Jak fungují automobilové motory

Obsah

1. S vnitřním spalováním
2. Základní části motoru
3. Problémy s motorem
4. Vlakové a zapalovací systémy ventilů motoru
5. Chlazení motoru, přívod vzduchu a startovací systémy
6. Mazání motoru, palivo, výfuk a elektrické systémy
7. Větší výkon motoru
8. Otázky a odpovědi týkající se motoru
9. Jak se liší 4-válcové a V6 motory?

Princip každého spalovacího motoru s vnitřním spalováním: Pokud umístíte malé množství paliva s vysokou energetickou hustotou (jako benzín) do malého uzavřeného prostoru a zapálíte, uvolní se neuvěřitelné množství energie ve formě expandujícího plynu.

Tuto energii můžete použít pro zajímavé účely. Například, pokud můžete vytvořit cyklus, který vám umožní zapálit exploze, jako je tato stokrát za minutu, a pokud můžete tuto energii využít užitečným způsobem, máte jádro automobilu.

Téměř každé auto s benzínovým motorem používá čtyřdobý spalovací cyklus převést benzín do pohybu. Čtyřtaktní přístup je také známý jako Ottoův cyklus, na počest Nikolause Otta, který jej vynalezl v roce 1867. Čtyři údery jsou znázorněny na Obrázek 1. Oni jsou:

• Sací tah
• Kompresní mrtvice
• Spalovací tah
• Výfuk

Tento obsah není na tomto zařízení kompatibilní.

Obrázek 1

Píst je připojen k klikový hřídel a ojnice. Když se klikový hřídel otáčí, má účinek „resetování děla“. Co se stane, když motor prochází cyklem:

1. Píst začíná nahoře, sací ventil se otevírá a píst se pohybuje dolů, aby mohl motor vzít do válce plný vzduchu a benzínu. To je sací zdvih. Aby to fungovalo, musí být do vzduchu smíchána pouze nejmenší kapka benzínu. (Část 1 obrázku)
2. Pak se píst pohybuje zpět nahoru, aby stlačil tuto směs paliva a vzduchu. Komprese dělá explozi silnější. (Část 2 obrázku)
3. Když píst dosáhne vrcholu svého zdvihu, zapalovací svíčka vydá jiskru, aby zapálila benzín. Benzínová náplň ve válci exploduje, tlačí píst dolů. (Část 3 obrázku)
4. Jakmile píst narazí na spodní část svého zdvihu, otevře se výfukový ventil a vyčerpat opouští válec, aby vytáhl koncovku. (Část 4 obrázku)

Nyní je motor připraven na další cyklus, takže nasává další dávku vzduchu a plynu.

V motoru je lineární pohyb pístů přeměněn klikovým hřídelem na rotační pohyb. Rotační pohyb je pěkný, protože s ním plánujeme otáčet (otáčet) kola automobilu.

Nyní se podívejme na všechny části, které spolupracují, aby se to stalo, počínaje válci.

Obrázek 2. Inline: Válečky jsou uspořádány v řadě v jedné bance.

Jádrem motoru je válec, přičemž píst se pohybuje uvnitř válce. Pro většinu sekaček na trávu jsou typické jednoválcové motory, ale obvykle mají automobily více než jeden válec (běžné jsou čtyři, šest a osm válců). U víceválcového motoru jsou válce obvykle uspořádány jedním ze tří způsobů: v souladu, PROTI nebo byt (také známý jako vodorovně protilehlý nebo boxer), jak je znázorněno na obrázcích vlevo.

Takže inline čtyři, kterou jsme zmínili na začátku, je motor se čtyřmi válci uspořádanými v řadě. Různé konfigurace mají různé výhody a nevýhody, pokud jde o hladkost, výrobní náklady a tvarové vlastnosti. Díky těmto výhodám a nevýhodám jsou vhodnější pro určitá vozidla.

Obrázek 3. V: Válce jsou uspořádány ve dvou bankách, které jsou uspořádány šikmo k sobě. Obrázek 4. Plochý: Válce jsou uspořádány ve dvou řadách na opačných stranách motoru.

