Kaip inžinierius žinote, kad kiekvienas įspūdingas technologinis žygdarbis yra įmanomas dėl sudėtingos dalių, kurios puikiai veikia kartu.
Automobilių variklis, kuris naudoja degalus automobiliams, lėktuvams, traktoriams, autobusams ir motociklams judėti, gali būti geriausias to pavyzdys.
Nesvarbu, ar esate inžinerijos studentas, ar patyręs profesionalas, sužinosite kažką naujo apie šią svarbią technologiją ir nuostabius protus, dėl kurių tai įmanoma.
Taigi prisisekite ir prisijunkite prie mūsų šio mokomojo pasivažinėjimo per automobilio variklio širdį!
Įvadas į automobilių variklius
Oficialus apibrėžimas:
Degalus vartojanti mašina, kuri suteikia varomąją jėgą automobiliams, lėktuvams, traktoriams, autobusams ir motociklams ir vežama transporto priemonėje.
Taigi, jei norite sutaupyti pinigų degalams, geriausia, ką galime pasakyti, tai tiesiog išimkite automobilio variklį. Juokauju!
Variklis yra sudėtinga mašina, kuri suka automobilio ratus, paversdama degančio benzino šilumą. Kas suteikia kažkam greičio.
Keturių taktų degimo ciklas naudojamas benzinui paversti judėjimu vidaus degimo variklyje, kuris yra labiausiai paplitęs variklio tipas.
Šį ciklą sudaro keturios dalys: įsiurbimas, suspaudimas, deginimas ir išmetimas.
Variklių tipai
Yra įvairių tipų varikliai, pavyzdžiui, eilėje varikliai su keturiais cilindrais arba V formos varikliai su šešiais arba aštuoniais cilindrais.
Variklio išdėstymas lemia, kokio dydžio jis yra, kaip gerai jis veikia ir kokią galią turi.
Linijiniai varikliai yra mažesni nei V formos varikliai, kurie yra ilgesni ir sudėtingesni.
Pagrindiniai komponentai
Cilindrų blokas, cilindro galvutė ir karteris yra svarbiausios automobilio variklio dalys.
Variklio širdis yra cilindrų blokas, kuris dažniausiai gaminamas iš geležies arba aliuminio lydinio. Jame yra cilindrai, laikantys stūmoklius, kurie juda aukštyn ir žemyn, kad gautų energiją.
Degimo kamera taip pat yra cilindrų bloke. Čia susimaišo kuras ir oras, kad užsidegtų.
Cilindro galvutė yra ant cilindrų bloko. Jame yra uždegimo žvakė, skirstomieji velenai ir vožtuvai.
Paskirstymo velenai kontroliuoja vožtuvų atidarymą ir uždarymą, o tai kontroliuoja, kiek degalų, oro ir išmetamųjų dujų patenka į degimo kamerą ir iš jos.
Uždegimo žvakė apšviečia kuro ir oro mišinį, kad galėtų užsidegti.
Karteris dažniausiai yra pagamintas iš ketaus ir yra variklio apačioje.
Jame laikomos tokios dalys kaip stūmokliai, alkūninis velenas, skirstomieji velenai, paskirstymo grandinė, alyvos bakas, alyvos filtras ir pan. Kartu šios dalys kurą paverčia judėjimu.
Kai automobilis išjungiamas, starterio variklis suteikia stūmokliui jėgą, kurios reikia norint judėti žemyn.
Degimo variklių patobulinimai
Per pastaruosius kelerius metus buvo patobulintos variklio technologijos, tokios kaip tiesioginis degalų įpurškimas, turbokompresorius ir kintamasis vožtuvų laikas.
Dėl šių pakeitimų automobilis sunaudoja mažiau dujų, turi daugiau galios ir mažiau teršia.
Vaizdo įrašas: kaip tai veikia?
Patarimas: jei reikia, įjunkite antraštės mygtuką. Jei nesate susipažinę su anglų kalba, nustatymų mygtuke pasirinkite „automatinis vertimas“. Gali tekti pirmiausia spustelėti vaizdo įrašo kalbą, kad jūsų mėgstamiausia kalba taptų prieinama versti.
Automobilių variklių tipai
Automobiliuose naudojami įvairių tipų varikliai, kuriuos galima sugrupuoti pagal du dalykus: degalų tipą ir variklio išdėstymo būdą (cilindrų skaičių) (cilindro konfigūraciją).
Benzininiai ir dyzeliniai varikliai yra dažniausiai naudojami automobilių varikliai, tačiau yra ir kitų dalykų, kurie išskiria vieną variklį nuo kito.
- Tiesūs arba linijiniai varikliai.
