Inde I Bilmotorer: Sådan Fungerer De

Som ingeniør ved du, at enhver imponerende teknologisk bedrift er muliggjort af et kompliceret system af dele, der fungerer perfekt sammen.

Bilmotoren, som bruger brændstof til at flytte biler, fly, traktorer, busser og motorcykler, kan være det bedste eksempel på dette.

Uanset om du er en ingeniørstuderende eller en erfaren professionel, vil du lære noget nyt om denne vigtige teknologi og de geniale hoveder, der gjorde det muligt.

Så spænd op og kom med på denne lærerige tur gennem hjertet af bilmotoren!

Introduktion til bilmotorer

Formel definition:

Den brændstofforbrugende maskine, der leverer drivkraften til biler, fly, traktorer, busser og motorcykler og transporteres i køretøjet.

Så hvis du vil spare penge på gas, er det bedste, vi kan fortælle dig, bare at tage din bils motor ud. Bare for sjov!

En motor er en kompliceret maskine, der drejer hjulene på en bil ved at vende varmen fra brændende benzin til kraft. Som giver fart til noget.

En firetaktsforbrændingscyklus bruges til at vende benzin til bevægelse i en forbrændingsmotor, som er den mest almindelige type motor.

Denne cyklus har fire dele: indsugning, kompression, forbrænding og udstødning.

Typer af motorer

Der er forskellige typer motorer, som rækkemotorer med fire cylindre eller V-motorer med seks eller otte cylindre.

Motorens layout bestemmer, hvor stor den er, hvor godt den fungerer, og hvor meget kraft den har.

Rækkemotorer er mindre end V-motorer, som er længere og mere komplicerede.

Hovedkomponenter

Cylinderblokken, cylinderhovedet og krumtaphuset er de vigtigste dele af en bilmotor.

Motorens hjerte er cylinderblokken, som normalt er lavet af jern eller aluminiumslegering. Den har cylindre, der holder stemplerne, som bevæger sig op og ned for at lave energi.

Forbrændingskammeret er også i cylinderblokken. Det er her brændstof og luft blandes for at lave forbrænding.

Topstykket sidder på toppen af ​​cylinderblokken. Den har tændrør, knastaksler og ventiler.

Knastakslerne styrer, hvordan ventilerne åbner og lukker, hvilket styrer, hvor meget brændstof, luft og udstødningsgas, der går ind og ud af forbrændingskammeret.

Tændrøret tænder blandingen af ​​brændstof og luft, så forbrænding kan ske.

Krumtaphuset er normalt lavet af støbejern og er i bunden af ​​motoren.

Den rummer dele som stempler, krumtapakslen, knastakslerne, timingkæden, oliepanden, oliefilteret og så videre. Sammen gør disse dele brændstof til bevægelse.

Når en bil er slukket, giver startmotoren stemplet den kraft, det skal bruge for at bevæge sig ned.

Forbedringer i forbrændingsmotorer

I de sidste par år er der sket forbedringer inden for motorteknologi, såsom direkte brændstofindsprøjtning, turboopladning og variabel ventiltiming.

På grund af disse ændringer bruger bilen mindre gas, har mere strøm og udleder mindre forurening.

Video: Hvordan virker det?

Tip: Slå billedtekstknappen til, hvis du har brug for det. Vælg "automatisk oversættelse" i indstillingsknappen, hvis du ikke er fortrolig med det engelske sprog. Du skal muligvis først klikke på sproget for videoen, før dit yndlingssprog bliver tilgængeligt til oversættelse.

Typer af bilmotorer

Der er forskellige slags motorer, der bruges i biler, som kan grupperes efter to ting: brændstoftypen og den måde, motoren er sat op (antallet af cylindre) (cylinderkonfiguration).

Benzin- og dieselmotorer er de mest almindelige typer bilmotorer, men der er andre ting, der adskiller en motor fra en anden.

• Lige eller inline motorer.

Alle cylindrene i en lige-/inline-motor er i en linje, opad og normalt vinkelret på bilen.

Dette er det mest almindelige layout for familie hatchbacks og mindre biler.

• Nedbrud.

Flade motorer har to banker af cylindre på hver side af en enkelt krumtapaksel.

• V-motorer.

Cylindrene i en V-motor er sat op i to separate banker, der danner et V omkring krumtapakslen.

• W-motorer.

W-motorer har tre rækker cylindre, der danner et W rundt om krumtapakslen.

Måden cylindrene er sat op på kan også være anderledes.

Små biler har tre-cylindrede motorer, men turboladere har gjort det muligt også at sætte dem i større familie hatchbacks.

Sekscylindrede motorer findes normalt i avancerede sportsvogne og præstationsbiler. De kan sættes op i et V eller i en lige linje.

Superbiler og luksus sedaner har motorer med otte eller flere cylindre, som V8s, V10s og V12s.

Nogle af de bedste Volkswagen Group-biler har W12-motorer.

Benzin- og dieselmotorer

I bilapplikationer er de største forskelle mellem benzin- og dieselmotorer, hvordan energien bliver fremstillet, den anvendte type brændstof, termisk effektivitet, forventet levetid, omdrejninger pr. Minut (RPM) og drejningsmoment.