Podívejme se na některé klíčové součásti motoru podrobněji.

Zapalovací svíčka

Zapalovací svíčka dodává jiskru, která zapálí směs vzduchu a paliva, aby mohlo dojít ke spalování. Jiskra se musí stát ve správný okamžik, aby věci fungovaly správně.

Ventily

Sací a výfukové ventily se otevírají ve správný čas, aby umožnily přívod vzduchu a paliva a výfukové plyny. Všimněte si, že oba ventily jsou uzavřeny během stlačování a spalování, takže spalovací komora je utěsněna.

Píst

Píst je válcový kus kovu, který se pohybuje uvnitř válce.

Pístní kroužky

Pístní kroužky zajišťují kluzné těsnění mezi vnější hranou pístu a vnitřní hranou válce. Prsteny slouží dvěma účelům:

• Zabraňují úniku směsi paliva a vzduchu a výfukových plynů ve spalovací komoře do jímky během stlačování a spalování.
• Zabraňují úniku oleje do jímky do spalovacího prostoru, kde by byl spálen a ztracen.

Většina automobilů, které „spalují olej“ a musí mít přidán kvart každých 1 000 mil, hoří, protože motor je starý a kroužky už nepatří správně. Mnoho moderních vozidel používá více pístních kroužků pro pístní kroužky. To je jeden z důvodů, proč motory vydrží déle a mohou mezi výměnami oleje trvat déle.

Ojnice

Ojnice spojuje píst s klikovým hřídelem. Může se otáčet na obou koncích tak, aby se jeho úhel mohl měnit při pohybu pístu a otáčení klikového hřídele.

Klikový hřídel

Klikový hřídel přeměňuje pohyb pístu nahoru a dolů na kruhový pohyb, stejně jako klika na zdviháku.

Jímka

Vana obklopuje klikový hřídel. Obsahuje určité množství oleje, které se shromažďuje na dně jímky (olejová vana).

Dále se naučíme, co se může u motorů pokazit.

Obrázek 5. Vačkový hřídel

Většina subsystémů motorů může být implementována pomocí různých technologií a lepší technologie mohou zlepšit výkon motoru. Pojďme se podívat na všechny různé subsystémy používané v moderních motorech, počínaje ventilovou soustavou.

Sestava ventilů se skládá z ventilů a mechanismu, který je otevírá a uzavírá. Systém otevírání a zavírání se nazývá a vačková hřídel. Vačkový hřídel má laloky, které pohybují ventily nahoru a dolů, jak je znázorněno na obrázku Obrázek 5.

Většina moderních motorů má to, co se říká režijní kamery. To znamená, že vačkový hřídel je umístěn nad ventily, jak je znázorněno na obrázku 5. Vačky na hřídeli aktivují ventily přímo nebo prostřednictvím velmi krátkého spojení. Starší motory používaly vačkový hřídel umístěný v jímce poblíž klikového hřídele.

A rozvodový řemen nebo rozvodový řetěz spojuje klikový hřídel s vačkovým hřídelem, takže ventily jsou synchronizovány s písty. Vačkový hřídel je uspořádán tak, aby se otáčel o polovinu rychlosti klikového hřídele. Mnoho vysoce výkonných motorů má čtyři ventily na válec (dva pro sací, dva pro výfukové plyny) a toto uspořádání vyžaduje dva vačkové hřídele na banku válců, proto věta „dvojité vačkové vačky“.

Tento obsah není na tomto zařízení kompatibilní.

Obrázek 6. Zapalovací systém

zapalovací systém (Obrázek 6) vytváří vysokonapěťový elektrický náboj a přenáší jej přes zapalovací svíčky zapalovací dráty. Náboj nejprve proudí do a distributor, které snadno najdete pod kapotou většiny aut. Rozdělovač má jeden drát ve středu a čtyři, šest nebo osm drátů (v závislosti na počtu válců) vycházejících z něj. Tyto zapalovací dráty poslat poplatek do každé zapalovací svíčky. Motor je načasován tak, aby pouze jeden válec dostal jiskru od distributora najednou. Tento přístup poskytuje maximální plynulost.

