Като инженер вие знаете, че всяко впечатляващо технологично постижение е възможно благодарение на сложна система от части, които работят перфектно заедно.
Автомобилният двигател, който използва гориво за задвижване на автомобили, самолети, трактори, автобуси и мотоциклети, може би е най-добрият пример за това.
Независимо дали сте студент по инженерство или опитен професионалист, ще научите нещо ново за тази важна технология и брилянтните умове, които я направиха възможна.
Така че закопчайте коланите и се присъединете към нас в това образователно пътуване през сърцето на автомобилния двигател!
Въведение в автомобилните двигатели
Официална дефиниция:
Консумираща гориво машина, която осигурява движещата сила за автомобили, самолети, трактори, автобуси и мотоциклети и се превозва в превозното средство.
Така че, ако искате да спестите пари от бензин, най-доброто, което можем да ви кажем, е просто да извадите двигателя на колата си. Майтапя се!
Двигателят е сложна машина, която завърта колелата на автомобил, като превръща топлината от изгарянето на бензин в сила. Което дава скорост на нещо.
Четиритактовият цикъл на горене се използва за превръщане на бензина в движение в двигател с вътрешно горене, който е най-често срещаният тип двигател.
Този цикъл има четири части: всмукване, компресия, изгаряне и изпускане.
Видове двигатели
Има различни видове двигатели, като редови двигатели с четири цилиндъра или V-образни двигатели с шест или осем цилиндъра.
Оформлението на двигателя определя колко е голям, колко добре работи и колко мощност има.
Редовите двигатели са по-малки от V-образните двигатели, които са по-дълги и по-сложни.
Главни компоненти
Цилиндровият блок, цилиндровата глава и картера са най-важните части на автомобилния двигател.
Сърцето на двигателя е цилиндровият блок, който обикновено е изработен от желязо или алуминиева сплав. Има цилиндри, които държат буталата, които се движат нагоре и надолу, за да произвеждат енергия.
Горивната камера също е в цилиндровия блок. Това е мястото, където горивото и въздухът се смесват, за да се получи горене.
Главата на цилиндъра се намира отгоре на цилиндровия блок. Има свещ, разпределителни валове и клапани.
Разпределителните валове контролират как клапаните се отварят и затварят, което контролира колко гориво, въздух и отработени газове влизат и излизат от горивната камера.
Запалителната свещ запалва сместа от гориво и въздух, за да може да се получи изгаряне.
Картерът обикновено е направен от чугун и е в долната част на двигателя.
Той държи части като бутала, колянов вал, разпределителни валове, ангренажна верига, маслен съд, маслен филтър и т.н. Заедно тези части превръщат горивото в движение.
Когато колата е изключена, стартерът дава на буталото необходимата сила, за да се движи надолу.
Подобрения в двигателите с вътрешно горене
През последните няколко години има подобрения в технологията на двигателя, като директно впръскване на гориво, турбокомпресор и променливо газоразпределение.
Поради тези промени колата използва по-малко газ, има повече мощност и изхвърля по-малко замърсяване.
Видео: Как работи?
Съвет: Включете бутона за надписи, ако имате нужда от него. Изберете „автоматичен превод“ в бутона за настройки, ако не сте запознати с английския език. Може да се наложи първо да щракнете върху езика на видеоклипа, преди любимият ви език да стане достъпен за превод.
Видове автомобилни двигатели
Има различни видове двигатели, използвани в автомобилите, които могат да бъдат групирани по две неща: вид гориво и начин на настройка на двигателя (броя на цилиндрите) (цилиндърна конфигурация).
Бензиновите и дизеловите двигатели са най-често срещаните видове автомобилни двигатели, но има и други неща, които отличават един двигател от друг.
- Прави или редови двигатели.
Всички цилиндри в прав/редови двигател са в една линия, обърнати нагоре и обикновено перпендикулярни на автомобила.
Това е най-често срещаното оформление за семейни хечбеци и по-малки автомобили.
- Разбивки.
Плоските двигатели имат два реда цилиндри от двете страни на един колянов вал.
- V-образни двигатели.
Цилиндрите във V-образен двигател са разположени в две отделни групи, които образуват V около коляновия вал.
- W-двигатели.
W-двигателите имат три реда цилиндри, които образуват W около коляновия вал.
Начинът на настройка на цилиндрите също може да бъде различен.
Малките автомобили имат трицилиндрови двигатели, но турбокомпресорите са направили възможно поставянето им и в по-големите семейни хечбеци.
Шестцилиндровите двигатели обикновено се намират в спортни автомобили от висок клас и мощни автомобили. Те могат да бъдат поставени във V или в права линия.
Суперавтомобилите и луксозните седани имат двигатели с осем или повече цилиндъра, като V8, V10 и V12.
Някои от автомобилите на Volkswagen Group от най-висок клас имат двигатели W12.
Бензинови и дизелови двигатели
В автомобилните приложения основните разлики между бензиновите и дизеловите двигатели са как се произвежда енергията, вида на използваното гориво, топлинната ефективност, очакваната продължителност на живота, оборотите в минута (RPM) и въртящия момент.