Visi tiesiojo / eilinio variklio cilindrai yra vienoje linijoje, nukreipti į viršų ir paprastai statmenai automobiliui.
Tai yra labiausiai paplitęs šeimos hečbekų ir mažesnių automobilių išdėstymas.
- Gedimai.
Plokšti varikliai turi du cilindrų blokus abiejose vieno alkūninio veleno pusėse.
- V formos varikliai.
V formos variklio cilindrai yra išdėstyti dviejuose atskiruose blokuose, kurie sudaro V raidę aplink alkūninį veleną.
- W varikliai.
W varikliuose yra trys cilindrų eilės, kurios sudaro W aplink alkūninį veleną.
Cilindrų nustatymo būdas taip pat gali skirtis.
Maži automobiliai turi trijų cilindrų variklius, tačiau turbokompresoriai leido juos įdėti ir į didesnius šeimyninius hečbekus.
Šešių cilindrų varikliai dažniausiai randami aukščiausios klasės sportiniuose automobiliuose ir efektyviuose automobiliuose. Jie gali būti nustatyti V raide arba tiesia linija.
Superautomobiliai ir prabangūs sedanai turi aštuonių ar daugiau cilindrų variklius, tokius kaip V8, V10 ir V12.
Kai kurie aukščiausios klasės Volkswagen grupės automobiliai turi W12 variklius.
Benzininiai ir dyzeliniai varikliai
Automobiliuose pagrindiniai benzininių ir dyzelinių variklių skirtumai yra tai, kaip gaminama energija, naudojamo kuro tipas, šiluminis efektyvumas, gyvenimo trukmė, apsisukimai per minutę (RPM) ir sukimo momentas.
- Benzininiai varikliai.
Kibirkštinis degimas naudojamas benzininiuose varikliuose dujoms ir orui maišyti prieš jas suspaudžiant ir uždegant.
Dažniausiai benzininių variklių apsisukimų dažnis yra didesnis nei dyzelinių, tačiau jų sukimo momentas mažesnis.
- Dyzeliniai varikliai.
Prieš įpurškiant degalų į orą, dyzeliniai varikliai juos išspaudžia, todėl variklis yra termiškai efektyvesnis ir greičiausiai tarnaus ilgiau.
Kadangi dyzelinas turi didesnį energijos tankį nei benzinas, dyzeliniai varikliai naudoja mažiau degalų nei benzininiai.
Tai, kaip šie skirtingi variklių tipai naudojami automobiliuose, laikui bėgant keitėsi ir priklauso nuo to, kaip automobilis skirtas naudoti, kaip gerai jis turi veikti ir kiek reikia sunaudoti degalų.
Automobilių pramonės plėtra
Automobilių variklio kūrimas
Pramonės revoliucijos metu automobilių pramonės augimas ir didesnės galios variklių poreikis paskatino sukurti vidaus degimo variklius (ICE).
Iš pradžių šie varikliai buvo skirti varyti skystuoju kuru, tačiau buvo pakeisti taip, kad galėtų varyti benzinu.
1900-aisiais buvo gaminami dviejų ir keturių taktų varikliai, tapo įmanoma vienu metu pagaminti daug automobilių.
Skystųjų degalų konversijos ir emisijų mažinimo patobulinimai
Inžinieriai sugalvojo skystąjį kurą paversti garais, kad juos būtų galima panaudoti. Tai pagerino degalų efektyvumą ir variklio galią.
Siekiant išspręsti automobilių taršos problemą, buvo pagamintos ir kompiuterizuotos variklių valdymo sistemos.
Per pastaruosius 30 metų atliktų mokslinių tyrimų ir plėtros dėka kriterijų teršalų, tokių kaip azoto oksidai (Nox) ir kietosios dalelės (PM), išmetimas į ICE buvo sumažintas daugiau nei 99 %.
Pažangūs vidaus degimo variklių tyrimai ir plėtra
Šiandien žmonės stengiasi, kad vidaus degimo varikliai veiktų geriau ir tausotų aplinką.
Pažangių vidaus degimo variklių moksliniai tyrimai ir plėtra daugiausia dėmesio skiria naujoms technologijoms, tokioms kaip homogeninis slėginis uždegimas (HCCI) ir priešpriešiniai stūmokliniai varikliai (OPE), taip pat jėgos agregatų elektra ir hibridiškumas.
Nors elektromobilių skaičius auga, ICE vis dar yra svarbūs transporto pramonei ir bus naudojami dar ilgai.
Automobilių variklio dydis ir oro srautas
Dauguma automobilių variklių matuojami litrais, tai yra bendras visų jų cilindrų tūris.
Jei padidinsite variklį, kartais jis gali padidinti arklio galias ir sukimo momentą, tačiau taip būna ne visada.