V další části se podíváme na to, jak motor vašeho automobilu nastartuje, ochlazuje a cirkuluje vzduch.

Tento diagram ukazuje podrobnosti o tom, jak je připojen chladicí systém a vodovodní potrubí.

chladící systém ve většině aut sestává z chladiče a vodního čerpadla. Voda cirkuluje průchody kolem válců a poté prochází chladičem, aby jej vychladla. V několika vozech (zejména před rokem 1999 Volkswagen Brouci), stejně jako ve většině motocyklů a sekačkách na trávu, je motor místo toho chlazený vzduchem (Můžete říci vzduchem chlazenému motoru ploutvemi ozdobenými na vnější straně každého válce, aby vám pomohl odvádí teplo.). Díky chlazení vzduchem je motor lehčí, ale teplejší, což obecně snižuje životnost motoru a celkový výkon.

Takže teď víte, jak a proč je váš motor v pohodě. Ale proč je cirkulace vzduchu tak důležitá? Většina aut je normálně aspiroval, což znamená, že vzduch proudí vzduchovým filtrem a přímo do válců. Jsou to také vysoce výkonné a moderní motory s nízkou spotřebou paliva přeplňované nebo přeplněné, což znamená, že vzduch přicházející do motoru je nejprve natlakován (takže do každého válce lze vtlačit více směsi vzduchu a paliva), aby se zvýšil výkon. Vyvolá se množství natlakování podpořit. Turbodmychadlo používá malou turbínu připojenou k výfukovému potrubí k roztočení kompresní turbíny v přiváděném proudu vzduchu. Kompresor je přímo připojený k motoru a odstřeďuje kompresor.

Protože turbodmychadlo opakovaně používá horké výfukové plyny, aby roztočilo turbínu a stlačilo vzduch, zvyšuje výkon menších motorů. Čtyřválcový motor na usazování paliva tak může vidět výkon, který byste mohli očekávat, že se vydá šestiválcový motor a současně získáte o 10 až 30 procent lepší spotřebu paliva.

Zvýšení výkonu vašeho motoru je skvělé, ale co se přesně stane, když otočíte klíčem pro jeho spuštění? startovací systém sestává z elektrického spouštěcího motoru a startovací solenoid. Když otočíte klíčkem zapalování, motor startéru otáčí motor o několik otáček, aby mohl začít proces spalování. Spuštění studeného motoru vyžaduje výkonný motor. Startovací motor musí překonat:

• Veškeré vnitřní tření způsobené pístními kroužky
• Stlačovací tlak jakéhokoli válce (válců), který se stane v kompresním zdvihu
• Energie potřebná k otevření a uzavření ventilů s vačkovým hřídelem
• Všechny ostatní věci přímo připojené k motoru, jako je vodní čerpadlo, olejové čerpadlo, alternátor atd.

Protože je potřeba tolik energie a protože auto používá 12 V elektrický systém, musí do startovacího motoru proudit stovky ampér elektřiny. Elektromagnet spouštěče je v podstatě velký elektronický spínač, který zvládne tolik proudu. Když otočíte klíčkem zapalování, aktivuje solenoid pro napájení motoru.

Dále se podíváme na subsystémy motoru, které udržují to, co jde (olej a palivo) a co vyjde (výfuk a emise).

Výfukový systém vašeho automobilu zahrnuje výfukové potrubí a tlumič výfuku. Marin Tomas / Getty Images

Pokud jde o každodenní údržbu automobilu, váš první problém je pravděpodobně množství plynu v autě. Jak plyn, který dáte do napájení lahví? Motor je palivový systém pumpuje plyn z plynové nádrže a mísí jej se vzduchem tak, aby do válců mohla proudit správná směs vzduchu a paliva. Palivo se dodává v moderních vozidlech dvěma běžnými způsoby: vstřikováním paliva do přístavu a přímým vstřikováním paliva.

