Uvnitř Automobilových Motorů: Jak Fungují

Jako inženýr víte, že každý působivý technologický počin je možný díky komplikovanému systému dílů, které spolu dokonale spolupracují.

Automobilový motor, který využívá palivo k pohybu automobilů, letadel, traktorů, autobusů a motocyklů, může být toho nejlepším příkladem.

Ať už jste student inženýrství nebo ostřílený profesionál, dozvíte se něco nového o této důležité technologii a skvělých myslích, které to umožnily.

Tak se připoutejte a připojte se k nám na tuto vzdělávací jízdu srdcem automobilového motoru!

Úvod do automobilových motorů

Formální definice:

Stroj spotřebovávající palivo, který poskytuje hnací sílu pro automobily, letadla, traktory, autobusy a motocykly a je přepravován ve vozidle.

Pokud tedy chcete ušetřit peníze za benzín, nejlepší věc, kterou vám můžeme říci, je vyjmout motor vašeho auta. Dělám si srandu!

Motor je komplikovaný stroj, který otáčí kola auta tím, že přeměňuje teplo ze spalování benzínu na sílu. Což dává něčemu rychlost.

Čtyřdobý spalovací cyklus se používá k přeměně benzínu na pohyb ve spalovacím motoru, což je nejběžnější typ motoru.

Tento cyklus má čtyři části: sání, komprese, spalování a výfuk.

Typy motorů

Existují různé typy motorů, jako jsou řadové motory se čtyřmi válci nebo motory do V se šesti nebo osmi válci.

Uspořádání motoru určuje, jak je velký, jak dobře funguje a jaký má výkon.

Řadové motory jsou menší než motory do V, které jsou delší a složitější.

Hlavní komponenty

Blok válců, hlava válců a kliková skříň jsou nejdůležitější součásti automobilového motoru.

Srdcem motoru je blok válců, který bývá vyroben ze železa nebo slitiny hliníku. Má válce, které drží písty, které se pohybují nahoru a dolů a vytvářejí energii.

Spalovací prostor je také v bloku válců. Je to místo, kde se palivo a vzduch mísí, aby došlo ke spalování.

Hlava válců je umístěna nahoře na bloku válců. Má zapalovací svíčku, vačkové hřídele a ventily.

Vačkové hřídele řídí, jak se ventily otevírají a zavírají, což řídí, kolik paliva, vzduchu a výfukových plynů jde do a ze spalovací komory.

Zapalovací svíčka zapálí směs paliva a vzduchu, aby mohlo dojít ke spalování.

Kliková skříň je obvykle vyrobena z litiny a je ve spodní části motoru.

Drží součásti jako písty, klikový hřídel, vačkové hřídele, rozvodový řetěz, olejová vana, olejový filtr a tak dále. Společně tyto části mění palivo v pohyb.

Když je auto vypnuté, startér dodá pístu sílu, kterou potřebuje k pohybu dolů.

Vylepšení ve spalovacích motorech

V posledních letech došlo k vylepšení technologie motoru, jako je přímé vstřikování paliva, přeplňování turbodmychadlem a variabilní časování ventilů.

Díky těmto změnám auto spotřebuje méně plynu, má větší výkon a produkuje méně znečištění.

Video: Jak to funguje?

Tip: Pokud potřebujete, zapněte tlačítko titulků. Pokud neznáte anglický jazyk, vyberte v tlačítku nastavení „automatický překlad“. Než bude váš oblíbený jazyk dostupný pro překlad, možná budete muset nejprve kliknout na jazyk videa.

Typy automobilových motorů

V automobilech se používají různé druhy motorů, které lze seskupit podle dvou věcí: typu paliva a způsobu nastavení motoru (počet válců) (konfigurace válců).

Benzínové a naftové motory jsou nejběžnějšími druhy automobilových motorů, ale existují i ​​​​jiné věci, které odlišují jeden motor od druhého.

