, vinkelrett på flammefronten. Denne hastigheten avhenger av egenskapene til brennstoffet, så vel som varme diffusjons- fenomener . En flammetykkelse , som avhenger av forbrenningstiden og den termiske diffusjonskoeffisienten , er generelt definert:
I tilfelle av en turbulent strømning, dvs. ikke-laminær, svinger hastigheten i henhold til det turbulente feltet , definert av Reynolds-tallet ( a fortiori av viskositeten ) og turbulensens lengde :
Forbrenningen av de ferske gasser under forplantningen av flammefronten er da gitt ved følgende formel, som definerer massen av gassen brennes som en funksjon av overflaten av den fremre , tettheten av de ferske gasser og en ubrent masse av gass drevet av flamme:
McCuiston og Lavoie-modellenDen flammefronten forplantningsmodell utviklet av McCuiston og Lavoie anser at den fremre forplantning i kammeret er avgrenset av to karakteristiske ganger: en tid knyttet til forbrenning og en tid knyttet til medrivning av friske gasser i forbrenningssonen. Når gnisten oppstår fra tennpluggen , antenner den blandingen. Derfor blir en masse fersk gass medtatt i forbrenningssonen med en hastighet , og antennes. Denne modellen forutsetter at fordelingen av de brente fraksjonene av de medfølgende massene er eksponentiell :
med området til flammefronten og tettheten til de ferske gassene.
Tenningssystemet gjør det mulig å få tak i gnisten, bestilt i henhold til motorens tenningsrekkefølge , som forårsaker forbrenning av luft-drivstoffblandingen.
Den elektromekaniske tenning av en gnisttenningsmotor som arbeider etter prinsippet av en bryter gjøre forbigående strømkutt i tilførselen av primærsiden av en spole tilførsel ved sitt sekundære høy spenning i sving tennpluggene. Tenning via Delco fordeleren . Bryterfordelingsenheten kalles tenneren . Bryteren og fordeleren drives av en rotor som er koblet til kamakslen .
På 1970-tallet var bryteren assosiert med en transistor , deretter erstattet av en Hall-effektsensor , noe som økte påliteligheten og kvaliteten på tenningen.
Den nødvendige elektriske energien leveres av en generator i form av en dynamo eller en generator , drevet av motoren, lader et batteri som tillater kontinuerlig forsyning med en spenning på 12 volt . Den likestrøm av primær av tennspolen styres av bryteren . Ved åpning spolen transformasjonene denne strømavbrytelse ved primærsiden av en høy spenningspuls til sekundær som strekker seg fra 6000- til 25 000 V . Plassert parallelt med bryteren, gjør en kondensator det mulig å redusere de ødeleggende elektriske buene for bryteren, og gir et rent brudd, og øker dermed spenningen i sekundærkretsen som leverer tennpluggen , utstyrt med elektroder mellom hvilke gnisten strømmer ut .
Elektronisk tenning er for tiden den mest brukte tekniske løsningen, fordi den er mer effektiv. En motor-ECU har en spole per tennplugg eller for to tennplugger; elektronisk tenning gjøres bare når det er nødvendig . En sensor plassert motsatte tenner på svinghjulets omkrets gjør det mulig å bestemme motorhastigheten så vel som det øverste dødpunktet for hvert stempel. Belastningen er på sin side beregnet som en funksjon av trykket i inntaksmanifolden, sammenlignet med atmosfæretrykk (målt med en piezo-resistiv sensor ). Hastighets- og lastdata blir behandlet av datamaskinen, som definerer spolen som skal styres og den optimale tenningsvinkelen takket være et kart lagret i minnet.
På biler var det vanlig å bruke en enkelt spole til alle sylindere og distribuere høyspenningen som er nødvendig for å generere gnister i tennpluggene, ved hjelp av en Delco . Denne "roterende distributøren", som hver av pinnene tilsvarer et lys, ble oppfunnet i 1899 av franskmannen Léon Lefebvre, men den ble ikke industrialisert før i 1908 av amerikanerne Edward Deeds og Charles F. Kettering , som grunnla Delco Company og markedet distributøren under navnet Delco .
Mistet gnistfordelingPå motorsykler og nå på biler, av hensyn til plass, brukes Delco sjelden. Et tapt gnistsystem foretrekkes, der en spole brukes til to tennplugger. De to tennpluggene er montert parallelt og installert på sylindere hvis stempler er forskjøvet med 360 °. For sylindere som er motvirket av alle andre verdier, er det nødvendig med en ny spole.