V motoru s vstřikovaným palivem se správné množství paliva vstřikuje jednotlivě do každého válce buď přímo nad sacím ventilem (portové vstřikování paliva) nebo přímo do válce (přímé vstřikování paliva). Starší vozidla byla karburována, kde byl plyn a vzduch mísen karburátorem, když vzduch proudil do motoru.

Ropa také hraje důležitou roli. mazání Systém zajišťuje, že každá pohyblivá část motoru dostane olej, takže se může snadno pohybovat. Dvěma hlavními částmi, které potřebují olej, jsou písty (takže se mohou snadno klouzat ve svých válcích) a jakákoli ložiska, která umožňují volně se otáčet věci jako klikový hřídel a vačkové hřídele. Ve většině automobilů je olej nasáván z olejové vany olejovým čerpadlem, protéká olejovým filtrem, aby se odstranil veškerý prach, a poté stříká pod vysokým tlakem na ložiska a stěny válců. Olej potom stéká dolů do jímky, kde se znovu shromažďuje a cyklus se opakuje.

Nyní, když víte o některých věcech, které vložíte v vaše auto, podívejme se na některé věci, které z toho vycházejí. výfukový systém zahrnuje výfukové potrubí a tlumič. Bez tlumiče hluku byste slyšeli zvuk tisíců malých výbuchů, které vycházejí z vašeho výfukového potrubí. Tlumič tlumí zvuk.

systém řízení emisí v moderních automobilech sestává z: katalyzátor, soubor senzorů a akčních členů a počítač, který vše monitoruje a upravuje. Katalyzátor například používá katalyzátor a kyslík ke spálení nepoužitého paliva a některých dalších chemikálií ve výfukových plynech. Senzor kyslíku v proudu výfukových plynů zajišťuje, že je k dispozici dostatek kyslíku, aby katalyzátor mohl fungovat, a v případě potřeby upraví věci.

Co jiného pohání vaše auto kromě plynu? Elektrický systém sestává z: baterie a alternátor. Alternátor je připojen k motoru pomocí řemenu a generuje elektřinu pro dobití baterie. Baterie poskytuje 12 voltovou energii pro vše, co v automobilu vyžaduje elektřinu (zapalovací systém, rádio, světlomety, stěrače čelního skla, elektricky ovládaná okna a sedadla, počítače atd.) Prostřednictvím kabeláže vozidla.

Nyní, když víte vše o hlavních subsystémech motoru, pojďme se podívat na způsoby, jak můžete zvýšit výkon motoru.

Přidání turbodmychadla do motoru automobilu může zvýšit jeho celkový výkon a výkon. Monty Rakusen / Getty Images

Pomocí všech těchto informací můžete začít vidět, že existuje mnoho různých způsobů, jak zlepšit výkon motoru. Výrobci automobilů neustále hrají se všemi následujícími proměnnými, aby byl motor výkonnější a / nebo úspornější.

Zvýšit výtlak: Větší výtlak znamená více výkonu, protože během každé otáčky motoru můžete spalovat více plynu. Posun můžete zvětšit zvětšením válců nebo přidáním dalších válců. Zdá se, že praktickým limitem je dvanáct válců.

Zvyšte kompresní poměr: Vyšší kompresní poměry produkují více energie až do bodu. Čím více stlačíte směs vzduch / palivo, tím je pravděpodobnější, že se spontánně dostane do plamene (dříve, než ji zapálí zapalovací svíčka). Benziny s vyšším oktanovým číslem brání tomuto druhu předčasného spalování. Proto vysoce výkonná auta obecně potřebují benzín s vysokým oktanovým číslem - jejich motory používají vyšší kompresní poměry, aby získaly větší výkon.

Vsadit více do každého válce: Pokud můžete napěchovat více vzduchu (a tím i palivo) do válce dané velikosti, můžete získat více energie z válce (stejným způsobem, jako byste zvětšili velikost válce), aniž byste zvýšili palivo potřebné pro spalování. . Turbodmychadla a kompresory natlakují přiváděný vzduch, aby účinně vtlačily více vzduchu do válce.