• Přímé nebo řadové motory.

Všechny válce v přímém/řadovém motoru jsou v řadě, směřující nahoru a obvykle kolmé k vozidlu.

Toto je nejběžnější uspořádání pro rodinné hatchbacky a menší vozy.

• Poruchy.

Ploché motory mají dvě řady válců na obou stranách jednoho klikového hřídele.

• V-motory.

Válce v motoru do V jsou umístěny ve dvou samostatných skupinách, které tvoří V kolem klikové hřídele.

• W-motory.

W-motory mají tři řady válců, které tvoří W kolem klikového hřídele.

Způsob nastavení válců může být také odlišný.

Malá auta mají tříválce, ale turbodmychadla umožnila dát je i do větších rodinných hatchbacků.

Šestiválcové motory se obvykle vyskytují ve sportovních vozech vyšší třídy a výkonných vozech. Mohou být umístěny do V nebo do přímky.

Supercars a luxusní sedany mají motory s osmi nebo více válci, jako V8, V10 a V12.

Některé z vozů nejvyšší třídy Volkswagen Group mají motory W12.

Benzínové a naftové motory

V automobilových aplikacích jsou hlavní rozdíly mezi benzínovými a naftovými motory způsob výroby energie, typ použitého paliva, tepelná účinnost, předpokládaná životnost, otáčky za minutu (RPM) a točivý moment.

• Benzínové motory.

Jiskrové spalování se používá v benzínových motorech ke smíchání plynu a vzduchu před jeho stlačením a zapálením.

Benzinové motory mají většinou vyšší otáčky než dieselové motory, ale mají menší točivý moment.

• Dieselové motory.

Před vstřikováním paliva do vzduchu ho vznětové motory zmáčknou, díky čemuž je motor tepelně účinnější a pravděpodobně déle vydrží.

Vzhledem k tomu, že nafta má vyšší hustotu energie než benzín, spotřebují naftové motory méně paliva než benzínové motory.

Jak se tyto různé typy motorů používají v autech, se v průběhu času měnilo a závisí na tom, jak má být vůz používán, jak dobře musí fungovat a kolik paliva potřebuje spotřebovat.

Expanze automobilového průmyslu

Vývoj automobilového motoru

Během průmyslové revoluce vedl růst automobilového průmyslu a potřeba motorů s větším výkonem k vytvoření spalovacích motorů (ICE).

Tyto motory byly původně vyrobeny pro provoz na kapalná paliva, ale byly změněny tak, aby mohly běžet na benzín.

V roce 1900 se vyráběly dvoutaktní a čtyřtaktní motory a bylo možné vyrobit mnoho automobilů najednou.

Vylepšení konverze na kapalná paliva a snížení emisí

Inženýři přišli na způsoby, jak přeměnit kapalná paliva na páry, aby je bylo možné použít. Tím se zlepšila spotřeba paliva a výkon motoru.

K vyřešení problému znečištění z automobilů byly také vyrobeny počítačové systémy řízení motoru.

Emise ICE kritických znečišťujících látek, jako jsou oxidy dusíku (Nox) a pevné částice (PM), se díky výzkumu a vývoji za posledních 30 let snížily o více než 99 %.

Pokročilý výzkum a vývoj spalovacích motorů

Dnes se lidé snaží, aby spalovací motory fungovaly lépe a byly šetrnější k životnímu prostředí.

Výzkum a vývoj pokročilých spalovacích motorů se zaměřuje na nové technologie, jako je kompresní zapalování s homogenním nábojem (HCCI) a motory s protilehlými písty (OPE), stejně jako na výrobu pohonných jednotek více elektrických a hybridních.

I když počet elektrických vozidel roste, ICE jsou stále důležité pro dopravní průmysl a budou se používat ještě dlouho.

Velikost automobilového motoru a průtok vzduchu

Většina motorů automobilů se měří v litrech, což je celkový objem všech jejich válců.