• Benzinmotorer.

Gnistantændt forbrænding bruges i benzinmotorer til at blande gas og luft, før det komprimeres og tændes.

Det meste af tiden har benzinmotorer højere omdrejninger end dieselmotorer, men de har mindre drejningsmoment.

• Diesel motorer.

Før brændstof sprøjtes ind i luften, klemmer dieselmotorer det ned, hvilket gør motoren mere termisk effektiv og sandsynligvis vil holde længere.

Fordi diesel har en højere energitæthed end benzin, bruger dieselmotorer mindre brændstof end benzinmotorer.

Hvordan disse forskellige motortyper bruges i biler har ændret sig over tid og afhænger af, hvordan bilen er beregnet til at blive brugt, hvor godt den skal yde, og hvor meget brændstof den skal bruge.

Udvidelse af bilindustrien

Udviklingen af ​​bilmotoren

Under den industrielle revolution førte væksten i bilindustrien og behovet for motorer med mere kraft til skabelsen af ​​forbrændingsmotorer (ICE'er).

Disse motorer blev oprindeligt lavet til at køre på flydende brændstoffer, men de blev ændret, så de kunne køre på benzin.

I 1900-tallet lavede man to- og firetaktsmotorer, og det blev muligt at lave mange biler på én gang.

Forbedringer til omdannelse af flydende brændstof og reduktion af emissioner

Ingeniører fandt på måder at omdanne flydende brændstoffer til dampe, så de kunne bruges. Dette forbedrede brændstofeffektiviteten og motorydelsen.

For at løse problemet med forurening fra biler blev der også lavet computeriserede motorstyringssystemer.

ICE-emissioner af kriterier for forurenende stoffer som nitrogenoxider (Nox) og partikler (PM) er blevet reduceret med mere end 99 % takket være forskning og udvikling over de sidste 30 år.

Avanceret forskning og udvikling af forbrændingsmotorer

I dag forsøger folk at få forbrændingsmotorer til at køre bedre og være bedre for miljøet.

Forskning og udvikling af avancerede forbrændingsmotorer fokuserer på nye teknologier som homogen ladningskompressionstænding (HCCI) og modsat stempelmotorer (OPE), samt at gøre drivlinjer mere elektriske og hybride.

Selvom antallet af elektriske køretøjer vokser, er ICEs stadig vigtige for transportindustrien og vil blive brugt i lang tid fremover.

Motorstørrelse og luftstrøm

De fleste bilmotorer måles i liter, som er det samlede volumen af ​​alle deres cylindre.

Hvis du gør motoren større, kan den nogle gange lave flere hestekræfter og drejningsmoment, men det er ikke altid tilfældet.

Luftstrømssensor i bilmotorer

Vingemåleren og den varme wire er de to mest almindelige måder for en motor at måle, hvor meget luft der kommer ind.

En fjederbelastet luftvinge forbundet til en variabel modstand bruges af vingemåleren til at måle mængden af ​​luft, der går ind i motoren.

Varmtrådsmasseluftstrømssensoren bruger på den anden side en modstandstråd, der hænger ned i luftstrømmen og opvarmes til en bestemt temperatur

Den indkommende luft afkøler derefter ledningen, hvilket ændrer den elektriske strøm på en måde, der er proportional med mængden af ​​luft, der passerer igennem.

Kármán-hvirvelsensoren er på den anden side ikke en måde at måle indgående luftstrøm i en bilmotor.

I stedet er det en måde at måle luftstrømmens hastighed ved at forårsage hvirvler i luftstrømmen og derefter måle ændringer i tryk forårsaget af hvirvlerne.

Vedligeholdelse af motorkøretøjer

Motoroliefiltre

Motoroliefiltre er en vigtig del af at sikre, at en bils motor kører godt.

De arbejder for at få snavs, olie og metalpartikler ud af olien. Dette lader olien flyde jævnt, renser olien og beskytter metaldelene.

Pris, design, konstruktion og opmærksomhed på detaljer er alle vigtige ting at tænke på, når du vælger et motoroliefilter.

Motorstyringssystemer til biler

Der er mange måder at tune og ændre et motorstyringssystem for at forbedre dets ydeevne.

Nogle måder at ændre systemerne på er at re-kalibrere fabrikkens ECM'er, tune med piggybacks, interceptorer og andre ekstra dele og designe, ændre og bygge indsugningsmanifolder.

Separat programmerbare motorstyringssystemer kan også bruges til at ændre, hvor godt en motor fungerer.

For at få den bedste ydeevne er det vigtigt at foretage ændringer på en sikker og pålidelig måde.

Før du foretager ændringer i dit motorstyringssystem, bør du tale med en ekspert eller læse op om emnet.

Motortimer

Motortimer er det antal timer, en motor har kørt siden den første gang blev fremstillet, selv når køretøjet ikke bevæger sig.

Denne metrik er nyttig til at måle slitage på erhvervskøretøjer, især til at holde styr på tomgangstid, da kilometertælleren ikke registrerer kilometertal, når et køretøj bruger en PTO til at sidde stille i timevis hver dag.