Oro srauto jutiklis automobilių varikliuose
Mentelių matuoklis ir karšta viela yra du dažniausiai naudojami būdai, kuriais variklis matuoja, kiek oro patenka.
Spyruoklinė oro mentė, prijungta prie kintamo rezistoriaus, naudojama mentelės matuokliui matuoti į variklį patenkančio oro kiekį.
Kita vertus, karšto laido masės oro srauto jutiklis naudoja varžinę laidą, kuri kabo į oro srautą ir yra įkaitinama iki tam tikros temperatūros.
Tada įeinantis oras atvėsina laidą, kuris keičia elektros srovę proporcingai pratekančio oro kiekiui.
Kita vertus, Kármán sūkurio jutiklis nėra būdas išmatuoti įeinančio oro srautą automobilio variklyje.
Vietoj to, tai yra būdas išmatuoti oro srauto greitį sukeliant sūkurius oro sraute ir išmatuojant sūkurių sukeltus slėgio pokyčius.
Automobilių variklių priežiūra
Variklio alyvos filtrai
Variklio alyvos filtrai yra svarbi dalis norint užtikrinti, kad automobilio variklis veiktų gerai.
Jie stengiasi pašalinti iš alyvos nešvarumus, alyvą ir metalo daleles. Tai leidžia alyvai sklandžiai tekėti, išvalo alyvą ir apsaugo metalines dalis.
Kaina, dizainas, konstrukcija ir dėmesys detalėms yra svarbūs dalykai, į kuriuos reikia atsižvelgti renkantis variklio alyvos filtrą.
Automobilių variklių valdymo sistemos
Yra daug būdų, kaip suderinti ir pakeisti variklio valdymo sistemą, siekiant pagerinti jos veikimą.
Kai kurie būdai, kaip pakeisti sistemas, yra iš naujo kalibruoti gamyklinius ECM, suderinti su pertraukomis, gaudytuvais ir kitomis papildomomis dalimis bei projektuoti, modifikuoti ir sukurti įsiurbimo kolektorius.
Atskirai programuojamos variklio valdymo sistemos taip pat gali būti naudojamos norint pakeisti variklio darbą.
Norint pasiekti geriausią našumą, svarbu atlikti pakeitimus saugiai ir patikimai.
Prieš keisdami variklio valdymo sistemą, turėtumėte pasikalbėti su ekspertu arba pasidomėti šia tema.
Variklio valandos
Variklio valandos – tai valandų skaičius, per kurį variklis veikė nuo jo pagaminimo, net kai transporto priemonė nejuda.
Ši metrika yra naudinga matuojant komercinių transporto priemonių nusidėvėjimą, ypač norint sekti tuščiosios eigos laiką, nes odometras nefiksuoja ridos, kai transporto priemonė kasdien valandų valandas sėdi vietoje su GTV.
Variklio valandas taip pat galima naudoti planuojant prevencinę techninę priežiūrą ir išsiaiškinti, kiek transporto priemonė buvo naudota.
Variklio valandų ir mylių santykis gali būti naudojamas norint sudaryti išsamų transporto priemonių keitimo planą, pagerinti techninės priežiūros grafikus ir stebėti, kaip sekasi automobilių parkui.
Šiuolaikiniai varikliai turi dalį, vadinamą variklio valdymo moduliu (ECM), kuris skaičiuoja, kiek kartų variklis apsisuka ir kiek laiko užtrunka kiekvienas apsisukimas.
Automobilių variklių valdymo moduliai
Automobilių variklio valdymo moduliuose (ECM) naudojamos įvairios saugos priemonės, užtikrinančios, kad jos tinkamai veiktų ir neleistų žmonėms su jais susimaišyti.
Pavyzdžiui, jie įdeda patvirtinimo aparatūrą ir saugos mechanizmus, naudoja automobilių saugos standartus, pvz., SAE J3061 ir ISO/SAE 21434, ir atlieka patikrinimo procesus.
ECM taip pat gali būti apsaugotas naudojant patikimumo patikras, siekiant rasti suklastotus arba pakeistus signalus.
Tai atliekama lyginant jutiklio reikšmes su laidų vertėmis, kad įsitikintumėte, jog jos yra teisingos. Dėl to blogiems žmonėms sunkiau atlikti ECM pakeitimus.
Galiausiai, šiuolaikiniai ECM yra pagaminti iš kompiuterio dalių, tokių kaip mikroprocesoriai, kurie gali greitai priimti, interpretuoti ir veikti jutiklių įvestis. Tai padeda įsitikinti, kad sistema veikia tinkamai.