- Бензинови двигатели.
Изгарянето чрез искрово запалване се използва в бензиновите двигатели за смесване на газ и въздух, преди да се компресира и запали.
През повечето време бензиновите двигатели имат по-високи обороти от дизеловите двигатели, но имат по-малък въртящ момент.
- Дизелови двигатели.
Преди да впръскат гориво във въздуха, дизеловите двигатели го изстискват, което прави двигателя по-топлинно ефективен и вероятно ще издържи по-дълго.
Тъй като дизелът има по-висока енергийна плътност от бензина, дизеловите двигатели използват по-малко гориво от бензиновите двигатели.
Начинът, по който тези различни типове двигатели се използват в автомобилите, се е променил с времето и зависи от това как е предназначен автомобилът да се използва, колко добре трябва да работи и колко гориво трябва да използва.
Разрастване на автомобилната индустрия
Развитието на автомобилния двигател
По време на индустриалната революция растежът на автомобилната индустрия и нуждата от двигатели с по-голяма мощност доведоха до създаването на двигатели с вътрешно горене (ICE).
Тези двигатели първоначално са направени да работят с течни горива, но са променени, за да могат да работят с бензин.
През 1900 г. Се произвеждат двутактови и четиритактови двигатели и става възможно да се правят много коли наведнъж.
Подобрения в преобразуването на течно гориво и намаляване на емисиите
Инженерите измислиха начини да превърнат течните горива в пари, за да могат да се използват. Това подобри горивната ефективност и мощността на двигателя.
За решаване на проблема със замърсяването от автомобилите са направени и компютъризирани системи за управление на двигателя.
Емисиите на ICE на критериални замърсители като азотни оксиди (Nox) и прахови частици (PM) са намалени с повече от 99% благодарение на изследванията и разработките през последните 30 години.
Усъвършенствани изследвания и разработки на двигатели с вътрешно горене
Днес хората се опитват да накарат двигателите с вътрешно горене да работят по-добре и да бъдат по-добри за околната среда.
Изследванията и развитието на усъвършенствани двигатели с вътрешно горене се фокусират върху нови технологии като хомогенно запалване с компресия на заряда (HCCI) и двигатели с противоположно бутало (OPE), както и превръщането на задвижващите механизми в по-електрически и хибридни.
Въпреки че броят на електрическите превозни средства нараства, ICE все още са важни за транспортната индустрия и ще се използват още дълго време.
Размер на автомобилния двигател и въздушен поток
Повечето автомобилни двигатели се измерват в литри, което е общият обем на всичките им цилиндри.
Ако направите двигателя по-голям, той понякога може да генерира повече конски сили и въртящ момент, но това не винаги е така.
Сензор за въздушен поток в автомобилни двигатели
Измервателят на лопатките и горещата жица са двата най-често срещани начина, по които двигателят измерва колко въздух влиза.
Пружинно заредена въздушна перка, свързана с променлив резистор, се използва от измервателния уред за измерване на количеството въздух, влизащ в двигателя.
Сензорът за масов въздушен поток с горещ проводник, от друга страна, използва резистивен проводник, който виси във въздушния поток и се нагрява до определена температура
След това входящият въздух охлажда проводника, което променя електрическия ток по начин, който е пропорционален на количеството въздух, преминаващ през него.
Вихровият сензор Kármán, от друга страна, не е начин за измерване на входящия въздушен поток в автомобилен двигател.
Вместо това, това е начин за измерване на скоростта на въздушния поток чрез предизвикване на вихри във въздушния поток и след това измерване на промените в налягането, причинени от вихрите.
Поддръжка на автомобилни двигатели
Филтри за двигателно масло
Маслените филтри на двигателя са важна част от осигуряването на добрата работа на двигателя на автомобила.
Те работят за отстраняване на мръсотия, масло и метални частици от маслото. Това позволява на маслото да тече гладко, почиства маслото и предпазва металните части.
Цена, дизайн, конструкция и внимание към детайла са важни неща, за които трябва да помислите, когато избирате филтър за двигателно масло.
Системи за управление на автомобилни двигатели
Има много начини да настроите и промените система за управление на двигателя, за да подобрите работата му.
Някои начини за промяна на системите са повторно калибриране на фабричните ECM, настройка с превключватели, интерцептори и други допълнителни части и проектиране, модифициране и изграждане на всмукателни колектори.
Отделно програмируемите системи за управление на двигателя също могат да се използват за промяна на това колко добре работи двигателят.
За да получите най-добра производителност, е важно да правите промени по безопасен и надежден начин.
Преди да направите промени в системата за управление на вашия двигател, трябва да говорите с експерт или да прочетете по темата.
Часове на двигателя
Часовете на двигателя са броят часове, през които един двигател е работил, откакто е произведен за първи път, дори когато превозното средство не се движи.
Този показател е полезен за измерване на износването на търговски превозни средства, особено за проследяване на времето на празен ход, тъй като одометърът не записва пробега, когато превозното средство използва ВОМ, за да стои неподвижно с часове всеки ден.