Motortimer kan også bruges til at planlægge forebyggende vedligeholdelse og finde ud af, hvor meget et køretøj har været brugt.

Forholdet mellem motortimer og miles kan bruges til at lave en komplet plan for udskiftning af køretøjer, forbedre vedligeholdelsesplaner og holde styr på, hvor godt en flåde klarer sig.

Moderne motorer har en del kaldet et motorkontrolmodul (ECM), der tæller antallet af gange, motoren drejer, og hvor lang tid hver omgang tager.

Motorstyringsmoduler til biler

Automotive Engine Control Moduler (ECM'er) bruger en række sikkerhedsforanstaltninger for at sikre, at de fungerer korrekt og forhindre folk i at rode med dem.

For eksempel indlejrer de verifikationshardware og sikkerhedsmekanismer, bruger sikkerhedsstandarder for biler som SAE J3061 og ISO/SAE 21434 og gennemgår verifikationsprocesser.

ECM'er kan også beskyttes ved at bruge plausibilitetstjek til at finde signaler, der er blevet forfalsket eller ændret.

Dette gøres ved at sammenligne sensorværdier med fastkablede værdier for at sikre, at de er korrekte. Dette gør det sværere for dårlige mennesker at foretage ændringer i ECM.

Endelig er moderne ECM'er lavet med computerdele som mikroprocessorer, der hurtigt kan modtage, fortolke og handle på sensorinput. Dette er med til at sikre, at systemet fungerer korrekt.

EPA har en politik på plads for at sikre, at Clean Air Act's forbud mod manipulation og eftermarkedets nederlagsanordninger følges.

Disse forbud varer i hele et køretøjs levetid, gør det ulovligt for forhandlere at sælge manipulerede køretøjer, der allerede er på vejen, og kræver regelmæssige inspektioner af køretøjer for at sikre, at emissionsdiagnosesystemerne ombord fungerer korrekt.

Tunere, som er produkter, der ændrer en ECU, kan være ulovlige eftermarkedets nederlagsenheder, og at bruge dem eller sætte dem i kan være ulovlig manipulation.

Brug cases

Opgave:	Beskrivelse:
Biler og andre køretøjer	Biler, lastbiler og busser er de mest almindelige steder, hvor bilmotorer bruges. Disse motorer giver køretøjet den kraft, det skal bruge for at bevæge sig fremad. De er en vigtig del af moderne transport.
Fremdrift af fly	Et andet vigtigt sted, hvor bilmotorer bruges, er i fly, hvor de giver den nødvendige kraft til start og flyvning. De fleste flymotorer er mere kraftfulde og effektive end bilmotorer, fordi de skal kunne skabe mere løft og overvinde luftens modstand.
Landbrugsudstyr	Motorer fra biler bruges ofte i traktorer og andre typer landbrugsudstyr. Disse motorer skal være stærke og langtidsholdbare nok til at klare de tunge belastninger og hårde arbejde, der følger med landbruget.
Strømproduktion	Der er tidspunkter, hvor bilmotorer også kan bruges til at lave strøm. Det meste af tiden bruges disse motorer i generatorsæt, som bruges til at drive hjem og virksomheder, når strømmen går.
Marine fremdrift	Både og andre typer vandfartøjer kan også drives af bilmotorer. Marinemotorer er normalt lavet til at holde længere og modstå korrosion bedre end bilmotorer, fordi de skal arbejde i det barske havmiljø.
Racing	En anden måde, hvorpå bilmotorer bruges, er i racerløb, hvor de driver højtydende biler, der kan køre meget hurtigt. De fleste racermotorer er tweaket for at få mest muligt ud af dem, og de kan lave meget mere kraft end en almindelig bilmotor.
Plæneklippere og andet mindre værktøj	Endelig kan bilmotorer også bruges til at drive plæneklippere, motorsave og andre små værktøjer. Det meste af tiden er disse motorer ikke så stærke som deres større modstykker, men de skal stadig være pålidelige og effektive nok til at klare daglig brug.

Referencer:

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

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

Konklusion

Afslutningsvis er bilmotoren et fantastisk stykke teknologi, der har ændret den måde, vi rejser og lever på.

Ingeniører har været på forkant med at lave disse fantastiske maskiner, fra de første forbrændingsmotorer til de mest avancerede hybrid- og elektriske drivlinjer i dag.

Men bilmotoren er også et symbol på noget dybere: Vores naturlige ønske om at skubbe grænserne for, hvad der er muligt, bryde igennem barrierer og drømme om en bedre fremtid.

Når vi ser på fremtiden, er det klart, at bilmotoren fortsat vil være en vigtig del af vores liv

Det er motoren, der driver de biler, der tager os til arbejde, skole og andre steder.

Men det er også en påmindelse om, hvor stærk menneskelig kreativitet er, hvor villige folk er til at prøve nye ting, og hvor meget det menneskelige sind kan gøre.

Så næste gang du starter din bil, så brug et øjeblik på at tænke over den fantastiske teknik, der gør det hele muligt, og husk, at mulighederne virkelig er uendelige.