Pokud motor zvětšíte, může mít někdy více koní a točivého momentu, ale není tomu tak vždy.

Snímání průtoku vzduchu v automobilových motorech

Lopatkový měřič a horký drát jsou dva nejběžnější způsoby, jak motor měřit, kolik vzduchu přichází.

Pružinová vzduchová lopatka připojená k proměnnému rezistoru se používá k měření množství vzduchu vstupujícího do motoru.

Snímač hmotnostního průtoku vzduchu s horkým drátem na druhé straně používá odporový drát, který visí dolů do proudu vzduchu a je ohříván na určitou teplotu

Přicházející vzduch pak ochlazuje drát, který mění elektrický proud způsobem, který je úměrný množství vzduchu procházejícího skrz.

Vírový senzor Kármán na druhé straně není způsob, jak měřit proudění vzduchu v motoru automobilu.

Místo toho je to způsob, jak měřit rychlost proudění vzduchu způsobením vírů v proudu vzduchu a poté měřením změn tlaku způsobených víry.

Údržba automobilového motoru

Filtry motorového oleje

Filtry motorového oleje jsou důležitou součástí zajištění dobrého chodu motoru automobilu.

Pracují na odstranění nečistot, oleje a kovových částic z oleje. To umožňuje hladký tok oleje, čistí olej a chrání kovové části.

Cena, design, konstrukce a smysl pro detail jsou důležité věci, na které je třeba myslet při výběru filtru motorového oleje.

Systémy řízení automobilového motoru

Existuje mnoho způsobů, jak vyladit a změnit systém řízení motoru, aby se zlepšil jeho výkon.

Některé způsoby, jak změnit systémy, jsou rekalibrace továrních ECM, vyladění s připojovacími prvky, lapači a dalšími extra díly a návrh, úprava a sestavení sacího potrubí.

Ke změně fungování motoru lze také použít samostatně programovatelné systémy řízení motoru.

Pro dosažení nejlepšího výkonu je důležité provádět změny bezpečným a spolehlivým způsobem.

Před provedením změn v systému řízení motoru byste si měli promluvit s odborníkem nebo si na toto téma přečíst.

Provozní hodiny motoru

Hodiny motoru jsou počet hodin, po které motor běžel od svého prvního vyrobení, i když se vozidlo nepohybuje.

Tato metrika je užitečná pro měření opotřebení užitkových vozidel, zejména pro sledování doby chodu naprázdno, protože počítadlo kilometrů nezaznamenává ujeté kilometry, když vozidlo používá PTO, aby sedělo několik hodin každý den.

Hodiny motoru lze také použít k plánování preventivní údržby a zjištění, jak moc bylo vozidlo využíváno.

Vztah mezi motohodinami a kilometry lze použít k vytvoření kompletního plánu výměny vozidel, zlepšení plánů údržby a sledování toho, jak dobře si vozový park vede.

Moderní motory mají část zvanou řídicí modul motoru (ECM), která počítá, kolikrát se motor otočí a jak dlouho každé otočení trvá.

Řídicí moduly automobilového motoru

Řídicí moduly automobilového motoru (ECM) používají řadu bezpečnostních opatření, aby se ujistily, že fungují správně a aby si s nimi lidé nepletli.

Například vkládají ověřovací hardware a bezpečnostní mechanismy, používají automobilové bezpečnostní standardy jako SAE J3061 a ISO/SAE 21434 a procházejí ověřovacími procesy.

Moduly ECM lze také chránit pomocí kontrol věrohodnosti k nalezení signálů, které byly podvrženy nebo změněny.

To se provádí porovnáním hodnot senzoru s pevně zapojenými hodnotami, aby se zajistilo, že jsou správné. To ztěžuje špatným lidem změny v ECM.

A konečně, moderní ECM jsou vyrobeny s počítačovými součástmi, jako jsou mikroprocesory, které mohou rychle přijímat, interpretovat a působit na vstupy senzorů. To pomáhá zajistit, aby systém fungoval správně.