Hver gang stemplene når sitt øverste dødpunkt, gnister begge tennpluggene. Det som oppstår i sylinderen fylt med fersk gass antenner blandingen, mens det som oppstår i sylinderen på slutten av eksosen har ingen effekt. På denne måten kan en firesylindret motor bare utstyres med to spoler og to brytere.
Når gnisten utløses av tennpluggen, blir bare en liten brøkdel av drivstoffet umiddelbart brent. Forbrenning, som deretter forplanter seg i flammefronten i konsentriske lag, takket være blandingens varmeledningsevne , har en forplantningshastighet og tar en viss tid å reise gjennom forbrenningskammeret. Forplantningshastigheten avhenger av forbrenningskammeret og de fysiske egenskapene til blandingen. Det øker med drivstofftemperaturen, men avtar når trykket øker.
Det er derfor viktig å utløse gnisten før stemplet når det øverste dødpunktet (TDC) under straff for å passere TDC før fullstendig forbrenning av blandingen, og miste en betydelig del av utgangen. På den annen side risikerer for tidlig tenning å ødelegge mekaniske elementer. Tennforløpet er derfor forskjellen mellom øyeblikket når gnisten utløses og når stemplet når sin TDC. Dette fremskrittet kan kvantifiseres når det gjelder tid, men det er mer relevant å måle vinkelen som dannes av forbindelsesstangen i forhold til stempelaksen , en vinkel som lett kan overføres til kanten av svinghjulet for å lette kontroll og tenningspunktsjustering. Den grunnleggende tenningen på biler er omtrent 10 °.
OmgivelserDe mest fordelaktige antennelsefordringene, vanligvis referert til som "optimale fremskritt" , er de som dreiemomentet og / eller effektiviteten er best for. Jo raskere motoren går, jo mer må matingen økes. Når fremskrittet er for lavt, fungerer ikke motoren riktig, akselerasjonen er "hul" og svak; dette blir da referert til som "tenningsforsinkelse" . Omvendt, ved høy belastning på motoren, må tenningen utløses senere. Dette er grunnen til at det er vanlig å legge til et vakuumsystem for å modifisere fremrykket, med her betegnelsen tenningsforskudd og antall omdreininger per minutt.
Historisk var forhåndskontrollen manuell (spak på styret til Norton- motorsykler eller på dashbordet til Bugatti , etc. ). Deretter ble det vanligvis levert av Delco som inkorporerte en sentrifugal- og vakuummekanisme. I dag er det en elektronisk datamaskin som styrer tenningen og dermed går videre, ved hjelp av en sensor til TDC og en indikator som viser øyeblikkelig motorbelastning.
For å kontrollere verdiene av fremskrittet til rotasjonstenningsmotoren, er en stroboskopisk lampe koblet til en klemme til induksjon , på høyspentkabelen fra tennpluggen til et sylindernummer; lampen avgir deretter en lysblink når du bestiller lys nummer én. Ved å lede lysstrålen fra stroboskopet mot vinduet på clutchhuset, kan man visualisere markørens øverste døde sentrum av sylinderen nr . 1 inngravert på svinghjulet som vender mot matingsgraderingene registrert på kanten av huset.
ForurensingTennforskjellen, på grunn av forbrenning indusert tidligere i den termodynamiske syklusen , fremmer nitrogenoksid (NO) utslipp . Når stempelet når sin TDC, er en større brøkdel av drivstoffet allerede brent under fremrykkingen, noe som øker trykktoppen så vel som oppholdstiden til de brente gassene ved høy temperatur i kammeret, to forhold gunstige for dannelsen av NO.
Drivstoffinjeksjon i forbrenningsmotorer kan utføres på to måter: ved indirekte injeksjon , der luft-bensinblandingen blir utført oppstrøms inntaksventilen, eller ved direkte injeksjon , der bensin sprøytes under høyt trykk direkte inn i forbrenningen kammer. Indirekte injeksjon er assosiert med gasspjeld og gjør det mulig å produsere lagdelte ladninger , hvis mål er å skape en rik blanding rundt tennpluggens tennpunkt, noe som begrenser tap av varmeenergi.
Fra 1960-tallet erstattet direkte injeksjon gradvis indirekte, fordi det gjorde det mulig å bedre kontrollere mengden drivstoff og oppnå mer effektiv forbrenning på grunn av en finere bensindiffusjon. Faktisk, gitt at forbrenningen utføres av en tennplugg, gjør direkte injeksjon det mulig å oppnå en mer homogen blanding.