Моторните часове могат да се използват и за планиране на превантивна поддръжка и за определяне колко време е използвано превозното средство.
Връзката между часовете на двигателя и изминатите километри може да се използва за изготвяне на пълен план за подмяна на превозни средства, подобряване на графиците за поддръжка и проследяване на това колко добре се справя даден автопарк.
Съвременните двигатели имат част, наречена модул за управление на двигателя (ECM), който отчита колко пъти двигателят се завърта и колко време отнема всяко завъртане.
Модули за управление на автомобилни двигатели
Модулите за управление на автомобилни двигатели (ECM) използват редица мерки за сигурност, за да се уверят, че работят правилно и да не позволяват на хората да се забъркват с тях.
Например, те вграждат хардуер за проверка и механизми за безопасност, използват стандарти за автомобилна сигурност като SAE J3061 и ISO/SAE 21434 и преминават през процеси на проверка.
ECM също могат да бъдат защитени чрез използване на проверки за правдоподобност за намиране на сигнали, които са били подправени или променени.
Това се прави чрез сравняване на стойностите на сензора с фиксираните стойности, за да се уверите, че са правилни. Това затруднява лошите хора да правят промени в ECM.
И накрая, модерните ECM се правят с компютърни части като микропроцесори, които могат бързо да приемат, интерпретират и действат върху сензорни входове. Това помага да се уверите, че системата работи правилно.
EPA има въведена политика, за да гарантира, че се спазват забраните на Закона за чистия въздух за манипулиране и аварийни устройства за следпродажбено обслужване.
Тези забрани продължават през целия живот на превозното средство, забраняват търговците да продават манипулирани превозни средства, които вече са на пътя, и изискват редовни проверки на превозните средства, за да се уверят, че бордовите системи за диагностика на емисиите работят правилно.
Тунерите, които са продукти, които променят ECU, може да са незаконни следпродажбени устройства за повреда и използването им или поставянето им може да бъде незаконно подправяне.
Случаи на употреба
| Задача: | Описание: |
|---|---|
| Автомобили и други превозни средства | Автомобилите, камионите и автобусите са най-често срещаните места, където се използват автомобилни двигатели. Тези двигатели дават на превозното средство необходимата мощност, за да се движи напред. Те са важна част от съвременния транспорт. |
| Задвижване на самолети | Друго важно място, където се използват автомобилни двигатели, е в самолетите, където те осигуряват необходимата тяга за излитане и полет. Повечето самолетни двигатели са по-мощни и ефективни от автомобилните двигатели, защото трябва да могат да създадат повече повдигане и да преодолеят съпротивлението на въздуха. |
| Селскостопанска техника | Двигателите от автомобили често се използват в трактори и други видове селскостопанско оборудване. Тези двигатели трябва да са достатъчно здрави и издръжливи, за да се справят с тежките натоварвания и тежката работа, които идват със земеделието. |
| Производство на електроенергия | Има моменти, когато автомобилните двигатели също могат да се използват за производство на енергия. През повечето време тези двигатели се използват в генераторни комплекти, които се използват за захранване на домове и предприятия, когато токът спре. |
| Морско задвижване | Лодки и други видове плавателни съдове също могат да бъдат задвижвани от автомобилни двигатели. Морските двигатели обикновено са направени да издържат по-дълго и да издържат на корозия по-добре от автомобилните двигатели, защото трябва да работят в суровата морска среда. |
| Състезание | Друг начин, по който се използват автомобилните двигатели, е в състезанията, където те задвижват високопроизводителни автомобили, които могат да се движат много бързо. Повечето състезателни двигатели са променени, за да извлекат максимума от тях, и могат да направят много повече мощност от обикновен автомобилен двигател. |
| Косачки и други малки инструменти | И накрая, автомобилните двигатели могат да се използват и за захранване на косачки, верижни триони и други малки инструменти. През повечето време тези двигатели не са толкова силни, колкото техните по-големи колеги, но все пак трябва да бъдат надеждни и достатъчно ефективни, за да се справят с ежедневната употреба. |
Препратки:
https://en.wikipedia.org/wiki/Automotive_engine
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B0080431526000863
Заключение
В заключение, автомобилният двигател е невероятна технология, която промени начина, по който пътуваме и живеем.
Инженерите са в челните редици на създаването на тези удивителни машини, от първите двигатели с вътрешно горене до най-модерните хибридни и електрически задвижвания днес.
Но автомобилният двигател е символ и на нещо по-дълбоко: естественото ни желание да прекрачим границите на възможното, да преодолеем бариерите и да мечтаем за по-добро утре.
С поглед към бъдещето е ясно, че автомобилният двигател ще продължи да бъде важна част от живота ни
Това е двигателят, който задвижва колите, които ни отвеждат до работа, училище и други места.
Но също така напомня колко мощна е човешката креативност, колко склонни са хората да опитват нови неща и колко много може да направи човешкият ум.
Така че следващия път, когато запалите колата си, отделете малко време, за да помислите за удивителното инженерство, което прави всичко възможно, и не забравяйте, че възможностите наистина са безкрайни.
Сподели на…