Ochlaďte vstupní vzduch: Stlačený vzduch zvyšuje jeho teplotu. Chtěli byste však mít ve válci co nejchladnější vzduch, protože čím je vzduch teplejší, tím méně se při spalování rozšiřuje. Proto má mnoho přeplňovaných a přeplňovaných aut mezichladič. Mezichladič je speciální radiátor, kterým prochází stlačený vzduch, aby jej ochladil před vstupem do válce.

Nechte vzduch vstoupit snadněji: Jak se píst pohybuje v sacím zdvihu, odpor vzduchu může okrást sílu z motoru. Odpor vzduchu může být dramaticky snížen vložením dvou sacích ventilů do každého válce. Některá novější auta také používají leštěné sací potrubí k odstranění odporu vzduchu. Větší vzduchové filtry mohou také zlepšit průtok vzduchu.

Nechte výstup výfuku snadněji: Pokud odpor vzduchu způsobuje, že výfuk může vystoupit z válce, okradne motor výkonu. Odpor vzduchu lze snížit přidáním druhého výfukového ventilu do každého válce. Vůz se dvěma sacími a dvěma výfukovými ventily má čtyři ventily na válec, což zlepšuje výkon. Když uslyšíte reklamu na auto, řeknou vám, že auto má čtyři válce a 16 ventilů, co říká, že motor má čtyři ventily na válec.

Pokud je výfukové potrubí příliš malé nebo má tlumič velký odpor vzduchu, může to způsobit protitlak, který má stejný účinek. Vysoce výkonné výfukové systémy využívají ke snížení protitlaku ve výfukovém systému záhlaví, velké ocasní trubky a volně tekoucí tlumiče. Když uslyšíte, že auto má „duální výfuk“, cílem je zlepšit průtok výfukových plynů tím, že místo jednoho výfukového potrubí budete mít dvě výfukové trubky.

Usnadněte vše: Lehké díly pomáhají motoru lépe pracovat. Pokaždé, když píst mění směr, spotřebuje energii k zastavení jízdy v jednom směru a ke spuštění v jiném směru. Čím je píst lehčí, tím méně energie potřebuje. Výsledkem je lepší palivová účinnost a lepší výkon.

Vstřikujte palivo: Vstřikování paliva umožňuje velmi přesné dávkování paliva do každého válce. To zlepšuje výkon a úsporu paliva.

V následujících sekcích odpovíme na některé běžné otázky týkající se motorů, které čtenáři předloží.

Zde je sada otázek souvisejících s motorem od čtenářů a jejich odpovědí:

• Jaký je rozdíl mezi benzínovým a naftovým motorem?? U dieselového motoru není zapalovací svíčka. Místo toho je nafta vstřikována do válce a teplo a tlak kompresního zdvihu způsobí vznícení paliva. Nafta má vyšší energetickou hustotu než benzín, takže dieselový motor má lepší kilometrový výkon. Další informace naleznete v části Jak fungují dieselové motory.
• Jaký je rozdíl mezi dvoudobým a čtyřdobým motorem?? Většina řetězových pil a lodních motorů používá dvoudobé motory. Dvoudobý motor nemá žádné pohyblivé ventily a zapalovací svíčka vystřelí pokaždé, když píst narazí na vrchol svého cyklu. Otvor ve spodní části stěny válce propouští plyn a vzduch. Když se píst pohybuje nahoru, je stlačen, zapalovací svíčka zapálí spalování a výfuk vystupuje dalším otvorem ve válci. Ve dvoudobém motoru musíte přimíchat olej do plynu, protože otvory ve stěně válce zabraňují použití kroužků k utěsnění spalovací komory. Obecně dvoutaktní motor produkuje velké množství energie pro svou velikost, protože na otáčku dochází dvakrát tolik spalovacích cyklů. Dvoudobý motor však používá více benzínu a spaluje hodně oleje, takže je mnohem škodlivější. Další informace naleznete v části Jak fungují dvoudobé motory.
• V tomto článku jste se zmínili o parních strojích - existují nějaké výhody pro parní stroje a další spalovací motory? Hlavní výhodou parního stroje je, že jako palivo můžete použít cokoli, co hoří. Např. Parní stroj může využívat jako palivo uhlí, noviny nebo dřevo, zatímco spalovací motor potřebuje čisté, vysoce kvalitní kapalné nebo plynné palivo. Další informace naleznete v části Jak fungují parní motory.
• Proč mít v motoru osm válců? Proč místo toho mít jeden velký válec se stejným zdvihem osmi válců? Existuje několik důvodů, proč má velký 4,0litrový motor osm osmivolcových válců, než jeden velký čtyřlitrový válec. Hlavním důvodem je hladkost. Motor V-8 je mnohem plynulejší, protože namísto jedné velké exploze má osm rovnoměrně rozložených výbuchů. Dalším důvodem je spouštěcí moment. Když nastartujete motor V-8, jedete pouze dvěma válci (1 litr) skrz jejich kompresní zdvihy, ale s jedním velkým válcem byste místo toho museli komprimovat 4 litry.