Bare gasser og gassblandinger har en " perfekt homogen struktur " slik at bensin må injiseres i form av dråper for å oppnå en fordampet blanding . Når temperaturene er for lave, spesielt under en kald start, blir blandingen generelt beriket med bensin slik at prosentandelen "fordampbart" drivstoff er tilstrekkelig for antennelse. Dette blir da referert til som "kaldstartberikelse" .
Direkte injeksjon, kombinert med andre mekaniske systemer, gjør det også mulig å utføre forskjellige forbrenninger. Drivstoffinnsprøytningen på en bestemt form av stempelhode øker for eksempel turbulensnivået ( virvelinjeksjon ) i forbrenningskammeret og a fortiori gjør det mulig å forbedre blandingens homogenitet. Direkte injeksjon, akkurat som indirekte injeksjon, kan gjøre det mulig å utføre stratifisert belastning ( tumbleinjeksjon ).
Bortsett fra når de er beregnet på bruk med høy ytelse (for eksempel i motorsport eller på prestisje-modeller), er gnisttenningsmotorer ikke krevende når det gjelder smøring . Som regel tilveiebringes sistnevnte av en intern girpumpe , som drives mekanisk av motoren, et filter for å fjerne urenheter fra oljen og en serie rør for å bringe oljen til steder som krever smøring. Pumpen suger oljen fra veivhuset før den tappes ut. Sylindrene smøres ved projeksjon, det vil si at oljen projiseres inn i motorrommet takket være de raske rotasjonene i veivakselen . Noen motorer er utstyrt med vannoljevekslere for å begrense oppvarmingen av oljen.
På væskekjølte motorer , den kjølekretsen , noe som er spesielt nødvendig for sylinderhodet og sylinderblokk , er tilveiebrakt ved sirkulasjon av et fluid som absorberer optimalt varme , vanligvis en blanding av vann og gass. ' Etylenglykol .
På luftkjølte motorer må topplokkene og deres arrangement være optimalisert for å sikre varmeutvekslingen mellom topplokket og luften.
Hensikten med kompressor i en forbrenningsmotor er å øke fyllingen av motoren for å øke kraften uten å øke forskyvningen. Ved å forbedre fyllingen økes den spesifikke effekten. Overladningshastigheten angir økningen i tettheten til luften som slippes inn i forbrenningskammeret sammenlignet med en naturlig suget motor, det vil si ikke overladet. Siden kompresjonsforholdet til en hvilken som helst gnisttenningmotor er begrenset av bankefenomenet , er dette forholdet generelt lavere enn for en naturlig suget motor, slik at økningen i kompresjon på grunn av overladning ikke forårsaker banking.
Ta eksemplet med en teoretisk perfekt, ensylindret motor med en liter slagvolum. Denne motoren suger og komprimerer en liter luft-bensinblanding i sylinderhodet, som vil være beregnet i volum for å få mest mulig ut av drivstoffet uten å nå det kritiske banepunktet. Tenk deg den samme motoren matet av en turbo; det vil ikke lenger suge og komprimere en liter, men mer. La oss forstørre linjen og forestille oss at turbokompressoren klarer å bringe 2 liter luft-bensinblanding inn i sylinderen (overladningshastighet på 2), idet sylinderhodet og sylindervolumene er uendret, det volumetriske forholdet mellom forskyvning og volum på motorens topplokk forblir den samme, men mengden komprimert luft-bensinblanding som har doblet kompresjonsforholdet har derfor fulgt: vi ville da ha nådd og til og med stort sett overskredet betingelsene for utseendet til banking.
En turbokomprimert motor vil derfor se kompresjonsforholdet senkes på en slik måte at når turboen mater motoren, når den resulterende komprimeringen aldri den verdien som bankefenomenene ubønnhørlig ville vises. Vår teoretiske 1000 cm 3 motor går derfor med overladning for å ha ytelse nær en motor med 2 liter slagvolum, uten ulemper når det gjelder bevegelige masser, intern friksjon, vekt og størrelse generelt. Tilbehøret (starter, batteri osv.) Vil også ha mindre kraft og dimensjoner, noe som gir en betydelig vektøkning på hele kjøretøyet. Å starte en liten motor med et moderat kompresjonsforhold krever mye mindre energi enn å starte en stor motor med optimale kompresjonsforhold.