EPA má zavedenou politiku, která zajišťuje, že jsou dodržovány zákazy manipulace a odpojovacích zařízení podle zákona o čistém ovzduší.

Tyto zákazy platí po celou dobu životnosti vozidla, zakazují prodejcům prodej neoprávněně manipulovaných vozidel, která jsou již na silnici, a vyžadují pravidelné kontroly vozidel, aby se zajistilo, že palubní diagnostické systémy pro emise správně fungují.

Tunery, což jsou produkty, které mění ECU, mohou být nelegálními odpojovacími zařízeními a jejich použití nebo vkládání může být nelegální manipulace.

Případy užití

Úkol:	Popis:
Auta a jiná vozidla	Osobní automobily, nákladní automobily a autobusy jsou nejčastějšími místy, kde se používají automobilové motory. Tyto motory dodávají vozidlu sílu, kterou potřebuje k pohybu vpřed. Jsou důležitou součástí moderní dopravy.
Pohon letadel	Dalším důležitým místem, kde se používají motory automobilů, je v letadlech, kde zajišťují tah potřebný pro start a let. Většina leteckých motorů je výkonnější a účinnější než motory automobilů, protože musí být schopny vytvořit větší vztlak a překonat odpor vzduchu.
Zemědělská technika	Motory z automobilů se často používají v traktorech a dalších typech zemědělské techniky. Tyto motory musí být dostatečně silné a trvanlivé, aby zvládly velké zatížení a tvrdou práci, kterou zemědělství přináší.
Výroba elektřiny	Jsou chvíle, kdy lze k výrobě energie použít i motory automobilů. Většinu času se tyto motory používají v generátorových soustrojích, které se používají k napájení domácností a podniků při výpadku proudu.
Námořní pohon	Lodě a další typy plavidel mohou být také poháněny motory automobilů. Lodní motory jsou obvykle vyrobeny tak, aby vydržely déle a odolávaly korozi lépe než motory automobilů, protože musí pracovat v drsném mořském prostředí.
Závodění	Dalším způsobem využití automobilových motorů je závodění, kde pohánějí vysoce výkonná auta, která mohou jet velmi rychle. Většina závodních motorů je upravena tak, aby z nich vytěžila maximum, a dokážou vyvinout mnohem větší výkon než běžný automobilový motor.
Sekačky na trávu a další drobné nářadí	A konečně, motory automobilů lze také použít k pohonu sekaček na trávu, motorových pil a dalšího drobného nářadí. Tyto motory většinou nejsou tak silné jako jejich větší protějšky, ale přesto musí být dostatečně spolehlivé a účinné, aby zvládly každodenní používání.

Reference:

https://en.wikipedia.org/wiki/Automotive_engine

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B0080431526000863

Závěr

Závěrem lze říci, že motor automobilu je úžasný kus technologie, který změnil způsob, jakým cestujeme a žijeme.

Inženýři stáli v popředí výroby těchto úžasných strojů, od prvních spalovacích motorů až po nejpokročilejší hybridní a elektrické pohonné jednotky současnosti.

Automobilový motor je ale také symbolem něčeho hlubšího: naší přirozené touhy posouvat hranice možného, ​​překonávat bariéry a snít o lepších zítřcích.

Když se díváme do budoucnosti, je jasné, že automobilový motor bude i nadále důležitou součástí našich životů

Je to motor, který pohání auta, která nás vozí do práce, do školy a na jiná místa.

Je to ale také připomínka toho, jak mocná je lidská tvořivost, jak jsou lidé ochotní zkoušet nové věci a kolik toho dokáže lidská mysl.

Takže až příště nastartujete auto, věnujte chvíli přemýšlení o úžasné konstrukci, která to všechno umožňuje, a pamatujte, že možnosti jsou skutečně nekonečné.