2017 Fusion V6 Sport je standardně dodáván s 2,7-litrovým motorem EcoBoost s 380 lb.-ft. točivý moment a 325 k. Brod

Počet válců, které motor obsahuje, je důležitým faktorem celkového výkonu motoru. Každý válec obsahuje píst, který v něm pumpuje, a tyto písty se připojují a otáčí klikovým hřídelem. Čím více pístů čerpá, tím více hořlavých událostí se odehrává v kterémkoli daném okamžiku. To znamená, že za méně času lze generovat více energie.

Čtyřválcové motory běžně přicházejí v „přímých“ nebo „inline“ konfiguracích, zatímco šestiválcové motory jsou obvykle konfigurovány v kompaktnějším tvaru „V“, a proto jsou označovány jako motory V6. Motory V6 byly motorem volby pro americké automobilky, protože jsou výkonné a tiché, ale díky technologii přeplňování se čtyřválcové motory staly silnějšími a atraktivnějšími pro kupující.

Historicky američtí spotřebitelé automobilů otočili nosy u čtyřválcových motorů a věřili, že jsou pomalí, slabí, nevyvážení a zrychlí. Když však japonští výrobci automobilů, jako jsou Honda a Toyota, začali v 80. a 90. letech instalovat do svých automobilů vysoce efektivní čtyřválcové motory, Američané našli nové ocenění pro kompaktní motor. Japonské modely, jako je Toyota Camry, začaly rychle prodávat srovnatelné americké modely

Moderní čtyřválcové motory používají lehčí materiály a technologii přeplňování, jako je motor Ford EcoBoost, aby dosáhly výkonu V-6 z efektivnějších čtyřválcových motorů. Pokročilá aerodynamika a technologie, jako jsou ty, které Mazda používá ve svých konstrukcích SKYACTIV, kladou menší důraz na tyto menší přeplňované motory, což dále zvyšuje jejich účinnost a výkon..

Pokud jde o budoucnost V6, v posledních letech se rozdíl mezi čtyřválcovými a V6 motory výrazně snížil. Motory V-6 však stále mají své využití, a to nejen u výkonných automobilů. Nákladní automobily, které se používají k tažení přívěsů nebo nákladu, potřebují k provedení těchto prací sílu V-6. V těchto případech je moc důležitější než účinnost.

Poslední redakční aktualizace 16. srpna 2018 16:15:43.

Související články

• Jak dieselové motory fungují
• Jak dieselové dvoudobé motory fungují
• Jak fungují manuální převodovky
• Jak turbodmychadla fungují
• Jak systémy vstřikování paliva fungují

Další skvělé odkazy

• Viditelné sady motorů
• Animované motory
• Embium motoru Erbmana

Prameny

• Associated Press. "Spotřebitelé se přestěhovali do čtyřválcových motorů při vysokých cenách plynu." 10. července 2007. http://www.foxnews.com/story/0,2933,288644,00.html
• Collins, Dan. "Jak fungují automobilové motory?" http://www.carbibles.com/fuel_engine_bible.html
• Ofria, Charlese. "Krátký kurz automobilových motorů." http://www.familycar.com/engine.htm