Blant de forskjellige superladeteknikkene skilles det generelt mellom to hovedkategorier: kompressorer, noen ganger kalt positiv fortrengning eller mekanisk, og turboladere . En turbolader er, som navnet antyder, en turbindrevet kompressor, som bruker eksosgassens kinetiske energi , noe som hjelper ikke å "forbruke" effektivt dreiemoment, mens en kompressor med positiv forskyvning drives mekanisk av veivakselen. Teknologiene som brukes for kompresjonstrinnet er forskjellige, fordi rotasjonshastighetene som oppnås varierer med en størrelsesorden. Positiv fortrengningskompressorer har likevel fordelen av å være effektive fra lave hastigheter uten responstid, men hastigheten forblir proporsjonal med motorens, noe som begrenser mulighetene for optimalisering. Siden kompresjonen av en gass ledsages av en økning i temperaturen, noe som er skadelig for forbrenningseffektiviteten, er disse systemene ofte forbundet med en temperaturveksler.
Andre løsninger, mindre mekaniske, eksisterer også, slik som naturlig overladning - knyttet til geometrien til inntaksmanifoldene -, overladning ved resonans oppnådd takket være Helmholtz-resonansfenomenet eller til og med overladning ved opptakssystemer med variabel geometri.
På grunn av deres vanlige bruk er det vanlig å sammenligne gnisttennningsmotorer med dieselmotorer . Fordelene med den ene tilsvarer naturlig ulempene med den andre og omvendt.
Gnisttenningsmotoren er relativt lettere; selve utformingen av dieselmotorer som krever at delene deres er for store. Det er derfor relativt roligere, siden eksplosjonen av diesel ved selvantennelse forårsaker en kraftig støtbølge, hvis støy - en slags klap - er karakteristisk for Diesel. Generelt er gnisttenningsmotoren mer livlig i lave turtall og når det er kaldt, fordi tenningen skjer ved hjelp av en tennplugg . Da motorhastighetene også er høyere, er prestisje- eller sportsbiler vanligvis utstyrt med gnisttenningmotorer.
Likevel er den teoretiske termodynamiske effektiviteten til bensinmotoren lavere enn for Diesel, i størrelsesorden 30% til 35% for bensin mot 40% til 45% for Diesel i gjennomsnitt, på grunn av høyere kompresjonsforhold. Svak. Thermoptim-simuleringsprogramvaren gir, under identiske forhold, en effektivitet på 33,9% for gnisttenningsmotoren og 40,1% for dieselmotoren.
Jo høyere kompresjonsforhold, jo mer fullstendig forbrenning og redusert spesifikt forbruk. Drivstofforbruket er høyere i gnisttennemotorer, for i tillegg til spørsmålet om effektivitet som allerede er nevnt, er energiinnholdet i bensin lavere enn diesel. Uten å ty til nedbygging teknologier , det moment er oppnådd lavere ved lav hastighet, og CO 2 utslipp høyere enn for en tilsvarende dieselmotor. Imidlertid er det lettere å oppnå mer kraft på grunn av en maksimal motorhastighet som er omtrent halvannen ganger høyere enn for dieselmotorer for vanlige bilmotorer.
Hvis vi sammenligner de forurensende utslippene mellom en dieselmotor og en bensinmotor, går fordelen med bensin på spørsmålet om det økologiske fotavtrykket på lang sikt . Dieselmotorer avgir mindre karbondioksid (CO 2), med samme effekt som en bensinmotor, i gjennomsnitt 15% mindre, fordi forbruket er lavere enn for en bensinmotor. Imidlertid CO 2regnes ikke som forurensende, men bidrar til global oppvarming .
Dieselmotorer generere tre til åtte ganger mer av NOx (nitrogenoksider) og åtte til ti ganger mer fine partikler. Denne økte forurensningen forblir sant til tross for den store fremgangen med høytrykks direkteinjeksjon. Obligatorisk i Europa på kjøretøyer tatt i bruk siden 2011 ( Euro 5-standard ), gjør partikkelfiltre det mulig å begrense utslipp av fine partikler under bruk, men filtrerer ikke NOx uten NOx-katalysator og tilbyr ikke den optimale løsningen i fravær av opparbeidelsesprosesser ved utgangen av livet. Euro 6-standarden begrenser motorprodusentene ytterligere på utslippsnivåene til fine partikler og nitrogenoksider. Siden 2000 har den maksimale utslippsgrensen økt fra 500 til 80 mg / km i 2014 for nye biler (tunge lastebiler og biler), så den gamle flåten er fortsatt den viktigste forurensningskilden.