EPA taiko politiką, kuria siekiama užtikrinti, kad būtų laikomasi Švaraus oro įstatymo draudimų klastojimo ir antrinės rinkos išjungimo įtaisus.
Šie draudimai galioja visą transporto priemonės eksploatavimo laiką, todėl prekiautojams draudžiama pardavinėti sugadintas transporto priemones, kurios jau važiuoja kelyje, ir reikalaujama reguliariai tikrinti transporto priemones, siekiant įsitikinti, kad išmetamųjų teršalų diagnostikos sistemos veikia tinkamai.
Derintuvai, kurie yra produktai, keičiantys ECU, gali būti neteisėti antrinės rinkos išjungimo įrenginiai, o jų naudojimas arba įdėjimas gali būti neteisėtas klastojimas.
Naudojimo atvejai
| Užduotis: | Apibūdinimas: |
|---|---|
| Automobiliai ir kitos transporto priemonės | Automobiliai, sunkvežimiai ir autobusai yra labiausiai paplitusios vietos, kuriose naudojami automobilių varikliai. Šie varikliai suteikia automobiliui galios, reikalingos judėti į priekį. Jie yra svarbi šiuolaikinio transporto dalis. |
| Orlaivių varymas | Dar viena svarbi vieta, kur naudojami automobilių varikliai, yra lėktuvuose, kur jie užtikrina kilimui ir skrydžiui reikalingą trauką. Dauguma lėktuvų variklių yra galingesni ir efektyvesni nei automobilių varikliai, nes jie turi sugebėti sukurti daugiau keliamosios galios ir įveikti oro pasipriešinimą. |
| Žemės ūkio technika | Automobilių varikliai dažnai naudojami traktoriuose ir kitose žemės ūkio įrangos rūšyse. Šie varikliai turi būti pakankamai stiprūs ir ilgaamžiai, kad atlaikytų dideles apkrovas ir sunkų darbą, susijusį su ūkininkavimu. |
| Energijos gamyba | Kartais galiai gaminti gali būti naudojami ir automobilių varikliai. Dažniausiai šie varikliai naudojami generatoriuose, kurie naudojami namams ir įmonėms maitinti, kai dingsta elektra. |
| Jūrų varomoji jėga | Valtys ir kitos vandens transporto priemonės taip pat gali būti varomos automobilių varikliais. Jūrų varikliai paprastai gaminami taip, kad tarnautų ilgiau ir būtų atsparesni korozijai nei automobilių varikliai, nes jie turi dirbti atšiaurioje jūrų aplinkoje. |
| Lenktynės | Kitas automobilių variklių panaudojimo būdas yra lenktynėse, kur jie varo didelio našumo automobilius, kurie gali važiuoti labai greitai. Dauguma lenktyninių variklių yra pritaikyti taip, kad iš jų būtų kuo geriau išnaudoti, ir jie gali pagaminti daug daugiau galios nei įprasti automobilio varikliai. |
| Vejapjovės ir kiti smulkūs įrankiai | Galiausiai, automobilių varikliai taip pat gali būti naudojami vejapjovėms, grandininiams pjūklams ir kitiems smulkiems įrankiams maitinti. Dažniausiai šie varikliai nėra tokie stiprūs kaip didesni jų kolegos, tačiau jie vis tiek turi būti pakankamai patikimi ir efektyvūs, kad būtų galima naudoti kasdien. |
Nuorodos:
https://en.wikipedia.org/wiki/Automotive_engine
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B0080431526000863
Išvada
Apibendrinant, automobilio variklis yra nuostabi technologija, pakeitusi mūsų keliavimo ir gyvenimo būdą.
Inžinieriai buvo šių nuostabių mašinų kūrimo priešakyje – nuo pirmųjų vidaus degimo variklių iki pažangiausių šių dienų hibridinių ir elektrinių jėgos agregatų.
Tačiau automobilio variklis yra ir kažko gilesnio simbolis: mūsų natūralaus noro peržengti to, kas įmanoma, ribas, peržengti barjerus ir svajoti apie geresnį rytojų.
Žvelgiant į ateitį akivaizdu, kad automobilių variklis ir toliau bus svarbi mūsų gyvenimo dalis
Tai variklis, kuris varo automobilius, vežančius mus į darbą, mokyklą ir kitas vietas.
Tačiau tai taip pat primena, koks galingas yra žmogaus kūrybiškumas, kaip žmonės noriai išbando naujus dalykus ir kiek daug gali žmogaus protas.
Taigi kitą kartą užvesdami automobilį, šiek tiek pagalvokite apie nuostabią inžineriją, kuri leidžia visa tai padaryti, ir atminkite, kad galimybės tikrai yra beribės.
Pasidalinti…
